【编者按】
《自然》杂志1月27日在线发表了由18个国家27位作者共同署名的综述文章《全球Argo海洋观测十五年》，文章全面回顾了国际Argo计划实施15年来取得的成果，并展望了未来Argo海洋观测及其资料应用的广阔前景。
全球Argo海洋观测十五年
摘要
1971年以来气候系统中热量积累的90%以上都集中在海洋，因此，海洋在决定地球气候方面起着关键作用。然而，在Argo之前，全球海洋观测存在很多问题。历史上，船载海洋采样留下了大片的空白区域，尤其是在南大洋。在过去的15年，随着Argo全球海洋剖面浮标观测网的出现，使得获得全球海洋上层2000m内的时空分布均匀的数据成为可能。
Argo是全球海洋观测系统（GOOS）的重要组成部分，目的是观测海洋上层温度和盐度的变化[1-2]。Argo的首要目标是建立一个系统的剖面浮标全球观测网络，可以与GOOS的其他要素整合到一起。该网络无偿提供覆盖全球海洋上层2000m以内的温度和盐度数据。数据可在收集到的24小时内提供给用户，重点用于监测与气候相关的季节至年代际变率，数十年尺度的气候变化，提高海-气耦合气候模式的初始化，改善海洋分析和预报系统。
历史与现状
Argo于2000年开始投放浮标，所用的剖面浮标长2m，由自由漂流的自动装置通过控制浮力来调节其深度。仪器的大部分时间设定在1000m深度上（即所谓的停留深度（parking depth）），Argo浮标的一个典型工作周期详见图1。标由海面开始，然后潜入到停留深度。在停留深度上停留大约9天后，浮标下降到大约2000m深处，然后经过约6个小时上升到海面。在上升过程中，取样装置打开并测量海洋特征。浮标在海面上要停留足够长的时间，以便将收集到的数据上传至Argo或Iridium卫星系统。上述过程完成后开始进入下一个周期，Argo浮标的一个典型工作周期大约为10天时间。一个浮标在5年或更长时间内能够重复这种10天周期超过200次。从Agro项目开始，各成员国已经投放了超过10000个浮标，大约3900个浮标现在正在全球的海洋上作业。Argo的测量数据近实时地报给气象预报中心和分别位于美国和法国的两个Argo全球数据中心（GDACS），GDACS将数据在24小时内发布，其数据可以免费的无限制条件的获取。
Argo项目初始计划到2007年投放3000个浮标，覆盖全球海洋。这个目标已经于2007年11月达成。与此前的观测比较，Argo取得的成果是令人惊奇的（图2）。历史上，海洋观测总是倾向于那些容易取样的区域，因此北半球及沿海地区占绝对优势。尽管Argo浮标不能在浅海区采样，但本项目有助于消除上述这种空间偏差。Argo亦可以消除采样的季节偏差，尤其是在极地海洋。Argo在1年中采集的关于南大洋冬季的剖面数据就比此前100年采集的所有冬季数据还要多，并且当前全球所用的绝大多数南大洋（30°S以南）的温度和盐度观测数据均来自Argo。
在IPCC第五次评估（AR5）第一工作组报告第3章中，列出了一个关于评估海洋变化的可获得的观测资料的附录，表明了2000年以前的海洋观测数据普遍缺乏的事实。近期海洋观测资料的丰富使得AR5对海洋系统的评估明显地进步于IPCC前4次评估报告。
一些Argo存在的问题目前正在解决当中，例如，其浮标必须到达海面来发送数据，起初不能够在海冰覆盖的海域执行任务，现在，Argo浮标已在南极季节性冰区成功作业[5-6]；在温带海洋，Argo的布点是不均匀的，目前正在努力增加欠采样（under-sampled）区的布点，例如在近西边界流（western boundary currents）区域。
获得高质量的数据是Argo优势的保证。Argo的目标是温度精确到为0.005℃，盐度精确到0.01，压力精确到2.5dbars（相当于约2.5m的深度误差）。经验表明，大约80%来自浮标的原始剖面数据符合这些标准，几乎不需要校正；另外的20%利用延迟模式质量控制程序（delayed-mode quality control procedures）进行校正[7-9]，校正后，几乎所有的数据都符合精度目标。目前，大约90%的Argo数据电子版可在采集后的24小时内发布。
