Argo剖面浮标观测资料的接收_处理与共享

2005年6月　　OCEANTECHNOLOGYJune,2005处理与共享Argo剖面浮标观测资料的接收、

孙朝辉1,2,刘增宏1,2,朱伯康1,童明荣1,2,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:中国Argo实时资料中心不仅承担着中国Argo计划的浮标布放任务,而且还承担我国浮标资料的实时接收和处理,同时,还兼顾国际Argo计划成员国布放的浮标观测资料的延时处理,并将处理后的资料及时分发到用户手中。文章将就中国Argo实时资料中心对浮标资料接收、处理和分发过程等作一系统介绍,以帮助用户对Argo资料有一更深入的了解。

关键词:Argo剖面浮标;观测资料;实时处理;延时处理;共享;Argo计划

中图分类号:P715.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-2029(2005)02-0130-05

在中国Argo实时资料中心,Argo浮标资料的接收、处

理和在线分发系统安装在由一台服务器、一台工作站以及几台PC组成的综合系统中。其中服务器的作用是维持中国

我国Argo计划从2002年10月在西北太平洋布放第一个Argo剖面浮标起,到现在已经累计在西北太平洋和印度洋海域布放了28个Argo浮标。为了使布放的浮标能及时为我国海洋和气象界提供资料服务,在国家科技部基础研究司的支持下,创建了中国Argo实时资料中心。近两年来,该中心不仅为国内外科研单位提供由我国布放的Argo浮标观测的实时数据(24h内,经实时质量控制)和延时数据(15d内,经延时质量控制),同时还提供国际Argo计划成员国布放在全球海洋中的浮标资料。

本文将着重介绍我国浮标资料的实时接收、处理,以及全球浮标资料的接收、处理和分发的全过程,以帮助广大Argo资料用户对由中国Argo实时资料中心提供的实时和延时数据有一全面系统的了解。

Argo实时资料中心网站(www.argo.org.cn)的运行,以及对外提供由中国布放的Argo浮标实时资料的下载。工作站主要用来接收和处理由我国布放的Argo浮标资料,其业务化运行程序由美国华盛顿大学海洋学院DanaSwift工程师协助开发。PC机则主要用来下载最新的全球Argo浮标资料,并对其进行资料质量控制。中国Argo实时资料中心的工作流程如图1所示。

1　引言

3　Argo资料的接收与处理

3.1　对我国布放的Argo浮标观测资料

中国Argo实时资料中心使用由美国大西洋海洋与大气实验室(AOML)提供的Argo数据处理系统来实时接收和处理由我国布放的Argo浮标的观测资料。该系统经中国Argo实时资料中心引进并改进后,具有自动接收和处理Argo浮标资料,以及实时资料更新和网站资料备份等功能。

众所周知,建设中的全球海洋Argo实时观测网采用的剖面浮标主要有两种,一种是美国Webb公司研制的APEX型剖面浮标,另一种是法国Martec公司研制的PROVOR型剖面浮标。目前,我国布放的Argo浮标亦属以上两种。

在接收Argo浮标观测的资料时,首先要每天检查与法国地面卫星服务中心(CLS)服务器的连接是否正常,若无异常,则每天会生成新的文件。查看文件内容,如有新的浮标资料接收,则记下该浮标编号。然后根据编号找到该浮标新产生的剖面文件,查看其传输数据时间段是否完整(一般浮标在海面停留时间为10h)。如果时间很短,说明浮标还2　中国Argo实时资料中心

该中心是在国家科技部基础研究司和国家海洋局第二海洋研究所的共同支持下创建的,主要负责我国Argo浮标的布放,观测资料的接收、处理,以及兼顾国际Argo计划成员国布放的浮标观测资料的处理和向国内Argo资料用户分发等工作。

