海洋氣象學是研究海上大氣物理特徵和動力特徵,以及海洋與大氣相互作用規律的學科。由於海洋氣象學既涉及大氣又涉及海洋,因此它是大氣科學和海洋科學共同研究的領域。由於海洋水體也處於持續的運動中,研究海洋與大氣的相互作用,需要將大氣動力學和海洋動力學相結合,將大氣物理化學性質和海洋物理化學性質相對應,進行分析與診斷,探討海洋與大氣間的驅動與響應、耦合與反饋。這就決定了海洋氣象學涉及的內容涵蓋海洋、大氣及它們之間的相互作用,以及它們與邊緣海岸帶的相互影響等多種複雜領域。這是一個多學科結合領域,在我國還正處於積極發展階段。
本文將簡要介紹一些國內與國際海洋氣象組織,以及國際海洋學與海洋氣象學聯合技術委員會的組織框架、職能活動及現狀的信息,並由此提出一些目前在我國海洋氣象領域出現的問題,以期對我國海洋氣象學的進一步發展提供有意義的參考。
一、中國海洋氣象領域發展現狀
隨著地基空基監測設備與儀器的發展,以及經濟和社會對海洋氣象專業服務需求的迅速增長,我國海洋氣象學科依託大氣科學和海洋科學的深厚學科理論,正在興旺發展。但是由於海洋氣象是大氣與海洋兩個學科的邊緣學科與交叉學科,因此在學科分類和歸屬方面還存在模糊,例如在國務院學位委員會2014年出版的《學位授予和人才培養一級學科簡介》中,所列海洋科學一級學科(編號0707)的範圍共涵蓋5項:物理海洋學、海洋化學、海洋生物學與生物海洋學、海洋地質學,以及海洋技術,並不包含海洋氣象學。在大氣科學一級學科(編號0706)的範圍,共涵蓋3項:氣象學、氣候學,以及大氣物理和大氣環境。僅在氣候學中提到氣候學的理論基礎是氣象學、大氣物理、大氣化學、海洋學、生態學、地理學和水文學等,沒有明確的海洋氣象學分類學科。根據網際網路檢索,在我國高等學校的專業教育中,僅有中國海洋大學的海洋與大氣學院、北京大學大氣與海洋科學系、南京信息工程大學海洋科學學院、廈門大學海洋與地球學院,以及廣東海洋大學海洋與氣象學院開設海洋氣象學課程。
在科學研究方面常用的中圖分類號中:在總類天文學和地球科學的目錄P下,大氣科學目錄P4中有海洋氣象學編號P47。但沒有進一步的次級分類。而在海洋學目錄P7中,海洋氣象的內容相當豐富,如P714+.2海洋氣象,P716+.3海洋氣象觀測儀器,P732海洋氣象學,P732.1海上氣象基本要素,P732.2海洋天氣,P732.3海洋熱帶氣象,P732.4海洋天氣預報,P732.5海洋氣候,P732.6海洋與大氣的相互關係,P732.7海洋動力氣象學。因此海洋氣象學涉及大氣科學和海洋科學兩個領域,附屬於這兩個學科,分類較為複雜。
在學術研究組織中,中國海洋學會下設了24個分會或委員會,其中包括海洋水文氣象儀器分會、海氣相互作用專業委員會,與海洋氣象學內容相關。國家海洋局的局屬單位中,國家海洋環境預報中心主辦的學術期刊《海洋預報》更多關注海洋氣象學研究論文,其他海洋科學期刊也刊登海洋氣象學論文。
中國氣象學會下設35個學科委員會和4個工作委員會,其中包括熱帶與海洋氣象學委員會。中國氣象局局屬科研單位「一院八所」(中國氣象科學研究院、北京城市氣象研究所、瀋陽大氣環境研究所、上海颱風研究所、武漢暴雨研究所、廣州熱帶海洋氣象研究所、成都高原氣象研究所、蘭州乾旱氣象研究所和烏魯木齊沙漠氣象研究所)中,廣州熱帶海洋氣象研究所較為關注海洋氣象學研究。該研究所還主辦了學術期刊《熱帶氣象學報》,更關注海洋氣象學研究論文的發表。其他大氣科學期刊也刊登海洋氣象學論文。
中國目前涉及海洋氣象預報業務工作的機構主要有3類:中國氣象局、國家海洋局,以及沿海省份的海洋與漁業局。具體業務單位在氣象局為海洋氣象臺,在海洋局和海洋與漁業局為海洋環境預報臺。
二、國外海洋氣象發展概況