近期的结果与发现
度量Argo价值的最好体现就是其数据的广泛应用：自从Argo项目开展以来，已有超过2000篇科技论文引用了其观测数据，扩展了我们对海洋和气候的理解。温度和盐度作为关键海洋状态变量，随着压力和速度的变化而变化。与之前的海洋观测相比，Argo的高密度采样和重复频率观测，及其总体数据的高质量，已经引领我们对海洋环流的特性有了重要的新认识。
尽管自1980s以来对大量船载观测的海洋温盐数据的汇编已经将数据平均化，并能够以数字化地图集的方式获取，但其存在着前述的采样偏差。随着Argo数据成为绝对优势的全球海洋数据集，使得绘制详细的全球海洋温度和盐度结构分布成为可能，不论是在全球还是在区域尺度上[11]。这也推动了气候指标的发展，例如近期的海洋热含量变化和热比容海平面（thermosteric sea level）变化。Argo浮标观测的速度数据已经开始应用于系统研究（systematic studies），直接量化次表层水内部流场（subsurface interior flow fields），这在以前是不可能的[12-14]。Argo数据的使用亦提高了我们对较小空间尺度上（小于气候尺度）的海洋变化的复杂结构的认识。很多研究利用Argo资料检验中尺度涡特性[15-16]，它也使得描述内重力波场的空间变异性成为可能[17]，值得一提的是，这些应用并没有包含在Argo的初始设想中。
Argo补充了全球海洋观测系统的其他测量，尤其是卫星测高。Argo原位监测数据与来自卫星的海面高程异常数据相结合，可以构建海洋环流动态时间序列，例如北大西洋经向翻转环流[18]，亦可以构建高分辨率的三维温度场[19]。技术上已经提出，在采样好的区域，与1000dbar相关的地转计算可以与卫星测高观测和轨迹数据的组合融合，估算绝对环流场[20-21]。当前，Argo数据与测高数据相结合，用于海洋分析和预报。很多气候模型同化Argo的次表层温度观测数据，以提高大气低频波的预报、季风活动预报以及海-气相互作用预报，例如厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）[22]。
给定当前海洋状态基准值，Argo数据可以用来监测数十年或更长时间尺度上的海洋变化。2012年，Roemmich D等人在《自然气候变化》发表的题为“135 years of global ocean warming between the Challenger expedition and the Argo Programme”文章中，利用Argo数据，与英国HMS挑战者号探险队（HMS Challenger expedition）的数据相结合，研究了过去135年间全球海洋的变暖。结果表明，过去135年，全球海洋上层900m平均增温0.3℃；近海面增温大约为0.6℃，并向下逐渐递减，至1000m深处，温度增加为零[23]（图3）。该结果也得到了气候模式模拟结果的进一步支持[24]。
在Argo之前，海洋盐度数据比温度数据采集更为贫乏。随着Argo的出现，第一次使得监测全球海洋2000m以内的盐度随时间的变化成为可能。如同温度一样，通过将Argo盐度数据与以前采集的数据对比，可以清楚地展示海洋盐度的年代际变化[28]。一项研究中，通过将Argo数据与之前的数据对比，研究了各主要海盆上层盐度的变化模式[29]。这一变化与表层海水增暖一致，导致冬季密度“露头”现象（密度锋）向极地迁移。因为在海洋表面存在极地-赤道的温度和盐度梯度，海表水在向赤道循环的过程中，在任何纬度上都是向更低纬度下俯冲，随着密度的极向迁移，导致更高纬地区的更低盐度。在中纬度地区，表层变暖与蒸发的增加同时发生，因此近表面的盐度增加。海表和海盆尺度的盐度出现持续增强的趋势[28-30]。这种淡水区变得更淡，咸水区变得更咸的放大效应，与总体上水分的净蒸发增加同时发生，也得到了模式结果的佐证[30]。
