張文建 譯校

WMO全球觀測系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)展實(shí)施計(jì)劃（EGOS-IP）執(zhí)行摘要

張文建 譯校

本實(shí)施計(jì)劃的目標(biāo)是以最具成本效益的方式滿足WMO在天氣、氣候和水等多個(gè)領(lǐng)域及其應(yīng)用計(jì)劃對(duì)觀測的需求。

世界氣象組織（WMO）全球觀測系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)展實(shí)施計(jì)劃（EGOSIP）的目的是概括2012—2025年全球觀測系統(tǒng)將要實(shí)施的重要活動(dòng)，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(jì)劃也考慮了WIGOS的長遠(yuǎn)愿景。本實(shí)施計(jì)劃的目標(biāo)是以最具成本效益的方式滿足WMO在天氣、氣候和水等多個(gè)領(lǐng)域及其應(yīng)用計(jì)劃對(duì)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(wù)框架（GFCS）做出重要貢獻(xiàn)。其中，一些活動(dòng)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(guān)，所以計(jì)劃的實(shí)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(yīng)用，包括監(jiān)測和預(yù)報(bào)不同時(shí)間尺度的大氣、海洋和地表狀況。這些應(yīng)用活動(dòng)支持越來越廣泛的服務(wù)，并帶來越來越高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。用戶需求也變得越來越寬廣和嚴(yán)格，而且在這些應(yīng)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(duì)于實(shí)時(shí)、近實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)應(yīng)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(jī)制）和全球氣候服務(wù)框架（GFCS）的觀測需求預(yù)計(jì)也將增加。在許多情況下，僅通過及時(shí)地分發(fā)為其他用途制作的觀測資料就能取得重要改進(jìn)。

目前本實(shí)施計(jì)劃所羅列的許多行動(dòng)，是WMO一些現(xiàn)行活動(dòng)的結(jié)果，這些活動(dòng)是與全球相關(guān)學(xué)科的專家緊密合作而開展的。行動(dòng)計(jì)劃的主要依據(jù)是：

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

? 滾動(dòng)需求評(píng)審（RRR）已經(jīng)進(jìn)行了若干年。它將觀測系統(tǒng)能力與12個(gè)WMO不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求進(jìn)行比較，并提供一份“指導(dǎo)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(yīng)用領(lǐng)域，有關(guān)觀測系統(tǒng)對(duì)于不同應(yīng)用領(lǐng)域影響和貢獻(xiàn)研究的結(jié)果，包括觀測系統(tǒng)影響試驗(yàn)和觀測系統(tǒng)影響模擬試驗(yàn)的結(jié)果。

一、實(shí)施機(jī)構(gòu)

對(duì)于地基觀測系統(tǒng)，實(shí)施行動(dòng)主要依靠國家機(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)在國際計(jì)劃或強(qiáng)有力的國際合作背景下實(shí)施的，也有某些觀測網(wǎng)是靠科研經(jīng)費(fèi)資助的，因此，這些觀測網(wǎng)發(fā)展的可持續(xù)性令人關(guān)切。

對(duì)于空基觀測系統(tǒng)，實(shí)施機(jī)構(gòu)有時(shí)是運(yùn)行研發(fā)和/或業(yè)務(wù)衛(wèi)星的國家機(jī)構(gòu)，有時(shí)則是專門從事空間觀測的多國機(jī)構(gòu)（如歐洲氣象衛(wèi)星開發(fā)組織EUMETSAT等，譯者注）。

無論是對(duì)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(jì)劃的必要性。

對(duì)于地基實(shí)地觀測網(wǎng)，往往是通過WMO的區(qū)域協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)和開發(fā)的，通過WMO的技術(shù)委員會(huì)（主要是但不僅限于基本系統(tǒng)委員會(huì)）提供的指南，區(qū)域協(xié)會(huì)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(guān)于海洋實(shí)地觀測網(wǎng)絡(luò)，WMO和政府間海洋委員會(huì)（IOC）共同建立的海洋學(xué)和海洋氣象學(xué)技術(shù)委員會(huì)（JCOMM）參與了所有海洋觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xué)觀測。大氣化學(xué)觀測是通過全球大氣監(jiān)測網(wǎng)（GAW）計(jì)劃及其戰(zhàn)略計(jì)劃和補(bǔ)充計(jì)劃開展的。對(duì)于空基觀測系統(tǒng)，衛(wèi)星觀測的總體趨勢(shì)是面向全球的，而不是像地基實(shí)地觀測網(wǎng)那樣注重區(qū)域特點(diǎn)。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(jī)構(gòu)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(guān)重要的作用，而且這方面必須進(jìn)一步拓展觀測。地表輻射測量是對(duì)從衛(wèi)星儀器獲取的總太陽輻射和所有變量的補(bǔ)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(jī)構(gòu)開展這些觀測。

