使用ARGO浮标温度估算上层海洋磷酸盐浓度外文翻译资料

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使用ARGO浮标温度估算上层海洋磷酸盐浓度

摘要：

截至2008年5月，在ARGO自由漂移剖面浮标阵列中，大于3125个浮标部署在60°N和60°S纬度之间，其分辨率约为3°，10天每个浮标剖面延伸2000m
并且提供了世界海洋中温度和盐度的全面四维视图。由此产生的数据补充了基于卫星的海洋表面温度（SST）的测量，同样将补充未来基于卫星的海洋表面盐度测量。虽然计划为未来浮标添加生物地球化学传感器，但由于成本和深度的限制，只能全面升级2008年后部署的所有浮标中的一小部分的。温度 - 营养（TN）关系提供了一种利用温度估计营养物浓度的机制，以此补充使用非化学方法（如基于ISUS的硝酸盐）可能获得的更稀疏的营养物浓度测量值。检查了应用具有全局覆盖（70°N和70°S）的温度 - 磷酸盐（TP）线性回归矩阵的负面和积极方面。TP线性回归矩阵是通过将现有的11个纬度和经度磷酸盐耗尽温度（PDT）或X截距值与来自GEOSECS数据集的代表性TP线性回归斜率相结合得出的。来自具有相关的纬度和经度坐标以及在一些情况下测量的磷酸盐浓度（[PO₄]）数据集的温度与计算的TP线性回归斜率和全局矩阵中的Y截距匹配，使用MSExcel查找工作表函数来计算TP- 估计[PO₄]。TP-估计的[PO₄] lt;3.0mu;M与测量的[PO₄]的平均偏差在夏威夷（HOT）表现为0.18plusmn;0.18mu;M，在百慕大（BATS）时间序列站表现为0.04plusmn;0.08mu;M，在代表不同海洋盆地的所有考虑的世界海洋循环实验（WOCE）站中为0.28plusmn;0.27mu;M。一般来说，TP估计的[PO₄]在南半球比在北半球能更精确地表示测量的[PO₄]。 对于“2005年世界海洋图集”（WOA05），基于年度统计平均值SST的TP估计的[PO₄]图相似于总体地理模式中的年度统计平均测量[PO₄]图，但绝对浓度较低。2006年全部的ARGO 0-10m温度数据和推导的TP估计[PO₄]图与WOA05年度统计平均SST和测量的[PO₄]图比较更有利，对于2006年冬季，ARGO 0-10 m温度和推导的TP估计[PO₄]图与MODIS平均SST和推导的TP估计[PO₄]图相比有利。2006年冬天的ARGO 30-50m和75-100m的温度和推导的TP估计[PO₄]表明ARGO数据集提供了基于MODIS SST的营养推论的表面营养补充。TP估计[PO₄]方法对变化的条件作出反应，因为独立变量温度在ARGO剖面时可以将垂直热结构中所表达的环境变率综合起来。通过提供比单独的温度更多的可用性营养物的具体估计，TP估计[PO₄]可以增强基于ARGO的生态系统应用的解释。

