气象信息的获取和应用：信息时代的弄潮儿
-纪念2004年世界气象日

　　2004年世界气象日的主题"信息时代的天气、气候和水"勾画出21世纪气象信息服务于大众和社会在内容、形式和交互性等多方面的重要变革，气象信息走向集成、综合的不可阻挡的趋势，孕育着更多的机会和挑战。新世纪以信息技术为代表的科技发展，将人类社会推进到了全球化知识经济时代，信息资源成为知识经济时代人类可持续发展最宝贵的资源。其中天气、气候和水信息的充分和创新性的利用，对提高社会安全和生产力，增强国家竞争实力和改善人民生活等多方面的效益，获得了包括政府在内的越来越广泛的共识。
信息技术和知识经济的发展也带来了新的挑战。以气象信息为例，由于信息基础设施、社会和经济发展水平以及观念等方面的差距，气象环境观测和信息网络怎样稳定地跨越不同政治和经济边界，在全球流畅地共享和利用，气象信息和产品本身准确性增加和不确定性降低从而获得更高的可利用价值以及气象信息与多种地球物理信息、国家和社会经济、人文信息集成和综合利用，也将成为新世纪气象界面临的巨大挑战。另外，正如主管美国大气和海洋管理局的美国商务部前部长William Daley所言，天气是笔大生意，它可以帮助或伤害社会。逐渐丰富的天气、气候和水信息必然拉动的新市场，带来与社会和大众生活密切相关的重要商业机会和风险，这把双刃剑也考验着国际和各国的政治、经济、社会和价值观体系，无疑已经成为国际社会在新世纪必须面对和妥善解决的新课题。 壹、 气象科学的发展使全球天气、气候和水的观测和通信网络发展成为多平台、高时空覆盖的综合性平台
虽然作为知识分支的气象学的历史几乎与人类的文明史一样悠久，但是以吸收近代物理学研究成果，应用于大量天气要素观测结果的分析从而得到天气演变规律为基本特征的现代气象学，则仅有几百年的历史。17世纪以后，随着温度表、湿度表和气压计等气象仪器的发明，定量地描述大气状态的信息使气象学告别了以直觉和经验为依据的主观猜想阶段，科学气象学的实践随之风行。在现代气象学的发展历史上，有很多科学家将大气圈层作为实验室进行气象科学研究。他们发现信息，即有组织地表示大气演变状态的观测值，以及信息的快速传递对气象学的研究和应用几乎是唯一的先决条件。尤其是1820年出现了可以浓缩一个区域的天气变化状态的天气图后，一种到目前仍然在使用的被称为天气分析方法的技术逐渐形成。这种技术的前提是知道一个广阔区域的天气状况，再根据天气系统的移动规律，作出给定地点的预报。利用天气图天气分析方法，人们在初步认识到风暴等天气系统的发生、发展和移动等规律的同时，更为深刻地面对这样一个事实：天气系统不受各种政治边界的制约。气象学要进步，天气预报要发展，只有各国联合获取和共享气象资料这一条路。而这条路必须通过科学、技术和社会三方面的努力才能铺就。
天气图真正能够用于天气预报，除了解决统一观测问题之外，还必须有将观测记录快速传递到天气分析中心的有效手段。1843年莫尔斯电报的发明首先从技术上为这样的信息快速传递打开了通道。1850年，英国和美国学者首先利用电报绘制了同一天的天气图。从1863年开始，法国天气局开始发布每天的天气图。1853年布鲁塞尔国际海洋气象学会议以及1873年世界气象组织的前身国际气象组织的成立，代表了国际社会的努力在气象观测合作方面取得的重要成果。这些都促使20世纪初挪威学派成功地将现代物理学理论融入气象学，创建了大气运动的气团和锋面理论这一革命性的科学突破，使气象预报从艺术变成一门严肃的科学。
在20世纪30年代无线电探空开始普遍使用之后，人类对大气的探测就从平面走向立体，对大气垂直结构的认识也大大促进了大气动力学和热力学的研究，为后来的数值天气预报和大气环流模拟开辟了道路。在人类于20世纪下半叶进入电子计算机时代的时候，以数值天气预报的成功为标志，在众多应用学科中大气科学成为最先受益的学科。从此，大气科学除了依靠大量观测信息进行研究和服务，还通过数值模式的不断发展，可以产生大量的系统性的天气气候预测信息，提供给大众或特定的用户。气象学成为地球科学领域中大量吸收、处理和发布天气气候信息的信息密集型学科的代表。
现代科学技术的发展不断提高气象科学可能利用信息的时空覆盖范围和质量。例如气象雷达和气象卫星的出现，将常规的气象站点观测拓展为直接对气象要素场的观测或遥感和反演，使探测的时空覆盖率获得了划时代的提高。
在人类进入21世纪之后，全球气象观测站网的建设获得了巨大发展。目前由世界气象组织协调，其187个成员国和地区的国家气象水文机构操作的各有侧重点的三个全球气象观测框架，即:1963年建立的世界天气监视网(WWW)中的全球观测系统；提供全球大气含量，包括臭氧、温室气体、降水化学成分、气溶胶成分、再活化气体和UV辐射等要素变化观测的全球大气监视网(GAW)，以及包括全球450000水文站对地表和地下水进行监测的世界水文循环观测系统（WHYCOS）。为了研究全球气候变化，在GOS和GAW的地面和探空站中，分别在1996年和1999年共确定了150个探空站和989个地面站组成全球气候观测系统(GCOS)网。GCOS站网将能够提供均匀性更好的长期观测资料，特别适合于进行气候变化研究。在覆盖全球71%表面的海洋上，如今也包括在了大气观测体系中：大约6000艘船舶、1000个浮标站、300个系溜浮标和600个固定平台提供气象和部分海洋观测信息。16颗极轨和地球静止卫星，通过不同谱段探测仪器全天候监测地球大气，基本上消灭了探测死角。在人类进入21世纪的时候，全球天气、气候和水多平台观测和通信网已经形成相当的规模。

