海洋天气观测的进展.docVIP

海洋天气观测的进展 摘要：如今海洋正扮演着越来越重要的角色，海洋的开发也被国家提上议事日程。当然海洋的开发不像在陆地上那么容易，还有很多困难，海洋天气的观测就成为海洋开发中一项必不可少的内容。海洋观测可以为海洋的开发带来诸多便利，本文就对海洋天气观测的进展以及展望展开描述。 关键词：海洋天气 预测 重要性 进展 展望 前言：海洋气象学是研究海上大气的物理信息，以及海洋与大气相互作用规律的学科。海洋气象学既涉及大气又涉及海洋，因此它是大气科学和海洋科学共同研究的领域。由于地球表面的绝大部分为海洋所覆盖，而海水又具有和陆地迥然不同的物理、化学性质，这就决定了海洋在海洋气象学研究中的重要地位。 在20 世纪初，大气科学作为物理学科的分支起始于局地天气观测，用电报收集资料、绘制地面天气图并试作天气预报。第一次世界大战初，美国开始发布北半球气压和温度地面图。虽然许多地区仍无观测，但这些地面图显示了大尺度高、低压系统的移动特征。20 年代初，以挪威流体力学家V. Bjerknes 等为首的Bergen 学派根据地面资料分析提出了气旋、锋面和气团学说[1] ，为天气学分析和动力预报树立了一重要里程碑。不久，由于刚刚萌芽的航空业的需要，少数气象站开始了无线电高空探测。在此之前人们曾使用风筝测量近地面大气的温、湿度、气压和风场。第二次世界大战期间，前线飞机轰炸等战争需要加速了欧、美高空测网的建立，使天气分析从二维扩充到三维空间，展示了高空气流结构与地面气压系统的关系。更重要的是，以Rossby 为首的芝加哥学派通过高空天气图分析，发现了高空急流和大气长波的运动规律并建立了长波的数学流体力学模型，从而开拓了作为天气分析、预报理论基础的大尺度大气动力学。不久在Rossby 长波理论的基础上，Charney (1947) 和Eady (1949) 提出了能解释温带气旋发展的斜压不稳定理论[2] 。50 年前，最盛行的天气预报技术是沿袭Bergen 学派使用过的运动学方法或外推法。自从首次数值天气业务预报模式问世以来，数值动力（和概率）预报逐步在各国气象中心普遍采用，以指导6～12 小时以后的天气形势（要素）预报。数值模式发展和预报水平几乎每十年上一新台阶。如50 年代中期Phillips (1956) 发展的二层模式到后期出现的多层准地转、静力平衡、斜压模式。这些简单模式虽然不能预报实际“天气”，但使人们看到了中纬度气旋系统和大气长波运动的特征。80 年代，大气对内、外部强迫的响应普遍受到重视。与潜热释放、积云对流、边界层物理、大气辐射有关的物理过程通过参数化引入模式，这些物理参数化又被各种野外加密观测资料验证。虽仍有不少不确定性，但“模式大气”越来越接近实际大气，使短期数值预报逐渐成为天气预报技术的主流，并超过概率统计预报的准确率。尤其是对爆发性气旋和那些有一定斜压性的天气系统。中、长期预报模式中还考虑土壤、植被的影响以及大气与海洋、陆面的相互作用。这些模式的发展及其MOS 产品的结合，提高了高空大尺度天气系统和地面气象要素的中、长期业务预报能力。Emanuel (1986) 提出了飓（台）风强度由于海洋向大气输送水汽和感热而与表层海温直接有关〔〕，改变了原来用以解释热带气旋发生的第二类条件不稳定理论，使飓（台）风预报和研究走上一新的台阶。90 年代，人们开始关注全球气候在近10～100 年际的变化。这方面研究目前还存在很多不确定性，主要原因是由于无足够长时间、可靠的海洋观测资料来研究海洋在此时间尺度上的作用。同时，此时间尺度与工业化以来造成温室气体上升的时段和其引起气候强迫的时间尺度相近。如何将大自然的变化和人类活动的影响分开是一重要但又复杂的科学难题。事实上，自发现南极臭氧洞〔4〕和平流层中臭氧被破坏以来，这些科学难题的研究大大促进了大气化学和环境科学在近20 年来的发展〔5〕。随着气候模式可信度的提高，动力气候预测在15 年前已经开始起步。虽然区域性气象要素的预报还不如统计预报方法，但它对季节气候异常趋势仍有一定预报能力。特别是气候模式现已能提前半年合理预报出热带风暴的发生频率以及提前一年成功预报出那些海、气相互作用较强的ENSO 事件。要获得合理的长时间动力气候预测（模拟），需要运转高分辨率、各子系统过程高度藕合的综合性气候模式，这使得地球模拟器──巨型计算机于上世纪末在日本诞生，从而大大加快了气候（和天气）模式发展和气候研究的步伐。此外，过去15 年来，科学家们利用各自的气候模式对未来CO2浓度可能加倍造成的气候变化作了评估。IPCC 的2001 年报告〔6〕综合了各种模式的结果，表明如果CO2浓度未来加倍将会使全球地表温度上升1.5～4.5。这将导致冰川继续大规模退缩，海平面上升9～88 cm，全