海洋學(xué)之父莫里和國(guó)際氣象合作的開(kāi)端

Th 賈朋群

海洋學(xué)之父莫里和國(guó)際氣象合作的開(kāi)端

Th 賈朋群

環(huán)繞地球的大氣層與覆蓋地球表面70%的海洋之間存在著緊密的聯(lián)系，這一點(diǎn)在人類對(duì)大氣和海洋的認(rèn)識(shí)歷程中都準(zhǔn)確無(wú)誤地表現(xiàn)出來(lái)。160年前的1853年，第一次國(guó)際海洋氣象會(huì)議在比利時(shí)的布魯塞爾召開(kāi)，會(huì)議的參加者雖然只有來(lái)自比利時(shí)、丹麥、法國(guó)、英國(guó)、荷蘭、挪威、葡萄牙、瑞典和美國(guó)等9個(gè)國(guó)家的主要是海軍軍官的12名代表，但正是在這次會(huì)議上，討論并就航行于全球海洋上的船只進(jìn)行氣象和海洋觀測(cè)達(dá)成了一致意見(jiàn)，意義巨大的統(tǒng)一的海洋氣象觀測(cè)網(wǎng)在這次會(huì)議之后逐漸形成，為全球的海洋運(yùn)輸業(yè)的大發(fā)展創(chuàng)造了條件。對(duì)氣象學(xué)家來(lái)說(shuō)更為重要的是，這次會(huì)議直接導(dǎo)致了20年以后的1873年第一次國(guó)際氣象大會(huì)在巴黎召開(kāi)和世界氣象組織（WMO）的前身國(guó)際氣象組織（IMO）的成立，為最具廣泛意義的國(guó)際氣象合作奠定了基礎(chǔ)。布魯塞爾會(huì)議的倡導(dǎo)者和組織者，是被稱為海洋學(xué)之父的美國(guó)海洋學(xué)家莫里，一個(gè)受到當(dāng)代海洋學(xué)家，同時(shí)也受到全球氣象學(xué)者尊敬的先驅(qū)者。

