argo剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程剖析

1、ARGO剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程剖析剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程剖析童明榮1劉增宏1，2孫朝輝1，2朱伯康1許建平1，2（1.國家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州3100122.國家海洋局海洋動(dòng)力過程與衛(wèi)星海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310012）摘要：摘要：ARGO計(jì)劃的觀測(cè)目標(biāo)是能取得精度分別為0.5oC和0.01PSU的海水溫度和鹽度資料。然而，由于目前海水鹽度是采用海水電導(dǎo)率間接導(dǎo)出的，而測(cè)量海水電導(dǎo)率的傳感器很容易產(chǎn)生偏差。因此，必須

2、對(duì)獲得的ARGO數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。本文詳細(xì)介紹了ARGO剖面浮標(biāo)資料實(shí)時(shí)質(zhì)量控制模式和延時(shí)質(zhì)量控制模式及其采用的質(zhì)量控制方法等。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：ARGO計(jì)劃；ARGO剖面浮標(biāo)實(shí)時(shí)質(zhì)量控制；延時(shí)質(zhì)量控制一、一、引言引言國際ARGO計(jì)劃于2000年初開始實(shí)施，它是一個(gè)全球性的海洋實(shí)時(shí)觀測(cè)計(jì)劃[1，2]。計(jì)劃在全球大洋中投放大約3000個(gè)ARGO剖面浮標(biāo)，每年大約可以獲得10萬條溫、鹽度剖面資料。這些大量的、實(shí)時(shí)的觀測(cè)資料將有助于（1）初始化

3、氣候預(yù)測(cè)模型，（2）研究氣候變化對(duì)海洋的影響，（3）校準(zhǔn)和檢驗(yàn)衛(wèi)星高度計(jì)資料，（4）增加對(duì)海洋及其在全球氣候中的作用的了解。為此該計(jì)劃一推出，就得到了包括中國在內(nèi)的眾多沿海國家的響應(yīng)和支持。ARGO計(jì)劃的觀測(cè)目標(biāo)是能取得精度分別為0.5℃和0.01PSU的海水溫、鹽度資料。然而，由于目前海水鹽度還無法從海洋中直接測(cè)量獲得，是采用海水電導(dǎo)率間接導(dǎo)出的。而測(cè)量海水電導(dǎo)率的傳感器只要受到輕微的物理變形或油污等污染物的影響，其測(cè)量值就會(huì)出現(xiàn)較大

4、的偏差。因此，要保持電導(dǎo)率傳感器長(zhǎng)期（4~5年）的測(cè)量精度，必須尋找一種理想的能提高已經(jīng)布放的ARGO剖面浮標(biāo)資料質(zhì)量的方法。眾所周知，利用調(diào)查船進(jìn)行CTD觀測(cè)時(shí)，在航次之前，都要對(duì)CTD儀的溫度和電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行標(biāo)定校正[3，4]。然而，在用剖面浮標(biāo)觀測(cè)時(shí)，由于拋棄式的特性，難于對(duì)所攜帶的傳感器進(jìn)行經(jīng)常性的標(biāo)定校正，也很難確定在海洋中漂流后的傳感器產(chǎn)生誤差的原因。即使傳感器測(cè)量誤差已經(jīng)很明顯了，還是不能用傳統(tǒng)的誤差訂正方法對(duì)ARGO浮

5、標(biāo)觀測(cè)資料進(jìn)行校正，因?yàn)槿藗冸y以得到與ARGO浮標(biāo)觀測(cè)相符合的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料。因此要保證ARGO資料的質(zhì)量，新型傳感器的研制和新的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法的開發(fā)都是十分必要的[58]。目前，國際ARGO計(jì)劃根據(jù)不同的ARGO資料用戶，建立了兩個(gè)資料質(zhì)量控制模式，一個(gè)稱為“實(shí)時(shí)（24~72小時(shí)以內(nèi)）質(zhì)量控制模式”，其特點(diǎn)是處理快速、時(shí)間短，資料精度一般，但已無明顯錯(cuò)誤，適用于海洋和天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)部門或在海上從事捕撈作業(yè)的漁民等使用；另一個(gè)稱為“延時(shí)質(zhì)

6、量（90天以內(nèi)）控制模式”，經(jīng)過該模式處理的資料，其精度可以達(dá)到ARGO計(jì)劃所要求的技術(shù)指標(biāo)，資料質(zhì)量可以得到可靠保證，適用于科學(xué)研究和海氣耦合模式，以及長(zhǎng)期氣候預(yù)報(bào)模式。本文對(duì)這兩種質(zhì)量控制模式作一詳細(xì)介紹，以便廣大ARGO資料用戶對(duì)ARGO剖面浮標(biāo)觀測(cè)的資料質(zhì)量有一比較全面的了解。二、二、ARGO數(shù)據(jù)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)質(zhì)量控制基金項(xiàng)目：國家科技部基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目前期研究專項(xiàng)（2001CCB00200）和國家海洋局資助項(xiàng)目。(8)壓力值此測(cè)