在区域尺度上，Argo数据用于监测深海通风的变量特征，这对于在巨大的海洋次表层隔离热和气非常重要。这在北大西洋和南极的一些高纬度地点已经发生，由此引起的环流将对世纪尺度的气候变化产生重要影响[31]。Argo在过去十年广泛监测了北大西洋的拉布拉多/伊尔明厄（Labrador/Irminger）海区，结合船载数据和大气热通量估算，证实了深海对流强度对冬季大气条件的年际变化的高度敏感性[32]。图4展示了Labrador深海对流的结果，Argo在2014年观测到自2008年以来最深的对流 [33]。
Argo数据与更老的船载数据相结合，提供了北太平洋中部近海面温度和盐度变化影响的详细的区域视角，显示了由于该区域上层水源的淡化，热带和亚热带海洋上层盐度减少 [34-35]。这种淡化现象归因于几个要素，包括局地降水的增加以及由于区域性变暖导致的源区的极向迁移。该区域可获得的数据（包括Argo和其他）非常丰富，通过实际热量平衡的构建，表明降水和冬季次表层水进入混合层是决定表层密度和盐度的最重要因素。随着气候变化，这些因子很可能会发生改变。Argo数据与旧数据的联合结果表明，副极地表层水正在变暖和淡化，导致表层密度的降低，限制了大气对海洋次表层的直接影响。
如上所述，一系列基于观测的研究指出，全球海洋上层在近几十年，甚至更长时间内出现变暖。与行星辐射失衡直接相关的大概是海洋的热含量变化（本质上是温度变化的垂直梯度）[37-38]。过去40年通过Argo及水文观测在表层700m观测到的海洋热含量的变化，似乎是全球热量总量变化的主要形式，气候系统中超过90%的余热都储存在海洋中[39]。如果没有Argo，几乎不可能达成这样的结论。Argo资料也让海洋热含量的时空差异得以被识别[40]，结果显示，过去十年热含量增长最多的是南大洋（在Argo之前此处取样非常不理想）；还发现现在太平洋热带地区的ENSO变化弱化了全球平均海面温度的升高[41]。以上部分观点已经通过Argo资料验证（图5），见2006年至今3个纬度带海洋上层2000m的热含量变化；在Argo计划时间范围内，海水变暖，在20°S以南尤其显著。图5中源自Argo的曲线（套印图）仅限于2006-2014年，这个时期内Argo实现了全球覆盖。这些短曲线被叠加在1955-2010年0-2000m深度热含量估计值曲线之上[42]。Argo的估计值显示了非常类似的趋势。这对于评估海洋在气候变化中的角色是一个关键结论，而这个结论如果没有Argo可能无法形成。事实上，最近一个对海洋热含量变化的系统研究表明，根据Argo出现之前收集的数据所做的估算系统性地低估了热含量的变化，主要由于南半球海洋采样不足[43]；2004年左右随着大量Argo资料开始开放，这些估算得到极大改善，并与气候模型更加一致。
未来展望
当Argo于1990年代末启动时，没有人清楚这个项目是否能成功完成全球海洋3000个浮标阵列的部署和维护，因为所需的技术尚处于起步阶段，此前在海洋学领域也从未达成过这种程度的国际合作。如今，在21世纪的第二个十年，浮标技术已经经过时间考验，而超过30个国家都在参与贡献Argo资源，这也为任务进一步扩展开了绿灯。Argo指导团队（AST）提供了项目下一个十年发展和扩大的路线图[44]，其中一部分已经以测试部署或者地区试点的方式开始进行。一项计划是在海洋特别动荡（影响阵列的信号解析能力）、海气交换以及对气候的影响特别强劲的区域增加取样的空间分辨率。更先进的技术也让我们可以将Argo推进到之前未进行采样的地区，比如边缘海和季节性冰带，这意味着阵列的分布将比预先规划的更为全球化。
湾流和黑潮等强西边界流属于海洋环流最引人注目的特征之一，它们把热带和亚热带温暖的海水运到高纬度地区，起到将热能向两极运输的作用。运输过程中这些热能的很大一部分会与大气发生交换，尤其在这些海流离开边界进入海洋内部（interior of the ocean）之后。这个过程能改变风暴轨迹，或许还能改善大陆气候[45]。当使用Argo数据绘制每月及每季这些地区的大规模海洋结构演变时，误差比其他地区大，因为存在与边界流相关的强海水湍流，加上Argo的空间分辨率不足。这使得Argo很难实现它的一项重要职能，就是观测这些重要地区海洋结构的缓慢演变。Argo指导团队提出为了研究这些地区应该额外增加阵列资源，而一些贡献阵列的国家响应了号召。比如在北太平洋西部，临近中国、韩国和日本的边界区域，空间采样密度已经是标准Argo协议的3倍。在北大西洋西部，哈特拉斯角和大西洋洋中脊之间，取样密度也接近这个水平。现在还不清楚加强所有西边界流区域取样的计划能不能成功，不过这些试点行动已经取得的成果，有助于进一步指导未来的取样策略。
