Argo es un programa internacional para la investigación del océano. Utiliza flotadores perfiladores para observar la temperatura , la salinidad y las corrientes . Recientemente ha observado propiedades bioópticas en los océanos de la Tierra. Ha estado en funcionamiento desde principios de la década de 2000. Los datos en tiempo real que proporciona respaldan la investigación climática y oceanográfica. [1] [2] Un interés de investigación especial es cuantificar el contenido de calor del océano (OHC). La flota Argo consta de casi 4.000 "flotadores Argo" a la deriva (como se denominan a menudo los flotadores perfiladores utilizados por el programa Argo) desplegados en todo el mundo. Cada flotador pesa entre 20 y 30 kg. En la mayoría de los casos, las sondas se desplazan a una profundidad de 1.000 metros. Los expertos llaman a esto profundidad de estacionamiento. Cada 10 días, cambiando su flotabilidad , se sumergen a una profundidad de 2000 metros y luego se desplazan a la superficie del mar . A medida que se mueven, miden los perfiles de conductividad y temperatura, así como la presión . Los científicos calculan la salinidad y la densidad a partir de estas mediciones. La densidad del agua de mar es importante para determinar los movimientos a gran escala en el océano.
Las velocidades promedio de las corrientes a 1000 metros se miden directamente por la distancia y la dirección en que se desplaza un flotador mientras está estacionado a esa profundidad, que está determinada por las posiciones del sistema GPS o Argos en la superficie. Los datos se transmiten a tierra vía satélite y están disponibles gratuitamente para todos, sin restricciones.
El programa Argo lleva el nombre del mítico barco griego Argo para enfatizar la relación complementaria de Argo con los altímetros de los satélites Jason . Tanto los flotadores Argo estándar como los cuatro satélites lanzados hasta ahora para monitorear los cambios en el nivel del mar operan en un ciclo de trabajo de 10 días.
El programa Argo es una asociación de colaboración de más de 30 naciones de todos los continentes (la mayoría se muestra en el mapa gráfico de este artículo) que mantiene una matriz global y proporciona un conjunto de datos que cualquiera puede utilizar para explorar el entorno oceánico. Argo es un componente del Sistema Mundial de Observación de los Océanos (GOOS) [3] y está coordinado por el Equipo Directivo de Argo, un organismo internacional de científicos y expertos técnicos que se reúne una vez al año. El flujo de datos de Argo lo gestiona el equipo de gestión de datos de Argo. Argo también cuenta con el apoyo del Grupo de Observaciones de la Tierra, y ha sido avalado desde sus inicios por el Proyecto CLIVAR (Variabilidad y predictibilidad del sistema océano-atmósfera) del Programa Mundial de Investigación Climática, y por el Experimento Global de Asimilación de Datos Oceánicos (GODAE OceanView) .
Un programa llamado Argo se propuso por primera vez en OceanObs 1999, una conferencia organizada por agencias internacionales con el objetivo de crear un enfoque coordinado para las observaciones oceánicas. El prospecto original de Argo fue creado por un pequeño grupo de científicos, presidido por Dean Roemmich , quien describió un programa que tendría un conjunto global de alrededor de 3000 flotadores instalados en algún momento de 2007. [4] El conjunto de 3000 flotadores se logró en noviembre de 2007 y fue global. El Equipo Directivo de Argo se reunió por primera vez en 1999 en Maryland (EE.UU.) y describió los principios del intercambio de datos global.
