Th 賈朋群

海洋學(xué)之父莫里和國際氣象合作的開端

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)在人類對大氣和海洋的認(rèn)識歷程中都準(zhǔn)確無誤地表現(xiàn)出來。160年前的1853年，第一次國際海洋氣象會議在比利時的布魯塞爾召開，會議的參加者雖然只有來自比利時、丹麥、法國、英國、荷蘭、挪威、葡萄牙、瑞典和美國等9個國家的主要是海軍軍官的12名代表，但正是在這次會議上，討論并就航行于全球海洋上的船只進(jìn)行氣象和海洋觀測達(dá)成了一致意見，意義巨大的統(tǒng)一的海洋氣象觀測網(wǎng)在這次會議之后逐漸形成，為全球的海洋運(yùn)輸業(yè)的大發(fā)展創(chuàng)造了條件。對氣象學(xué)家來說更為重要的是，這次會議直接導(dǎo)致了20年以后的1873年第一次國際氣象大會在巴黎召開和世界氣象組織（WMO）的前身國際氣象組織（IMO）的成立，為最具廣泛意義的國際氣象合作奠定了基礎(chǔ)。布魯塞爾會議的倡導(dǎo)者和組織者，是被稱為海洋學(xué)之父的美國海洋學(xué)家莫里，一個受到當(dāng)代海洋學(xué)家，同時也受到全球氣象學(xué)者尊敬的先驅(qū)者。

美國海軍上尉馬修?方丹?莫里（Matthew Fontaine Maury，1806—1873年，圖1）1806年1月14日出生于美國弗吉尼亞。這位種植園主的后代，是家中的第7個孩子，從小就爭強(qiáng)好勝的莫里，因?yàn)樗囊粋€哥哥成為了美國海軍軍官，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，莫里切身體會到了海洋洋流和風(fēng)場對于航行的重要意義。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的負(fù)責(zé)人。事實(shí)證明，這次任命是將一個最為適宜的人在最適宜的時候放在了最適宜的位置，一個偉大的海洋氣象學(xué)家應(yīng)運(yùn)而生。莫里在大量船只報告檔案中，開始研究和綜合全球海洋洋流、風(fēng)場和天氣數(shù)據(jù)。為了收集更多的有效資料，他還通過向船長們分發(fā)專門定制的包括各種海洋氣象要素觀測格式的航海日志，試圖將觀測規(guī)范化。為了讓更多的船只參與觀測，他還堅持將繪制的包括各海區(qū)風(fēng)場、洋流圖的航海圖免費(fèi)提供給船長們，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)充海圖的信息來源。莫里的海圖很快聞名全球，與船長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形中鍛造了國際氣象界公開交換環(huán)境資料的傳統(tǒng)。1843年莫里開始發(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，對于遠(yuǎn)航的船長來講具有巨大的實(shí)用價值。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：鯨魚圖。正是這一工作，讓人們看到了觀測的重要性，領(lǐng)會到點(diǎn)滴的觀測匯集起來，能夠具有不可替代的巨大價值。可以說，莫里是最早通過對“大數(shù)據(jù)”的挖掘，獲取巨大價值的實(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年布魯塞爾會議的召開，從而將包括氣象觀測在內(nèi)的全球觀測網(wǎng)的組織、協(xié)調(diào)和管理，逐漸變?yōu)槭澜绺鲊墓餐聵I(yè)。

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

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，被美國地理學(xué)會圖書館收藏，在美國一些大學(xué)的數(shù)字化圖書管里可以通過網(wǎng)絡(luò)查閱（例如，本圖來自威斯康星大學(xué)圖書館，網(wǎng)址為http://www4. uwm.edu/libraries/AGSL/）

最早提出建立國際氣象大會制度全盤考慮氣象觀測統(tǒng)一系統(tǒng)建議的，是英國特種兵團(tuán)的工程師詹姆士上尉。這個建議雖然當(dāng)時得到了英國政府的支持，但由于“遇到一些困難而無法立即實(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，提出了一個變通但更為全面的建議：

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

1853年8月23日，在布魯塞爾國際海洋氣象會議上，討論了莫里的提案。會議通過了船只觀測記錄的標(biāo)準(zhǔn)形式以及進(jìn)行必要觀測項(xiàng)目的指南。指南只限于保證一致性的最低要求。24行的觀測記錄的形式則較為全面，觀測的要素包括：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。會上就觀測量使用的單位和建議使用的儀器進(jìn)行了艱苦的討論，會議認(rèn)為當(dāng)時還無法統(tǒng)一計量單位，在觀測儀器方面，會議提倡使用非液體氣壓計，各國使用的各種標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)該交換。這次會議的成果，為今后100多年氣象資料的國際規(guī)范化和有效交換奠定了基礎(chǔ)。

