段新安

摘要：大氣科學(xué)是伴隨工業(yè)革命而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，主要以氣候、氣象、大氣運(yùn)動(dòng)作為主要的研究對(duì)象，探討人類生存發(fā)展和自然環(huán)境的關(guān)系。隨著近年來(lái)信息技術(shù)革命的興起，社會(huì)生產(chǎn)力也進(jìn)一步釋放，大氣科學(xué)在新的技術(shù)理論影響下其研究范圍、方法、模式也發(fā)生了巨大的變化，不僅其技術(shù)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)一步健全，其理論內(nèi)容和框架也更加豐富，形成了新的研究形態(tài)。鑒于此，本文就大氣科學(xué)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型展開詳細(xì)的探討，并提出具體性的研究思路，以供廣大讀者借鑒。

關(guān)鍵詞：大氣科學(xué)；發(fā)展趨勢(shì)；問(wèn)題研究

一、大氣科學(xué)的特征及含義

大氣科學(xué)作為一門針對(duì)于地球本身及其他天體氣候條件而形成的研究性科學(xué)，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論的支撐下其研究范圍有所擴(kuò)大。眾所周知，天氣預(yù)報(bào)和氣象探測(cè)可看做是最早的大氣科學(xué)，當(dāng)時(shí)的大氣科學(xué)雖然不具備相應(yīng)的理論體系，但是在第一次工業(yè)革命和后期世界戰(zhàn)爭(zhēng)的影響下，天氣預(yù)報(bào)體系和氣象觀測(cè)機(jī)制逐步成熟，基礎(chǔ)的氣象理論已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。伴隨著后期第二次工業(yè)革命的產(chǎn)生和發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步拓寬了大氣科學(xué)的研究范圍，氣象觀測(cè)和天氣預(yù)報(bào)逐漸成為了大氣科學(xué)的分支，行星大氣、天體大氣、大氣物理、大氣化學(xué)和大氣動(dòng)力學(xué)等新興的交叉學(xué)科逐漸出現(xiàn)在了人們的視野當(dāng)中，大氣科學(xué)不僅成為了氣候變化、自然變化規(guī)律研究的重要依據(jù)和手段，其技術(shù)理論體系也更加豐富，借助先進(jìn)的觀測(cè)工具人們不僅能進(jìn)行氣象預(yù)測(cè)，更能深入徹底的研究大氣的運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律，提升天氣報(bào)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性?？梢哉f(shuō)，大氣科學(xué)作為以氣候、氣象、大氣運(yùn)動(dòng)為研究對(duì)象的基礎(chǔ)性工具學(xué)科，其主要價(jià)值在于氣象預(yù)測(cè)和大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，而伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其研究方法和理論不斷得到拓展，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

二、大氣科學(xué)的現(xiàn)代化特征

（一）深空氣象探測(cè)

從現(xiàn)代大氣科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)而言，深空氣象探測(cè)及未來(lái)氣候變化趨勢(shì)成為了當(dāng)前發(fā)展的主流，借助于高空氣象衛(wèi)星和深空探測(cè)器人們不僅可以了解地球高空大氣的特征，還能借助深空探測(cè)器了解其它星體的氣候組成和氣候特點(diǎn)，有助于擴(kuò)大學(xué)科的研究范圍。同時(shí)，在信息技術(shù)及智能技術(shù)的引領(lǐng)下，大氣科學(xué)更注重于氣象數(shù)據(jù)的搜集和分析，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)模擬各種環(huán)境下的氣候特點(diǎn)和大氣分布組成與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，進(jìn)一步豐富學(xué)科研究手段和內(nèi)容。可以說(shuō)，大氣科學(xué)是一門綜合于多種學(xué)科技術(shù)和理論而形成的交叉領(lǐng)域?qū)W科，由于其研究對(duì)象的特殊也決定了學(xué)科的實(shí)踐性要強(qiáng)于理論性，注定要結(jié)合多種科學(xué)知識(shí)和技術(shù)融為一體來(lái)細(xì)化其研究范圍。

