Argo es un programa internacional de 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 especial de investigación es cuantificar el contenido de calor del océano (OHC). La flota Argo consta de casi 4000 "flotadores Argo" a la deriva (como se suele llamar a 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 1000 metros. Los expertos llaman a esto la profundidad de estacionamiento. Cada 10 días, al cambiar su flotabilidad , se sumergen a una profundidad de 2000 metros y luego se mueven 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.
La velocidad media de la corriente a 1000 metros se mide directamente a partir de la distancia y la dirección en que se desplaza un flotador estacionado a esa profundidad, que se determina mediante la posición en la superficie del GPS o del sistema Argos . Los datos se transmiten a tierra vía satélite y están disponibles para todos, sin restricciones.
El programa Argo recibe su nombre del barco mítico griego Argo para enfatizar la relación complementaria de Argo con los altímetros satelitales de Jason . Tanto los flotadores estándar de Argo como los cuatro satélites lanzados hasta ahora para monitorear los cambios en el nivel del mar funcionan todos con un ciclo de trabajo de 10 días.
El programa Argo es una asociación colaborativa de más de 30 naciones de todos los continentes (la mayoría de las cuales se muestran en el mapa gráfico de este artículo) que mantiene una matriz global y proporciona un conjunto de datos que cualquiera puede usar 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 está administrado por el Equipo de Gestión de Datos de Argo. Argo también cuenta con el apoyo del Grupo de Observaciones de la Tierra y ha sido respaldado 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).
En 1999, durante la conferencia OceanObs organizada por agencias internacionales con el objetivo de crear un enfoque coordinado para las observaciones oceánicas, se propuso por primera vez un programa denominado Argo. El prospecto original de Argo fue creado por un pequeño grupo de científicos, presidido por Dean Roemmich , quien describió un programa que contaría con un conjunto global de aproximadamente 3000 flotadores en funcionamiento en algún momento de 2007. [4] El conjunto de 3000 flotadores se logró en noviembre de 2007 y era global. El equipo directivo de Argo se reunió por primera vez en 1999 en Maryland (EE. UU.) y describió los principios del intercambio global de datos.
El equipo directivo de Argo elaboró un informe de 10 años para OceanObs-2009 [5] y recibió sugerencias sobre cómo se podría mejorar el conjunto. Estas sugerencias incluían la mejora del conjunto en latitudes altas, en mares marginales (como el Golfo de México y el Mediterráneo) y a lo largo del ecuador, la mejora de la observación de fuertes corrientes limítrofes (como la Corriente del Golfo y Kuroshio ), la extensión de las observaciones a aguas profundas 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 recopiló el perfil número un millón (el doble del número recopilado por buques de investigación durante todo el siglo XX), un evento que se informó en varios comunicados de prensa. [6] [7] Como se puede ver en el gráfico opuesto, 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 cronograma programado. Los flotadores hacen esto modificando su densidad efectiva. La densidad de cualquier objeto se da dividiendo su masa por su volumen. El flotador Argo mantiene su masa constante, pero al modificar 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 terminar sus tareas en la superficie, el flotador retira el aceite y desciende nuevamente. [9]
Un puñado de empresas y organizaciones fabrican flotadores de perfilación 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 (este último utiliza una bomba reciprocante para los cambios de flotabilidad, a diferencia de los pistones accionados por tornillo en otros flotadores) se desarrollaron en la Institución 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 de perfilación llamado Navis. Un flotador Argo típico es un cilindro de poco más de 1 metro de largo y 14 cm de ancho con una tapa hemisférica. Por lo tanto, tiene un volumen mínimo de unos 16.600 centímetros cúbicos (cm 3 ). En la Estación Oceánica 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 2000 metros (presión de 2000 decibares) la temperatura podría ser de 2 °C y la salinidad de 34,58 partes por mil. Por lo tanto, incluido el efecto de la presión (el agua es ligeramente compresible), la densidad del agua de mar es de unos 1,0369 g/cm 3 . El cambio de densidad dividido por la densidad profunda es 0,0109.
El flotador debe adaptarse a estas densidades para alcanzar los 2.000 metros de profundidad y luego ascender a la superficie. Como la densidad del flotador es su masa dividida por el volumen, necesita cambiar su volumen en 0,0109 × 16.600 = 181 cm3 para impulsar esa excursión; una pequeña cantidad de ese cambio de volumen se debe a la compresibilidad del propio flotador, y se requiere un exceso de flotabilidad en la superficie para mantener la antena por encima del agua. Todos los flotadores Argo llevan sensores para medir la temperatura y la salinidad del océano a medida que varían con la profundidad, pero un número cada vez mayor de flotadores también llevan otros sensores, como para medir el oxígeno disuelto y, en última instancia, otras variables de interés biológico y químico, como la clorofila, los nutrientes y el 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 recogida de datos por satélite está montada en la parte superior del flotador, que se extiende por encima de la superficie del mar una vez que completa su ascenso. El océano es salino, por lo tanto un conductor eléctrico, por lo que las comunicaciones por radio desde debajo de la superficie del mar no son posibles. Al principio del programa, los flotadores Argo utilizaban exclusivamente comunicaciones por satélite monodireccionales lentas, pero la mayoría de los flotadores que se desplegarán a mediados de 2013 utilizan comunicaciones bidireccionales rápidas. El resultado de esto es que los flotadores Argo ahora transmiten muchos más datos de lo que era posible antes y pasan solo unos 20 minutos en la superficie del mar en lugar de 8 a 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 la vida útil media de 4 años para los flotadores implementados en 2005. Las mejoras en curso deberían dar como resultado futuras extensiones a 6 años o más.