美國(guó)海軍上尉馬修?方丹?莫里（Matthew Fontaine Maury，1806—1873年，圖1）1806年1月14日出生于美國(guó)弗吉尼亞。這位種植園主的后代，是家中的第7個(gè)孩子，從小就爭(zhēng)強(qiáng)好勝的莫里，因?yàn)樗囊粋€(gè)哥哥成為了美國(guó)海軍軍官，為了與哥哥比高下，1824年剛剛達(dá)到入伍年齡的莫里也順理成章地成為了美國(guó)海軍學(xué)校的一員。1825—1834年，莫里參加了3次遠(yuǎn)航，到達(dá)了南太平洋、歐洲并完成了全球航行。在這些航行實(shí)踐中，莫里切身體會(huì)到了海洋洋流和風(fēng)場(chǎng)對(duì)于航行的重要意義。1939年，已經(jīng)晉升為海軍上尉的莫里在一次事故中不幸腿部致殘。不適合服役遠(yuǎn)航的莫里在1842年被任命為主管海圖和儀器庫(kù)的負(fù)責(zé)人。事實(shí)證明，這次任命是將一個(gè)最為適宜的人在最適宜的時(shí)候放在了最適宜的位置，一個(gè)偉大的海洋氣象學(xué)家應(yīng)運(yùn)而生。莫里在大量船只報(bào)告檔案中，開(kāi)始研究和綜合全球海洋洋流、風(fēng)場(chǎng)和天氣數(shù)據(jù)。為了收集更多的有效資料，他還通過(guò)向船長(zhǎng)們分發(fā)專門定制的包括各種海洋氣象要素觀測(cè)格式的航海日志，試圖將觀測(cè)規(guī)范化。為了讓更多的船只參與觀測(cè)，他還堅(jiān)持將繪制的包括各海區(qū)風(fēng)場(chǎng)、洋流圖的航海圖免費(fèi)提供給船長(zhǎng)們，唯一的條件是和他們交換最新的航海日志。這樣所有實(shí)施觀測(cè)的船只能夠從莫里手中優(yōu)先獲得最新的海圖，而他們提供的資料，又成為莫里訂正和補(bǔ)充海圖的信息來(lái)源。莫里的海圖很快聞名全球，與船長(zhǎng)之間這一有效和在自愿基礎(chǔ)上互利互惠的合作的方式也在無(wú)形中鍛造了國(guó)際氣象界公開(kāi)交換環(huán)境資料的傳統(tǒng)。1843年莫里開(kāi)始發(fā)表能夠幫助船只縮短航程和節(jié)省燃料的航海圖（圖2）。這些包括了風(fēng)速和洋流等海上航行最重要要素的航海圖，是莫里最初編制的基于船只航海日志得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉、融合后得到的，對(duì)于遠(yuǎn)航的船長(zhǎng)來(lái)講具有巨大的實(shí)用價(jià)值。隨著獲得資料的增加和內(nèi)容的豐富，莫里海圖的內(nèi)容和種類也逐漸增加，海圖有6種類型：序列A：航路圖；序列B：貿(mào)易風(fēng)圖；序列C：導(dǎo)航圖；序列D：熱量圖；序列E：風(fēng)暴和降水圖；序列F：鯨魚(yú)圖。正是這一工作，讓人們看到了觀測(cè)的重要性，領(lǐng)會(huì)到點(diǎn)滴的觀測(cè)匯集起來(lái)，能夠具有不可替代的巨大價(jià)值?？梢哉f(shuō)，莫里是最早通過(guò)對(duì)“大數(shù)據(jù)”的挖掘，獲取巨大價(jià)值的實(shí)踐者（鏈接-1），正是受到莫里思想的啟發(fā)和實(shí)踐的引導(dǎo)，促成了1853年布魯塞爾會(huì)議的召開(kāi)，從而將包括氣象觀測(cè)在內(nèi)的全球觀測(cè)網(wǎng)的組織、協(xié)調(diào)和管理，逐漸變?yōu)槭澜绺鲊?guó)的共同事業(yè)。

莫里的航海圖讓人們看到了觀測(cè)的重要性，領(lǐng)會(huì)到點(diǎn)滴的觀測(cè)匯集起來(lái)，能夠具有不可替代的巨大價(jià)值。

圖1 馬修?方丹?莫里（Matthew Fontaine Maury，1806—1873年）

圖2 莫里1852年發(fā)表的風(fēng)和洋流圖之一（a）以及19世紀(jì)中葉船只在海上航行的情景（b）。莫里和系列航線圖覆蓋了大西洋、太平洋和印度洋海域，莫里在美國(guó)水文局的授權(quán)下出版這些海圖，這些珍貴的原始海圖，被美國(guó)地理學(xué)會(huì)圖書(shū)館收藏，在美國(guó)一些大學(xué)的數(shù)字化圖書(shū)管里可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱（例如，本圖來(lái)自威斯康星大學(xué)圖書(shū)館，網(wǎng)址為http://www4. uwm.edu/libraries/AGSL/）

最早提出建立國(guó)際氣象大會(huì)制度全盤考慮氣象觀測(cè)統(tǒng)一系統(tǒng)建議的，是英國(guó)特種兵團(tuán)的工程師詹姆士上尉。這個(gè)建議雖然當(dāng)時(shí)得到了英國(guó)政府的支持，但由于“遇到一些困難而無(wú)法立即實(shí)施”。在分析和收集海洋氣象資料并在海運(yùn)中成功應(yīng)用中經(jīng)驗(yàn)豐富的莫里，提出了一個(gè)變通但更為全面的建議：

