ARGO资料实时质量控制模式的改进及其应用.doc

1、ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 的 改 进 及 其 应 用 童 明 荣 1， 刘 增 宏 1,2， 朱 伯 康 1， 许 建 平 1,2（ 1.国 家 海 洋 局 第 二 海 洋 研 究 所 ， 浙 江 杭 州 310012；2. 国 家 海 洋 局 海 洋 动 力 过 程 与 卫 星 海 洋 学 重 点 实 验 室 ， 浙 江 杭 州 310012）摘 要 ： 在 对 国 际 上 推 荐 的 ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 消 化 、 吸 收 和 运 用 的 基 础 上 ， 针 对 资 料处 理 中 发 现 的 一 些 新 问 题 ， 分 析 其 产 生

2、原 因 ， 提 出 处 理 和 校 正 方 法 ， 作 为 对 目 前 使 用 的 ARGO资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 的 改 进 和 补 充 ， 进 一 步 提 高 了 ARGO 实 时 资 料 的 质 量 。关 键 词 ： ARGO 剖 面 浮 标 ； ARGO 资 料 ； 实 时 质 量 控 制 ； 校 正 方 法 中 图 分 类 号 ： 文 献 标 识 码 ： B 文 章 编 号 ：1 引 言ARGO 计 划 的 观 测 目 标 是 能 取 得 精 确 度 分 别 为 0.5 和 0.01 的 海 水 温 度 和 盐 度 资料 1， 但 要 达 到 这 个 目 标 并 不

3、容 易 。 首 先 ， 由 于 ARGO 剖 面 浮 标 同 样 安 装 了 船 载CTD 仪 上 的 温 度 、 电 导 率 和 压 力 传 感 器 ， 因 此 ， 一 些 CTD 仪 测 量 的 典 型 误 差 在ARGO 资 料 中 同 样 存 在 ， 例 如 由 于 特 殊 海 况 、 功 率 不 稳 定 等 造 成 的 尖 峰 、 噪 声 和 平 滞点 等 问 题 。 其 次 ， ARGO 剖 面 浮 标 观 测 资 料 通 过 Argos 卫 星 实 时 传 输 时 ， 由 于 受 大 气中 的 电 磁 波 信 号 干 扰 等 ， 由 Argos 卫 星 地 面 站 接 收 到 的

4、 ARGO 浮 标 观 测 资 料 （ 如 剖面 号 、 CTD 剖 面 测 量 数 据 、 浮 标 在 海 面 时 的 定 位 数 据 以 及 卫 星 系 统 参 数 等 ） 都 可 能 出现 传 输 误 码 或 传 输 不 完 整 ， 从 而 使 观 测 结 果 出 错 。可 见 ， 影 响 ARGO 剖 面 浮 标 观 测 资 料 质 量 的 因 素 有 很 多 ， 于 是 ARGO 资 料 中 可能 会 有 各 种 各 样 的 错 误 和 问 题 。 但 浮 标 “随 波 逐 流 ”的 特 性 意 味 着 回 收 浮 标 进 行 常 规的 物 理 校 正 将 耗 资 巨 大 ， 也 意

5、 味 着 只 有 极 少 量 的 浮 标 可 能 被 侥 幸 回 收 到 实 验 室 ， 使 得 技术 人 员 不 能 对 浮 标 上 的 温 度 、 电 导 率 和 压 力 传 感 器 进 行 二 次 标 定 。 由 此 可 见 ， 对ARGO 浮 标 观 测 资 料 进 行 有 效 的 质 量 控 制 ， 以 便 给 用 户 提 供 高 质 量 的 ARGO 资 料 ，是 一 项 非 常 重 要 而 又 有 意 义 的 工 作 。 目 前 根 据 不 同 的 ARGO 资 料 用 户 ， 国 际 上 已 经初 步 建 立 了 两 个 资 料 质 量 控 制 模 式 1， 一 个 称 为 “

6、实 时 （ 24 72h 以 内 ） 质 量 控 制 模式 ”， 另 一 个 称 为 “延 时 （ 90 天 以 内 ） 质 量 控 制 模 式 ”。 但 这 两 个 模 式 在 实 际 应 用 中发 现 了 不 少 问 题 ， 尚 需 不 断 改 进 和 完 善 。 在 另 一 篇 文 章 7中 ， 我 们 已 经 探 讨 了 对ARGO 资 料 延 时 质 量 控 制 模 式 的 改 进 和 补 充 方 法 ， 本 文 将 就 实 时 质 量 控 制 模 式 存 在 的问 题 及 其 改 进 方 法 作 一 探 讨 。 基金项目：国 家 科 技 部 国 际 科 技 合 作 重 点 项 目

