對《氣象水文保障》課程設(shè)計的幾點思考

劉宇迪 郭海龍

【摘要】目前，國際上先進的海洋國家已經(jīng)建立了完善的海戰(zhàn)場氣象水文信息保障系統(tǒng)。美國的海軍海洋戰(zhàn)場氣象水文環(huán)境保障服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，已有半個多世紀的發(fā)展歷史，從研究內(nèi)容看，美國在上個世紀五六十年代，重點在海洋水文和海洋氣象方面進行分析預報研究，以保障軍事航海和登陸作戰(zhàn)的需要。回顧了國外氣象水文保障的現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)代化戰(zhàn)爭對氣象水文保障的軍事需求，列舉了未來氣象水文保障的建設(shè)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】氣象水文 現(xiàn)代化戰(zhàn)爭 軍事需求

一、國外氣象水文保障技術(shù)現(xiàn)狀

1.氣象海洋保障體系

美國和俄羅斯的海軍海上作戰(zhàn)艦艇都建立有與海洋環(huán)境密切關(guān)聯(lián)的戰(zhàn)術(shù)指揮系統(tǒng)。美軍以“從海底到太陽”的“無縫隙”保障理念為指導，圍繞實現(xiàn)“擁有天氣”的能力目標，強調(diào)“氣象海洋保障資源的優(yōu)化配置”，建立了結(jié)構(gòu)齊備完整、功能先進的氣象海洋保障裝備體系。

美國由海軍區(qū)域海洋氣象中心運行海洋環(huán)境同化系統(tǒng)（MODAS），然后將圖形產(chǎn)品分發(fā)至海上作戰(zhàn)艦艇。艦上通過接收MODAS的圖形產(chǎn)品和艦上本身具備的靜態(tài)氣候態(tài)初始場，通過現(xiàn)場BT資料訂正后，將海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分配至戰(zhàn)術(shù)輔助決策系統(tǒng)或作戰(zhàn)武器平臺。美軍針對海戰(zhàn)環(huán)境研制的海軍戰(zhàn)術(shù)環(huán)境支持系統(tǒng)TESS（Tactical Environmental Support System）裝備航母和其它艦艇，成為美國海軍新一代海洋氣象和海洋環(huán)境的戰(zhàn)術(shù)決策支持系統(tǒng)。

2.氣象水文信息服務(wù)技術(shù)發(fā)展

對氣象水文的研究離不開數(shù)據(jù)支撐，氣象水文數(shù)據(jù)的獲取由傳統(tǒng)的人工監(jiān)測發(fā)展為現(xiàn)在的含有高新技術(shù)陸基、空基和天基的氣象水文立體觀測網(wǎng)。美國的各種海洋觀測手段基本覆蓋全美，同時還有先進的衛(wèi)星遙感、雷達和GIS技術(shù)，形成了一個全方位立體式的監(jiān)測體系。同時，隨著觀測手段的日益增長和豐富、數(shù)值大氣模式和海洋模式的迅猛發(fā)展，戰(zhàn)場自然環(huán)境數(shù)據(jù)呈指數(shù)式增長。在全球海洋資料稀缺的情況下，美軍建立海洋大數(shù)據(jù)庫，收集海量氣象水文信息，推動基于大數(shù)據(jù)的海洋綜合數(shù)據(jù)處理核心技術(shù)發(fā)展;提出“透明海洋”概念，建立包括海洋地理（含海岸線和島礁），人工設(shè)施，海洋底質(zhì)、電磁和聲場，洋流運動，溫、鹽、密和透明度等常規(guī)海洋要素，海面風場和海浪等作戰(zhàn)相關(guān)要素的三維交互式動態(tài)演進信息平臺框架。

通過氣象水文數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的交互分析與可視化顯示，可直觀、準確地反映氣象水文數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，有效地輔助預報員與指揮員掌握數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。如美國馬里蘭大學研制開發(fā)的Grid Analysis and Display System（簡寫為Grads）、美國National Weather Service公司研制開發(fā)的Advanced Weather Interactive Processing System（簡寫為AWIPS）、美國Weather Graphics Technologies公司推出的商業(yè)軟件產(chǎn)品Digital Atmosphere（簡寫為DA）也都提供了各類氣象水文數(shù)據(jù)的可視化表達方式與相應(yīng)的交互操作。