“所有沿海國(guó)家的海軍應(yīng)該合作，使氣象觀測(cè)達(dá)到統(tǒng)一，使位于世界上任何地方的船只之間的觀測(cè)可以互相參考和比較。而且，由于要征召各國(guó)海洋商業(yè)和軍隊(duì)船只自愿合作加入這一觀測(cè)和研究體系，由各主要參與者共同制定所用（用于交流觀測(cè)結(jié)果）的航海日志的格式，怎樣描述所用儀器，觀測(cè)的項(xiàng)目和儀器生產(chǎn)廠家以及觀測(cè)的方法和方式，不僅是適宜的，也是有遠(yuǎn)見(jiàn)的?！?/p>

1853年8月23日，在布魯塞爾國(guó)際海洋氣象會(huì)議上，討論了莫里的提案。會(huì)議通過(guò)了船只觀測(cè)記錄的標(biāo)準(zhǔn)形式以及進(jìn)行必要觀測(cè)項(xiàng)目的指南。指南只限于保證一致性的最低要求。24行的觀測(cè)記錄的形式則較為全面，觀測(cè)的要素包括：氣壓、濕球和干球溫度、風(fēng)速和風(fēng)向。需要列出的信息有：云量、云狀、云移動(dòng)的方向、海表和海水溫度。補(bǔ)充信息包括以下天氣現(xiàn)象的描述：颶風(fēng)、海上龍卷風(fēng)和極光等。會(huì)上就觀測(cè)量使用的單位和建議使用的儀器進(jìn)行了艱苦的討論，會(huì)議認(rèn)為當(dāng)時(shí)還無(wú)法統(tǒng)一計(jì)量單位，在觀測(cè)儀器方面，會(huì)議提倡使用非液體氣壓計(jì)，各國(guó)使用的各種標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)該交換。這次會(huì)議的成果，為今后100多年氣象資料的國(guó)際規(guī)范化和有效交換奠定了基礎(chǔ)。

160多年前的布魯塞爾國(guó)際海洋氣象會(huì)議，是當(dāng)時(shí)海洋科學(xué)和現(xiàn)代氣象科學(xué)在全球海運(yùn)業(yè)的迅速發(fā)展的背景下，在海洋氣象方面找到了共同點(diǎn)和結(jié)合點(diǎn)的標(biāo)志。這次會(huì)議更為深刻的意義在于，無(wú)論是氣象學(xué)還是海洋學(xué)的發(fā)展，必須通過(guò)開(kāi)展國(guó)際合作才有可能。在很少有領(lǐng)地劃分的海洋上，布魯塞爾會(huì)議促成的海洋氣象觀測(cè)國(guó)際合作成功的例子，尤其值得氣象學(xué)家們思考。人類工業(yè)化革命以來(lái)，世界各國(guó)認(rèn)識(shí)到氣象在人類挽救自身生命和財(cái)產(chǎn)的努力中的獨(dú)特作用，對(duì)氣象信息和氣象預(yù)報(bào)需求逐步提高。到19世紀(jì)初期，已經(jīng)可以根據(jù)陸地氣象觀測(cè)網(wǎng)資料繪制出生動(dòng)描述天氣狀態(tài)和變化的天氣圖，這使氣象學(xué)家們看到了認(rèn)識(shí)和掌握天氣運(yùn)動(dòng)和變化的規(guī)律并進(jìn)而進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)的希望。但由于天氣圖都是根據(jù)事后得到的資料制作的，氣象學(xué)家們認(rèn)識(shí)到要實(shí)時(shí)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)，必須解決兩個(gè)問(wèn)題，即分散在各處的觀測(cè)網(wǎng)在統(tǒng)一的規(guī)范下開(kāi)展觀測(cè)和各地觀測(cè)到的結(jié)果必須用統(tǒng)一的格式和方式傳送到天氣分析中心。1843年電報(bào)的發(fā)明最后解決了這兩個(gè)問(wèn)題的

