WMO全球觀測系統(tǒng)演進發(fā)展實施計劃（EGOS-IP）執(zhí)行摘要

張文建 譯校

WMO全球觀測系統(tǒng)演進發(fā)展實施計劃（EGOS-IP）執(zhí)行摘要

張文建 譯校

本實施計劃的目標是以最具成本效益的方式滿足WMO在天氣、氣候和水等多個領域及其應用計劃對觀測的需求。

世界氣象組織（WMO）全球觀測系統(tǒng)演進發(fā)展實施計劃（EGOSIP）的目的是概括2012—2025年全球觀測系統(tǒng)將要實施的重要活動，旨在維持和發(fā)展WMO觀測系統(tǒng)的所有分系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都是WMO全球綜合觀測系統(tǒng)（WIGOS）的組成部分，該計劃也考慮了WIGOS的長遠愿景。本實施計劃的目標是以最具成本效益的方式滿足WMO在天氣、氣候和水等多個領域及其應用計劃對觀測的需求。觀測系統(tǒng)各組成部分還將為全球地球綜合觀測系統(tǒng)（GEOSS）和全球氣候服務框架（GFCS）做出重要貢獻。其中，一些活動和WMO與其他國際組織共同支持和聯(lián)合建立的觀測系統(tǒng)有關，所以計劃的實施必須與這些組織緊密合作來完成。

氣象觀測正在支持越來越廣泛的應用，包括監(jiān)測和預報不同時間尺度的大氣、海洋和地表狀況。這些應用活動支持越來越廣泛的服務，并帶來越來越高的社會經(jīng)濟效益。用戶需求也變得越來越寬廣和嚴格，而且在這些應用方面也出現(xiàn)了一些新的需求。有更多的觀測系統(tǒng)可滿足對于實時、近實時和非實時應用的需求。全球氣候觀測系統(tǒng)（GCOS，由WMO、國際海洋組織（IOC）、聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）及國際科聯(lián)（ICSU）聯(lián)合支持的觀測協(xié)調(diào)機制）和全球氣候服務框架（GFCS）的觀測需求預計也將增加。在許多情況下，僅通過及時地分發(fā)為其他用途制作的觀測資料就能取得重要改進。

目前本實施計劃所羅列的許多行動，是WMO一些現(xiàn)行活動的結果，這些活動是與全球相關學科的專家緊密合作而開展的。行動計劃的主要依據(jù)是：

? W M O第六十一屆執(zhí)行理事會批準了2025年全球觀測系統(tǒng)（GOS）愿景文件。該愿景文件為指導全球觀測系統(tǒng)的發(fā)展設定了高層目標。

? 滾動需求評審（RRR）已經(jīng)進行了若干年。它將觀測系統(tǒng)能力與12個WMO不同應用領域的需求進行比較，并提供一份“指導聲明”（SoG），以找出存在的主要差距并指出未來觀測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

? 在某些應用領域，有關觀測系統(tǒng)對于不同應用領域影響和貢獻研究的結果，包括觀測系統(tǒng)影響試驗和觀測系統(tǒng)影響模擬試驗的結果。

一、實施機構

對于地基觀測系統(tǒng)，實施行動主要依靠國家機構，如國家氣象部門或國家氣象和水文部門。在某些情況下，地基觀測網(wǎng)是由一些非氣象部門或機構在國際計劃或強有力的國際合作背景下實施的，也有某些觀測網(wǎng)是靠科研經(jīng)費資助的，因此，這些觀測網(wǎng)發(fā)展的可持續(xù)性令人關切。

對于空基觀測系統(tǒng)，實施機構有時是運行研發(fā)和/或業(yè)務衛(wèi)星的國家機構，有時則是專門從事空間觀測的多國機構（如歐洲氣象衛(wèi)星開發(fā)組織EUMETSAT等，譯者注）。

無論是對于地基還是空基觀測系統(tǒng)，都需要緊密和高層次的國際合作，這足以說明和佐證WMO發(fā)起的或與其他國際組織聯(lián)合發(fā)起的一些國際觀測計劃的必要性。