El Equipo Directivo de Argo realizó un informe de 10 años para OceanObs-2009 [5] y recibió sugerencias sobre cómo se podría mejorar el conjunto. Estas sugerencias incluían mejorar el conjunto en latitudes altas, en mares marginales (como el Golfo de México y el Mediterráneo) y a lo largo del ecuador, mejorar la observación de fuertes corrientes fronterizas (como la Corriente del Golfo y Kuroshio ), ampliar las observaciones a profundidades agua y la adición de sensores para monitorear los cambios biológicos y químicos en los océanos. En noviembre de 2012, un flotador indio en el conjunto Argo recolectó el perfil número un millón (el doble del número recolectado por los buques de investigación durante todo el siglo XX), un evento del que se informó en varios comunicados de prensa. [6] [7] Como se puede ver en el gráfico de al lado, a principios de 2018 el programa Bio-Argo se está expandiendo rápidamente. [8]
La capacidad crítica de un flotador Argo es su capacidad de ascender y descender en el océano según un horario programado. Los flotadores hacen esto cambiando su densidad efectiva. La densidad de cualquier objeto viene dada por su masa dividida por su volumen. El flotador Argo mantiene constante su masa, pero al alterar su volumen, cambia su densidad. Para ello, se expulsa aceite mineral de la caja de presión del flotador y se expande una vejiga de goma en el extremo inferior del flotador. A medida que la vejiga se expande, el flotador se vuelve menos denso que el agua de mar y sube a la superficie. Al finalizar sus tareas en la superficie, el flotador retira el petróleo y vuelve a descender. [9]
Un puñado de empresas y organizaciones fabrican flotadores perfilados utilizados en el programa Argo. Los flotadores APEX, fabricados por Teledyne Webb Research , son el elemento más común del conjunto actual. Los flotadores SOLO y SOLO-II (estos últimos utilizan una bomba alternativa para los cambios de flotabilidad, a diferencia de los pistones accionados por tornillo en otros flotadores) se desarrollaron en el Instituto Scripps de Oceanografía . Otros tipos incluyen el flotador NINJA, fabricado por Tsurumi Seiki Co. de Japón, y los flotadores ARVOR, DEEP-ARVOR y PROVOR desarrollados por IFREMER en Francia, en asociación industrial con la empresa francesa nke instrumentation. La mayoría de los flotadores utilizan sensores fabricados por Sea-Bird Scientific (https://www.seabird.com/), que también fabrica un flotador perfilado llamado Navis. Un flotador típico de Argo es un cilindro de poco más de 1 metro de largo y 14 cm de ancho con una tapa semiesférica. Por tanto tiene un volumen mínimo de unos 16.600 centímetros cúbicos (cm 3 ). En Ocean Station Papa, en el golfo de Alaska, la temperatura y la salinidad en la superficie podrían ser de unos 6°C y 32,55 partes por mil, lo que da una densidad del agua de mar de 1,0256 g/cm 3 . A una profundidad de 2.000 metros (presión de 2.000 decibares), la temperatura podría ser de 2°C y la salinidad de 34,58 partes por mil. Así, incluyendo el efecto de la presión (el agua es ligeramente comprimible), la densidad del agua de mar es de aproximadamente 1,0369 g/cm 3 . El cambio de densidad dividido por la densidad profunda es 0,0109.
El flotador debe coincidir con estas densidades para alcanzar los 2.000 metros de profundidad y luego subir a la superficie. Dado que la densidad del flotador es su masa dividida por el volumen, necesita cambiar su volumen en 0,0109 × 16,600 = 181 cm 3 para impulsar esa excursión; una pequeña cantidad de ese cambio de volumen es proporcionada por la compresibilidad del propio flotador, y se requiere un exceso de flotabilidad en la superficie para mantener la antena sobre el agua. Todos los flotadores Argo llevan sensores para medir la temperatura y la salinidad del océano, ya que varían con la profundidad, pero cada vez más flotadores también llevan otros sensores, como los de medición del oxígeno disuelto y, en última instancia, otras variables de interés biológico y químico como la clorofila, nutrientes y pH. Se está desarrollando una extensión del proyecto Argo llamada BioArgo y, cuando se implemente, agregará un componente biológico y químico a este método de muestreo de los océanos. [10]
La antena para la recopilación de datos satelitales está montada en la parte superior del flotador, que se extiende más allá de la superficie del mar una vez que completa su ascenso. El océano es salado y, por tanto, conductor de electricidad, por lo que no es posible la comunicación por radio desde debajo de la superficie del mar. Al principio del programa, los flotadores Argo utilizaban exclusivamente comunicaciones satelitales monodireccionales lentas, pero la mayoría de los flotadores que se desplegaron a mediados de 2013 utilizan comunicaciones bidireccionales rápidas. El resultado de esto es que los flotadores Argo ahora transmiten muchos más datos de los que antes eran posibles y pasan sólo unos 20 minutos en la superficie del mar en lugar de entre 8 y 12 horas, lo que reduce en gran medida problemas como el encallamiento y la contaminación biológica.