7、（ 2002CB714001） ， 国 家 基 础 研 究 重 大 项 目 前 期 研究 专 项 （ 2001CCB00200） 和 国 家 海 洋 局 青 年 基 金 项 目 （ 2004203） 。2 资 料 与 方 法所 用 ARGO 资 料 取 自 于 中 国 ARGO 实 时 资 料 中 心 ， 该 中 心 用 FTP 从 法 国 海 洋 开发 研 究 院 （ IFREMER） 的 全 球 ARGO 资 料 中 心 网 站 （ http:/www.coriolis.eu.org）下 载 了 ARGO 计 划 各 成 员 国 在 全 球 海 洋 中 投 放 的 1992 个 （ 截 至

8、 2004 年 9 月 10 日 ）ARGO 剖 面 浮 标 获 得 的 观 测 资 料 。 这 些 资 料 都 经 过 国 际 上 推 荐 的 ARGO 资 料 实 时 质 量控 制 模 式 的 处 理 ， 该 模 式 的 具 体 程 序 笔 者 已 经 在 另 文 6详 细 介 绍 过 ， 这 里 不 再 赘 述 。通 过 分 别 绘 制 每 个 浮 标 在 其 观 测 期 间 的 温 度 压 力 垂 直 分 布 曲 线 、 盐 度 压 力 垂 直分 布 曲 线 、 温 度 盐 度 曲 线 和 浮 标 漂 移 轨 迹 图 等 ， 对 ARGO 实 时 资 料 进 行 再 分 析 。经 过

9、直 观 检 查 后 我 们 发 现 ， 目 前 各 国 使 用 的 实 时 质 量 控 制 模 式 还 是 相 当 粗 略 的 ， 甚至 还 存 在 一 些 明 显 的 漏 洞 ， 因 此 ， 在 经 过 其 处 理 后 的 资 料 中 依 然 存 在 许 多 问 题 ， 如剖 面 时 间 不 合 理 、 依 然 存 在 尖 峰 现 象 等 。 针 对 这 些 问 题 ， 我 们 逐 一 进 行 了 分 析 和 研 究 ，找 出 其 产 生 的 原 因 ， 并 参 考 前 人 处 理 CTD 仪 观 测 资 料 的 方 法 2-5,8， 提 出 了 ARGO 资料 实 时 质 量 控 制 模

10、式 的 辅 助 测 试 和 校 核 方 法 ， 以 便 进 一 步 提 高 ARGO 浮 标 实 时 观 测资 料 的 质 量 。3 问 题 及 其 处 理 方 法到 目 前 为 止 ， 发 现 在 经 实 时 质 量 控 制 的 ARGO 资 料 中 ， 还 普 遍 存 在 11 个 问 题 。我 们 将 逐 一 分 析 其 产 生 的 原 因 ， 并 提 出 处 理 和 校 正 的 方 法 。（ 1） “000”号 剖 面对 于 由 法 国 Martec 公 司 研 制 的 “PROVOR”型 浮 标 ， 所 产 生 的 “000”号 观 测 剖面 就 是 该 浮 标 的 第 一 个 剖

11、面 资 料 ， 其 观 测 数 据 是 正 确 的 ； 但 对 于 由 美 国 Webb 公 司 研制 的 “APEX”型 浮 标 ， 如 果 存 在 “000”号 观 测 剖 面 ， 则 该 剖 面 的 数 据 是 不 完 整 的 或是 某 个 剖 面 的 重 复 ， 其 产 生 原 因 还 尚 待 分 析 。 故 该 剖 面 号 的 观 测 资 料 是 不 可 靠 的 或 者 是错 误 的 ， 不 予 采 用 。 在 处 理 这 些 浮 标 观 测 的 剖 面 资 料 时 ， 当 程 序 读 取 浮 标 观 测 数 据 中 的剖 面 号 变 量 “CYCLE NUMBER”为 “000”，

