国际Argo计划的观测目标是在全球海洋上获取精准度分别为0.005℃和0.01的海水温度和盐度资料。由于目前海水盐度还无法从海洋中直接测量获得，需要采用海水电导率间接导出。而测量海水电导率的传感器只要受到轻微的物理变形或油污等污染物的影响，其测量值就可能产生较大偏差。
因此，要长期保持电导率传感器的高精度似乎并不现实，需要寻求其他合适的方法来尽可能提高浮标观测资料的质量。从Argo计划实施之初到现在，自动剖面浮标观测资料的质量控制一直是国际Argo指导组（AST）和国际Argo资料管理小组（ADMT），以及各国Argo资料中心工作的重中之重。
为了满足读者对各国Argo资料中心，特别是中国Argo实时资料中心（亦称“杭州全球海洋Argo系统野外科学观测研究站”），是如何对自动剖面浮标观测资料进行质量控制工作的了解及其好奇心，本平台征得《西太平洋Argo实时海洋调查》一书（列入“十三五”国家重点出版物出版规划项目、深远海创新理论及技术应用丛书）著作者的同意，愿将该书中阐述的相关内容放在平台上与广大读者分享。
因原文篇幅较长，平台将其拆分为剖面浮标观测资料质量控制流程与实时质量控制（上）和剖面浮标观测资料延时质量控制（中），以及全球海洋Argo散点资料质量再控制（下）等３篇，做一全面、系统介绍。
剖面浮标观测资料质量控制流程与实时质量控制（上） 
1、质量控制流程
按常规调查方法，在采用调查船观测时，船载CTD仪携带的传感器在调查航次的前后都要接受权威部门的标定，以保证得到高精度的观测数据。此外，用CTD仪测量的电导率计算的盐度，还可以用现场实测资料（采集海水的水样，再用实验室盐度计直接测出盐度）来订正。然而，对于自动剖面浮标，一旦投放后，要对浮标上装载的传感器进行标定几乎是不可能的事，且要监控传感器的工作状态更是困难。
因此，人们很难分析和确定在海洋中长期漂流后的传感器产生误差的原因，况且即使传感器的测量误差已经十分明显，也无法采用传统的误差订正方法对浮标观测资料进行校正，因为人们难以获得与浮标观测相符合的现场实测资料。自动剖面浮标可以自由漂移的性质，也意味着只有极少量的浮标可能被侥幸回收到实验室，使得技术人员有能力对电导率传感器进行标定。
在过去的20多年中，一些从事浮标资料分析和处理的科学家已经做了许多尝试，提出利用历史船载CTD仪观测资料或在时间／空间上相邻的早期浮标观测资料（经严格质量控制后的），来校正并提高当前浮标观测的盐度精度。目前，根据不同的Argo资料用户，已经建立了两个资料质量控制模式（图1）。
图1 浮标资料质量控制流程
由图1可知，这里所指的两个资料质量控制模式，一个被称为“实时（24~72 h以内）质量控制模式”，其特点是处理快速、时间短，资料精度一般，但已无明显错误，适用于海洋和天气业务预报部门或在海上从事捕捞作业的渔民等；另一个被称为“延时质量（90 d以内）控制模式”，经过该模式处理的资料，其精确度可以达到Argo计划要求的技术指标，资料质量可以得到可靠保证，适用于科学研究和海-气耦合模式，以及对长期气候的预测模式中。
2、实时质量控制
为了满足海洋和天气业务预报部门需快速获取海上实时观测资料的要求，早在2000年，国际Argo资料管理组就以全球温度及盐度剖面计划（GTSPP）的测试程序为基础，并根据Argo资料的特点以及各个海域不同海洋环境状况，对原测试程序进行了适当调整和完善，建立了包含剖面资料质量控制、轨迹资料质量控制和实时资料校正等3部分组成的Argo资料实时质量控制系统（图2）。
图2 剖面浮标数据实时质量控制
（１）剖面资料质量控制
剖面资料质量控制主要是对每条观测剖面的基本信息、观测信息、间接信息和整体剖面数据等进行测试。其中基本信息测试主要针对浮标编号、剖面观测日期和位置等信息进行判断检验，例如剖面观测时间必须在1996年1月1日（即国际Argo计划发起时间）之后，以及剖面位置必须落在全球海洋范围内等。
观测信息测试是通过判断浮标观测的温、盐、压等物理参数是否落在合理区间内，如温度需在-2.5～40℃之间，盐度在2～41之间，压力在-5×104～2 200×104 Pa之间等。