二、總體行動(dòng)與交叉性行動(dòng)

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(dòng)以將其轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)運(yùn)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(píng)估。對(duì)于一些目前由有時(shí)限要求的科研經(jīng)費(fèi)維持的海洋觀測系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。而對(duì)于某些觀測系統(tǒng)，根據(jù)氣象條件相應(yīng)地改變觀測變量的設(shè)置，有可能提高成本效益。

WIGOS的整合作用對(duì)于實(shí)現(xiàn)“2025年GOS愿景”是非常重要的。有必要鼓勵(lì)所有制作觀測資料的運(yùn)營方恪守WMO信息系統(tǒng)（WIS）和WIGOS的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于許多用戶而言，保持觀測系統(tǒng)的關(guān)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(dòng)，以保證所有WMO會(huì)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(shí)體制作的資料。隨著用戶需求和觀測系統(tǒng)的發(fā)展，會(huì)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(shù)的發(fā)展會(huì)出現(xiàn)更多的自動(dòng)化運(yùn)行的觀測系統(tǒng)，產(chǎn)生更大的數(shù)據(jù)量，而且可實(shí)時(shí)傳輸更大的數(shù)據(jù)流量。需要采取行動(dòng)，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(hù)。

許多發(fā)展中國家和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)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(shí)地觀測。這需要通過推進(jìn)觀測系統(tǒng)的能力建設(shè)戰(zhàn)略來解決這個(gè)問題，包括促進(jìn)由國際組織、雙邊合作伙伴關(guān)系等來資助各種項(xiàng)目開展區(qū)域合作，以及組織開展教育培訓(xùn)和能力建設(shè)活動(dòng)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(shí)現(xiàn)，例如以下幾種方式：

? 全球交換每小時(shí)的地基觀測資料，這可用于全球各類應(yīng)用，并促進(jìn)全球交換每小時(shí)以內(nèi)（分鐘級(jí)）的觀測資料，以支持相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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

通過綜合針對(duì)無線電探空儀、飛機(jī)資料和廓線儀采取各種改進(jìn)行動(dòng)，以整體改進(jìn)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(hù)孤立的無線探空站或平臺(tái)（包括自動(dòng)船載探空計(jì)劃ASAP）。

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

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

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

? 改進(jìn)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(zhǔn)位置和時(shí)間的資料。

? 開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)WIS/ WIGOS的關(guān)于處理和交換觀測資料的標(biāo)準(zhǔn)采取的總體行動(dòng)。預(yù)計(jì)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(gè)非常具有成本效益的方式，是提高并擴(kuò)大專業(yè)觀測網(wǎng)（如公路運(yùn)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(guān)天氣雷達(dá)站方面的具體行動(dòng)，以提高定量降水估算的質(zhì)量，建立能服務(wù)所有用戶的天氣雷達(dá)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(guān)海洋站、志愿觀測船舶（VOS）、系留浮標(biāo)、漂流浮標(biāo)和冰浮標(biāo)方面必須采取行動(dòng)，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(fēng)等。

對(duì)于海洋水下觀測，需要與IOC合作，通過剖面浮標(biāo)和投棄式溫深計(jì)（XBT）儀器制作高垂直分辨率的觀測資料（溫度、鹽度等），并實(shí)時(shí)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(jìn)一些新興技術(shù)的開發(fā)。

四、空基觀測系統(tǒng)

根據(jù)“2025年GOS愿景”，預(yù)計(jì)空基觀測能力將有所提升，為WMO各計(jì)劃做出貢獻(xiàn)的空間機(jī)構(gòu)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，他們之間的合作將增強(qiáng)。更多的衛(wèi)星將服務(wù)于多種用途，而不是專用于單一的科學(xué)活動(dòng)。