（二）衛(wèi)星氣象研究

目前大氣科學(xué)進(jìn)行現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的主要熱點(diǎn)是衛(wèi)星氣象研究，主要是通過(guò)利用衛(wèi)星對(duì)各種氣象要素進(jìn)行探究和分析。一般而言，利用衛(wèi)星資料應(yīng)用于大氣科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的方式和結(jié)果往往有著較高的準(zhǔn)確性、適用性，衛(wèi)星資料被廣泛應(yīng)用在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候及大氣變化、氣候?yàn)?zāi)害與氣候環(huán)境、農(nóng)業(yè)氣象普查和地球大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等。就目前而言，衛(wèi)星氣象研究其投資較大、衛(wèi)星使用周期較短、實(shí)際監(jiān)察能力不強(qiáng)、衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)有限不能實(shí)現(xiàn)廣泛的氣象偵測(cè)和遙感偵察。因此在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，更應(yīng)該集中有限的人力和物力，加強(qiáng)氣候監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的研發(fā)，突破衛(wèi)星使用周期的限制，提高衛(wèi)星的可靠性和系統(tǒng)集成性，要通過(guò)高質(zhì)量、多用途衛(wèi)星和聯(lián)合組網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的氣候氣象觀測(cè)，要不斷促進(jìn)遙感儀器時(shí)空分辨率和探測(cè)性能向高空間分辨率、高時(shí)間分辨率高、光譜分辨率、高輻射精度進(jìn)行全方位轉(zhuǎn)變，要綜合處理微波、紅外、可見光多頻段、多通道資料的綜合利用，全面提升衛(wèi)星資料的應(yīng)用水平，及時(shí)獲取準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以此來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的大氣研究和氣象預(yù)測(cè)。

（三）大氣探測(cè)研究

大氣科學(xué)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的重要特征在于大氣探測(cè)研究。一般而言，氣象觀測(cè)系統(tǒng)按傳感器類別的不同，可分為天基觀測(cè)、空基觀測(cè)和海洋觀測(cè)、地基紅外觀測(cè)，這些遍布不同時(shí)間頻段和空間位置的觀測(cè)系統(tǒng)，形成綜合性的大氣觀測(cè)矩陣實(shí)施全天候、全方位的氣象觀測(cè)和數(shù)據(jù)收集?？傮w來(lái)看，大氣探測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)出綜合集成化的發(fā)展趨勢(shì)，信息傳輸和信息應(yīng)用逐漸融匯一體，遙測(cè)遙感自動(dòng)化、高精度探測(cè)儀小型化的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步提升了大氣的觀測(cè)質(zhì)量和研究水平。在未來(lái)發(fā)展中大氣觀測(cè)研究應(yīng)更重視地球觀測(cè)系統(tǒng)的建立，通過(guò)建立綜合性的氣候觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)掌握各種大氣變化數(shù)據(jù)，研究相應(yīng)的變化規(guī)律，提升氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)判能力。

（四）多元化雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)用

大氣科學(xué)進(jìn)行現(xiàn)代化轉(zhuǎn)換的另一重要特征是多元化雷達(dá)系統(tǒng)在氣候探測(cè)和氣象預(yù)報(bào)中的綜合應(yīng)用與建立。目前而言，雷達(dá)在大氣探測(cè)中具有的優(yōu)異性能是其他探測(cè)手段無(wú)法相比的，在氣象要素搜集、區(qū)域氣候分布方面有著突出的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)。伴隨著近年來(lái)有源相控技術(shù)和回波探測(cè)分析技術(shù)的成熟，氣象觀測(cè)雷達(dá)逐漸轉(zhuǎn)向天基和高空探測(cè)轉(zhuǎn)變，基于空間基點(diǎn)的固定雷達(dá)不僅有著更大的覆蓋范圍，能夠?qū)嵤﹨^(qū)域內(nèi)24小時(shí)不間斷的觀測(cè)，而且伴隨著深空永固基點(diǎn)雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建立氣象觀測(cè)精度將呈現(xiàn)質(zhì)的變化，天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性將進(jìn)一步提高。