二、軍事需求

新形勢下我軍氣象水文保障由傳統(tǒng)的本土型保障向新型的全球化保障轉(zhuǎn)變，保障領(lǐng)域由單一的氣象環(huán)境向海洋和太空環(huán)境拓展，保障方式由粗泛定性向精細定量邁進，保障內(nèi)容進一步綜合多元。氣象水文信息融合分析與應(yīng)用服務(wù)，是戰(zhàn)場環(huán)境感知活動的重要組成部分，是信息化條件下作戰(zhàn)保障的重要環(huán)節(jié)。隨著戰(zhàn)爭形態(tài)的演變，作戰(zhàn)樣式的發(fā)展，以及信息技術(shù)的不斷進步，戰(zhàn)場環(huán)境感知的戰(zhàn)斗力倍增器作用愈加凸顯，已成為影響戰(zhàn)爭進程乃至戰(zhàn)爭勝敗的關(guān)鍵因素之一。發(fā)展氣象水文環(huán)境信息融合分析與應(yīng)用服務(wù)技術(shù)，實時掌握氣象水文變化態(tài)勢、及時提供準確、可靠的氣象水文環(huán)境信息，為作戰(zhàn)指揮、武器裝備運用等軍事行動提供氣象水文環(huán)境綜合信息支持。其軍事需求體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.適應(yīng)國家利益全球化保障需求

2025年前，國際戰(zhàn)略格局和我國安全環(huán)境可能隨著世界戰(zhàn)略力量分化組合進一步調(diào)整，全球與地區(qū)性國際組織多邊制衡的局面，多極化戰(zhàn)略格局逐步形成。我國安全環(huán)境呈現(xiàn)出陸上威脅相對減緩，海洋、太空和電磁領(lǐng)域威脅趨重的特點。當前和今后一個時期，我國周邊安全形勢不容樂觀，反恐防暴任務(wù)嚴峻，來自海上的安全威脅尤為突出;“一帶一路”國家戰(zhàn)略方興未艾，非戰(zhàn)爭軍事行動任務(wù)繁重，“三?！薄皟裳蟆睔庀笏谋Ｕ先遮叧B(tài)化;從國家長遠發(fā)展和整體利益出發(fā)，還應(yīng)前瞻部署包括北極在內(nèi)的全球其他重要區(qū)域，積極參加北極的開發(fā)利用。因此，必須把握全球氣象水文變化態(tài)勢，具備氣象水文信息服務(wù)全球覆蓋能力。迫切需要氣象水文部門拓展保障范圍，提供精細化氣象水文環(huán)境信息保障，加強和提升氣象水文環(huán)境信息的融合能力。

2.應(yīng)對陸?？仗炝Ⅲw化保障需求

現(xiàn)代化戰(zhàn)場空間已拓展至陸、海、空、天、電、網(wǎng)，陸?？仗煳淦餮b備應(yīng)用對氣象水文精細化保障提出了新的要求，傳統(tǒng)單一預報技術(shù)已不能滿足新的戰(zhàn)場環(huán)境下保障服務(wù)需求，需要綜合運用信息探測、信息處理、分析預報、信息服務(wù)等技術(shù)，獲取戰(zhàn)場環(huán)境實時信息，預測戰(zhàn)場環(huán)境未來變化。信息技術(shù)作為戰(zhàn)斗力的倍增器，越來越強調(diào)用戶參與，按需服務(wù)。迫切需要充分運用云計算、智能信息處理、多維可視化、服務(wù)動態(tài)組合、快速數(shù)據(jù)加載等先進信息技術(shù)和理念，綜合采用新的技術(shù)手段，研究新的信息處理算法，引入新的信息服務(wù)模式，加快海量數(shù)據(jù)的處理速度，提升保障信息的時效性、準確性、可靠性和可用性。

3.滿足多元信息集成化保障需求

隨著世界新軍事變革深入發(fā)展，武器裝備的遠程精確化、智能化、隱身化、無人化趨勢日趨明顯，戰(zhàn)爭形態(tài)正加速向信息化戰(zhàn)爭演變。氣象、海洋環(huán)境時刻影響著戰(zhàn)爭進程的各個環(huán)節(jié)，無論是戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，還是武器裝備、通信指揮以及部隊行動和官兵士氣，都受其影響，有時甚至決定戰(zhàn)爭勝負的關(guān)鍵因素。多平臺協(xié)同、各軍種聯(lián)合一體化作戰(zhàn)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的基本形式，參戰(zhàn)力量的多元化及大量使用高技術(shù)武器裝備，使得未來信息化戰(zhàn)爭不僅要求提供常規(guī)氣象要素和宏觀天氣變化情況，而且要重點研究海洋環(huán)境、空間環(huán)境、電磁波傳播環(huán)境（如大氣透射率、大氣波導等）對信息化武器裝備的影響，提供內(nèi)容更加豐富的戰(zhàn)場大氣、海洋和空間特需要素產(chǎn)品。迫切需要研究面向軍委聯(lián)合參謀部、戰(zhàn)區(qū)和軍兵種戰(zhàn)場環(huán)境保障部門氣象水文信息系統(tǒng)部署的需求和模式;研究面向不同規(guī)模的聯(lián)合作戰(zhàn)、軍事演習等軍事行動的氣象水文信息綜合保障需求;研究面向戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)斗和戰(zhàn)術(shù)的氣象水文信息保障內(nèi)容和方式，通過對觀探測信息、預報產(chǎn)品和其他相關(guān)信息的融合分析，豐富產(chǎn)品級和決策級氣象水文保障信息，實現(xiàn)氣象水文信息與地理測繪、指揮控制等信息的有機集成，提升信息主導、精打要害、聯(lián)合制勝的信息化作戰(zhàn)能力。