1.介绍

ARGO自由漂移剖面浮筒阵列的部署始于2000年，截至2008年5月，已有超过3125台仪器（http://www-argo.ucsd.edu/ index.html）。剖面浮标现在跨越世界海洋经纬度主要在60°N和60°S之间，大约是3°的间距。所有浮子目前是测量压力，温度（1C）和盐度的仪器，它们每10天循环通过海洋上部2000米，其寿命为4-5年。
几个生物地球化学传感器已经在ARGO风格的浮标上进行了测试。 3波长下行辐射传感器在日本海提供垂直剖面的光衰减（Mitchell等人，2000）。测量基于荧光的叶绿素谱超过2年（Uz，2006）。
氧传感器部署在拉布拉多海（Kortzinger等人，2004年，2005年），约束全球碳循环并监测海洋环流变化。透视仪和反向散射传感器在时间段和日间时间范围内将碳生物多样性从表面监测到1000m（Bishop et al。，2002）。将原位紫外光谱仪（ISUS）硝酸盐功能添加到1000米和生物光谱传感器（Johnson和Coletti，2002; Johnson等，2006）支持了新的生产估算，但是每个浮选的成本大约是之前两倍，并且确定寿命 没有明确。截至2007年2月，已经有60个运行浮标装有O2传感器，未来是否添加生物光学和其他化学传感器（包括营养物质）（http://www.ioccg.org/group / argo.html）正在进行审议。通过使用统计温度 - 营养（TN）关系估算营养浓度，目前随着ARGO传感器应用的扩展可以添加营养传感器到未来的ARGO浮标。
在全球1°纬度和经度营养物缺失温度（NDT）的表格中，使用传统分光光度技术检测到海洋营养物质的温度（Strickland和Parsons，1968）用于推断硝酸盐（NO₃），磷酸盐（PO₄） 和来自卫星衍生的海面温度的硅酸盐（SiO₄）可利用性（SST; Kamykowski等人，2002; Switzer等人，2003）。使用传统的分光光度技术（Strickland和Parsons，1968）检测不到海洋养分的温度，被用来推断硝酸盐（NO₃），磷酸盐（PO₄） 和硅酸盐（SiO₄）从卫星衍生的海洋表面温度（SST; Kamykowski等人，2002; Switzer等人，2003）的可用性。 Uz（2006）讨论和Guinehut et al。（2004）演示了如何使用ARGO温度曲线补充低于第一光学深度的红外或微波辐射的卫星SST。 适用于ARGO近地表温度（SSTlt;NDT）的NDTs类似地可以补充基于卫星导出的SST的推断的营养物利用度。营养物的存在相对量通常随着SST和NDT之间的负差异增加而增加，而从表面分离地下营养物池的热分层量通常随着SST和NDT之间的正差异增加而增加。在垂直水柱中温度等于NDT的地方发生螺旋线深度。 在相对高纬度的Irminger海（Henson等人，2003）中检查了TN回归关系的实用性，但是根据季节具有混合结果，将当前ARGO技术的解释扩展到营养物浓度。本文将进一步开发TN回归方法，通过使用ARGO地理位置测量的水柱温度从2006年进入全球温度磷酸盐（TPO₄）线性回归关系，计算磷酸盐浓度（[PO₄]），基于现有的磷酸盐消耗温度 PO₄DT）矩阵和最近的一组GEOSECS TPO₄线性回归斜率。 P是随后在这些和相关术语中用于PO₄以提供更简洁的术语。
2.方法
根据世界海洋数据库2005（WOD05），包括的数量为温度：2,082,770; PO₄：400,399; SiO₄：287,256; 和NO₃：233,125（Boyer等人，2006）。PO₄作为世界海洋历史上最常分析的大量营养元素，为使用国家海洋学数据中心（NODC）数据集计算的现有NDT测定表（Kamykowski等，2002）提供了最好的全球覆盖率（Kamykowski和Zentara，1986)在MSExcel工作簿中,目前的分析在70°N和70°S之间开始于NODC的PDT的1°个纬度和经度网格（N：PDTs;从原始的10°纬度和经度阵列插值）。
然后使用SigmaPlot分析地球化学海洋剖面研究（GEOSECS; http://ingrid.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.GEOSECS/），以在支持 r2》=0.83.的每个站处提供上层海洋TP线性回归拟合。统计滤波器在310个站中通过194（图1），并且通常将所考虑的水柱限制到lt;800m。不符合标准的站一般来自高纬度地区，原因是垂直温度结构降低，淡水影响下的区域和不同水团的复杂近地表层分层的区域。线性回归斜率（G：TPSlps）和X截距（G：PDTs）的纬度分布在赤道附近大致对称，并由非线性回归拟合表示（图2）。这些方程提供了一种用于计算TP-估计的[PO₄]，给定纬度（L）和温度（T）的机制，形式[PO 4] = a bT，