在近赤道区域也需要增加取样密度，这些区域海气耦合强，可以导致全球尺度的大气异常。比如热带太平洋区是ENSO现象孕育的地方，ENSO是一种海水异常增暖和变冷，通过耦合放大，导致全球气候变化的现象，对离低纬度太平洋区域很远的地方也能造成经济影响。印度洋偶极子（IOD）是一种类似现象，影响印度洋周边国家[46]。卫星可以监控与这类现象相关的海水表面温度和盐度，但对更深层、表面以下的现象，Argo是主要的信息提供者。ENSO和IOD既具有科学意义又产生社会负面影响，Argo数据现用于它们的模式预报中。要提供和改善对其爆发和强度的预报，Argo和现有的热带锚定浮标阵列都是重中之重。
除此之外，Argo指导团队鼓励在边缘海部署浮标，这些区域因为自然资源和贸易因素，对当地十分重要。Argo早期考虑到容易损失浮标，并且涉及政治问题，决定避免在这些区域进行部署。十多年后，一些问题仍然存在，但一些组织受Argo科研成就的鼓励，开始在世界几个边缘海开展类似Argo的计划。Euro-Argo欧洲研究基础设施联合体（Euro-Argo European Research Infrastructure Consortium）是协调欧洲参与Argo的组织，其旗下的MedArgo（地中海）倡议自2008年起在此类区域维护了50多个浮标的阵列，并且计划扩大范围。该倡议协助了解地中海水体形成的细节，通过在环流数值模式中进行剖面资料同化，改善了对海盆尺度环流的预测。在东亚边缘海，像Argo这类的尝试让我们对当地海洋和区域气候间相互作用及其特性的长期变化的现象和原因有了新的了解。现在在墨西哥湾部署阵列获取的资料最终可能改进飓风预测。
Argo的最初设计是覆盖60°到赤道的大洋，避开季节性海冰覆盖的地区，因为被海冰封住的浮标不能传输数据，即使浮标在海冰存在时浮上了水面，被浮冰挤碎的概率也很大。过去十年开发的算法[47]能够通过近表温度结构推断冰的情况，让浮标在冬季冰区存活的概率越来越大。简单来说就是如果浮标通过搭载的分层分析确定周围有冰，则会避开水面（借此避开冰），存档，进入下一个周期。到春季，海冰退却，浮标浮至水面，传输所有冬季资料，只不过缺乏轨迹信息。浮标在这种方式下运行得还不错[5-6]，季节性海冰区域的浮标生存率和低纬度地区的差不多。全球海洋有很大部分都在南半球高纬度区域，南极洲周围海冰覆盖区域在经向翻转环流条件设置中十分重要，Argo指导团队建议向这些区域系统性增加阵列。有几个团体已经开启了试点部署。
除了新地区的部署、浮标软件的升级，技术进步还使得浮标可以配置新的技能，来研究更广泛的科学问题。按照最初设计，Argo计划应考察世界海洋温度、盐度、热含量，以及这些物理量变化的气候应用。过去十年，新的传感器诞生，让浮标也可以测量生物地球化学变量，比如溶解氧、硝酸盐、叶绿素和pH值。这些传感器物理尺寸小，耗能低，对于浮标的基础任务几乎没有影响，因此配备这些传感器的浮标也有潜力监测洋流物理因素对那些对气候状态敏感的关键生物地球化学过程的影响，例如碳的生物地球化学循环、海洋脱氧以及海水酸化[48]。此类浮标还有助于提高生物地球化学模型的性能[49]，辅助海洋水色卫星对海面生物地球化学性质的监控，加强对更深处的监控[50]。指导团队认为，一面进行新的发展，一面应保持谨慎，让Argo资料系统不断积累获取和传播新型数据的经验。预计未来进行生物地球化学探测的Argo浮标数量会急剧增长，不过在设想执行全球尺度生物地球化学浮标计划之前，会先在几个重要碳吸收海域进行试点项目。北大西洋已经有几个这样的欧洲项目正在进行。与此类似，南大洋碳和气候观测及模型（SOCCOM）组织计划利用在海冰下作业的能力与生物地球化学浮标相结合，调查南大洋的碳循环，该区域占全球海洋碳吸收的40%[51-52]。