4.針對武器裝備實戰(zhàn)化保障需求

武器裝備效能的發(fā)揮與氣象水文條件密切相關(guān)，如機動武器平臺效能的發(fā)揮受氣象水文環(huán)境的影響很大，對氣象水文信息提出了格點化、精細化、隨移動平臺實時更新和顯示的嚴苛要求，需要根據(jù)不同武器平臺的作戰(zhàn)環(huán)境特點，提煉和融合最必要的氣象水文環(huán)境信息，將其轉(zhuǎn)化為三維要素格點場。例如，通過對衛(wèi)星遙感資料、海上浮標、船舶、島嶼站等觀測資料的融合分析，可以彌補海上常規(guī)觀測站點的空間分布不均勻，提高資料的空間分辨率。

迫切需要研究集合多種觀測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合方法，使不同觀測資料之間優(yōu)勢互補。一方面，指導天氣系統(tǒng)的時空演變、高低空急流以及水汽輸送理論的研究;另一方面，提高海面風浪、海霧、洋流、躍層、風向、風速、氣壓、能見度等要素的預報預測能力，為移動武器平臺實時更新所需的最新地域氣象水文環(huán)境信息，逐步實現(xiàn)氣象保障與指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的有機融合。

5.支撐數(shù)值預報精細化保障需求

區(qū)域危險性天氣諸如雷暴、大風、暴雨、暴雪、惡劣能見度、低空風切變、下?lián)舯┝骱颓缈胀牧鞯?，對?zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)決策和實施具有決定性影響，這些天氣具有空間尺度小、生命史短、破壞性強等特點，是軍事氣象水文預報保障的重點和難點之一。精細化的全球氣象——海洋——陸地耦合數(shù)值預報模式，需要高時空分辨率的網(wǎng)格化、精細化的初始場標準數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)融合和同化技術(shù)是解決這一問題的有效途徑，解決對中尺度加密觀測站、自動氣象站、數(shù)值預報產(chǎn)品、衛(wèi)星和雷達遙感以及GPS等非常規(guī)觀測資料的融合分析問題。

雖然我國已初步形成了包括國家級和區(qū)域級自動氣象站觀測網(wǎng)、氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)、海洋衛(wèi)星觀測網(wǎng)，以及覆蓋我國的多普勒天氣雷達觀測網(wǎng)在內(nèi)的中尺度氣象觀測網(wǎng)，實現(xiàn)了全天時、全天候、高精度對全球氣象要素隨天氣和時間變化的連續(xù)觀測，為軍事危險天氣精細化預報保障提供了大量觀測數(shù)據(jù)。但是，由于不同觀測手段獲取的數(shù)據(jù)之間時間和空間分辨率不統(tǒng)一，并且空間覆蓋不完全，在業(yè)務(wù)上無法直接使用，迫切需要研究滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的衛(wèi)星觀測反演數(shù)據(jù)資料的定量分析產(chǎn)品，改善全球數(shù)值預報模式的預報效果。

三、《氣象水文保障》的建設(shè)內(nèi)容

1.氣象水文信息獲取與處理技術(shù)

戰(zhàn)術(shù)多普勒天氣雷達、便攜式綜合戰(zhàn)術(shù)氣象觀測系統(tǒng)、空投氣象站、機動大氣廓線探測系統(tǒng)等知識內(nèi)容。無人機氣象海洋探測系統(tǒng)、下投式探測儀、海洋浮標潛標、艦載探測系統(tǒng)、水下無人潛器探測系統(tǒng)等裝備知識。自動化地面氣象探測網(wǎng)，由S波段、C波段多普勒天氣雷達組成的國家骨干網(wǎng)和X波段局地警戒天氣雷達組成的全國天氣雷達網(wǎng)知識。

2.分析預報（測）技術(shù)

