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海洋覆盖地球表面的 71%，驱动着全球气候系统、碳循环和生物多样性。然而，相比陆地和大气，海洋仍然是观测最不充分的领域。本文将全面梳理当前全球海洋观测的组织架构、观测网络、核心平台和卫星系统，覆盖所有主要国际海洋观测计划。

一、顶层框架：GOOS 全球海洋观测系统

1.1 什么是 GOOS？

GOOS（Global Ocean Observing System，全球海洋观测系统）是全球海洋观测的顶层协调框架，由四个国际组织共同主办：

GOOS 的使命是领导海洋观测社区，构建一个集成的、响应式的、可持续的观测系统，为气候服务、业务预报和海洋健康提供关键信息。

1.2 GOOS 的六大组成部分

1. 1. 专家小组：综合需求分析，指导观测系统设计
2. 2. 观测协调组：维持、加强和扩展观测网络实施
3. 3. 预报系统团队：改进海洋预报的能力和质量
4. 4. 项目：推动创新，拓展新领域
5. 5. 区域联盟（GRA）：连接全球框架与区域实施
6. 6. OceanOPS：国际观测平台协调中心

1.3 海洋基本变量（EOV）

GOOS 定义了 36 个海洋基本变量（Essential Ocean Variables, EOV），这是评估海洋状态所需的最小变量集合：

EOV 是连接观测需求与观测能力的桥梁，也是各观测网络设计的依据。

1.4 OceanOPS — 全球观测协调中心

OceanOPS 是 WMO/IOC 联合中心，总部位于法国布雷斯特（Brest），自2000年起协调全球海洋和海洋气象观测网络：

• • 监控 10000+ 个现场海洋气象观测平台
• • 开发基于 Web 的监测工具
• • 团队仅 8 人，却协调着全球最复杂的观测基础设施
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1.5 POGO — 全球海洋观测伙伴关系

POGO（Partnership for Observation of the Global Oceans）成立于1999年，是由全球海洋研究机构负责人共同发起的非政府组织，是GOOS的正式合作伙伴。

核心使命：推动全球业务化海洋学发展，促进全球海洋观测系统的建设、运行和创新。POGO 的成员机构提供了设计、建造和运营全球海洋观测系统所需的专业知识、经验和基础设施。

三大战略方向：

1. 1. 观测创新：推动低成本水听器等新技术在海洋观测中的应用
2. 2. 能力建设：通过 POGO-SCOR 奖学金计划，资助发展中国家早期职业科学家赴海外顶尖机构研修 1-3 个月。迄今已培训来自 90+ 个国家的约 1,300 名早期职业科学家
3. 3. 倡导与推广：提升全球对海洋观测重要性的认知

POGO 在体系中的独特角色是作为学术研究机构与观测系统之间的桥梁。它不直接运营观测网络，而是协调全球顶尖海洋机构的研究能力，为观测系统的科学设计和技术创新提供支撑。

二、现场观测网络

全球海洋现场（in situ）观测由多个互补的观测网络组成，各自覆盖不同的时空尺度和海洋深度。

2.1 Argo — 全球海洋剖面浮标阵列

Argo是过去25年海洋观测领域最具革命性的成就。

基本原理：自主式剖面浮标在海面和预设深度之间循环升降，每次上浮时测量温盐剖面并通过卫星传输数据，然后再次下潜。

三大扩展方向（OneArgo 计划，目标 2030 年）：

BGC-Argo 六大传感器：

1. 1. 溶解氧
2. 2. pH
3. 3. 硝酸盐
4. 4. 叶绿素 a
5. 5. 后向散射（悬浮颗粒）
6. 6. 下行辐照度

Argo 是 G7 未来海洋倡议（G7 FSOI, 2025）的顶级优先事项。

2.2 DBCP — 数据浮标合作组

DBCP 成立于 1985 年，是 WMO/IOC 联合机构，协调全球漂流浮标和系泊浮标网络：

漂流浮标在水下 15 米处配有锚定帆（drogue），随海流漂移，提供全球海表流场和 SST 数据。

2.3 全球热带系泊浮标阵列（GTMBA）

GTMBA 是三大洋热带海域的骨干实时观测系统：

GTMBA 提供从海面到深层的实时温度、盐度、海流、气象数据。2010-2023 年间，超过 1,400 篇 SCI 论文引用了 GTMBA 数据。

2.4 OceanSITES — 深海时间序列观测站

OceanSITES 是全球长期深海（开阔大洋）参考站网络：

代表性站点：

• • BATS（百慕大大西洋时间序列）
• • HOT（夏威夷海洋时间序列）
• • PAP（豪猪深海平原）
• • HAUSGARTEN（北极深海观测站）
• • SOTS（南大洋时间序列）
• • DYFAMED（地中海深水站）