间接信息测试则是根据浮标的定位信息与观测的温、盐度资料计算出浮标漂移速度、海水密度等参数，然后通过预先设定的阈值，如浮标的漂移速度不能超过3 m/s，海水密度需随深度的增加而增大，即使出现密度反转的情况，相邻观测层之间的密度差也不能超过0.03 kg/m3等，来判断观测数据是否存在质量问题。
整体剖面数据测试是通过相邻两个剖面的整体对比分析（是否出现完全相同的剖面资料，深层海水温、盐是否发生较大的变化等），判断浮标传感器以及存储设备是否发生故障，从而确定资料的质量。
（２）轨迹资料质量控制
自动剖面浮标在海上定期下潜、上升进行循环剖面观测，并在到达海面后会停留一段时间（一般为6~12 h）与卫星建立通讯，以便发送浮标在上浮过程中测量的温、盐度和压力等环境要素资料；同时，卫星也会给浮标所在的位置定位，通常每隔一小时就会有一个浮标位置信息。根据这些定位信息，人们就可以描绘出某个浮标在海上的漂移轨迹，而轨迹资料质量控制就是要检测这些定位信息是否正确。
一般规定，若相邻两个定位点（A点和B点）之间的距离超过了（ErA2和ErB2分别是卫星定位系统在A、B两点上的定位精度半径），或者浮标漂移速度超过了设定的阈值（如3 m/s），则可判定这两个定位信息为可疑数据。然后，可以通过该浮标整个漂移路径上前后定位信息的判断，对可疑数据做删除或者插值处理。
（３）实时校正
为了向海洋和天气业务预报部门提供尽可能准确的实时观测资料，国际Argo资料管理组于2006年决定在实时质量控制过程中加入简单的资料校正步骤。例如利用浮标在海面漂流时观测的海表面压力值，对同一剖面资料文件中的压力数据进行校正，并依据延时质量控制过程已确定的电导率传感器的偏移或漂移情况，对实时盐度资料进行校正等。
由此也可以看出，虽然该过程仅仅对观测资料进行实时校正，但是由于校正时所使用的都是前段时间的剖面信息，而非真正意义上的实时信息。因此，这种校正只能解决传感器的偏移问题（类似于系统误差），并不能解决传感器的漂移问题。
（４）实时质量控制主要步骤
无论是从国外引进的浮标还是国产浮标，其观测数据需按照国际Argo资料管理组规定的程序，先对压力进行实时校正，再对温、盐度观测剖面和卫星定位等数据进行实时质量控制，采取的主要步骤如图３所示。
图３ 实时质量控制流程
1）平台识别码（ID）：全球Argo资料中心要求任何一个在全球通讯系统（GTS）上发送Argo数据的资料中心，都要为每个浮标准备一份表头文件。在此文件中，世界气象组织（WMO）编号要与每个浮标的平台发射机终端（PTT）编号（ID）相符。
2）观测日期：浮标的观测日期和时间要求合理。明确规定年份要大于1996，月份要在1和12之间，日期要在1和31之间，小时则在0到23之间，分在0到59之间。
3）浮标位置：浮标观测位置的经度和纬度要求在一个合理的范围内，即纬度为-90°～90°，经度为-180°～180°。
4）海陆界面：浮标观测的纬度和经度应该位于海洋上。利用全球地形数据（ETOPO5）作为标准，制作水陆点文件，剔除浮标经纬度漂移至陆地点的资料。
5）浮标漂移速度：浮标的漂移速度可以用相近的两个剖面的位置和时间推算得到。在任何情况下，假定漂浮的漂移速度不超过3 m/s；如果超过了，那意味着浮标的位置或时间有误，或者浮标平台识别码出现了混淆。只要查一下在正常情况下所获得的浮标的不同位置，就容易看出错误的地点或者时间。
6）温盐度范围：全球海洋中海水温度和盐度分布范围在-2.5～40.0oC和0.0～41.0之间，可以利用这个范围粗略判断浮标观测值的正确与否。
7）目标区域:这是为浮标观测设置更为严格的制约条件。例如红海的观测区域定为10oN，40oE；20oN，50oE；30 oN，30oE；10oN，40oE等4点连线范围之内；地中海则定为30oN，40oE；40oN，35oE；42oN，20oE；50oN，15oE；40oN，5oE；30oN，6oW等7点连线范围之内。
红海的温度限定在21.7～40.0oC，盐度限定在0.0～41.0。而地中海的温度限定在10.0～40.0oC，盐度限定在0.0～40.0。