收稿日期:2004-11-12

基金项目:国家科技部国际科技合作重点项目(2002CB714001);国

家海洋局青年基金项目(2004203)　第2期　　　　　　　　　　　孙朝辉等:Argo剖面浮标观测资料的接收、处理与共享　　　　　　　　　　　　　　131

图1　中国Argo实时资料中心工作流程

在海面,可能仍有部分资料还在接收中。此时应删除该文件,以便重新接收完整的剖面数据进行自动处理。目前,APEX型浮标观测的资料,从数据接收、格式转换到资料处理,均由计算机自动完成。但对PROVOR型浮标资料的处理较APEX型要复杂一些,到目前为止还不能实现自动化,其自动化处理软件还在开发中。

对于观测信息出现严重问题的浮标(如浮标只停留在海面而不作剖面观测或者已被渔民打捞而停留在陆地上),则需逐个分析作剔除处理。

对Argo浮标观测资料的处理国际上规定了两种质量控制标准,即实时质量控制和延时质量控制,前者要求在24～36h内完成,而后者则要求在3个月以内[1]。

实时质量控制过程主要包括对浮标提供的观测信息(如观测时间、经纬度等)、观测剖面(如温度、盐度和压力等)是否基本正确等的判断和对错误数据的初步处理,同时对每组数据给出评估等级,以便用户对资料质量有所了解。由于实时质量控制要求在浮标观测后24～36h内完成,故资料的质量不会太高,主要提供给海洋、天气业务化预报部门和渔民等使用。

经上述步骤处理的浮标资料及绘制的各类图表文件,由Argo实时资料中心通过网页、FTP、E-mail、软盘和光盘等形式向用户提供。目前,该中心从数据接收到在线发布整个过程一般在24h内完成。

3.2　对国际Argo计划成员国布放的浮标观测资料

国际Argo计划组织已分别在法国的海洋开发研究院(IFREMER)及美国全球海洋数据同化试验(USGODAE)数据中心建立了两个全球Argo资料中心(GDACs),人们可以直接通过这两个中心设置的ftp站点下载由国际Argo计划成员国布放的浮标资料。值得指出的是,从这两个中心下载的Argo资料已经通过如上面所述的实时质量控制。

在中国Argo实时资料中心,对全球Argo资料的处理由安装的一套自动系统完成,这包括下载数据、格式转换、绘图、对剖面号和时间不匹配的浮标进行重新排列和对经度及纬度有问题(漂移速度超过1m/s)的剖面位置进行线性插值等。

然后再对这些资料进行延时质量控制,其目的是处理和校正由电导率传感器偏移和漂移所产生的盐度观测误差[2],以向Argo资料用户提供可以用于科学研究的高质量的浮标资料。该过程主要包括直观检测、浮标稳定性统计检测、与周边WOA2001数据库中的盐度数据比较、浮标观测盐度偏差检测和与局地气候学盐度偏差的长期趋势比较等。

对Argo资料进行延时质量控制是一个十分复杂的过程,不能仅凭计算机的自动判别和处理,更需要具备丰富海洋学知识和资料处理经验的海洋工作者进行直观检测和客观分析,故需要较长一段时间才能完成,这也是国际Argo科学组为何提出三个月以后提供经延时质量控制的Argo资料的原因。虽然,我国Argo实时资料中心目前可以做到在15d内向国内用户提供经延时质量控制的Argo资料,但事实上,对一些有复杂错误信息的浮标资料(如观测资料存在无规律的偏移或随机的漂移等),我们将其暂时删除,未向　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海　洋　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷132

然而对于这些宝贵的现场观测资料,我Argo资料用户提供。

们仍希望能挽救并作合理的处理后提供给广大Argo资料用户,但这需要一段较长的时间,也许确实需要三个月。

载经实时质量控制的全球Argo浮标资料(其中包括部分由我国布放的Argo浮标的资料)。

(4)全球通讯系统(GTS),即通过世界气象组织(WMO)设立的全球GTS网,获得全球Argo浮标资料(其中包括部分由我国布放的Argo浮标的资料)。需要提醒的是在此处获得的浮标资料是由不同国家上传的,所以在资料