最近几年，一系列论文研究显示[53-56]，深度大大超过2000m的深海对海水总热含量和热比容海平面上升贡献了很大一部分，尤其在（但不限于）南半球高纬度地区。在很多案例中，3000m以下所有深度都出现了变暖，这个结论来自1980s以来由船只进行的温度和盐度测量，这种测量比较稀疏，但会进行周期测量，质量也很高。用船只进行此类测量已经有几十年，不过开展这种工作的船只成本很高，战略性的下水需要专业船只，花费通常高达35000美元/天。而用Argo浮标进行海洋观测似乎更为经济，只不过当前一代的浮标取样范围一般不深于2000m。为了探索深海，改进现在对于深海变暖的估计，指导团队从2012年起开始支持开发能记录2000m以下（直至6000m）海洋的浮标，自2015年起越来越多地加大投放这种浮标。这是从1990年末开始部署最早一批浮标以来最宏大、在技术上最具挑战的一项进展。现在有几个使用新技术的原型机已经经过测试，比如由欧洲和日本开发的4000m深度碳-环氧纤维缠绕圆柱壳，或由美国开发的两个6000m深度版本的玻璃球壳体。另一个问题是这些浮标上的温度、盐度、压力探测器都必须比标准Argo浮标更精准，因为深海水柱的指标变化可能比2000m以上小得多。4000m深度版本原型机已经在北大西洋和北太平洋进行了成功部署。2014年年中，对6000m深度原型机的部署以及新超精确温度/盐度/压力传感器的校正和验证进行了专门测试，测试显示新的深水浮标和探测器都很有潜力。虽然深水浮标成本肯定比现在的Argo浮标高，但还是可以期待在2020年之前，对深海的系统采样能够得以实施，并且深水浮标占比能达到Argo阵列的30%。不过即使未来深水浮标已经全面到位，水文专用船的高质量深海取样仍然不能停；船载勘察和Argo结合能够对深海提供更为完整的全球取样，基于船只的数据对于监控Argo数据质量也十分必要。
有可能在一、二十年后，Argo或其后继项目的部署战略和器材会超出科学界的预想。接下来几年，指导团队建议在遵循长期计划的同时，也应该向新的方向探索，一部分是循序渐进的发展（在新区域和特殊区域部署浮标，并加入新型探测器），一部分是焕然一新的变革（设计、测试深海用的浮标）。所有工作的目标都是维持现在对于全球海洋的观测，同时增进我们对于海洋在气候中角色的了解。
计划中循序渐进部分很关键的一步就是“深海Argo（Deep Argo）”项目。现在的阵列对于估算过去几十年世界海洋2000m以上的热含量变化做出了突出贡献，其中测量到的增长很显著，但比热能收支模式预测的要小。其他研究指出[55-56]，比现在Argo取样范围更深层的海水可能是弥补收支差距的热能库。评估上述的问题，以及浮标的海洋碳循环观测、改进对ENSO和IOD的预测、探查边缘海深度等其他方面的发展，对于Argo未来的领导者是一项挑战。要将该项目的发展和变革推向极限，不断增加我们对海洋环流及其气候影响的理解。
总而言之，我们希望达成的目标是了解海洋在自然因素和人为活动影响下如何发生变化。这就是说，Argo虽然是一项重大成就，但不是单打独斗的。最近，海洋学和海洋气候学联合委员会（JCOMMOPS）办公室把五个计划召集起来，包括锚泊浮标行动（比如赤道阵列），OceanSites计划资助的单个锚泊浮标项目、XBT调查，以及由GO-SHIP计划资助的周期性船载水文测量。其中不少项目能与Argo一起实时提供资料。如今这些倡议都集合在统一旗帜之下，海洋资料的提供正在经历巨大的变革。
参考文献：
1. Argo Science Team On the Design and Implementation of Argo – An Initial Plan for a Global Array of Profiling Floats ICPO Report No.21 (GODAE International Project office, Bureau of Meteorology, 1998).
2. Intergovernmental Oceanographic Commission Toward a Global Ocean Observing System: the Approach to GOOS IOC-XVII/8 (UNESCO, 1993).