對于地基實地觀測網(wǎng)，往往是通過WMO的區(qū)域協(xié)會設計和開發(fā)的，通過WMO的技術委員會（主要是但不僅限于基本系統(tǒng)委員會）提供的指南，區(qū)域協(xié)會在各自的區(qū)域發(fā)揮重要的協(xié)調(diào)作用。通過建立聯(lián)合的觀測系統(tǒng)（例如GCOS、全球海洋觀測系統(tǒng)GOOS和全球陸地觀測系統(tǒng)GTOS）可滿足許多需求。關于海洋實地觀測網(wǎng)絡，WMO和政府間海洋委員會（IOC）共同建立的海洋學和海洋氣象學技術委員會（JCOMM）參與了所有海洋觀測系統(tǒng)的設計與開發(fā)，協(xié)調(diào)海面氣象觀測，以及海面或海面下的海洋學觀測。大氣化學觀測是通過全球大氣監(jiān)測網(wǎng)（GAW）計劃及其戰(zhàn)略計劃和補充計劃開展的。對于空基觀測系統(tǒng)，衛(wèi)星觀測的總體趨勢是面向全球的，而不是像地基實地觀測網(wǎng)那樣注重區(qū)域特點。但是WMO在空基觀測系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用同等重要，WMO還通過與氣象衛(wèi)星協(xié)調(diào)組織（CGMS）以及國家和國際空間機構密切合作開展工作。

一些地基觀測系統(tǒng)在氣候監(jiān)測方面發(fā)揮著至關重要的作用，而且這方面必須進一步拓展觀測。地表輻射測量是對從衛(wèi)星儀器獲取的總太陽輻射和所有變量的補充，這些變量是監(jiān)測地球系統(tǒng)碳循環(huán)所必須的，特別是土壤碳，以及大氣、海洋和地表之間的二氧化碳和甲烷通量。GEOSS全球二氧化碳觀測戰(zhàn)略也說明了由哪些機構開展這些觀測。

二、總體行動與交叉性行動

為了滿足用戶的需要，只要某些研發(fā)性質(zhì)的觀測系統(tǒng)已經(jīng)成熟并具有成本效益，則必須要采取行動以將其轉化為業(yè)務運行。改變現(xiàn)有系統(tǒng)和開發(fā)新系統(tǒng)都必須不斷與觀測系統(tǒng)的用戶一起開展評估。對于一些目前由有時限要求的科研經(jīng)費維持的海洋觀測系統(tǒng)，這一點尤為重要。而對于某些觀測系統(tǒng)，根據(jù)氣象條件相應地改變觀測變量的設置，有可能提高成本效益。

WIGOS的整合作用對于實現(xiàn)“2025年GOS愿景”是非常重要的。有必要鼓勵所有制作觀測資料的運營方恪守WMO信息系統(tǒng)（WIS）和WIGOS的各項標準。對于許多用戶而言，保持觀測系統(tǒng)的關鍵部分的資料記錄的連續(xù)性和一致性也很重要。

必須在資料政策方面采取行動，以保證所有WMO會員能夠連續(xù)獲取所有基本的觀測資料，并確保繼續(xù)遵守WMO資料共享的原則，無論資料來源如何，包括商業(yè)實體制作的資料。隨著用戶需求和觀測系統(tǒng)的發(fā)展，會員和WMO的資料政策需要隨之發(fā)展，以收集并交換更多更廣泛來源的不同類別的資料。

到2025年，隨著技術的發(fā)展會出現(xiàn)更多的自動化運行的觀測系統(tǒng)，產(chǎn)生更大的數(shù)據(jù)量，而且可實時傳輸更大的數(shù)據(jù)流量。需要采取行動，以確保WIS的能力能夠處理日益增加的觀測資料量和交換資料流量，并還要確保WIGOS所使用的無線電頻率受到保護。

許多發(fā)展中國家和經(jīng)濟轉型國家不具備能力或沒有足夠的資源提供基本且必要的實地觀測。這需要通過推進觀測系統(tǒng)的能力建設戰(zhàn)略來解決這個問題，包括促進由國際組織、雙邊合作伙伴關系等來資助各種項目開展區(qū)域合作，以及組織開展教育培訓和能力建設活動并提供指南等。

三、地基觀測系統(tǒng)