技術(shù)難點(diǎn)。然而，兩個(gè)條件都需要排除國(guó)家界限，即只有通過(guò)國(guó)際合作實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一觀測(cè)和觀測(cè)結(jié)果共享才有可能使天氣預(yù)報(bào)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，將氣象學(xué)推向新的高度，讓人類從頻繁的天氣災(zāi)害中解脫出來(lái)。地球大氣及其變化并不認(rèn)同政治和領(lǐng)地的疆界，所謂“自然”的氣象災(zāi)害更不可能僅和某些黨團(tuán)勢(shì)力作對(duì)而和他人無(wú)關(guān)。于是，氣象服務(wù)在國(guó)家內(nèi)部的“公益”性質(zhì)和國(guó)際上的共享和互惠互利性，在布魯塞爾會(huì)議后的20年里，也成為氣象界的共識(shí)，并且促成了最早的氣象國(guó)際合作的引領(lǐng)者和實(shí)施機(jī)構(gòu)，WMO的前身——國(guó)際氣象組織于1873年，也就是莫里辭世的同一年成立。

本文由2012年中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)能力提升專項(xiàng)（優(yōu)秀科技社團(tuán)獎(jiǎng)）項(xiàng)目資助。

（作者單位：中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

深入閱讀

維克托?邁爾-舍恩伯格, 肯尼思?庫(kù)克耶. 2013. 盛楊燕, 周濤, 譯. 大數(shù)據(jù)時(shí)代：生活、工作與思維的大變革. 杭州: 浙江人民出版社.

Douglas A E . 1888. Matthew Fontaine Maury. Nature, 38(980): 339.

Wexler H. 1962. Dedication to Matthew Fontaine Maury. In Wexler H, Rubin M J, Caskey JR J E. Antarctic Research，The Matthew Fontaine Maury Memorial Symposium. Geophysical Monograph Number 7, American Geophysical Union, NAS.

鏈接-1 莫里航海圖：最早的大數(shù)據(jù)實(shí)踐

莫里本是一位很有前途的海軍軍官。1839年一場(chǎng)意外事故，讓他的腿留下了殘疾，無(wú)法繼續(xù)在海上工作。美國(guó)海軍任命他為圖表和儀器廠的負(fù)責(zé)人。然而，具有海上航行經(jīng)歷的莫里，曾經(jīng)對(duì)船只在水上繞彎兒不走直線感到十分不解。當(dāng)他向船長(zhǎng)們問(wèn)及這個(gè)問(wèn)題時(shí)，他們回答說(shuō)，走熟悉的路線比冒險(xiǎn)走一條不熟悉而且可能充滿危險(xiǎn)的路線要好得多。他們認(rèn)為，海洋是一個(gè)不可預(yù)知的世界，人隨時(shí)都可能被意想不到的風(fēng)浪困住。

但是從他的航行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，莫里知道這并不完全正確。他經(jīng)歷過(guò)各種各樣的風(fēng)暴。莫里在海軍軍官學(xué)校當(dāng)學(xué)生時(shí)，就總是不斷地向老船長(zhǎng)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)（他從這些老船長(zhǎng)那里學(xué)到了潮汐、風(fēng)和洋流的知識(shí)）都是在軍隊(duì)發(fā)的書(shū)籍和地圖中無(wú)法學(xué)到的。相反，海軍依賴于陳舊的圖表，有的都使用了上百年，其中的大部分還有很重大的遺漏和離譜的錯(cuò)誤。在他新上任為圖表和儀器廠負(fù)責(zé)人時(shí)，他確定的目標(biāo)就是解決這些問(wèn)題。