目前,美國國家氣象局(The National WeatherService,是美國商務部下屬的國家海洋和大氣管理局(NOAA)內的一個分支)、英國氣象局(UnitedKingdom Met Office,為英國商業、能源,以及工業戰略部所屬政府機構)和日本氣象局(JapanMeteorological Agency,為日本土地、基礎設施、交通和旅遊部所屬的政府機構)均製作北半球的海洋氣象預報。英國的海洋氣象預報可追溯到1859年英國皇家蒸汽機航船在威爾斯外海安格爾西島附近的海難事故,災難中有450人遇難。由此自1861年2月英國開始通過電報通信對海運提供預警服務,從1911年開始英國氣象局通過無線電通信發布英國周邊海域的海洋氣象預報,包括大浪和風暴警報。該項服務延續至今,僅在一戰和二戰期間有過間斷。美國的海洋氣象預報起源於路易斯安那州的紐奧良,美國陸軍信號隊在紐奧良港口收集各航次帶來的海洋氣象信息。1904年海洋氣象預報的業務轉給了美國國家氣象局。1912年鐵達尼號的沉船海難事故,對全球海洋氣象預報的合作起著關鍵作用,由於這次悲劇,一個國際委員會建立起來,主要為協調各國,建立公認的更安全的海上航行規則。1914年該委員會的工作促成了國際海上生命安全公約的確立。1957年美國氣象局開始向涉海人員出版雙月刊氣象記錄,報告北半球過去一段時間的海洋信息,尤其是海上熱帶氣旋的信息,提供每月海上氣候特徵,鼓勵和組織志願船進行海上氣象觀測。
在美國國內,從1971年開始,天氣圖正式由官方在紐約、舊金山、火魯努努幾個城市公開出版,而1972年北太平洋預報也以同樣的方式公開出版。1986~1989年海洋中心作為美國國家氣象中心的所屬單位,負責美國國家氣象局的海洋氣象預報。1989~1995年,美國國家氣象局的海洋預報部也開始提供海洋要素客觀分析和預報產品。1995年在國家環境預報中心下成立了海洋預報中心,該分中心承擔北大西洋和北太平洋的海洋預報預警工作。
由於海洋是連接世界各大洲的水域,海上航行是世界性、國際間的經濟活動與人文交流,而海洋氣象是海上活動的保障,並且需要國際間的協作。因此參與國際間海洋氣象組織的協調與運作非常重要。在中國的「一帶一路」發展中,海洋氣象學領域肩負著重要使命與蘊含著現代活力,因此需要更多地認識國際相關組織並積極地與之交流。
三、國際海洋氣象組織的建立
國際海洋氣象組織的建立要追溯到1853年8月在比利時布魯塞爾召開的首屆國際海事會議,出席會議的有各國政府官員、海軍官員、行業代表、科學家,他們來自比利時、丹麥、法國、英國、荷蘭、挪威、葡萄牙、俄羅斯、瑞典和美國。會議的主題是籌建規範統一的海上海洋氣象觀測系統,並建立起對海洋風和洋流觀測的總體計劃。會議的發起人和召集人是美國海軍軍官馬休?莫雷(Matthew Fontaine Maury,1806~1873),他是美國海軍學院奠基者,國際知名的海洋學家、地理學家、天文學家和氣象學家。他被稱為現代海洋學和海軍氣象學之父。他提出的海洋風和海洋洋流的圖形繪製方法,得到海軍船艦和商船船隊的廣泛使用。這次國際會議對船舶氣象日誌、隨船氣象儀器、觀測要素的標準化等達成一致規範,包括24h的雲量雲屬、乾濕球溫度、風力、海表溫度以及不同水深的海水溫度等海氣要素的監測與記錄。這些可以被視為全球天氣監測的最初基礎。會議目的是通過建立國際海上監測系統,加強對海洋氣象理論的進一步認識,同時為海上航行與海上作業確立更適合的環境條件。此次會議後來被評價為首次國際海洋氣象會議,是業務氣象學和海洋學方面國際合作與國際協調的先驅。2003年11月在比利時阿爾伯特二世國王的贊助下,在比利時國王王宮召開了為期2天的研討會,紀念和慶祝1853年召開的具有歷史意義的首屆海事會議150周年。會議公認1853年的會議是首次關於海洋氣象的國際大會,是國際合作與協調的典範。
1853年的會議促成了1873年在維也納召開的首屆國際氣象大會,以及WMO的前身國際氣象組織(IMO)的成立。因此首屆海事大會成為當代業務氣象學和海洋學發展的重要裡程碑。圖1為美國海軍軍官馬休·莫雷博士。
圖
1美國海軍軍官Matthew Fontaine Maury