為滿足不同用戶的需求，許多地基觀測系統(tǒng)并不需要開展更多的觀測就可以提高效率，例如可以通過處理和交換更多資料而得以實現(xiàn)，例如以下幾種方式：

? 全球交換每小時的地基觀測資料，這可用于全球各類應用，并促進全球交換每小時以內(nèi)（分鐘級）的觀測資料，以支持相關的應用領域。

? 在不同用戶群之間（根據(jù)WIGOS的標準）交換大氣、海洋和陸地觀測系統(tǒng)的觀測資料，在需要時，可在不同預處理資料層面交換。

通過綜合針對無線電探空儀、飛機資料和廓線儀采取各種改進行動，以整體改進高空觀測系統(tǒng)，例如：

? 考慮綜合所有的高空觀測系統(tǒng)的集成，就可使全球高空資料覆蓋率更加均勻。

? 通過特別努力，維護孤立的無線探空站或平臺（包括自動船載探空計劃ASAP）。

? 通過特別努力恢復已有的但已停止運行或只觀測但不發(fā)報的無線電探空站點。

? 為無線電探空儀和航空器氣象資料下傳（AMDAR）開發(fā)適應性組件，以便在最需要的時間和地點制作觀測資料。

? 通過特別努力維護GCOS 高空觀測網(wǎng)（GUAN） 無線電探空站點并建立GCOS 基準高空觀測網(wǎng)（GRUAN）。

? 改進無線電探空資料的處理和分發(fā)，以便提供更高垂直分辨率的資料，包括基準位置和時間的資料。

? 開發(fā)標準與質(zhì)量均一的區(qū)域尺度遙感廓線觀測站網(wǎng)。

? 開發(fā)并安裝各種濕度傳感器，將其作為AMDAR系統(tǒng)的不可缺少的統(tǒng)一組成部分。

大多數(shù)的地面觀測系統(tǒng)將大大受益于針對WIS/ WIGOS的關于處理和交換觀測資料的標準采取的總體行動。預計還將受益于更加頻繁的全球觀測資料的交換，包括來自全球大氣成分（GAW）觀測站、閃電探測系統(tǒng)和水文站的資料。為不同用戶提供更多地面觀測資料的一個非常具有成本效益的方式，是提高并擴大專業(yè)觀測網(wǎng)（如公路運輸、航空、農(nóng)業(yè)氣象、城市氣象和能源生產(chǎn)等）的觀測資料的交換。

需要采取有關天氣雷達站方面的具體行動，以提高定量降水估算的質(zhì)量，建立能服務所有用戶的天氣雷達資料處理/交換框架，并采用供國際交換的統(tǒng)一資料格式。

在有關海洋站、志愿觀測船舶（VOS）、系留浮標、漂流浮標和冰浮標方面必須采取行動，以提高海洋觀測的地理覆蓋率，特別是測量海表溫度、高度、鹽度、能見度、海浪、海洋表面風等。

對于海洋水下觀測，需要與IOC合作，通過剖面浮標和投棄式溫深計（XBT）儀器制作高垂直分辨率的觀測資料（溫度、鹽度等），并實時分發(fā)所有資料。在深海中獲得觀測資料具有挑戰(zhàn)性，而重要的是推進一些新興技術的開發(fā)。

四、空基觀測系統(tǒng)

根據(jù)“2025年GOS愿景”，預計空基觀測能力將有所提升，為WMO各計劃做出貢獻的空間機構將會進一步擴大，他們之間的合作將增強。更多的衛(wèi)星將服務于多種用途，而不是專用于單一的科學活動。

對于多數(shù)空基組成部分而言，一個重要的問題是必須確保衛(wèi)星系列和關鍵傳感器的連續(xù)性（包括必要的重疊時段），并且以實時和延時方式處理和分發(fā)資料，還應建立適當相互比對和相互標定的程序。

必須采取連續(xù)的行動，以維持至少6個地球靜止軌道（GEO）氣象衛(wèi)星并可相互備份，這6顆衛(wèi)星間距最好不超過經(jīng)度70度，并每顆衛(wèi)星至少配備一個可見光/紅外成像儀、一個超高光譜紅外大氣垂直探測儀和一個閃電成像儀。

地球低軌道（LEO）氣象衛(wèi)星星座應包括至少3顆太陽同步近極地軌道氣象衛(wèi)星（穿越赤道時間大約在本地時間13:30，17:30和21:30，以達到最佳的全球覆蓋率）。這些軌道平臺每個應至少配備一個超高光譜大氣紅外探測儀、一個微波大氣探測儀、一個高分辨率的多光譜可見光/紅外成像儀和一個微波成像儀。需要采取具體行動以實時傳輸、預處理和分發(fā)來自地球低軌道衛(wèi)星的大量資料。

除了核心氣象衛(wèi)星任務外，需要維持或開發(fā)適用于天氣、海洋、氣候和其他用途的衛(wèi)星儀器。以下許多儀器用于多個應用領域：

? 散射計：至少需要兩顆配備散射計的衛(wèi)星，并在彼此最佳相距的軌道上運行。

? 安裝在地球低軌道衛(wèi)星上的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收器：需要形成一個無線電掩星星座，它每天至少制作10000份掩星觀測資料。

? 高度計：用戶需求呼吁有一個高精度、非太陽同步、傾斜軌道基準高度計衛(wèi)星計劃，并和另外兩個載有高度計儀器的衛(wèi)星組網(wǎng)，在彼此最佳相距的太陽同步近極地軌道上運行。

