Argo (oceanografía)

Argo es un programa internacional para la investigación del océano. Utiliza boyas perfiladoras para observar la temperatura , la salinidad y las corrientes . Recientemente ha observado propiedades bioópticas en los océanos de la Tierra. Ha estado operando desde principios de la década de 2000. Los datos en tiempo real que proporciona apoyan 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 4000 "boyas Argo" a la deriva (como se suele llamar a las boyas perfiladoras utilizadas por el programa Argo) desplegadas en todo el mundo. Cada boya pesa 20–30  kg. En la mayoría de los casos, las sondas derivan a una profundidad de 1000  metros. Los expertos llaman a esto la profundidad de estacionamiento. Cada 10 días, cambiando su flotabilidad , se sumergen a una profundidad de 2000  metros y luego se mueven a la superficie del mar . Mientras se mueven miden 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 que recorre una boya mientras permanece a esa profundidad, determinada mediante la posición en la superficie registrada por el sistema GPS o Argos . Los datos se transmiten a tierra vía satélite y están disponibles gratuitamente 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 Jason . Tanto las boyas Argo estándar como los 4 satélites lanzados hasta ahora para monitorear los cambios en el nivel del mar operan con un ciclo de trabajo de 10 días.

El programa Argo es una colaboración entre más de 30 naciones de todos los continentes (la mayoría representadas en el mapa gráfico de este artículo) que mantiene una red global y proporciona un conjunto de datos que cualquier persona 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 es gestionado 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).

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 contaría con una red global de aproximadamente 3000  boyas instaladas para algún momento de 2007. ^{[ 4 ]} La red de 3000 boyas 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 delineó los principios del intercambio global de datos.

El equipo directivo de Argo presentó un informe de 10 años a OceanObs-2009 ^{[ 5 ]} y recibió sugerencias sobre cómo mejorar la red. Estas sugerencias incluían ampliar la red 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 de frontera (como la Corriente del Golfo y la Kuroshio ), extender las observaciones a aguas profundas y añadir sensores para monitorizar los cambios biológicos y químicos en los océanos. En noviembre de 2012, una boya india en la red Argo recopiló el perfil número un millón (el doble de la cantidad recopilada por buques de investigación durante todo el siglo XX), un evento que fue reportado 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 estaba expandiendo rápidamente. ^{[ 8 ]}

La capacidad fundamental de una boya Argo reside en su habilidad para ascender y descender en el océano según un cronograma programado. Las boyas logran esto modificando su densidad efectiva. La densidad de cualquier objeto se calcula dividiendo su masa entre su volumen. La boya Argo mantiene su masa constante, pero al alterar su volumen, cambia su densidad. Para ello, se expulsa aceite mineral de la carcasa de presión de la boya, lo que expande una vejiga de goma en su extremo inferior. A medida que la vejiga se expande, la boya se vuelve menos densa que el agua de mar y asciende a la superficie. Una vez finalizadas sus tareas en la superficie, la boya retira el aceite y vuelve a descender. ^{[ 9 ]}

Un puñado de empresas y organizaciones fabrican boyas perfiladoras utilizadas en el programa Argo. Las boyas APEX, fabricadas por Teledyne Webb Research , son el elemento más común del conjunto actual. Las boyas SOLO y SOLO-II (estas últimas utilizan una bomba recíproca para los cambios de flotabilidad, a diferencia de los pistones accionados por tornillo en otras boyas) fueron desarrolladas en la Institución Oceanográfica Scripps . Otros tipos incluyen la boya NINJA, fabricada por Tsurumi Seiki Co. de Japón, y las boyas ARVOR, DEEP-ARVOR y PROVOR desarrolladas por IFREMER en Francia, en asociación industrial con la empresa francesa nke instrumentation. La mayoría de las boyas utilizan sensores fabricados por Sea-Bird Scientific ( https://www.seabird.com/ ), que también fabrica una boya perfiladora llamada Navis. Una boya Argo típica es un cilindro de poco más de 1  metro de largo y 14  cm de diámetro con una tapa hemisférica. Por lo tanto, tiene un volumen mínimo de aproximadamente 16 600 centímetros cúbicos (cm³ ⁾ . En la Estación Oceánica Papa en el Golfo de Alaska, la temperatura y la salinidad en la superficie podrían ser de aproximadamente 6 °C y 32,55  partes por mil, lo que da una densidad del agua de mar de 1,0256  g/cm³ ^. 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, incluyendo el efecto de la presión (el agua es ligeramente compresible), la densidad del agua de mar es de aproximadamente 1,0369  g/cm³ ^. El cambio en la densidad dividido por la densidad profunda es 0,0109.