8）压力值:浮标观测剖面所反映的压力值要求单调增加，即由浅到深排列。如果出现压力值不变的情形，则除了第一个数值被保留外，其余数值都应当标上出错标志。
9）毛刺信号：在一组采样之中，出现某个值的大小与相邻值完全不同，这个值被称为毛刺，通常出现在海水突变层（或跃层）中，也有传感器受外界干扰信号影响所致。该测试没有考虑深度的变化，而是采用一个采样点，该采样点的温、盐度值随深度而变化。
该测试要求利用下面的温度和盐度剖面计算公式来完成，即：测试值=|V2-（V3+V1）/2|-|（V3-V1）/2|，这里V2是尖峰值，V2和V3是前后两次的观测值。
对于温度：当压力小于500×102 hPa时，如果测试值超过6.0，则V2标记为错误；当压力大于或等于500×102 hPa时，如果测试值超过2.0，则V2标记为错误。
对于盐度：当压力小于500×102 hPa时，如果测试值超过0.9，则V2标记为错误；当压力大于或等于500×102 hPa时，如果测试值超过0.3，则V2标记为错误。
10）梯度变化：采用垂向相邻的两个观测值的差（梯度）来判别。如果梯度很大，表明观测值有误。该测试没有考虑深度的变化，而是采用一个采样点，该采样点的温、盐度值随深度而变化。
该测试要求利用下面的温度和盐度剖面计算公式来完成，即：测试值=|V2-（V3+V1）/2|，这里V2是尖峰值，V2和V3是前后两次的观测值。
对于温度：当压力小于500×102 hPa时，如果测试值超过9.0，则V2标记为错误；当压力大于或等于500×102 hPa时，如果测试值超过3.0，则V2标记为错误。
对于盐度：当压力小于500×102 hPa时，如果测试值超过1.5，则V2标记为错误；当压力大于或等于500×102 hPa时，如果测试值超过0.5，则V2标记为错误。
11）数位翻转：在剖面浮标中只有有限的数位用来存储温、盐值，而用这些有限的数位可能不足以容纳海洋中遇到的所有情况。当存储值超过该数位的区域范围时，存储值会翻转回到此区域的低端。这里定义相邻深度的温度差大于10oC、盐度大于5，即可检测出数位翻转。
12）滞留值：当观测的温度或盐度值在一条剖面上没有变化时，表面观测结果有误。
13）密度倒转：要求首先按照《UNESCO技术手册》上的计算公式，计算出温度、盐度对应深度上的密度值。然后，对同一剖面上相邻深度处的密度进行比较。如果在压力较大处计算得到的密度值与压力较小处的密度值之间超出一定范围（0.03 kg/m3），则表明观测的温度和盐度值有误。
14）灰名单：全球Argo资料中心提供了一份汇总了各国布放的Argo浮标灰名单，列出了因传感器故障而导致观测数据无法校正的浮标编号。
15）温盐传感器漂移/温盐度异常：这一测试主要是为了辨别传感器是否存在突然漂移。计算每个剖面最后100×104 Pa深度范围内的平均盐度或者温度值，并与同一地点的高质量历史Argo剖面对应的平均盐度或者温度值进行对比。
对于盐度来说，如果两个平均值差异大于0.5，那么整个盐度剖面资料将予以剔除；对温度来说，如果两个平均值差异大于1oC，那么整个温度剖面资料将予以剔除。
16）冻结类浮标/固定剖面：这一测试可以发现浮标周而复始地产生相同的观测剖面（不同观测剖面资料存在较小偏差则定义为相同观测剖面）。一般来说，两条不同的剖面，盐度差异量级定为0.001，温度差异量级定为0.01oC。
17）最大压力：这一测试要求剖面浮标的压力观测值不超过最深压力（2 000×104 Pa）的10%。
18）直观质量控制/人工审核：对浮标剖面资料进行目视质量控制，由有经验的技术人员进行主观判断。
需要指出的是，在国际Argo计划实施前期，对于自动剖面浮标观测资料的实时质量控制步骤仅包含了14项；之后，随着海上布放浮标及其获取剖面数量的增加，暴露出了一些之前尚未发现、且带有普遍性的新问题，故而对原来的质控步骤进行了优化与改进完善，扩充到了目前的18项，基本上能够保证原始资料的质量，并按照国际Argo计划规定的统一格式写入与存储。
最后，再由各国资料中心汇交至全球Argo资料中心，与各Argo成员国共享；同时，又通过WMO的GTS网络，与WMO成员国共享，以及通过互联网向所有Argo用户开放共享。