1952年,海洋氣象技術委員會(CMM),在新生的世界氣象組織(WMO)贊助下成立。在接下來的45年內,幾乎每4年都有大會召開,CMM的主要的任務是:①海上觀測的數據傳輸;②海上觀測的標準;③氣候數據;④為公共海事提供服務。CMM第2屆會議(1956年)也非常值得一提,它討論了一些與其他組織或者項目開展合作的工作,例如支持國際地球物理年(International Geophysical Year),與航空氣象學委員會(Commission for AeronauticalMeteorology)合作制定契機的條件,與觀測工具和方法委員會(Commission for Instruments and Methods ofObservation)進行的有關海上自動觀測站的合作。
儘管CMM在國際海洋氣象方面做了很多貢獻,但在實際協調操作中,在現代技術迅速發展過程中,以及快速增長的海洋氣象需求中仍顯示出了局限性。因為那時CMM和海洋學的觀測網、資料管理、應用計劃、服務項目等都是通過兩個獨立的機構進行國際間協調的。這兩個分別獨立的機構,一個是隸屬WMO的海洋氣象委員會,另一個是隸屬聯合國教科文組織的政府間海洋委員會(IOC)。這兩個委員會通過全球海洋集成服務系統(IGOSS)進行相關國際事項協調。因此,1999年,在13屆WMO大會和20屆IOC會議上正式確定成立「WMO/IOC海洋學與海洋氣象學聯合技術委員會(JCOMM)」。初期階段是將CMM和IGOSS合併為新機構,這個機構目前屬WMO的8個技術委員會之一。圖2為JCOMM的會標。
其中上排左方為世界氣象組織徽標,上排中間為聯合國教科文組織徽標,上排右方為國際海洋組織徽標
圖2海洋學與海洋氣象學聯合技術委員會會標
JCOMM的職能是為世界海洋觀測、數據管理、服務系統的充分集成,進行國際間協調、發展和推薦各種標準與規範化流程。JCOMM主要任務是在各種國際合作的項目、計劃、任務、活動中促使其成員與成員國的利益最大化。
四、國際海洋氣象組織的框架結構
JCOMM是在WMO和IOC聯合技術委員會框架下建立的全球海洋氣象和涉海政府單位及組織的合作機構,通過該機構,聯繫國際氣象學和海洋學領域,通過海洋氣象相關數據管理與共享,交流各種海洋氣象服務產品,共同應對國際海洋觀測與服務面臨的各種需求。
JCOMM委員會由一位氣象學家和一位海洋學家擔任聯合主席,這反映了該委員會對氣象學和海洋學各類研究項目的集成責任。在他們的聯合領導下,組成一個管理委員會,指導各方面的任務開展與監督項目進展。JCOMM委員會主要負責的3個領域的工作:①觀測網;②服務和預報系統;②資料管理。
JCOMM的長期目標為:增加海洋和海洋氣象服務,以增強海上和沿海地區海上生命與財產的安全;增強基於經濟、商業和工業活動的海上風險管理;增強海洋和海岸帶管理;協調和擴展資料、信息、產品和服務的提供,滿足氣候研究、氣候變率確認和預報等方面的需求。
目前JCOMM的兩位主席分別為:Nadia Pinardi教授,海洋學聯合主席,來自義大利Bologna大學,學術背景:水動力數值模擬和海洋生物化學圈及數據同化;主要職責:海洋預報與分析能力培養。JohanStander先生,海洋氣象學聯合主席,來自南非氣象局,專業背景:南非海洋氣象局管理,包括預報、觀測、系統、研究,以及南極與島嶼;主要擔任:海洋氣象聯合主席,浮標資料合作委員會副主席,聯合航行協議執行委員會成員。
各分委會的組成情況大致如下:管理分委會的共9位成員,分別來自義大利、南非、英國、澳大利亞、肯亞、希臘、美國,還有兩位來自俄羅斯。海洋能力需求培養分委會共6名成員,分別來自澳大利亞、芬蘭、坦尚尼亞、加拿大和美國,其中澳大利亞有兩位成員。觀測項目領域分委會共有581位成員,其中有多位來自中國氣象局和國家海洋局的專家。資料管理項目領域分委會共有69位成員,其中有2~3位中國專家。服務與預報系統項目領域分委會共有223位成員,其中有多位中國專家。