7、試要求觀測(cè)剖面所反映的壓力值是單調(diào)增加的（假定壓力從最小到最大排列）。如果有某一深度上出現(xiàn)壓力值不變的情形，則除了第一個(gè)數(shù)值被保留外，該連續(xù)序列的其余數(shù)值都應(yīng)當(dāng)標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志。如果在某一深度上壓力值出現(xiàn)反轉(zhuǎn)（即減?。瑒t在剖面上所有反轉(zhuǎn)的壓力值都應(yīng)當(dāng)標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志。所有標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志的壓力以及所有相應(yīng)的溫度和鹽度數(shù)據(jù)都要從GTS上剔除。(9)毛刺信號(hào)在一組采樣值中，出現(xiàn)某個(gè)值的大小與相鄰值完全不同，這個(gè)值被稱為毛刺，通常出現(xiàn)在海水突變層（或躍

8、層）中，也有傳感器受外界干擾信號(hào)影響所致。該測(cè)試沒有考慮深度的變化，而是采用一個(gè)采樣點(diǎn)，該采樣點(diǎn)的溫、鹽度值隨深度而變化。該測(cè)試要求利用下面的溫度和鹽度剖面計(jì)算公式來完成：測(cè)試值=|V2(V3V1)2||(V3V1)2|，這里V2是尖峰值，V1和V3是前后兩次的觀測(cè)值。對(duì)于溫度：當(dāng)壓力小于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值超過6.0則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤；當(dāng)壓力大于或等于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值大于2.0則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤。對(duì)于鹽度：當(dāng)壓力小于500分巴

9、時(shí)，如果測(cè)試值超過0.9則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤；當(dāng)壓力大于或等于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值大于0.3則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤。如果觀測(cè)值均沒有通過測(cè)試，則標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志；如果同一深度上的溫度或鹽度之一沒有通過測(cè)試，則該深度處的溫度和鹽度數(shù)據(jù)都要從GTS上剔除。(10)剖面頂部和底部的毛刺這是毛刺檢測(cè)的特殊方法，它將把觀測(cè)剖面兩端（開始和結(jié)束）的觀測(cè)結(jié)果與相鄰點(diǎn)的觀測(cè)值作比較。在實(shí)際海洋中，一個(gè)剖面頂部（海面）或者底部（2000米層）相鄰點(diǎn)的溫度值之差不應(yīng)

10、當(dāng)超過1oC，鹽度值差則不應(yīng)當(dāng)超過0.5PSU。如果觀測(cè)值沒有通過測(cè)試，則標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志；如果同一深度上的溫度或鹽度之一沒有通過測(cè)試，則該深度處的溫度和鹽度數(shù)據(jù)都要從GTS上剔除。(11)梯度變化垂向相鄰的兩次觀測(cè)值相差太大時(shí)就不能通過該測(cè)試。該測(cè)試沒有考慮深度的變化，而是采用一個(gè)采樣點(diǎn)，該采樣點(diǎn)的溫、鹽度值隨深度而變化。該測(cè)試要求利用下面的溫度和鹽度剖面計(jì)算公式來完成：測(cè)試值=|V2(V3V1)2|，這里V2是尖峰值，V1和V3是前后兩

11、次的觀測(cè)值。對(duì)于溫度，當(dāng)壓力小于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值超過9.0則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤；當(dāng)壓力大于或等于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值大于3.0則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤。對(duì)于鹽度：當(dāng)壓力小于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值超過1.5則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤；當(dāng)壓力大于或等于500分巴時(shí)，如果測(cè)試值大于0.5則V2標(biāo)記為錯(cuò)誤。如果觀測(cè)值沒有通過測(cè)試，則標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志；如果同一深度上的溫度或鹽度之一沒有通過測(cè)試，則該深度上的溫度和鹽度數(shù)據(jù)都要從GTS上剔除。(12)數(shù)位翻轉(zhuǎn)在

12、剖面浮標(biāo)中只有有限的數(shù)位用來存儲(chǔ)溫、鹽度值，而用這些有限的數(shù)位可能不足以容納海洋中遇到的所有情況。當(dāng)存儲(chǔ)值超過該數(shù)位的區(qū)域范圍時(shí)，存儲(chǔ)值會(huì)翻轉(zhuǎn)回到此區(qū)域的低端；用該測(cè)試能檢測(cè)出這種翻轉(zhuǎn)。定義相鄰深度的溫度差大于10oC，鹽度大于5PSU，即可檢測(cè)出數(shù)位翻轉(zhuǎn)。沒有通過測(cè)試的值標(biāo)上出錯(cuò)標(biāo)志。如果同一深度上的溫度或鹽度沒有通過測(cè)試，則該深度上的溫度和鹽度數(shù)據(jù)都要從GTS上剔除。(13)滯留值該測(cè)試檢查剖面上相同的溫度或鹽度值，即溫度或鹽度在一