3. Climate Change 2014: Synthesis Report (eds Core Writing Team, Pachauri, R. K. & Meyer, L.) 151 (IPCC, 2014).
4. Climate Change 2007: Synthesis Report (eds Core Writing Team, Pachauri, R. K. & Reisinger, A.) (IPCC, 2007).
5. Wong, A. & Riser, S. Profiling float observations of the upper ocean under sea ice off the Wilkes Land coast of Antarctica. J. Phys. Oceanogr. 41, 1102–1115 (2011).
6. Wong, A. & Riser, S. Modified shelf water on the continental slope north of Mac Robertson Land, East Antarctica. Geophys. Res. Lett. 40, 6186–6190 (2013).
7. Wong, A., Johnson G. & Owens, W. B. Delayed-mode calibration of autonomous CTD profiling float salinity data by theta-S climatology. J. Atmos. Ocean. Technol. 20, 308–318 (2003).
8. Owens, W. B. & Wong, A. An improved calibration method for the drift of the conductivity sensor on autonomous CTD profiling floats by theta-S climatology, Deep-Sea Res. Pt I 56, 450–457 (2009).
9. Gaillard, F. et al. Quality Control of Large Argo Datasets. J. Atmos. Ocean. Technol. 26, 337–351 (2009).
10. Levitus, S. Climatological Atlas of the World Ocean NOAA Professional Paper 13 (US Government Printing Office, 1982).
11. von Schuckmann, K., Gaillard, F. & Le Traon, P.-Y. Global hydrographic variability patterns during 2003–2008. J. Geophys. Res. 114, C09007 (2009).
12. Ollitrault, M. & Rannou, J.-P. ANDRO: An Argo-based deep displacement dataset. J. Atmos. Ocean. Technol. 30, 759–788 (2013).
13. Ollitrault, M. & De Verdiere, C. The ocean general circulation near 1000 m depth. J. Phys. Oceanogr. 44, 384–409 (2014).
14. Gray, A. & Riser, S. A global analysis of Sverdrup balance using absolute geostrophic velocities from Argo. J. Phys. Oceanogr.44, 1213–1229 (2014).