160多年前的布魯塞爾國際海洋氣象會議，是當(dāng)時海洋科學(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。這次會議更為深刻的意義在于，無論是氣象學(xué)還是海洋學(xué)的發(fā)展，必須通過開展國際合作才有可能。在很少有領(lǐng)地劃分的海洋上，布魯塞爾會議促成的海洋氣象觀測國際合作成功的例子，尤其值得氣象學(xué)家們思考。人類工業(yè)化革命以來，世界各國認(rèn)識到氣象在人類挽救自身生命和財產(chǎn)的努力中的獨(dú)特作用，對氣象信息和氣象預(yù)報需求逐步提高。到19世紀(jì)初期，已經(jīng)可以根據(jù)陸地氣象觀測網(wǎng)資料繪制出生動描述天氣狀態(tài)和變化的天氣圖，這使氣象學(xué)家們看到了認(rèn)識和掌握天氣運(yùn)動和變化的規(guī)律并進(jìn)而進(jìn)行天氣預(yù)報的希望。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)識到要實(shí)時進(jìn)行天氣預(yù)報，必須解決兩個問題，即分散在各處的觀測網(wǎng)在統(tǒng)一的規(guī)范下開展觀測和各地觀測到的結(jié)果必須用統(tǒng)一的格式和方式傳送到天氣分析中心。1843年電報的發(fā)明最后解決了這兩個問題的

技術(shù)難點(diǎn)。然而，兩個條件都需要排除國家界限，即只有通過國際合作實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一觀測和觀測結(jié)果共享才有可能使天氣預(yù)報出現(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。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)勢力作對而和他人無關(guān)。于是，氣象服務(wù)在國家內(nèi)部的“公益”性質(zhì)和國際上的共享和互惠互利性，在布魯塞爾會議后的20年里，也成為氣象界的共識，并且促成了最早的氣象國際合作的引領(lǐng)者和實(shí)施機(jī)構(gòu)，WMO的前身——國際氣象組織于1873年，也就是莫里辭世的同一年成立。

本文由2012年中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會學(xué)會能力提升專項(xiàng)（優(yōu)秀科技社團(tuán)獎）項(xiàng)目資助。

（作者單位：中國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?庫克耶. 2013. 盛楊燕, 周濤, 譯. 大數(shù)據(jù)時代：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年一場意外事故，讓他的腿留下了殘疾，無法繼續(xù)在海上工作。美國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)對船只在水上繞彎兒不走直線感到十分不解。當(dāng)他向船長們問及這個問題時，他們回答說，走熟悉的路線比冒險走一條不熟悉而且可能充滿危險的路線要好得多。他們認(rèn)為，海洋是一個不可預(yù)知的世界，人隨時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)來看，莫里知道這并不完全正確。他經(jīng)歷過各種各樣的風(fēng)暴。莫里在海軍軍官學(xué)校當(dāng)學(xué)生時，就總是不斷地向老船長學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)知識，這些經(jīng)驗(yàn)知識（他從這些老船長那里學(xué)到了潮汐、風(fēng)和洋流的知識）都是在軍隊發(fā)的書籍和地圖中無法學(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誤。在他新上任為圖表和儀器廠負(fù)責(zé)人時，他確定的目標(biāo)就是解決這些問題。

他清點(diǎn)了庫房里的氣壓計、指南針、六分儀和天文鐘。他發(fā)現(xiàn)，庫房里存放著許多航海書籍、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的航海日志。剛開始的時候，他覺得這些都是垃圾，但當(dāng)他拍掉被海水浸泡過的書籍上的灰塵，凝視著里面的內(nèi)容時，莫里突然變得非常激動。這里有他所需要的信息，例如對特定日期、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值。莫里意識到，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。這些日志是無章可循的；頁面邊上盡是奇怪的打油詩和亂七八糟的信手涂鴉，與其說它們是對航海行程的記錄，還不如說它們是船員在航海途中無聊的娛樂而已。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“計算機(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)的海員有時依靠經(jīng)驗(yàn)?zāi)馨踩胶?，但有時也會陷入危險之中。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而不是順應(yīng)自然。美國船長一直被勸導(dǎo)前往里約熱內(nèi)盧不能通過海峽，因?yàn)槟菢哟嬖诤艽箫L(fēng)險，所以船長會選擇在東南方向的航線上航行，再穿過赤道駛向西南方向。而這樣一來，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。一個船長感激地說：“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。”有一些頑固的人拒絕使用這個新制的圖表，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)的航行時間長很多的時候，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)時他已經(jīng)繪制了120萬數(shù)據(jù)點(diǎn)了。莫里寫道，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)，而能夠通過這些圖表立即得到來自成千上萬名經(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電纜的鋪設(shè)奠定了基礎(chǔ)。同時，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)，這個修改后的系統(tǒng)一直沿用至今。

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