12、 并 且 浮 标 型 号 变 量 “INSTRUMENT TYPE”为 “APEX Profiling Float”时 ， 须 将 该 剖 面 记 上 出 错 标 记 。（ 2） 剖 面 编 号在 对 浮 标 的 观 测 剖 面 号 从 小 到 大 排 列 时 ， 会 发 现 有 些 剖 面 的 观 测 时 间 存 在 不 合 理 的现 象 。 从 图 1（ a） 看 到 ， 21861 号 浮 标 的 漂 移 轨 迹 相 当 混 乱 ， 浮 标 工 作 的 时 间 区 间 也明 显 出 错 ， 这 是 剖 面 的 观 测 时 间 计 算 错 误 所 致 。 在 ARGO 资 料 中 ， 剖

13、面 时 间 变 量 是“JULIAN DAY”， 它 记 录 的 是 用 儒 略 日 历 表 示 的 时 间 。 儒 略 日 历 规 定 1950 年 1 月1 日 是 第 0 日 ， 此 后 每 过 一 天 其 日 历 值 就 加 1。 所 以 ， 应 该 按 照 变 量 “JULIAN DAY”从 小 到 大 重 新 排 列 剖 面 号 ， 这 样 才 能 得 到 正 确 的 漂 移 轨 迹 （ 图 1b） 。 这 个 问题 比 较 普 遍 ， 在 太 平 洋 中 就 发 现 有 17 个 浮 标 存 在 此 类 错 误 。（a） （b）图 1 21861 号浮标漂移轨迹（a）质控前 （b

14、）质控后（ 3） 剖 面 位 置 信 息在 一 些 浮 标 提 供 的 观 测 剖 面 的 表 头 文 件 中 ， 经 纬 度 数 据 为 缺 省 值 ， 即 纬 度 为99.999， 经 度 为 999.999， 这 显 然 是 错 误 的 。 可 以 采 用 相 邻 剖 面 的 经 纬 度 数 据 插 值 补充 。 在 对 太 平 洋 浮 标 的 处 理 过 程 中 ， 我 们 发 现 了 3 个 缺 位 置 数 据 的 观 测 剖 面 。图 2 5900266 号浮标漂移轨迹（ 4） 漂 移 速 度在 实 时 质 量 控 制 模 式 中 ， 曾 假 定 若 浮 标 漂 移 速 度 超 过

15、 3m s 时 ， 则 认 为 观 测 剖 面的 位 置 或 时 间 有 误 。 在 实 际 处 理 过 程 中 ， 我 们 发 现 这 个 标 准 定 的 太 宽 ， 从 而 在 一 些 观 测剖 面 中 依 然 存 在 此 类 错 误 。 这 里 漂 移 速 度 是 根 据 浮 标 前 后 两 观 测 剖 面 的 位 置 和 时 间计 算 的 。 让 我 们 来 粗 略 地 估 算 两 观 测 剖 面 之 间 浮 标 可 能 出 现 的 最 大 漂 移 速 度 。 假 定 浮 标恰 好 位 于 西 边 界 流 （ 如 黑 潮 ） 中 ， 其 在 海 面 向 卫 星 发 送 数 据 的 时

16、间 约 需 12 个 小 时（ 实 际 可 能 1000m 温 度 0.02 /m、 盐 度 0.008/m。 这 样 能 去 掉 大 的 尖 峰 ， 又 不 至 于去 掉 好 的 数 据 。 经 过 尖 峰 处 理 后 的 4900246 号 浮 标 的 温 （ 盐 ） 度 垂 直 分 布 曲 线 如 图8（ b） 所 示 。值 得 指 出 的 是 ， 上 述 辅 助 测 试 和 校 核 过 程 同 样 可 以 用 计 算 机 自 动 、 快 速 完 成 ， 所以 在 提 高 ARGO 实 时 资 料 质 量 的 同 时 ， 还 可 保 持 其 实 时 性 ， 是 对 目 前 各 国 使 用

17、 的ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 的 补 充 。（a） （b）图 8 4900246 号浮标温、盐度垂直分布（a）质控前 （b ）质控后4 结 束 语ARGO 实 时 资 料 的 用 户 主 要 是 海 洋 和 天 气 业 务 预 报 部 门 或 在 海 上 从 事 捕 捞 作 业 的 渔民 等 ， 虽 然 其 对 数 据 精 确 度 要 求 一 般 ， 但 也 不 能 提 供 有 明 显 错 误 的 资 料 。 目 前 各 国 广泛 采 用 的 ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 还 存 在 许 多 不 尽 人 意 的 地 方 ， 如 经 过 其 处 理 后