A partir de junio de 2014, [11] se están probando nuevos tipos de flotadores para tomar mediciones a mucha más profundidad de la que pueden alcanzar los flotadores Argo estándar. Estos flotadores "Deep Argo" están diseñados para alcanzar profundidades de 4000 o 6000 metros, frente a los 2000 metros de los flotadores estándar. Esto permitirá tomar muestras de un volumen mucho mayor del océano. Estas mediciones son importantes para desarrollar un conocimiento integral del océano, como las tendencias en el contenido de calor. [12] [13]
El plan original anunciado en el prospecto de Argo preveía una distancia de vecino más próximo entre los flotadores de, en promedio, 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 rige la escala de las características oceanográficas, como los remolinos. Para 2007 esto se logró en gran medida, pero la resolución objetivo nunca se ha logrado por completo en el océano profundo del sur.
Se están realizando esfuerzos para completar el plan original en todas las partes de los océanos del mundo, pero esto es difícil en las profundidades del Océano Austral, ya que las oportunidades de despliegue ocurren solo muy raramente.
Como se mencionó en la sección de historia, ahora se planean mejoras en las regiones ecuatoriales de los océanos, en las corrientes limítrofes y en los mares marginales. Esto requiere que el número total de flotadores se incremente del plan original de 3000 flotadores a un conjunto de 4000 flotadores.
Una consecuencia del uso de flotadores para muestrear el océano es que se puede eliminar el sesgo estacional. El diagrama opuesto muestra el recuento de todos los perfiles de flotadores 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, ya que se recogen cuatro veces más perfiles en el verano austral que en el invierno austral. En el gráfico superior (Argo), no hay sesgo aparente.
Una de las características fundamentales del modelo Argo es el acceso global y sin restricciones a los datos en tiempo casi real. Cuando un flotador transmite un perfil, este se convierte rápidamente a un formato que puede insertarse en el Sistema Mundial de Telecomunicaciones (GTS). El GTS es operado por la Organización Meteorológica Mundial , u OMM, específicamente con el propósito de compartir datos necesarios para la previsión meteorológica. De este modo, todos los países que son miembros de la OMM reciben todos los perfiles Argo en pocas horas desde la adquisición del perfil. Los datos también se ponen a disposición a través de FTP y acceso WWW a través de dos Centros de Datos Mundiales Argo (o GDAC), uno en Francia y otro en los EE. UU.
Aproximadamente el 90% de todos los perfiles adquiridos se ponen a disposición del acceso global en un plazo de 24 horas, y los perfiles restantes quedan disponibles poco después.
Para que un investigador pueda utilizar los datos adquiridos a través del GTS o de los Centros de Datos Globales Argo (GDAC), se requieren habilidades de programación. Los GDAC proporcionan archivos multiperfil que son un formato de archivo nativo para Ocean DataView. Para cualquier día hay archivos con nombres como 20121106_prof.nc que se denominan archivos multiperfil. Este ejemplo es un archivo específico para el 6 de noviembre de 2012 y contiene todos los perfiles en un solo archivo NetCDF para una cuenca oceánica. Los GDAC identifican tres cuencas oceánicas: la del Atlántico, la del Índico y la del Pacífico. Por lo tanto, tres archivos multiperfil contendrán todos los perfiles Argo adquiridos en ese día específico.
Un usuario que desee explorar los datos de Argo pero no tenga conocimientos de programación puede descargar el Atlas marino global de Argo [14], que es una herramienta 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 de Argo se mantiene en la Institución Scripps de Oceanografía .
Los datos de Argo también se pueden visualizar en Google Earth con una capa desarrollada por el Coordinador Técnico de Argo.
Argo es actualmente la principal fuente de información sobre el estado climático de los océanos y se utiliza ampliamente en muchas publicaciones, como se puede ver en el diagrama opuesto. Los temas abordados incluyen la interacción aire-mar, las corrientes oceánicas , la variabilidad interanual, El Niño , los remolinos de mesoescala , las propiedades de la masa de agua y la transformación. Argo también permite ahora realizar cálculos directos del contenido de calor global de los océanos .
Los autores determinan que las áreas del mundo con alta salinidad superficial se están volviendo más saladas y las áreas del mundo con 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, las distribuciones de sal están regidas 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 experimentando una intensificación del ciclo hidrológico global . Los datos de Argo también se están utilizando para impulsar modelos informáticos del sistema climático que conducen a mejoras en la capacidad de las naciones para pronosticar variaciones climáticas estacionales. [15]
Los datos de Argo fueron fundamentales para la redacción del Capítulo 3 (Grupo de Trabajo 1) del Quinto Informe de Evaluación del IPCC (publicado en septiembre de 2013) y se agregó un apéndice a ese capítulo para destacar el profundo cambio que había tenido lugar en la calidad y el volumen de los datos oceánicos desde el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC y la mejora resultante en la confianza en la descripción de los cambios en la salinidad de la superficie y el contenido de calor del océano superior.
Los datos de Argo se utilizaron junto con los datos de cambio del nivel del mar de la 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 señales claras de deposición de calor en el océano, a partir de los cambios de temperatura en los 2 km superiores del agua y de la expansión del agua del océano debido al calentamiento. Estas dos medidas son menos ruidosas que las temperaturas terrestres y atmosféricas". [16]
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 una resolución anualizada, así como una duplicación de la tendencia lineal en la tasa de calentamiento del planeta durante ese período de 14 años. [17]