贰、 天气、气候和水信息与可持续发展

在1987年世界环境和发展大会"我们共同的未来"主题报告中，第一次明确提出了"可持续发展"的概念，即"应对目前(对各种自然资源)的需求而不对后代的需求产生负面影响"。这一极普通的涉及人类持续繁衍的道理，几乎是在现代科学技术革命给人类生活带来极大发展的同时，被一位更加热爱自然并富有对自然的忧患意识的美国女科学家卡逊用微弱但有力的声音提出来的。应该说，人类对可持续发展这一概念的重新审视和认同，是和一系列气象环境灾害走向频发和灾情不断加重带来的警示甚至是血的教训不无关系（见下图）。

令人欣慰的是，新世纪可持续发展的思想被提到了新的高度。2002年世界可持续发展峰会进一步提出了可持续发展的既相互独立又相互支持的三大支柱，即在全球、区域和地区范围内的经济发展、社会发展和环境保护。以往前两个支柱的发展被过分强调，然而这些发展的载体，包括用气象环境信息描述的地球环境，也是不可忽视的。显然缺少第三个支柱的发展肯定是不稳固的。在峰会认为可持续发展必须优先解决的问题中，首先包括了减灾防灾、水资源评估和管理、气候变化和海洋资源等和天气、气候和水相关的问题。面对这些问题，新世纪各国气象和水文部门在加强支持国内以及全球的可持续发展的能力的建设上，任重道远，一些更高、更迫切的要求带来了新的挑战。
实际上这些挑战既是气象水文部门必须面对的，更是整个国际社会和各国政府要慎重思考和妥善处理的。近年来频发的气象灾害，在怎样保护性地利用各种自然资源问题上，强烈的利益集团欲望和环境的承载能力之间不平衡都预示着科学的气象环境信息服务和环境资源管理在社会和经济可持续发展方面特殊的意义和历史使命。虽然在发达国家和发展中国家的气象和水文部门之间，在探测手段、资料获取和分析能力以及模式应用水平的多方面存在很大的差异，但由于全球是一个环境整体，在气象环境方面开展广泛的国际合作会使双方能够获益。更为重要的是，这种合作会强化国际社会、政府部门和用户对气象环境服务重要性的认识，使专业气象水文部门在各国政府中得到应有的地位和受重视程度，这才是保证气象环境信息在可持续发展中发挥最大效益的关键所在。 叁、 21世纪初仍然是气象信息的获取和应用的快速增长期
新世纪社会和全球经济的发展，对气象环境集成信息的需求大量增加，伴随科学技术的发展，人类在全面认识地球环境方面也将具备更全面和综合能力。一些新的探测技术的发展以及更为全面的气象环境信息服务，将成为保证人类的安康和幸福的重要前提。
向海洋要信息
地球表面5.1亿平方公里的总表面积中，海洋占70.8%，是名副其实的"水球"。全球海洋对天气气候和水的影响无疑是巨大的。首先，全球海洋的平均深度达到约3800米，海水实体巨大的热含量，其微小的变化通过海洋和大气边界可以对大范围的天气、气候和水产生重要影响。厄尔尼诺现象就是明显的例子。另外，造成重要天气气候灾害的天气系统，例如热带风暴和中纬度气旋，大多在海上孕育和发展，当它们登陆陆地后，造成严重的灾害。所以要提高天气和气候预报的准确性，海洋上不同层次海水温度、盐分和水平及垂直环流等信息的获取无疑是关键。地球上总的水体积大约14亿立方千米，其中只有2.5%即0.35亿立方千米为淡水。淡水的补给依赖于海洋表面的蒸发，每年海洋要蒸发相当于1.4米厚的水层，其中80%降落到海洋中，其余20%制约着全球淡水资源的平衡。目前全世界约有1/3的人生活在中度和高度缺水地区，而根据估计到2020年全球水的使用量将会提高40%。