La vida útil promedio de los flotadores Argo ha aumentado considerablemente desde que comenzó el programa, superando por primera vez los 4 años de vida útil promedio para los flotadores desplegados en 2005. Las mejoras en curso deberían resultar en nuevas extensiones a 6 años o más.
En junio de 2014, [11] se estaban probando nuevos tipos de flotadores para recolectar mediciones mucho más profundas de las que pueden alcanzar los flotadores Argo estándar. Estos flotadores "Deep Argo" están diseñados para alcanzar profundidades de 4.000 o 6.000 metros, frente a los 2.000 metros de los flotadores estándar. Esto permitirá muestrear un volumen mucho mayor del océano. Estas mediciones son importantes para desarrollar una comprensión integral del océano, como las tendencias en el contenido de calor. [12] [13]
El plan original anunciado en el prospecto de Argo exigía una distancia entre flotadores al vecino más cercano, en promedio, de 3° de latitud por 3° de longitud. [4] Esto permitió una mayor resolución (en kilómetros) en latitudes altas, tanto al norte como al sur, y se consideró necesario debido a la disminución del radio de deformación de Rossby que gobierna la escala de las características oceanográficas, como los remolinos. En 2007, esto se había logrado en gran medida, pero la resolución objetivo nunca se ha logrado por completo en las profundidades del océano austral.
Se están haciendo esfuerzos para completar el plan original en todas partes de los océanos del mundo, pero esto es difícil en las profundidades del Océano Austral, ya que las oportunidades de implementación ocurren muy raramente.
Como se mencionó en la sección de historia, ahora se planean mejoras en las regiones ecuatoriales de los océanos, en las corrientes fronterizas y en los mares marginales. Esto requiere que el número total de flotadores aumente del plan original de 3000 flotadores a una matriz de 4000 flotadores.
Una consecuencia del uso de flotadores perfiladores para tomar muestras del océano es que se puede eliminar el sesgo estacional. El diagrama de al lado muestra el recuento de todos los perfiles de flotación adquiridos cada mes por Argo al sur de 30°S (curva superior) desde el inicio del programa hasta noviembre de 2012, en comparación con el mismo diagrama para todos los demás datos disponibles. La curva inferior muestra un fuerte sesgo anual, con cuatro veces más perfiles recolectados en el verano austral que en el invierno austral. Para el gráfico superior (Argo), no hay sesgo aparente.
Una de las características críticas del modelo Argo es la del acceso global y sin restricciones a los datos casi en tiempo real. Cuando un flotador transmite un perfil, se convierte rápidamente a un formato que puede insertarse en el Sistema Global de Telecomunicaciones (GTS). El GTS es operado por la Organización Meteorológica Mundial , o OMM, específicamente con el propósito de compartir datos necesarios para el pronóstico del tiempo. Por lo tanto, todas las naciones que son miembros de la OMM reciben todos los perfiles de Argo a las pocas horas de la adquisición del perfil. Los datos también están disponibles a través de ftp y acceso WWW a través de dos centros de datos globales de Argo (o GDAC), uno en Francia y otro en Estados Unidos.
Alrededor del 90% de todos los perfiles adquiridos están disponibles para acceso global dentro de las 24 horas, y los perfiles restantes estarán disponibles poco después.