b ＝－ 0:1063 ＋ 0.2 x10 4L －3.0105 x10 5L2 (1)
a＝－ b x31:7880（exp（－0.5(ABS((L 1:200/30.8374))))) (2)
(公式）然而，这种方法对TP关系中的纵向变异性不敏感，如图1中的站分布所示。 并通过将与G：PDT（图2B）的拟合与在每个纬度处的最大和最小N：PDT（在Kamykowski等人，2002，图3中提供）进行比较。因此开发了混合机制以将N：PDFs与G：TPSlps组合的混合机制
使用SigmaPlot对每个半球中的所有可接受的GEOSECS站计算统计学显着的NH和SH方程拟合G：TPIbs对G：PDT。
NH : G : TPSlp ＝－1:3541 （1 ＋ G : PDT） 0:7500,
n＝78，r2 ＝0:56， SS＝0:0580 (3)
SH : G : TPSlp ＝－ 3:6562（1 ＋ G : PDT） 1:0801,
n＝116，r2 ＝0.86， SS＝0.0373 (4)
对比全球处理，分别处理半球是因为得到改进的非线性拟合。这种方法的合理化是G：TPSlps和G：PDTs相对于赤道的对称性（图2），以及对更多南半球的海洋与北半球的内陆进行单独处理。单独的试验分析将GEOSECS站分为海洋盆地（即北大西洋，北太平洋等），但非线性拟合的统计显着性随自由度降低而下降。N：PDTs代替方程（3）和（4）中的G：PDTs， 以再次基于[PO₄] = a bxT产生TP-估计的[PO₄]的更纵向响应的G：TPS1p :: N：PDT杂交关系，产生NH [PO₄]:
[PO₄ ] =((-( -1.3541(1 N : PDT) 0.7500)N : PDT:
(( -1.3541(1 N : PDT) 0.7500 )(T ))) (5)
或SH [PO₄]:
[PO₄ ] =((- 3.6562(1 N : PDT) 1.0801)N : PDT)
((- 3.6562(1 N : PDT)1.0801THORN;) (T ))) (6)
附录A提供了对G：TPSlp :: N：PDT混合方程的开发的更完整的讨论。 在与 N：PDTs相同的MSExcel工作簿中，a和b的适当的半球特定的G：TPSlp :: N：PDT混合方程被输入到70°N和70°S之间的1°网格中。 基于地理上合适的N：PDT计算a和b的坐标特定值。 提供应用G：TPSlp :: N：PDT混合方程的MSExcel工作表作为电子附件。选择用于生成TP估计[PO₄]的纬度，经度和温度的数据集被输入到MSExcel工作簿中。 经度和经度四舍五入到最接近的程度。
使用MSExcel Lookup方法两次选择a，然后使用适当的G：TPSlp :: N：PDT混合方程在所需的经度和纬度进行选择。。根据Strickland和Parsons（1968）报道的反应性PO 4的标准分光光度技术的检测极限，计算的最小值[PO 4]为0.03mu;M。
使用提供纬度，经度，温度和测量[PO₄]的选定数据集测试TP估计[PO₄]的准确性。 直接比较，数据来自夏威夷海洋时间序列（HOT），时间为10/1/1988至2005年12月31日（http：//hahana.soest。hawaii.edu/hot/hot-dogs／bextraction.html），1988年10月1日至5月24日（http://bats.bios.edu/）期间的百慕大大西洋时间序列研究（BATS）和世界海洋循环实验（WOCE） ）来自印度（NH：I105E＆I108N，SH：I108S＆I109S），太平洋（NH：P16N，SH：P16A）和大西洋（NH：A16N，SH：A16S）（http://woce.nodc.noaa.gov/woce_v3） / wocedata_1 / whp / onetime.htm）。
SigmaPlot用于生成散点图并计算统计数据。 为了比较70度N和70度S之间TP估计[PO₄]和测量的[PO₄]的一般全球海洋模式，年度统计平均SST（Locarnini等人，2006）和PO₄（Garcia等人，2006） 数据从世界海洋地图集2005（WOA05）（ftp://ftp.nodc.noaa.gov/pub/WOA05/ DATA）获得

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