“可分辨云尺度和預報系統(tǒng)”“全球戰(zhàn)區(qū)天氣分析和預報系統(tǒng)”和“空間天氣分析與預報系統(tǒng)”，以及水平分辨率為24km和6km的全球和戰(zhàn)場尺度云分析預報產(chǎn)品介紹。全球74個地理區(qū)域上的與空軍作戰(zhàn)密切相關(guān)的氣象變量（如云層、總云量、云底高度、云頂高度等云參數(shù)，飛機積冰、大氣湍流和雷暴等）的可視化產(chǎn)品，為航天部隊提供的太陽活動、電磁環(huán)境、電離層環(huán)境和中高層大氣的預報保障。為海軍海上航行安全和各類作戰(zhàn)平臺、傳感器和艦載武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)運用提供多尺度、多要素的氣象海洋預報保障。先進的氣候保障裝備，即“高級氣候模擬與環(huán)境仿真”（ACMES）系統(tǒng)。該系統(tǒng)可提供高分辨率的氣候統(tǒng)計產(chǎn)品，生成10年記錄期的三維格點“歷史”天氣數(shù)據(jù)集，提供高分辨率的三維環(huán)境表征產(chǎn)品，針對某一特定地區(qū)、特定歷史時期生成1小時間隔的數(shù)值模擬產(chǎn)品，為用戶的仿真模式提供輸入資料。ACMES系統(tǒng)能生成30個氣象參數(shù)的100多種描述性統(tǒng)計產(chǎn)品。

3.保障應(yīng)用技術(shù)

環(huán)境影響專題，包括大氣氣體、自然氣溶膠、戰(zhàn)場氣溶膠、輻射傳輸、激光傳播和目標捕獲與系統(tǒng)性能6個部分、30多個模塊組成的“電光武器大氣影響程序庫”，多種電光武器環(huán)境影響配套軟件系統(tǒng)，“電光武器戰(zhàn)術(shù)決策輔助系統(tǒng)”，為精確制導、偵察、預警等電光武器系統(tǒng)和傳感器的部署使用提供基于環(huán)境影響的自動化、定量化的輔助決策。

“目標捕獲天氣軟件”“紅外目標場景環(huán)境仿真軟件”“夜視鏡天氣影響軟件”“集成式天氣影響輔助決策系統(tǒng)”和“作戰(zhàn)任務(wù)計劃天氣影響自動化分析軟件”。這些系統(tǒng)將各種先進的物理模式、自動化的氣象信息處理技術(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)庫結(jié)合于一體，可制作成易于理解的決策服務(wù)產(chǎn)品。

4.人工影響局部環(huán)境技術(shù)

消除冷霧常常使用制冷劑（干冰、液態(tài)CO2等）;對消暖霧，常采用的方法多是渦輪發(fā)動機加熱法消除暖霧。

海霧生成條件、預報以及針對海霧環(huán)境大氣粒子的散射作用使得視頻圖像嚴重降質(zhì)問題，重點是采用的基于大氣散射物理模型的海霧去霧數(shù)值方法。

5.氣象水文信息一體化保障

氣象水文信息一體化保障系統(tǒng)概述、氣象水文一體化保障系統(tǒng)的背景知識、保障現(xiàn)狀等相關(guān)知識。

陸軍集團軍初級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)和戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的概念和裝備功能。構(gòu)成陸軍集團軍氣象水文一體化保障系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備，新型預報保障車的組成、工作原理及軟硬件裝備的功能和使用方法，具體包括終端處理分系統(tǒng)、定位分系統(tǒng)、C波段/Ku波段衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)、地面氣象觀測分系統(tǒng)、氣象傳真分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、業(yè)務(wù)保障分系統(tǒng)。

未來信息化戰(zhàn)爭不僅要求提供常規(guī)氣象要素和宏觀天氣變化情況，而且要重點研究電磁波的傳播環(huán)境、空間天氣、海洋環(huán)境對信息化武器裝備的影響，提供內(nèi)容更加豐富的戰(zhàn)場大氣、海洋和空間環(huán)境信息產(chǎn)品。因此，在今后相當長的時期，提高信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)氣象水文保障能力，將是軍事氣象水文部門的一項緊迫的歷史性任務(wù)，必然要求樹立一體化的大系統(tǒng)保障觀念，使軍事氣象系統(tǒng)成為國家氣象事業(yè)的有機組成部分，在綜合探測系統(tǒng)的戰(zhàn)略布局、保障要素的融合、信息平臺的互聯(lián)互通、預報保障的組織協(xié)調(diào)以及后備力量的建設(shè)上，建立切實可行的運行機制，制定系統(tǒng)配套的法律法規(guī)，創(chuàng)建三軍一體、軍民結(jié)合、軍民兼容的新型一體化保障體系，實現(xiàn)聯(lián)合氣象保障能力的整體躍升。開展武器裝備影響適應(yīng)性評估，建立和完善適應(yīng)作戰(zhàn)指揮、戰(zhàn)場建設(shè)和高技術(shù)武器裝備作戰(zhàn)需要的軍事氣候分析應(yīng)用系統(tǒng)和戰(zhàn)場環(huán)境影響數(shù)值仿真系統(tǒng)，提高軍事氣候分析應(yīng)用和戰(zhàn)場環(huán)境影響輔助決策水平和能力。

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