图2显示了我国Argo浮标资料处理和共享服务系统的框架。目前,对全球海洋中的Argo浮标观测资料,可以通过如下途径获得:

(1)中国Argo实时资料中心,通过该中心设立的网站(www.argo.org.cn)可以得到由我国布放的Argo浮标的布放和观测信息、漂移轨迹、剖面观测资料以及各要素分布曲线图等,其中剖面观测资料分为两种类型,一种是经过实时质量控制的(在浮标观测后24h即可获得);另一种是经过延时质量控制的(需要在浮标观测后15d才能获得)。同时,通过该网站,也能获得各Argo计划成员国布放的,并经过延时质量控制的Argo资料。

(2)中国Argo资料中心,通过该中心设立的网站(www.argo-cndc.org)可以得到全球海洋中的Argo浮标资料及相关信息。

处理的程度上会有所迥异(如有的资料经实时质量控制,而有的资料未经任何处理等),使用时需多加注意。

另外需要指出的是,从两个全球Argo资料中心和全球通讯系统上下载的Argo资料,其数据采用的是NetCDF和TESAC格式,使用时需作数据格式转换或安装一定的软件。而在中国Argo实时资料中心下载的Argo资料,无论是各Argo计划成员国布放的浮标,还是由我国布放的浮标,其数据格式均为ASCII码,可以直接读取并使用。其文件名的格式为NNNNNNN_XXX.dat,其中NNNNNNN为浮标数据文件的格式主要分表头信WMO编号,XXX为剖面号。

息和数据两部分。如图3所示:

表头信息各参数内容及含义见表1。

表1　Argo浮标数据表头信息参数及其中文解释

参　　数

PLATFORMNUMBERCYCLENUMBERDATECREATIONPROJECTNAMEPINAME

INSTRUMENTTYPESAMPLEDIRECTIONJULDIANDAYDATELATITUDELONGGITUDEPressure(dbar)

Correctedpressure(dbar)

含　　义浮标的WMO编号剖面的循环数数据创建的时间项目名称

项目负责人的名字浮标的型号

采样的方向

自1950年1月1日0时0分0秒起的天数剖面的观测日期纬度经度压力(dbar)

校正后的压力(dbar)

4　Argo资料共享

Temperature(degree_Celsius)温度(℃)

Correctedtemperature(degree_校正后的温度(℃)Celsius)Qualityontemperature温度质量控制标记Salinity(PSU)

CorrectedSalinity(PSU)

图2　Argo浮标资料处理和共享系统

(3)全球Argo资料中心,通过分别设在法国海洋开发研究院(ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/argo)和美国全球海

洋数据同化试验数据中心(ftp://usgodae1.fnmoc.navy.mil/pub/outgoing/argo/)的网站下Qualityonsalinity

盐度(PSU)

校正后的盐度(PSU)盐度质量控制标记

其中质量控制标记分为1,2,3,4等四个等级。这里“1”表示通过所有实时质量控制程序检测而证明是好的数据;“2”表示通过实时质量控制程序检测,但其中有一两项测试不能通过的数据;“3”表示无法通过实时质量控制程序　第2期　　　　　　　　　　　孙朝辉等:Argo剖面浮标观测资料的接收、处理与共享　　　　　　　　　　　　　　133

　　中国Argo实时资料中心遵循国际Argo计划组织和我国科技部基础研究司制订的数据共享原则,对国内外用户免费提供由该中心接收和处理的经实时质量控制和延时质量控制的全球海洋中的Argo浮标资料,并正通过国际Argo

科学组等组织,争取把由我国布放的全部Argo浮标资料能及时在两个全球Argo资料中心和全球通讯系统上发布,以扩大中国Argo计划的影响,并能与世界各国共享。

除了在中国Argo实时资料中心网站上及时发布外,应国内用户的要求,该中心还整理编辑了1997～2003年期间全球海洋Argo资料光盘(经延时质量控制)和2004年1月以来每月一张全球海洋Argo资料光盘(经延时质量控制),免费向国内用户发放,从而提高了我国海洋和大气科学家对该资料的关注程度,并使其在相应领域等到了较为广泛的应用。