? 紅外雙角度成像儀：需要搭載這類成像儀的近極地軌道衛(wèi)星，以提供能達到氣候監(jiān)測質(zhì)量的高精度海面溫度測量能力。

? 窄帶可見光/近紅外成像儀：需要至少一個這種類型的成像儀以觀測海洋水色、植被、地表反照率、氣溶膠和云。

? 高分辨率多光譜可見光/紅外成像：這種類型的儀器對于農(nóng)業(yè)氣象、水文、土地利用和洪水及火災監(jiān)測是非常重要的。

? 降水測量雷達：結合被動微波成像儀，需要這些儀器來支持全球降水測量計劃（GPM）。

? 寬波段可見光/紅外輻射計：這類輻射儀對于監(jiān)測地球輻射收支是必要的，至少要在一顆太陽同步近極地軌道氣象衛(wèi)星上安裝這類儀器。

? 安裝在地球靜止軌道氣象衛(wèi)星和地球低軌道氣象衛(wèi)星上的不同探測儀（紫外線、可見光和近紅外波段），包括臨邊探測能力。這主要是針對大氣化學，溫室氣體和空氣污染的監(jiān)測。

? 合成孔徑雷達（SAR）：重要的是至少要有一個位于極軌衛(wèi)星上的SAR儀器，以監(jiān)測地表、海平面、災區(qū)水位等，以便有效地促進災害管理。

除了上述儀器，還有一些新的儀器或新興的技術應該進行試驗，并且可能在2025年以前投入應用。其中裝備在地球低軌道衛(wèi)星上的激光雷達（用于測量風、云和氣溶膠）以及低頻微波輻射儀（用于測量土壤濕度和海洋鹽度）就是例子。裝備在地球靜止軌道衛(wèi)星上的包括微波和窄帶可見光/近紅外線儀器，應該進行驗證試驗。地球重力觀測儀具有監(jiān)測地下水的潛力。到目前為止，主要用于連續(xù)觀測極地地區(qū)和高緯度的高橢圓軌道（HEO）上，尚無氣象或海洋衛(wèi)星及儀器，這項技術示范將是有價值的。

五、空間天氣

需要開展空間天氣觀測，主要是用來預報空間天氣擾動的發(fā)生概率；當超過擾動閾值時發(fā)出災害預警；保持對當前空間環(huán)境條件的監(jiān)測；為設計受空間天氣影響的空基系統(tǒng)（即衛(wèi)星和宇航員安全程序）和地基系統(tǒng)（即電網(wǎng)保護和航空交通管理）判定空間氣候條件；開發(fā)和檢驗空間天氣數(shù)值預報模式；開展相應的研究將提高我們對空間天氣的認識。一個綜合的空間天氣觀測網(wǎng)必須包括地基和空間觀測站，并將遙感測量與實地觀測相結合。

特別需要采取以下行動：

? 協(xié)調(diào)各項計劃，以確保太陽測量、太陽風和行星際磁場測量的連續(xù)性，以及從空間進行日光層成像；協(xié)調(diào)、規(guī)范和擴展現(xiàn)有的地基太陽觀測資料；通過擴大地基全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和改進其無線電掩星測量的時效，以及在氣象和空間天氣界通過WIS實時共享地基或空基全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)資料，改進電離層監(jiān)測；協(xié)調(diào)空間天氣界使用雙頻雷達高度儀觀測；改進高時效地基磁力儀資料的來報率。

? 制定一個計劃，以維護和改善等離子體和高能粒子環(huán)境的空間天氣觀測。

六、實施戰(zhàn)略

預計文件中的多數(shù)行動將于2025年前實施。主要的例外是關于新興觀測系統(tǒng)的研究和發(fā)展的行動：對于到2025年進入業(yè)務使用有許多的不確定性。

跨領域的行動（即不特指某一個特定的觀測系統(tǒng)），記錄在該計劃的第3和第4章。地基觀測系統(tǒng)發(fā)展的行動見第5章，按系統(tǒng)循序描述?？栈^測系統(tǒng)發(fā)展的記錄見第6章，也按照系統(tǒng)循序描述?？臻g天氣的記錄見第7章。

在基本系統(tǒng)委員會（CBS）的指導下，2012—2025年，將定期地審查和評估本實施計劃及其關聯(lián)計劃，特別是“2025年GOS愿景”計劃的實施進展情況，并視需要在本實施計劃期間定期報告這一系列行動的進展。

（譯校者單位：世界氣象組織）