18、的 资 料 中 仍 有 不 少 明 显 错 误 和 不 可 靠 的 数 据 。 本 文 提 出 的 辅 助 测 试 与 校 核 程 序 ， 能 有效 地 改 进 和 弥 补 该 模 式 的 不 足 ， 并 在 实 际 运 用 中 取 得 了 不 错 的 效 果 。 因 此 ， 我 们 呼 吁 有关 国 际 组 织 ， 如 国 际 ARGO 科 学 组 （ AST） 和 ARGO 资 料 管 理 小 组 （ ADMT） 对 目前 提 供 给 用 户 的 ARGO 实 时 资 料 给 予 必 要 的 重 视 ， 尽 早 对 这 些 问 题 展 开 讨 论 ， 在 取得 共 识 后 修 改 其 向

19、ARGO 计 划 各 成 员 国 推 荐 使 用 的 ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 ，以 全 面 提 高 ARGO 实 时 资 料 的 质 量 。 需 要 说 明 的 是 ， 本 文 仅 对 目 前 在 ARGO 实 时 资料 中 发 现 的 一 些 问 题 和 错 误 进 行 了 初 步 的 分 析 和 处 理 ， 并 提 出 了 改 进 的 方 法 。 但 尚 有 一些 问 题 和 错 误 ， 仅 在 个 别 浮 标 的 个 别 观 测 剖 面 上 出 现 ， 还 缺 乏 普 遍 性 的 证 据 。 我 们 相信 ， 随 着 全 球 海 洋 中 ARGO 浮 标 数 量

20、 和 观 测 剖 面 的 不 断 增 加 ， 可 能 还 会 发 现 一 些 新 的问 题 ， 需 要 不 断 地 提 出 新 的 改 进 处 理 方 法 ， 以 便 对 ARGO 资 料 实 时 质 量 控 制 模 式 进行 补 充 和 完 善 。 这 将 是 一 项 长 期 和 繁 琐 的 工 作 ， 为 了 确 保 ARGO 资 料 的 质 量 和 可 靠性 ， 应 引 起 足 够 的 重 视 。参 考 文 献 ：1 许 建 平 .阿 尔 戈 全 球 海 洋 观 测 大 探 秘 M.北 京 ： 海 洋 出 版 社 ， 2002.2 许 建 平 ， 苏 纪 兰 .CTD 资 料 质 量 控

21、 制 浅 析 J.海 洋 学 报 ， 1999， 21（ 1） ： 126 132.3 许 建 平 .温 盐 深 剖 面 仪 资 料 的 校 正 和 处 理 技 术 J.海 洋 技 术 ， 1987， 6（ 4） ： 39 47.4 杨 德 全 .CTD 资 料 的 处 理 J.海 洋 通 报 ， 1985.4（ 2） ： 43 48.5 陈 上 及 ， 马 继 瑞 .海 洋 数 据 处 理 分 析 方 法 及 其 应 用 M.北 京 ： 海 洋 出 版 社 ， 1991.6 童 明 荣 ， 刘 增 宏 ， 孙 朝 辉 ， 等 .ARGO 剖 面 浮 标 数 据 质 量 控 制 过 程 剖 析

22、 J.海 洋 技 术 ，2003， 22（ 4） ： 79 84.7 童 明 荣 ， 许 建 平 ， 马 继 瑞 ， 等 .ARGO 剖 面 浮 标 电 导 率 传 感 器 漂 移 问 题 探 讨 J.海 洋 技 术 ，2004， 23（ 3） ： 105 116.8 SCOR Working Group 51.The acquisition,calibration, and analysis of CTD data. UNESCO Technical Papers in Marine ScienceM.1998.Improvement and application of the ARGO

23、Real-time quality control systemTong Ming-rong1, LIU Zeng-hong1,2, ZHU Bo-kang1, XU Jian-ping1,2(1. Second Institute of Oceangraphy,SOA Hangzhou 310012.2. key Lab of Ocean Dynamic Processes and Satellite Oceanography,SOA Hangzhou 310012)Abstract: On the basis of assimilation and using the ARGO Real-

24、time quality control system, we detects some problems and errors in the ARGO real data, analyses their possible causation and puts forward the calibrating methods respectively, which improve and supplement the ARGO Real-time quality control system and could be used to improve the quality of the ARGO real data effectively.Key words: ARGO profiling float; ARGO data; quality control; calibrating method