5　结束语

到2004年11月底,由世界上18个国家和团体在全球海洋中布放的Argo浮标总数已将近3000个,其中在海上正常工作的约有1521个。根据国际Argo科学组的计划,估

图3　Argo数据文件的格式

检测,但是有被纠正可能的坏数据;“4”表示无法通过实时质量控制程序检测,并且是无法纠正的坏数据。请用户在使用时留意各要素的质量控制标记。

计到2006年或2007年维持在全球海洋中正常工作的浮标将会达到3000个。每年将会提供多达10万条剖面的温、盐度资料,可以大大提高人们对全球海洋和气候的预报精度。希望这一天在各国科学家和管理工作者的共同努力下能早日到来,以造福全人类。

参考文献:

[1]　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[J].海洋技术,2003,22(4):79～84.[2]　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.

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ARGOProfilingFloatDataReceiving,ProcessingandDistributing

SUNChao-hui1,2,LIUZeng-hong1,2,ZHUBo-kang1,TONGMing-rong1,2,XUJian-ping1,

(1.SecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou,Zhejiang　310012;

2.keyLabofOceanDynamicProcessesandSatelliteOceanography,SOAHangzhou,Zhejiang　310012)

Abstract:ChinaARGOReal-timeDataCenterisresponsiblefortheChineseARGOprofilingfloatsdeployingandreal-timedatareceiving/processing.Atthesametime,itprocessestheglobalARGOdatabyusingtheARGODelayModeQualityControlModel,andalsodistributesthedatatousersinChina.ThispaperintroducestheprocessofARGOdatareceiving/processinganddistributinginthecenter,forthepurposeofhelpingusersunderstandingthembetter.

Keywords:ARGOprofilingFloat;observeddata;real-timeprocessing;delay-timeprocessing;distributing;ARGOProject

2

(上接第108页)参考文献:

[1]　周锡礻乃,潘厚志.基床系数法在深埋式大圆柱壳结构数值模拟中的应用与改进[J].水利学报,2001(5):62～66.[2]　周锡礻乃,孙克俐,程庆阳.圆柱壳结构系统的力学机理与数值分析[J].天津大学学报,1996,29(增刊).[3]　麦远俭.饱和软粘土的土压力[J].水运工程,2000(9):3～6.

[4]　[英]MJ汤姆林森著,朱世杰译.桩的设计和施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1984.[5]　ANSYS工程分析软件应用实例子[M].北京:清华大学出版社,2003.

[6]　GregoryPTsinker.PortEngineering[M].JOHNMLEYandSONS,INC,2004.

AnSimplifiedNumericalCalculateMethodOfEmbeddedLarge

CylinderStructureInSoft-clayGroundwork

ZHONGXiao-hong,XIAOShi-bao,ZHOUXi-reng

(SchoolofCivilEngineering,TianjinUniversity,Tianjin　300072)

Abstract:Themechanismusedinthenumericalanalysisofembeddedlargecylinderstructureisbrieflyintroducedinthispaperandasimplifiednumericalmodelisestablishedbythespring-elementsimulatingthecontactboundarybetweenthecylinderandfoundation.Theeffectofdifferenttreatedmethodconcerningthesoftclayinward-outwardthecylinderanddifferentcontactboundaryconditionsbetweenadjacentcylindersonthestressandthestabilityofcylindricalstructureareanalyzedandcomparedbythelarge-scalefiniteelementsoftwareANSYS.Theengineeringexamplehasbeencalculatedbythismodel,andit'sshowthatthisnumericalmodelisverifiedandfeasible,andsomecorrelativeconclusionsareobtained.Keywords:springelement;Winklerfoundationmodel;embeddedcylinderstructure;numericalcalculation