15. Castelao, R. Mesoscale eddies in the South Atlantic Bight and the Gulf ;/;//Stream recirculation region: vertical structure. J. Geophys. Res. 119, 2048–2065 (2014).
16. Zhang, Z., Wang, W. & Qiu, B. Oceanic mass transport by mesoscale eddies. Science 345, 322–324 (2014).
17. Hennon, T., Riser, S. & Alford, M. Observations of internal gravity waves from Argo floats. J. Phys. Oceanogr. 44, 2370–2386 (2014).
18. Mercier, H. et al. Variability of the meridional overturning circulation at the Greenland--Portugal OVIDE section from 1993 to 2010. Progr. Oceanogr. 132, 250–261 (2015).
19. Guinehut, S., Dhomps A., Larnicol, G. & Le Traon, P.-Y. High resolution 3-D temperature and salinity fields derived from in situ and satellite observations. Ocean Sci. 68, 845–857 (2012).
20. Willis, J. K. & Fu, L.-L. Combining altimeter and subsurface float data to estimate the timeaveraged circulation in the upper ocean. J. Geophys. Res. 113, C12017 (2008).
21. Willis, J. K. Can in situ floats and satellite altimeters detect long-term changes in Atlantic Ocean overturning? Geophys. Res. Lett. 37, L06602 (2010).
22. Chang, Y., Zhang, S., Rosati, A., Delworth, T. & Stern, W. An assessment of oceanic variability for 1960–2010 from the GFDL ensemble coupled data assimilation. Clim. Dynam. 40, 775–803 (2013).
23. Roemmich, D, Gould, W. J. & Gilson, J. 135 years of global ocean warming between the Challenger expedition and the Argo Programme. Nature Clim. Change 2, 425–428 (2012).
24. Hobbs, W. & Willis, J. Detection of an observed 135 year ocean temperature change from limited data. Geophys. Res. Lett. 40, 2252–2258 (2013).
25. Levitus, S. et al. Anthropogenic warming of earth’s climate system. Science 292, 267–270 (2001).
26. Roemmich, D & Gilson, J. The 2004–2008 mean and annual cycle of temperature, salinity, and steric height in the global ocean from the Argo Program. Progr. Oceanogr. 82, 81–100 (2009).
27. Roemmich, D. et al. Unabated planetary warming and its anatomy since 2006. Nature Clim. Change 5, 240–245 (2015).
28. Durack, P. & Wijffels, S. Fifty-year trends in global ocean salinities and their relationship to broad-scale warming. J. Clim. 23, 4342–4362 (2010).
29. Hosoda, S., Suga, T., Shikama, N. & Mizuno, K. Global surface layer salinity change detected by Argo and its implication for hydrological cycle intensification. J. Oceanogr. 65, 579–586 (2009).
30. Durack, P., Wijffels, S. & Matear, R. Ocean salinities reveal strong global water cycle intensification during 1950–2000 Science 336, 455–458 (2012).
31. Manabe, S. & Stouffer, R. Multiple-century response of a coupled oceanatmosphere model to an increase of atmospheric carbon dioxide. J. Clim. 7, 5–23 (1994).
32. Yashayaev, I. & and Loder, J. Enhanced production of Labrador Sea Water in 2008. Geophys. Res. Lett. 36, L01606 (2009).
33. Kieke, D., Yashayaev, I. Studies of Labrador Sea Water formation and variability in the subpolar North Atlantic in the light of international partnership and collaboration. Prog. Oceanogr. 132, 220–232 (2015).
34. Ren, L. & Riser, S. Seasonal salt budget in the northeast Pacific Ocean. J. Geophys. Res. 114, C12004 (2009).
35. Ren, L. & Riser, S. Observations of decadal-scale salinity changes in the thermocline of the North Pacific Ocean. Deep Sea Res. Pt II 57, 1161–1170 (2010).
36. Freeland, H. Evidence of change in the winter mixed layer in the Northeast Pacific Ocean: a problem revisited. Atmos. Ocean, 51, 126–133 (2013).