La boya debe igualar estas densidades para alcanzar los 2000  metros de profundidad y luego ascender a la superficie. Dado que la densidad de la boya es su masa dividida por su volumen, necesita cambiar su volumen en 0,0109 × 16 600 = 181  cm³ para impulsar ^esa excursión; una pequeña parte de ese cambio de volumen se debe a la compresibilidad de la propia boya, y se requiere flotabilidad adicional en la superficie para mantener la antena por encima del agua. Todas las boyas Argo llevan sensores para medir la temperatura y la salinidad del océano a medida que varían con la profundidad, pero un número creciente de boyas también lleva otros sensores, como los que miden 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 que, una vez implementada, añadirá 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 de la boya, que se extiende por encima de la superficie del mar una vez que completa su ascenso. El océano es salino y, por lo tanto, conductor eléctrico, lo que imposibilita las comunicaciones por radio desde debajo de la superficie. Al principio del programa, las boyas Argo utilizaban exclusivamente comunicaciones satelitales monodireccionales lentas, pero la mayoría de las boyas desplegadas a mediados de 2013 utilizan comunicaciones bidireccionales rápidas. Como resultado, las boyas Argo ahora transmiten muchos más datos que antes y permanecen  en la superficie del mar solo unos 20 minutos en lugar de 8 a 12  horas, lo que reduce considerablemente problemas como el encallamiento y la bioincrustación.

La vida útil promedio de las boyas Argo ha aumentado considerablemente desde que comenzó el programa, superando por primera vez los 4 años de vida útil promedio para las boyas desplegadas en 2005. Las mejoras continuas deberían dar como resultado extensiones adicionales a 6  años o más.

En junio de 2014, ^{[ 11 ]} se estaban probando nuevos tipos de boyas para recopilar mediciones a profundidades mucho mayores que las que pueden alcanzar las boyas Argo estándar. Estas boyas "Deep Argo" están diseñadas para alcanzar profundidades de 4000 o 6000 metros, en comparación con los 2000 metros de las boyas estándar. Esto permitirá muestrear un volumen mucho mayor del océano. Dichas 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 folleto del Argo contemplaba una distancia promedio entre boyas de 3°  de latitud por 3°  de longitud. ^{[ 4 ]} Esto permitía una mayor resolución (en kilómetros) en latitudes altas, tanto norte como sur, y se consideraba 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 había logrado en gran medida, pero la resolución objetivo aún no se ha alcanzado por completo en las profundidades del océano Austral.

Se están realizando esfuerzos para completar el plan original en todos los océanos del mundo, pero esto resulta difícil en las profundidades del Océano Austral, ya que las oportunidades de despliegue se presentan muy raramente.

Como se mencionó en la sección de historia, ahora se planean mejoras en las regiones ecuatoriales de los océanos, en las corrientes de frontera y en los mares marginales. Esto requiere que el número total de boyas aumente del plan original de 3000  a una red de 4000 boyas.

Una consecuencia del uso de boyas perfiladoras para muestrear el océano es que se puede eliminar el sesgo estacional. El diagrama de la derecha muestra el recuento de todos los perfiles de boyas adquiridos cada mes por Argo al sur de los 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 marcado sesgo anual, con cuatro veces más perfiles recogidos en verano austral que en invierno austral. En el gráfico superior (Argo), no se observa ningún sesgo aparente.

Una de las características clave del modelo Argo es el acceso global e ilimitado a los datos prácticamente en tiempo real. Cuando una boya transmite un perfil, este se convierte rápidamente a un formato compatible con el Sistema Global de Telecomunicaciones (GTS). El GTS, operado por la Organización Meteorológica Mundial (OMM), se dedica específicamente a compartir los datos necesarios para la predicción meteorológica. De este modo, todos los países miembros de la OMM reciben los perfiles Argo a las pocas horas de su adquisición. Los datos también están disponibles mediante FTP y acceso web a través de dos Centros Globales de Datos Argo (GDAC), uno en Francia y otro en Estados Unidos.