（五）大氣動(dòng)力研究

大氣動(dòng)力研究是現(xiàn)代大氣科學(xué)進(jìn)行現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的又一主要特征。動(dòng)力氣象重在研究天氣變化過(guò)程中的大氣渦旋運(yùn)動(dòng)、波動(dòng)、邊界層、湍流及各類能量的相互交換等問(wèn)題。其現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)主要為通過(guò)收集和分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及對(duì)耦合模式的發(fā)展應(yīng)用，提高季節(jié)、年際、年代際、千年尺度上的氣候變率、可預(yù)報(bào)性、氣候變化及其物理過(guò)程的理解水平。其次是了解影響全球和地區(qū)水循環(huán)，輻射平衡、能量傳輸中的大氣熱力動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其在全球變化過(guò)程中的作用，分析大氣動(dòng)力過(guò)程在全球變暖背景下的變化及異常特征，為應(yīng)對(duì)全球變暖作出相應(yīng)指導(dǎo)。同時(shí)，大氣動(dòng)力還在包括理解造成氣候變化的各個(gè)物理過(guò)程中氣候相互作用，了解氣溶膠過(guò)程的直接和間接氣候強(qiáng)迫效應(yīng)，了解冰水圈與氣候系統(tǒng)相互的物理及其反饋流程，提高對(duì)冰雪過(guò)程的模擬水平，減少模擬和預(yù)報(bào)氣候變率和變化過(guò)程中的不確定性。最后大氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)代化研究主要還集中在氣候和化學(xué)變化之間的相互作用，大氣不同圈層的熱力變化對(duì)全球變暖的影響，不同氣候特征下的物理空間環(huán)境差異等?？梢哉f(shuō)大氣動(dòng)力學(xué)是現(xiàn)代大氣科學(xué)研究的基礎(chǔ)，只有在集中分析大氣動(dòng)力的分布變化過(guò)程中還能找到大氣變化的統(tǒng)一性規(guī)律，實(shí)施準(zhǔn)確的氣候?yàn)?zāi)害預(yù)警和天氣預(yù)報(bào)。

三、大氣科學(xué)的現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)

在現(xiàn)代科學(xué)理論及技術(shù)的影響下，大氣科學(xué)的研究范圍更加廣闊，研究?jī)?nèi)容更加細(xì)化，實(shí)驗(yàn)性研究手段及理論更加豐富。隨著新的研究技術(shù)運(yùn)用，大氣科學(xué)的現(xiàn)代化特征愈加明顯，其價(jià)值屬性和學(xué)科影響力也是越來(lái)越突出。在未來(lái)的發(fā)展中，大氣科學(xué)將作為集中化、立體化、多元化的基礎(chǔ)工具服務(wù)于社會(huì)一切領(lǐng)域中，上到天體物理，下到環(huán)境觀測(cè)和氣候觀察，以氣候和大氣分布、變化、運(yùn)動(dòng)為研究主體的大氣科學(xué)將實(shí)現(xiàn)全面的形態(tài)轉(zhuǎn)變，屆時(shí)，人們不僅可以準(zhǔn)確判定不同時(shí)間段內(nèi)的天氣、氣候變化特點(diǎn)，更能認(rèn)識(shí)到未來(lái)地球環(huán)境變化的規(guī)律及趨勢(shì)，實(shí)施準(zhǔn)確的氣候?yàn)?zāi)害預(yù)警，從根本上來(lái)避免氣候?yàn)?zāi)害。

四、結(jié)語(yǔ)

從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，大氣科學(xué)將作為基礎(chǔ)性的服務(wù)工具廣泛服務(wù)于社會(huì)各領(lǐng)域當(dāng)中，其學(xué)科交融性將更一步加強(qiáng)，能夠?qū)嵤└鼮闇?zhǔn)確的氣候?yàn)?zāi)害預(yù)警和天氣預(yù)報(bào)，幫助人們?nèi)嬲J(rèn)識(shí)到大氣運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律。

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