2014 年 6 月，一场阵容空前的海洋观测实验在地中海撒丁岛以西展开：两艘调查船、11 台水下滑翔机、6 套锚系、17 个表层漂流浮标与多种拖曳系统同时作业。德国亥姆霍兹盖斯特哈赫特中心的 Onken 等人联合北约六国 20 家机构，对这场 REP14-MED 实验的观测体系做了全景综述——其中挂着 41 台 Star-Oddi Starmon mini 温度记录仪的 M1 锚系，是整个实验海洋变率研究的支柱，成果发表于 2018 年《Ocean Science》。
研究背景
REP 系列实验的总目标，是发展并检验快速表征海洋环境的方法。REP14-MED 由北约海事研究与实验中心主导，设定了六项任务：查明撒丁岛西岸外的水团与环流格局；为业务化海洋预报、模型验证与预报技巧评估采集数据；为发展和比较不同数据同化方法提供数据集；用滑翔机机群完成成本效益分析；开展海洋变率研究；以及测试滑翔机新载荷。
实验选址兼顾声学实验与滑翔机作业需求：需要宽阔陆架、船只交通少且无强边界流。最终选定的观测域位于撒丁岛以西的撒丁-巴利阿里海盆，约 111 公里见方，陆架宽 40—80 公里，深水区水深可达 2800 米。该海域环流受大西洋水入流支配：新变性大西洋水随阿尔及利亚流脱生的反气旋涡进入，旧变性大西洋水经第勒尼安海、利古里亚海与巴利阿里海作气旋式循环，其下依次为冬季中间水、黎凡特中间水与西地中海深层水，北巴利阿里锋面则构成南北水团的汇合带。
研究过程
海上作业分三个航段。6 月 6—11 日第一航段，两艘调查船完成了覆盖全域、水平分辨率约 10 公里的温盐深「初始调查」，并布放全部滑翔机、锚系与漂流浮标；12—20 日第二航段专事声学实验，另一艘船继续剖面与拖曳观测；21 日两船会合进行温盐深仪互校，随后以拖曳体与拖曳式温盐链在平行断面上开展了约 40 小时的「验证调查」。
M1 锚系是变率研究的核心。它由中心锚系与漂浮海面的侧向延伸体组成：中心体标称 100 米深处装有上视声学多普勒流速剖面仪，1 米深处挂温盐深探头，海面浮标记录气象参数；延伸体经 50 米长缆垂直向下延展约 40 米，缆上密集挂载了 41 台 Starmon mini 温度记录仪（Star-Oddi，冰岛），以极高的垂向分辨率连续记录温度，另有 4 个配套温深记录仪监测整缆的实际深度变化。M1 于 6 月 8 日布放、20 日回收，所在位置水深 150 米。其余四套潜标 M2—M5 布设在水深 150—2100 米的断面上。
滑翔机机群由 11 台三种型号组成，8—9 日分两批布放到十条东西向断面上，深浅机型交替占位。拖曳系统方面，一艘船的拖曳体在验证调查中获得 365 公里、535 个剖面的高分辨率数据；另一艘船的拖曳式温盐链搭载 91 个传感器、间隔 3.5 米，按 4—5 节拖速折算空间分辨率优于 10 米。
整个观测体系的空间分辨率横跨 4 个数量级（从 10 米到 10 万米），锚系时间序列横跨 5 个数量级（从 10 秒到 100 万秒），构成一张立体观测网。两船温盐深剖面合计近 280 个，滑翔机在 15 天内完成 5731 个剖面。
实验结果
数据集质量高度可靠。 尽管出现少量故障——一台滑翔机因硬件故障提前回收、一台因软件问题中断约 1 天、M1 海面探头电导率失效、41 台温度记录仪中有 2 台失效——数据集的整体一致性未受影响。两船温盐深仪互校发现的 0.001 西门子每米电导率系统偏差，经校正后 990 米深度的位势密度场恢复连续。
水团格局既经典又新奇。 基于船载剖面、滑翔机与走航数据的分析显示，水团分布与环流大体符合经典图像，但变性大西洋水、黎凡特中间水与底层水的温盐较此前十年明显升高；黎凡特中间水占据了整个试验区；试验区内还观测到异常冷咸的涡旋和确认冬季中间水从形成区直达观测区的反气旋涡。
同化策略的答案清晰。 各团队用不同方案同化这批数据：混合变分-集合方案把温度与盐度平均绝对误差分别降低 55% 与 42%；同化初始温盐调查可使预报误差降低 30%—40%，8 台滑翔机的采样效能约相当于间距 10 公里的船载温盐深初始调查；同化超过 6000 个剖面时无需数据减缩，普通商用电脑即可支持预报。
M1 温度链支撑混合层变率研究。 基于 Starmon mini 高分辨率序列的后续研究系统评估了区域海洋模型对混合层特性的预报技巧，给出了初始场、边界条件、大气强迫与垂直混合方案的最优组合。
新载荷初试成功。 滑翔机搭载的双水听器记录到抹香鲸与海豚的声信号并实现目标跟踪；实验性酸碱度与二氧化碳分压传感器首次随滑翔机完成 12 天剖面，经漂移订正后显示出与夏季叶绿素最大层相关的酸碱度极大值。
图1. 冰岛Star-Oddi公司Starmon温度记录仪
图2. 两艘调查船：北约研究船与德国国防军研究船（论文 Figure 1）
图3. 实验前已知的西地中海大尺度环流与观测域（红框）位置（论文 Figure 2）
图4. M1锚系设计图：中心体与挂满温度记录仪的侧向延伸缆（论文 Figure 3）
图5. 第一航段温盐深初始调查断面布设与第二、三航段剖面位置（论文 Figure 5）
图6. 11台滑翔机的名义断面、布放位置与实际轨迹（论文 Figure 7）
研究结论
REP14-MED 以两船、11 台滑翔机与多套锚系的同步观测，构建了空间跨 4 个量级、时间跨 5 个量级的立体数据集，催生了 Ocean Science 特刊九篇论文，覆盖水团环流、业务预报、数据同化、海洋变率、滑翔机成本效益与新载荷六大方向。作者指出，这批数据的科学潜力远未挖尽：滑翔机锯齿航迹的沿程分辨率已达次中尺度量级，拖曳链约 3 秒的时间分辨率更可支撑向微尺度过渡区的研究。
对海洋观测工程而言，这场实验给出了一条重要经验：多平台协同观测的骨架，往往由最朴素的仪器撑起。M1 锚系上 41 台 Starmon mini 以半米级间隔铺满 0—40 米上层水体，为变率研究提供了模型验证的基准序列；这类微型温度记录仪体积小、易于密集串挂，配合少量温深记录仪即可校正缆体运动，长时间在位自主记录。对于需要在上混合层开展高分辨率过程观测的团队，Starmon mini 密集测温缆是被大实验反复验证过的成熟选择。
参考文献
Onken, R., Fiekas, H.-V., Beguery, L., Borrione, I., Funk, A., Hemming, M., Hernandez-Lasheras, J., Heywood, K. J., Kaiser, J., Knoll, M., Mourre, B., Oddo, P., Poulain, P.-M., Queste, B. Y., Russo, A., Shitashima, K., Siderius, M., and Thorp Küsel, E.: High-resolution observations in the western Mediterranean Sea: the REP14-MED experiment, Ocean Science, 2018, 14: 321–354. https://doi.org/10.5194/os-14-321-2018
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