對(duì)于多數(shù)空基組成部分而言，一個(gè)重要的問題是必須確保衛(wèi)星系列和關(guān)鍵傳感器的連續(xù)性（包括必要的重疊時(shí)段），并且以實(shí)時(shí)和延時(shí)方式處理和分發(fā)資料，還應(yīng)建立適當(dāng)相互比對(duì)和相互標(biāo)定的程序。

必須采取連續(xù)的行動(dòng)，以維持至少6個(gè)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(gè)可見光/紅外成像儀、一個(gè)超高光譜紅外大氣垂直探測儀和一個(gè)閃電成像儀。

地球低軌道（LEO）氣象衛(wèi)星星座應(yīng)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(shí)間大約在本地時(shí)間13:30，17:30和21:30，以達(dá)到最佳的全球覆蓋率）。這些軌道平臺(tái)每個(gè)應(yīng)至少配備一個(gè)超高光譜大氣紅外探測儀、一個(gè)微波大氣探測儀、一個(gè)高分辨率的多光譜可見光/紅外成像儀和一個(gè)微波成像儀。需要采取具體行動(dòng)以實(shí)時(shí)傳輸、預(yù)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(wù)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：

? 散射計(jì)：至少需要兩顆配備散射計(jì)的衛(wèi)星，并在彼此最佳相距的軌道上運(yùn)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(gè)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(jì)：用戶需求呼吁有一個(gè)高精度、非太陽同步、傾斜軌道基準(zhǔn)高度計(jì)衛(wèi)星計(jì)劃，并和另外兩個(gè)載有高度計(jì)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(yùn)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(dá)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(gè)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(duì)于農(nóng)業(yè)氣象、水文、土地利用和洪水及火災(zāi)監(jiān)測是非常重要的。

? 降水測量雷達(dá)：結(jié)合被動(dòng)微波成像儀，需要這些儀器來支持全球降水測量計(jì)劃（GPM）。

? 寬波段可見光/紅外輻射計(jì)：這類輻射儀對(duì)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(duì)大氣化學(xué)，溫室氣體和空氣污染的監(jiān)測。

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

除了上述儀器，還有一些新的儀器或新興的技術(shù)應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)，并且可能在2025年以前投入應(yīng)用。其中裝備在地球低軌道衛(wèi)星上的激光雷達(dá)（用于測量風(fēng)、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(yīng)該進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。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(xiàng)技術(shù)示范將是有價(jià)值的。

五、空間天氣

需要開展空間天氣觀測，主要是用來預(yù)報(bào)空間天氣擾動(dòng)的發(fā)生概率；當(dāng)超過擾動(dòng)閾值時(shí)發(fā)出災(zāi)害預(yù)警；保持對(duì)當(dāng)前空間環(huán)境條件的監(jiān)測；為設(shè)計(jì)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(hù)和航空交通管理）判定空間氣候條件；開發(fā)和檢驗(yàn)空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)模式；開展相應(yīng)的研究將提高我們對(duì)空間天氣的認(rèn)識(shí)。一個(gè)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(shí)地觀測相結(jié)合。

特別需要采取以下行動(dòng)：

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

? 制定一個(gè)計(jì)劃，以維護(hù)和改善等離子體和高能粒子環(huán)境的空間天氣觀測。

六、實(shí)施戰(zhàn)略

預(yù)計(jì)文件中的多數(shù)行動(dòng)將于2025年前實(shí)施。主要的例外是關(guān)于新興觀測系統(tǒng)的研究和發(fā)展的行動(dòng)：對(duì)于到2025年進(jìn)入業(yè)務(wù)使用有許多的不確定性。

跨領(lǐng)域的行動(dòng)（即不特指某一個(gè)特定的觀測系統(tǒng)），記錄在該計(jì)劃的第3和第4章。地基觀測系統(tǒng)發(fā)展的行動(dòng)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(huì)（CBS）的指導(dǎo)下，2012—2025年，將定期地審查和評(píng)估本實(shí)施計(jì)劃及其關(guān)聯(lián)計(jì)劃，特別是“2025年GOS愿景”計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)展情況，并視需要在本實(shí)施計(jì)劃期間定期報(bào)告這一系列行動(dòng)的進(jìn)展。

（譯校者單位：世界氣象組織）