他清點(diǎn)了庫(kù)房里的氣壓計(jì)、指南針、六分儀和天文鐘。他發(fā)現(xiàn)，庫(kù)房里存放著許多航海書(shū)籍、地圖和圖表；還有塞滿了舊日志的發(fā)霉木箱，這些都是以前的海軍上尉寫(xiě)的航海日志。剛開(kāi)始的時(shí)候，他覺(jué)得這些都是垃圾，但當(dāng)他拍掉被海水浸泡過(guò)的書(shū)籍上的灰塵，凝視著里面的內(nèi)容時(shí)，莫里突然變得非常激動(dòng)。這里有他所需要的信息，例如對(duì)特定日期、特定地點(diǎn)的風(fēng)、水和天氣情況的記錄。大部分信息都非常有價(jià)值。莫里意識(shí)到，如果把它們整理到一起，將有可能呈現(xiàn)出一張全新的航海圖。這些日志是無(wú)章可循的；頁(yè)面邊上盡是奇怪的打油詩(shī)和亂七八糟的信手涂鴉，與其說(shuō)它們是對(duì)航海行程的記錄，還不如說(shuō)它們是船員在航海途中無(wú)聊的娛樂(lè)而已。盡管如此，仍然可以從中提取出有用的數(shù)據(jù)。莫里和他的20臺(tái)“計(jì)算機(jī)”——那些進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的人，一起把這些破損的航海日志里記錄的信息繪制成了表格，這是一項(xiàng)非常繁重的工作。

莫里整合了數(shù)據(jù)之后，把整個(gè)大西洋按經(jīng)緯度劃分成了五塊，并按月份標(biāo)出了溫度、風(fēng)速和風(fēng)向，因?yàn)楦鶕?jù)時(shí)間的不同這些數(shù)據(jù)也有所不同。整合之后，這些數(shù)據(jù)顯示出了有價(jià)值的模式，也提供了更有效的航海路線。

有經(jīng)驗(yàn)的海員有時(shí)依靠經(jīng)驗(yàn)?zāi)馨踩胶?，但有時(shí)也會(huì)陷入危險(xiǎn)之中。在從紐約到里約熱內(nèi)盧這條繁忙的航線上，水手們往往傾向于與自然斗爭(zhēng)而不是順應(yīng)自然。美國(guó)船長(zhǎng)一直被勸導(dǎo)前往里約熱內(nèi)盧不能通過(guò)海峽，因?yàn)槟菢哟嬖诤艽箫L(fēng)險(xiǎn)，所以船長(zhǎng)會(huì)選擇在東南方向的航線上航行，再穿過(guò)赤道駛向西南方向。而這樣一來(lái)，航行的距離就相當(dāng)于穿越大西洋兩次。這是很荒謬的，其實(shí)直接沿著海峽向南航行就可以了。

通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，莫里知道了一些良好的天然航線，這些航線上的風(fēng)向和洋流都非常利于航行。他所繪制的圖表幫助商人們節(jié)省了一大筆錢，因?yàn)楹胶Ｂ烦虦p少了三分之一左右。一個(gè)船長(zhǎng)感激地說(shuō)：“我在得到你的圖表之前都是在盲目地航行，你的圖表真的指引了我?！庇幸恍╊B固的人拒絕使用這個(gè)新制的圖表，而當(dāng)他們因?yàn)槭褂门f方法航行到半路出了事故或者花費(fèi)的航行時(shí)間長(zhǎng)很多的時(shí)候，他們反而幫助證明了莫里系統(tǒng)的實(shí)用性。

1855年，莫里的權(quán)威著作《關(guān)于海洋的物理地理學(xué)》（The Physical Geography of the Sea）出版，當(dāng)時(shí)他已經(jīng)繪制了120萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)了。莫里寫(xiě)道，在這些圖表的幫助下，年輕的海員們不用再親自去探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，而能夠通過(guò)這些圖表立即得到來(lái)自成千上萬(wàn)名經(jīng)驗(yàn)豐富的航海家的指導(dǎo)。

他的工作為第一根跨大西洋電報(bào)電纜的鋪設(shè)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，在公海上發(fā)生了一次災(zāi)難性的碰撞事件之后，他馬上修改了他的航線分析系統(tǒng)，這個(gè)修改后的系統(tǒng)一直沿用至今。

——摘自《大數(shù)據(jù)時(shí)代》，作者：維克托?邁爾-舍恩伯格等，翻譯：盛楊燕、周濤