氣候變化專家團隊共11位成員,有1位中國氣象局的專家。天氣、氣候與漁業專項團隊,共9名成員,沒有中國專家參與。衛星資料需求團隊,共7名成員,沒有中國專家參與。
五、國際海洋氣象組織的職責範圍
⒈ 進一步發展觀測網
在IOC和WMO有關的科學和業務計劃指導下,促進、維持、協調及指導全球海洋氣象和海洋觀測系統以及這些機構的支持性通信設施的運作,以滿足IOC和WMO計劃的需要,特別是全球海洋觀測系統(GOOS)、全球氣象觀測系統(GCOS)以及世界天氣監測網(WWW)等的需要。持續地評價整個觀測系統的效率,並建議和協調該系統進行改進。
⒉ 貫徹落實資料管理系統
與基本系統委員會(CBC)、國際資料與信息交換委員會(IODE)、國際科學聯合會理事會(ICSU)以及其他有關的資料管理機構合作發展和落實銜接的資料管理系統,以滿足目前的業務系統以及全球觀測系統的實時作業需求;與這些機構合作,尋求必要的數據集成、質量控制及後續分析中心運作的贊助,以實現為用戶提供必要的、適合用戶需要的、多時間尺度的數據集。
⒊ 提供產品與服務
與其他有關的機構合作,為各國和國際分析中心提供指導、幫助以及鼓勵,制定和提供國際科學和業務計劃,為WMO成員國以及IOC成員國提供所需的資料產品與服務。監測各類觀測資料及導出產品的使用情況,並就改進資料與產品質量所做出的變更提出建議。協調國際海上人身安全公約(SOLAS)(全球海難與安全系統的主要部分),以及與安全有關的海洋氣象及相關的海洋服務。
⒋ 為成員國提供能力培養
審議和分析IOC成員國和WMO成員對於教育與培訓,以及在技術委員會職責範圍內的技術轉讓和實施支持方面的各類需求。提供為滿足這些需求所需的必要技術出版物、指導材料,以及各類講座的演講專家、講習班的教員。開發旨在增強成員國參與WMO和IOC海洋氣象和海洋計劃,並增強產品效益的能力培訓項目。
⒌ 幫助編制和管理國際系統中的資料
與IOC、ICSU、WMO的資料管理機構,如IODE,以及氣候學委員會(CCI)和ICSU的世界資料中心等做出合作性安排,提供為滿足資料的二次用戶今後長期研究的需求所需的、具有高水平的質量控制,以及長期的資料文件編制和歸檔的綜合性數據集(包括實時的和延遲模式的資料)。這些職責不包括由其他的WMO組成機構或相應的IOC機構專門負責處理的事項。JCOMM各附屬機構的職責範圍如下:
⑴管理委員會。向兩位主席提供有關JCOMM工作計劃的短期和長期規劃以及該計劃實施情況的建議;向兩位主席提供有關實施工作計劃所需的資源以及確定這些資源的方法建議;幫助兩位主席協調和綜合通過各工作小組、專家組以及報告起草人實施的JCOMM工作;審議委員會的內部結構和工作方法,包括其與WMO和IOC內外的其他機構的關係,提出關於進行適當調整的建議;提交給JCOMM,由WWW、WCP、GOOS、GCOS等計劃採取行動的活動和項目實施情況提出建議,特別包括GOOS/GCOS的實施行動計劃;根據需要為WMO的長期規划過程提供幫助,特別是有關海洋計劃部分的發展及對實施情況的監測。
⑵服務協調組。檢查服務工作計劃的有效性、協調性及運作情況,並提出建議,包括服務及時性、服務規範化、工作質量及公眾用戶需求的切合性等方面的意見與評論;通過歸納由專門服務小組及JCOMM其他方案領域確定的眾多需求,提出有關需要實施或中止的JCOMM服務項目的建議;開展與有代表性的用戶集團的聯繫,以便監測現有服務的優勢和局限;確保在服務提供方面與CBS、GOOS及GCOS的有關團體和機構的協調與合作;保持與外部機構的聯繫,特別是那些代表用戶團體的機構。
⑶能力建設組。規劃、啟動及實施ETIS工作計劃,特別是包括JCOMM能力建設戰略;檢查現有的培訓和指導材料(文件和電子版)並就更新的程度以及新材料的開發提出建議;監測區域性的能力建設需求,並開展適當的區域性計劃;與其他領域以及外部機構和計劃(如WMO ET/TCO、IOC-TEMA、GOOS、GCOS、IGOS)配合,開展並實施綜合性的培訓和資助活動。