Aproximadamente el 90% de todos los perfiles adquiridos se ponen a disposición del público a nivel mundial en un plazo de 24  horas, y el resto de los perfiles se hacen accesibles poco después.

Para que un investigador utilice datos adquiridos a través del GTS o de los Centros de Datos Globales Argo (GDAC), se requieren conocimientos de programación. Los GDAC proporcionan archivos multiperfil, que son un formato de archivo nativo para Ocean DataView. Para cada día, existen archivos con nombres como 20121106_prof.nc, denominados archivos multiperfil. Este ejemplo corresponde a 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: Atlántico, Índico y 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 carezca de conocimientos de programación puede descargar el Atlas Marino Global de Argo ^{[ 14 ]} , una herramienta fácil de usar que permite crear productos basados ​​en datos de Argo, como la sección de salinidad mostrada anteriormente, así como 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 en La Jolla, California.

Los datos de Argo también se pueden visualizar en Google Earth mediante una capa desarrollada por el Coordinador Técnico de Argo.

Actualmente, Argo es la principal fuente de información sobre el estado climático de los océanos y se utiliza ampliamente en numerosas publicaciones, como se muestra en el diagrama adjunto. Entre los temas que aborda se incluyen la interacción aire-mar, las corrientes oceánicas , la variabilidad interanual, El Niño , los remolinos de mesoescala , las propiedades y la transformación de las masas de agua. Argo también permite ahora realizar cálculos directos del contenido de calor oceánico global .

Determinan que las áreas del mundo con alta salinidad superficial se están volviendo más saladas y las áreas con salinidad superficial relativamente baja se están volviendo menos salinas. Esto se ha descrito como «los ricos se hacen más ricos y los pobres más pobres». Científicamente hablando, la distribución de la sal está regida por la diferencia entre precipitación y evaporación. Las áreas, como el norte del Océano Pacífico Norte , donde la precipitación predomina sobre la evaporación, son menos salinas 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 alimentar modelos informáticos del sistema climático, lo que conduce a mejoras en la capacidad de las naciones para pronosticar las 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 añadió un apéndice a dicho capítulo para destacar el profundo cambio que se había producido en la calidad y el volumen de los datos oceánicos desde el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC y la consiguiente mejora en la confianza en la descripción de los cambios en la salinidad superficial y el contenido de calor de la capa superior del océano.

Los datos de Argo se utilizaron junto con datos de cambio del nivel del mar obtenidos mediante altimetría satelital en un nuevo enfoque para analizar el calentamiento global , publicado en Eos en 2017. David Morrison informa que "[t]odos conjuntos de datos muestran claras señales de deposición de calor en el océano, a partir de los cambios de temperatura en los primeros 2  km de 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 compararon como medidas independientes del cambio global en el desequilibrio energético de la Tierra . Ambos conjuntos de datos mostraron un comportamiento similar a 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 ]}

• Tomografía acústica oceánica
• planeadores submarinos
• Sistema Integrado de Observación Oceánica

• El portal de Argo
• Centro Internacional de Información Argo
• Argo en la Institución Scripps de Oceanografía , San Diego.
• Sea-Bird Scientific SBE 41CP Argo CTD
• Mapa interactivo en tiempo real
• Archivo de Google Earth en tiempo real
• Servidor de datos Coriolis Global Argo - Espejo de la UE
• Servidor de datos FNMOC Global Argo - Espejo de EE. UU.
• El proyecto de boyas perfiladoras del Laboratorio Ambiental Marino del Pacífico de la NOAA despliega boyas como parte del programa Argo, proporciona datos en línea y participa activamente en la calibración de salinidad en modo retardado y el control de calidad para las boyas Argo de EE. UU.
• Flotador Sea-Bird Scientific Navis BGCi
• Cambios en las condiciones del Golfo de Alaska observados por Argo
• Gobierno de Canadá, Departamento de Pesca y Océanos, Proyecto Argo
• Una nueva visión del mundo: artículo sobre las exploraciones de Argo, publicado por la Institución Oceanográfica Scripps.
• JCOMMOPS
• Argo en NOSA
• "Argo Floats: ¿Cómo medimos el océano?" (animación para niños)