Para que un investigador utilice datos adquiridos a través del GTS o de los Centros de datos globales de Argo (GDAC), se requieren habilidades de programación. Los GDAC proporcionan archivos de múltiples perfiles que son un formato de archivo nativo para Ocean DataView. Para cualquier día existen archivos con nombres como 20121106_prof.nc que se denominan archivos multiperfil. Este ejemplo es un archivo específico del 6 de noviembre de 2012 y contiene todos los perfiles en un único archivo NetCDF para una cuenca oceánica. Los GDAC identifican tres cuencas oceánicas, la Atlántica, la Índica y la Pacífica. Por lo tanto, tres archivos multiperfil contendrán cada perfil Argo adquirido ese día específico.
Un usuario que quiera explorar los datos de Argo pero que carezca de habilidades de programación podría descargar Argo Global Marine Atlas [14], que es una utilidad fácil de usar que permite la creación de productos basados en datos de Argo, como la sección de salinidad que se muestra arriba. , pero también mapas horizontales de propiedades oceánicas, series temporales en cualquier ubicación, etc. Este Atlas también incluye un botón de "actualización" que permite actualizar los datos periódicamente. El Atlas Marino Global Argo se mantiene en el Instituto Scripps de Oceanografía en La Jolla, California.
Los datos de Argo también se pueden mostrar en Google Earth con una capa desarrollada por el Coordinador Técnico de Argo.
Argo es ahora la fuente dominante de información sobre el estado climático de los océanos y se utiliza ampliamente en muchas publicaciones, como se ve en el diagrama de al lado. Los temas abordados incluyen la interacción aire-mar, corrientes oceánicas , variabilidad interanual, El Niño , remolinos de mesoescala , propiedades de la masa de agua y transformación. Argo ahora también permite cálculos directos del contenido de calor global del océano .
Determinan que las áreas del mundo con alta salinidad superficial se están volviendo más saladas y las áreas del mundo con una salinidad superficial relativamente baja se están volviendo más frescas. Esto se ha descrito como "los ricos se vuelven más ricos y los pobres se vuelven más pobres". Científicamente hablando, la distribución de la sal se rige por la diferencia entre precipitación y evaporación. Las áreas, como el norte del Océano Pacífico Norte , donde la precipitación domina la evaporación, son más frescas que el promedio. La implicación de su resultado es que la Tierra está viendo una intensificación del ciclo hidrológico global . Los datos de Argo también se están utilizando para impulsar modelos informáticos del sistema climático que conduzcan a mejoras en la capacidad de las naciones para pronosticar variaciones climáticas estacionales. [15]
Los datos de Argo fueron fundamentales en la redacción del Capítulo 3 (Grupo de Trabajo 1) del Quinto Informe de Evaluación del IPCC (publicado en septiembre de 2013) y se añadió un apéndice a ese capítulo para enfatizar el profundo cambio que había tenido lugar en la calidad y el volumen del océano. datos desde el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC y la consiguiente mejora en la confianza en la descripción de los cambios de salinidad de la superficie y el contenido de calor de la capa superior del océano.
Los datos de Argo se utilizaron junto con los datos de cambio del nivel del mar obtenidos de altimetría satelital en un nuevo enfoque para analizar el calentamiento global , informado en Eos en 2017. David Morrison informa que "[a]mbos conjuntos de datos muestran firmas claras de deposición de calor en el océano , por los cambios de temperatura en los 2 kilómetros superiores de agua y por la expansión del agua del océano debido al calentamiento. Estas dos medidas son menos ruidosas que las temperaturas terrestres y atmosféricas". [dieciséis]
Los datos de Argo y CERES recopilados entre 2005 y 2019 se han comparado como medidas independientes del cambio global en el desequilibrio energético de la Tierra . Ambos conjuntos de datos mostraron un comportamiento similar con resolución anualizada, así como una duplicación de la tendencia lineal en la tasa de calentamiento del planeta durante ese lapso de 14 años. [17]