向空间要信息
在科学界流传着这样一个意味深长的传说：一位在沙漠中找寻一种巨大的史前恐龙存在痕迹的学者，站在一个大坑旁边发出悲叹："看来我永远也找不到这种恐龙了"。恰在此时，他的助手在驾驶飞机飞过他头上空时惊喜地报告说，这位叹息中的学者就站在恐龙巨大的脚印里。
这个故事形象地说明了观察事物，观察者的角度有时具有决定性的作用。地球上的天气和气候过程往往跨越巨大的时间和空间，仅仅依靠地面台站的定点观测就会出现盲人摸象，以管窥天的无奈。20世纪60年代人类进入卫星时代以来，气象卫星已经成为观测地球无刻不在变化中的大气过程的最直接的手段。不断改进的卫星图像和产品已经成为获取大范围的天气及其变化状况最为方便、形象和准确的方法之一。预报员利用卫星提供的信息更加深入地理解天气系统的演化规律，他们还及时根据最新的气象卫星资料对已经做出的天气预报结果进行微调，从而改进了天气预报的准确性。

天气、气候和水信息深入到生活的每个角落
信息时代气象资讯的准确及时和无处不在，有可能使人类避免一切"天灾"而充分利用这个星球的天气、气候和水变化的有利面。因为在未来，获取天气、气候和水信息可能就象随意提问一样容易，而遍布全球的信息网中，存有或可以很快提供任何人生活中可能遇到的所有问题的答案并"无缝隙"地提供给信息用户。
设想在2020年前后的某一天，你可能正驾车前往某目的地。在驾驶员用人类的语言和汽车面板智能机器人的对话中，可能有这样一段：

- 驾驶员：哦，天开始下雨了，从这里到呼和浩特的天气怎样？
- 面板机器人：现在从这儿到呼和浩特都是小雨，但等你到张家口时将转为小雪，雪落到地面会融化，所以路面可能不会很滑
- 驾驶员：如果继续开到银川情况会怎样？
- 面板机器人：到达包头以前，天气仍然是小雪，路面情况还可以。但过了包头是大雪，因为风大吹雪严重，所以能见度差，河套以西部分路面被雪覆盖。

上面简短的对话包含的信息，预示着今后多方面的技术进步，特别是气象监测和预测信息本身准确性的大幅度提高，以及与其他信息融合得到的更有针对性的信息服务的能力。旅行者的位置从出发那一刻开始就由全球定位系统跟踪，汽车上的面板机器人可以将人的自然语言转化成描述科学问题的请求，并由无线通信装置发出。全国高速信息网络将请求转给载有随时更新的四维天气信息的气象部门计算机系统，后者可能在调用全国公路网等相关信息并进行快速处理后，回复信息按照同样路径快速返回给车载机器人，车载机器人将回复信息在转化为正常语言并放送，使驾驶员获得满意的信息服务。
虽然上面的信息服务过程还需待以时日，但电视等媒体和互联网上丰富的天气信息和手机和PDA等无线通信设备上随时随处可以调出的天气图和天气变化实况却是越来越多的人能够感觉到的。生活中离不开气象信息，而另人满意的气象信息也确实走进了我们的生活。

（中国气象局培训中心 贾朋群）