OceanSITES 测量数十个变量，是研究海洋长期变化的锚点。

2.5 GO-SHIP — 全球船基水文调查计划

GO-SHIP 是唯一能够获取全水柱、高分辨率、多学科物理化学生物参数的观测手段：

测量参数：温度、盐度、溶解氧、营养盐（硅酸盐、磷酸盐、硝酸盐）、碳系统（DIC、碱度、pH、pCO₂）、示踪剂（CFCs、SF₆）。

重大发现：

• • 精确测定了深层水的增暖速率
• • 量化了深海碳增量
• • 记录了表层和中层水 CO₂ 增加及海洋酸化进程
• 
  
  

2.6 SOT — 船舶观测队

SOT 是 WMO/IOC 联合成立的船基观测协调机制，包含三个子计划：

SOOP 在 36 条参考航线上系统投放 XBT（抛弃式温深仪），提供上层海洋热含量数据。

2.7 GLOSS — 全球海平面观测系统

GLOSS 成立于 1985 年，由 IOC 主持，是全球验潮站网络的协调框架：

数据中心：

• • PSMSL（永久平均海面服务）：成立于 1933 年，利物浦，负责全球验潮数据汇集
• • SONEL：GNSS 数据，测量验潮站自身的地壳运动

GLOSS 数据是校准卫星高度计、监测全球海平面上升的基础。

2.8 海洋滑翔机glider

海洋滑翔机是近年快速发展的自主水下观测平台：

应用场景：湾流监测、加利福尼亚海岸气候变率（CUGN 网络）、飓风响应、深水油井监测。

2.9 HF 雷达 — 近岸表面海流

高频（HF）雷达是唯一能实时、大面积测量近岸表面海流的技术：

美国 IOOS 网络目前运营约 180 部 HF 雷达，覆盖大部分海岸线。应用包括搜救、溢油追踪、航道规划和沿岸工程。

三、卫星海洋观测

卫星是实现全球覆盖的唯一手段，提供多种海洋基本变量的连续监测。

3.1 海面高度计（测高卫星）

SWOT 的革命性意义：首次实现二维高分辨率海面高度成像，能探测 亚中尺度（15-100 km）海洋过程，突破传统星下点高度计的限制。

3.2 海面温度（SST）

3.3 海洋颜色（水色遥感）

3.4 海面盐度

3.5 海面风场

3.6 重力与海底地形

四、数据管理与共享

4.1 主要数据中心

4.2 数据标准与协议

五、国际碳观测协调

海洋吸收了约 25-30% 的人类排放 CO₂，碳观测是海洋观测的核心维度：

BGC-Argo 已累计采集 250,000+ 个生物地球化学剖面。

六、区域海洋观测系统

七、观测平台能力对比

八、未来展望与挑战

已取得的成就

• • Argo 彻底改变了海洋上层观测能力
• • SWOT 开启了亚中尺度海洋观测新纪元
• • BGC-Argo 正在填补生物地球化学观测空白
• • NODD 等计划使 PB 级数据免费可用

面临的挑战

1. 1. 覆盖不均：南大洋、北极、边缘海观测严重不足
2. 2. 深海盲区：2,000 m 以下观测极为稀疏，Deep Argo 仅达目标的 18%
3. 3. 生物观测缺口：12 个 BioEco EOV 的全球系统性观测尚未建立
4. 4. 资金可持续性：高度依赖少数发达国家，长期资金保障不足
5. 5. 数据集成：多源、多尺度、多格式数据的实时融合仍是技术难题

OneArgo 2030 愿景

到 2030 年，部署 4,700 个浮标的 OneArgo 阵列（含 Core + Deep + BGC），实现从海面到海底、从物理到生物地球化学的全方位全球海洋观测。

总结

全球海洋观测体系就像一张多层的"感知网络"，卫星看全貌、浮标测剖面、船舶做精测、验潮站守海岸，每一个组件都不可替代。理解这张网络，就是理解人类认知海洋的方式。

References

• • GOOS 官网
• • GOOS 2025 状况报告
• • Argo 计划
• • OceanOPS
• • POGO
• • GO-SHIP
• • OceanSITES
• • GLOSS
• • DBCP
• • GTMBA
• • BGC-Argo
• • NOAA IOOS HF Radar
• • Sentinel-6
• • SWOT