⑷資料管理協調組。規劃和啟動DM(資料管理)工作計劃並監督其實施情況;就為實施、維持及向用戶提供全面綜合海洋/大氣數據流所需要採取的行動,包括確定所需的資源等提出建議;確保與其他資料管理機構和計劃,包括IODE、CBS、CCI、CEOS、GOSSP以及WDC的充分而有效的合作、協調及一致性;審議並鼓勵使用海洋資料管理方面的先進信息技術;鼓勵並幫助各國識別、搶救海洋氣象和海洋學歷史資料,並加以數位化和歸檔;在可能的情況下,開發JCOMM資料的類屬、質量控制、基礎數據集、分析數據集、數據傳輸及數據交換的標準、格式及程序;檢查各業務中心對於實時、綜合海洋資料傳遞的需求,並開發和推薦改進的程序,確保以適當的及時性和質量向這些中心提供資料和元數據;與CBS合作發展和維護實時數據質量以及數據流監測和後續的程序。
六、JCOMM提供的各種服務與活動
⒈ 海洋氣象資料庫及服務
JCOMM建有海洋氣象資料庫並在主頁上提供有指導的下載資料連結網頁。該網頁包括的資料有7大類:
3JCOMM海洋資料庫網頁示例
②WMO信息系統。網址為http://www.wmo.int/pages/prog/www/WIS/,提供統一坐標系的來自WMO和相關國際項目與計劃的全球共享數據。
4實時監測網
⑤海洋與海洋氣象服務。網址為https://www.godae.org/Ocean-products.html,為全球海洋與海洋氣象資料同化數據產品、海洋再分析資料。以及定期公式的電子公告,內容包括海事安全、海上事故搜救、海洋汙染和應急響應、海冰災害、風浪災害,以及風暴潮信息。
⑥現場海洋資料系統。資料來自現場監測,包括各種海洋監測網系統獲得的海上現場資料數據集。例如浮標、Argo、船舶、錨系儀器、海冰觀測、船舶資料等。
⑦元數據標準。網址為https://marinemetadata.org/references/marineprofile19115,海洋元數據標準ISO—19115由澳大利亞海洋資料中心制定。
⒉ 標準與實踐
JCOMM為國際海洋氣象界提供了行業標準以及培訓實踐,包括:①手冊與指南;②觀測標準;③資料標準;④服務標準;⑤培訓計劃與實踐項目。支持了國際海洋氣象的系統性、專業化發展。
⒊ 能力發展
開展海洋氣象和海洋學服務能力培養,以及對各項海洋氣象類國際協作計劃的組織與經費支持。
⒋ 組織研討與會議交流
每年JCOMM都組織各類國際交流會議,例如2016年「第4屆歷史海洋氣候資料應用及發展國際研討會」(英國南安普頓);2017年「第一屆風浪、風暴潮和海岸災害國際研討會」(英國利物浦)等。包括海洋及海洋氣象聯合技術委員會內部會議,平均每個月有3~5個會議,為國際海洋氣象活動及發展做出了積極貢獻。
七、JCOMM的專家團隊
JCOMM組建了幾個專業服務的專家團隊對技術需求國家提供專業服務與諮詢。並實際前往各國進行技術指導,以及與當地專業人員開展研討。目前JCOMM有4個專家團隊:①海事安全專家團隊;②波浪和海岸災害預報系統專家團隊;③海冰專家團隊;④業務海洋預報專家團隊。
八、小結
綜上所述,JCOMM為國際海洋氣象的發展與交流做出了卓越貢獻。同時可以注意到,中國的海洋氣象學領域目前存在分屬中國氣象局和國家海洋局兩個事業單位的情況,同時在海洋氣象學的高等教育和學術研究方面也存在邊緣交叉,可能需要理清結構,增強協同合作的具體措施。另外,中國海洋氣象領域在依託國際海洋氣象組織方面還可以更廣泛、更深入地參與。通過積極融入國際合作,推動中國的海洋氣象研究與業務迅速發展。
【致謝】感謝江蘇高校優秀學科建設工程項目(PAPD);江蘇省大創項目(201410300055,201510300052);南京信息工程大學教改重點課題(J201503)共同資助。
【本文簡介】文/王堅紅胡恆劉剛楊林,分別來自南京信息工程大學海洋科學學院和福建省氣象局;本文來自《氣象科技進展》(2017年第4期),用於學習與交流,版權歸出版社與作者共同擁有。