Argo
Deep argo
在20世纪70年代，随着数值天气预报对海–气耦合过程的关注日益增强，科研界逐渐认识到，研究船只能在少数航线进行CTD剖面，覆盖范围极其有限；XBT（抛弃式温度剖面仪）虽然部署简便，每年可通过商船投放数十万次温度探头，但只能获取几百米深度的温度数据，不具备盐度测量功能，也无法深入探测中层与深层结构；MBT（机械式温温度计）曾在二战前后大规模使用，但因体积笨重、测量精度和回收效率均不足，难以支撑大范围、长时间的气候监测需求。
迈入80年代，中性漂浮体技术开始崭露头角。John Swallow于1955年率先利用声学信号跟踪中性浮体，确认了大西洋深层西侧边界流的存在；随后引入SOFAR（深声道） 声学浮标，使得漂浮体能借助海洋声学通道进行较远距离的定位观测。1986年，RAFOS方式进一步将声源与接收器对调，虽仍受限于声音源浮标的布设，但为区域尺度漂浮体测向提供了新思路。
真正将自主浮标推进全球观测舞台的是ALACE（Autonomous Lagrangian Circulation Explorer）。1992年，Davis等人首次在WOCE（1990–1998世界海洋环流实验）航线上部署ALACE，它通过内置可控浮力泵周期性上浮至海面，并借助当时的新兴卫星定位系统，实现了对500–1000 m中层温盐与漂移速度的连续观测。ALACE的成功演示了“浮标＋CTD”一体化剖面浮体的可行性：它不仅测得了温盐结构，更为后续环流反演提供了“已知运动水平”的动力学参考。
基于这一经验，国际海洋学界于1998年提出Argo计划。其核心设想是在全球海洋以约3°×3°网格布设3300台剖面浮标——每只浮标携带CTD传感器，周期性（约10天）完成0–2000 m深度温度与盐度剖面，并通过双向卫星链路（Iridium）实时回传数据。该方案获得CLIVAR（气候变率与可预报性计划）和GODAE（全球海洋数据同化实验）的支持，成为WCRP（世界气候研究计划）框架下首个全球化海洋观测网络。
1999年澳大利亚率先部署首批Argo浮标，2007年在役数突破3000台，标志着设计蓝图的全面实现。为了保持观测连续性与数据质量，Argo社区制定了严格的延迟模（Delayed-Mode）和实时（Real-Time）双重质量控制流程，并由两大全球数据中心负责汇聚与发布；浮标寿命从最初的约3年延长至5年以上，Iridium通讯将单次浮出时间缩短至20 分钟，显著降低了簇集漂移、搁浅和生物附着造成的数据丢失。
进入新世纪以来，Argo与GO-SHIP重复剖面、全球表层漂流器和卫星高度计等观测体系深度融合：卫星高度计、GNSS浮标观测到的海面高度变化，与Argo提供的“立体密度廓线”共同构成海平面变率和输运过程的完整描述；GO-SHIP则为Argo传感器校准和深层观测标准提供了船载高精度参考。
面向未来，Deep Argo项目正将观测深度扩展至全海深（至6000 m），而BGC-Argo则在浮标上增挂溶解氧、pH、硝酸盐和生物光学传感器，力图将生物地球化学与生态系统观测纳入全球阵列。通过不断推进技术创新与国际合作，Argo已经成为迄今最具规模与影响力的全球海洋观测系统，不仅为气候模式同化和海洋动力学研究提供了前所未有的数据支撑，也为全球应对气候变化与海洋资源管理奠定了坚实基础。
水下滑翔机的发展历程
水下滑翔机的历史始于上世纪七十年代末，当时Regier和Stommel提出在SOFAR浮标基础上加入水平机动能力的设想。1989年，Stommel在一篇开创性文章中描绘了一个全球滑翔机舰队的蓝图：这些滑翔机可沿WOCE航线自动巡航，采集水文剖面数据，浮出水面后通过卫星将观测结果回传岸基指挥中心。
到了1990年代，关键技术已渐趋成熟：可控浮力机构、自持式CTD传感器、GPS定位以及双向卫星通信成为可能。两条技术路线相继展开：一条由Scripps海洋研究所、伍兹霍尔海洋研究所与Webb Research联合开发，最终衍生出适用于深海（Spray滑翔机）与浅海（Slocum滑翔机）的系列；另一条由华盛顿大学主导，发展出Seaglider。尽管它们未及Stommel所设想的五年续航，均能实现数月至一年级别的连续任务，并成功穿越墨西哥湾暖流与墨西哥湾流等强流区。
水下滑翔机通过改变自身浮力实现上下潜，并在上下潜过程中借助可调节翼面将部分垂直动能转化为水平推进，以约0.25米/秒（约20千米/天）的速度持续航行。设计上，滑翔机须兼顾两人搬运、可在6米级小艇上部署，以及便于近岸回收，因此长度约2米、重量约50千克成了行业标准。一架Spray滑翔机在携带泵式CTD情况下，典型航程可达2500千米，连续作业约四个月；一次1000米深度的潜升剖面约需5小时，滑翔角度约20度。
除了温盐剖面，滑翔机还可通过比较其相对水体运动速度与对地航速，计算出平均水流速度。这一深平均水速既为精准导航所必需，也可用于计算跨航道的体积输送。部分滑翔机装备了小型ADCP，可直接测量垂向流速切变，经校准后获得绝对流场剖面，进一步提升了它们在动力学研究中的价值。
在边界流长期监测方面，滑翔机展现了无可比拟的优势。2006年起，“加州水下滑翔机网络”在经典的CalCOFI航线上持续观测逾十年，捕捉到2009/10年厄尔尼诺、高温事件及2015/16年再度异动；自2007年起，所罗门海滑翔机跨海监测揭示了此区域热带西侧边界流的双层结构及ENSO相关的年际变化；2004年始，滑翔机横越墨西哥湾流和墨西哥湾环流，绘制了这些强流的潜能涡量与性质分布；近年又在佛罗里达海峡与哈特拉斯角部署，多次剖面展示墨西哥湾流下游演变及内部波过程。
传感器方面，滑翔机已由最初的CTD扩展到溶解氧、硝酸盐、pH、生物荧光、光学散射、声学回声和ADCP，甚至配备浮游生物摄像头。它们支撑了SPURS亚热带气-海相互作用研究、北大西洋藻华实验、墨西哥环流涡旋过程研究以及北太平洋亚热带环流中等密度梯度扩散研究等众多过程性研究。
在极地环境中，滑翔机凭借长续航、自主定位和接近冰下的能力同样大展身手。Webster等人通过声学基站多边定位，使滑翔机在冰盖下持续作业；Seaglider更在戴维斯海峡提供了长达六年的定量通量观测；它们已实现跨越敷冰区与漂浮冰区、进入西南极Dotson冰架下剖面的壮举。
从Stommel的宏伟构想，到今日全球数百台滑翔机协同运行，水下滑翔机已成长为成本效益极高的海洋观测利器。展望未来，随着续航力、载荷和自主决策能力不断提升，它们将在多平台融合的全球海洋观测体系中承担更重要的角色，为边界流、深海环流、生物地球化学循环与极地系统研究提供源源不断的高分辨率数据。