37. Hansen, J., Lacis, A. & Rind, D. in Proc. Third Symp. Coast. Ocean Manage. (eds Magoon, O. T & Converse, H.) 2796–2810 (ASCE, 1984).
38. Palmer, M., McNeall, D. & Dunstone, N. Importance of the deep ocean for estimating decadal changes in Earth’s radiation balance. Geophys. Res. Lett. 38, L13707 (2011).
39. Rhein, M. et al. in Climate Change 2013: The Physical Science Basis (eds Stocker, T. et al.) Ch. 3 (IPCC, Cambridge Univ. Press, 2013).
40. Sutton, P. & Roemmich, D. Decadal steric and sea surface height changes in the Southern Hemisphere. Geophys. Res. Lett. 38, L08604 (2011).
41. Kosaka, Y. & and Xie, S.-P. Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling. Nature 501, 403–407 (2013).
42. Levitus, S. et al. World ocean heat content and thermosteric sea level change (0–2,000 m), 1955–2010. Geophys. Res. Lett. 39, L10603 (2012).
43. Durack, P., Gleckler, P., Landerer, F. & Taylor, K. Quantifying underestimates of long-term upper ocean warming. Nature Clim. Change 4, 999–1005 (2014).
44. Freeland, H. et al. Argo-a decade of progress. In Proc. Ocean Obs’09 Vol. 2, WPP-306 10.5270/OceanObs09.cwp.32 (ESA, 2010).
45. Kwon, Y.-O. et al. Role of Gulf Stream, Kuroshio-Oyashio, and their extensions in large-scale atmosphere-ocean interaction: a review. J. Clim. 23, 3249–3281 (2010).
46. Saji, N., Goswami, B., Vinayachandran, P. & Yamagata, T. A dipole mode in the tropical Indian Ocean. Nature 401, 360–363 (1999).
47. Klatt, O., Boebel, O. & Fahrbach, E. A profiling float’s sense of ice.J. Atmos. Technol. 24, 1301–1308 (2007).
48. Johnson, K. et al. Observing biogeochemical cycles at global scales with profiling floats and gliders: prospects for a global array. Oceanography 22, 216–225 (2009).
49. Brasseur, P. et al. Integrating biogeochemistry and ecology into ocean data assimilation systems. Oceanography 22, 206–215 (2009).
50. Bio-Optical Sensors on Argo Floats IOCCG Report No. 11 (eds Claustre, H.) (IOCCG, 2011).
51. Frolicher, T. et al. Dominance of the Southern Ocean in anthropogenic carbon and heat uptake in CMIP5 models. J. Clim. 28 862–886 (2015).
52. Morrison, A., Frolicher, T. & Sarmiento, J. Upwelling in the Southern Ocean. Phys. Today 68, 27–29 (2015).
53. Fukasawa, M. et al. Bottom water warming in the North Pacific Ocean. Nature 427, 825–827 (2004).
54. Johnson, G., Purkey, S. & Bullister, J. Warming and freshening in the abyssal southeastern Indian Ocean. J. Clim. 21, 5351–5363 (2008).
55. Purkey, S. & Johnson, G. Warming of global abyssal and deep Southern Ocean waters between the 1990s and 2000s: contributions to global heat and sea level rise budgets. J. Clim. 23, 6336–6353 (2010).
56. Purkey, S. & Johnson, G. Antarctic Bottom Water warming and freshening: contributions to sea level rise, ocean freshwater budgets, and global heat gain. J. Clim. 26, 6105–6122 (2013).
57. Argo Science Team Argo Float Data and Metadata from Global Data Assembly Centre (Argo GDAC) - Snapshot of Argo GDAC as of September, 8th 2015 (Ifremer, 2015); http://dx.doi.org/10.12770/ca035889-880d-463e-a523-10aabc3d6be3
58. Boyer, T. et al. World Ocean Database 2009 NOAA Atlas NESDIS (ed. Levitus, S.) 66 (US Government Printing Office, 2009).