氣象水文氣候信息：國際社會合作的經(jīng)歷與啟示*

許小峰

中國氣象局，北京 100081

提 要： 圍繞2022年世界氣象日主題，回顧了大氣科學(xué)發(fā)展進程中不同階段對氣象水文信息的認識過程，及國際社會在氣象觀測和數(shù)據(jù)交換領(lǐng)域的合作經(jīng)歷與成效，特別是世界氣象組織成立后所取得的成就與面臨的挑戰(zhàn)，并分析了世界氣象組織在資料政策領(lǐng)域取得的最新改革成果。

引 言

2022年世界氣象日的主題為“早預(yù)警、早行動：氣象水文氣候信息，助力防災(zāi)減災(zāi)(Early Warning and Early Action. Hydrometeorological and Climate Information for Disaster Risk Reduction)”，這一主題語相對于往年(姜彤等，2020；丁一匯，2019)的相對單一內(nèi)涵有所變化，是一個綜合性的概念：為了達到防災(zāi)減災(zāi)的目標，需要依賴早預(yù)警、早行動和信息支持的舉措。從氣象行業(yè)的具體實踐來看，信息是預(yù)警的基礎(chǔ)，預(yù)警是行動的依據(jù)，行動是防災(zāi)減災(zāi)各項舉措的落實，這三個環(huán)節(jié)構(gòu)成完整體系，旨在實現(xiàn)最終目標(湯緒，2014)。結(jié)合世界氣象組織(WMO)的職責(zé)看，“預(yù)警”“行動”可以為各國提供技術(shù)、經(jīng)驗、標準等間接支持，“信息”的獲取則要更多地采取具體協(xié)調(diào)行動，針對全球天氣、氣候和水這些無國界因素的變化和相互影響，構(gòu)建滿足多方需求的高效信息系統(tǒng)。

現(xiàn)代氣象科學(xué)與業(yè)務(wù)緊密依賴于基礎(chǔ)信息或數(shù)據(jù)產(chǎn)品的獲取和分析，也可以說，全球氣象信息數(shù)據(jù)交換共享問題是促成WMO成立的核心因素。但從世界氣象日主題語選擇看，由于要考慮對公眾的影響力及認知度，一般很少從信息、數(shù)據(jù)角度來考慮，往往更注重應(yīng)用領(lǐng)域的目標或價值，或關(guān)注基礎(chǔ)觀測業(yè)務(wù)的重要性。自1961年正式設(shè)立世界氣象日以來，僅在2004年的主題直接提到了信息——“信息時代的天氣、氣候和水”(王永光，2004)。今年的主題則強調(diào)氣象水文氣候信息在防災(zāi)減災(zāi)中的助力甚至推動作用，這是由于在防災(zāi)減災(zāi)全過程中需要各類綜合信息，包括多源觀測數(shù)據(jù)以及分析加工產(chǎn)品形成的地球系統(tǒng)資料。

1 氣象學(xué)走向?qū)嵶C、量化的轉(zhuǎn)變進程

從氣象科學(xué)與業(yè)務(wù)的發(fā)展進程和歷史脈絡(luò)看，各類信息顯然都是不可或缺的基礎(chǔ)。但對量化數(shù)據(jù)重要性的認知則經(jīng)歷了漫長的歷史進程，可追溯到古希臘文明時期。目前世界公認最早的系統(tǒng)性闡述氣象科學(xué)的論著《氣象匯論》(Meteorologica)是由古希臘著名的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家亞里士多德于公元前340年前后撰寫完成的(Frisinger，1972)。在這本著作中，亞里士多德對地球系統(tǒng)各類現(xiàn)象和變化進行了全面的論述、分類和解釋，對后來西方氣象學(xué)近2 000年的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。但受限于那個年代對自然演變的思考方式及對自然現(xiàn)象量化手段的缺乏，所有論斷都更像是對各類狀態(tài)和變化的哲學(xué)思辨，而不是科學(xué)分析的結(jié)果。缺乏實證性的推論難免出現(xiàn)諸多漏洞，與現(xiàn)代氣象科學(xué)的認知不屬同一個理論體系，但其中確實有不少重要分析和論斷經(jīng)受住了時間檢驗，體現(xiàn)了邏輯推理的魅力。如，關(guān)于太陽輻射角度與地球表面溫度的關(guān)系、人類居住條件與緯度的關(guān)系、海水蒸發(fā)上升成雨回落的水循環(huán)過程等(楊萍等，2014)，這些現(xiàn)在看似簡單的道理能在那個年代被揭示絕非輕易所得，在只能通過觀察而缺乏量化信息獲取能力的條件下做出這些自然演變本源性的分析推理也非常人所能。但正如黑格爾(1960)評價所言：“亞里士多德的物理學(xué)著作主要是哲學(xué)的，而不是實驗的”，在自然科學(xué)和技術(shù)都處于萌芽狀態(tài)的歷史階段，盡管確實取得了許多重要成果，但因為只能通過自然哲學(xué)的方法來探討問題，缺少科學(xué)方法和實證、量化數(shù)據(jù)的支撐，因此僅憑觀察與思辨所推斷的許多結(jié)論在后期自然科學(xué)發(fā)展進程中逐漸被顛覆，也屬必然。

15世紀歐洲文藝復(fù)興后，社會文化氛圍發(fā)生了巨大改變，哥白尼、開普勒、伽利略、笛卡爾、牛頓等重量級的科學(xué)家先后登場，傳統(tǒng)的以“地心說”為核心的天文學(xué)及亞里士多德的物理學(xué)不斷遭遇挑戰(zhàn)。其中，最具轉(zhuǎn)折性意義的代表人物是被愛因斯坦(Einstein et al，1954)稱為“近代科學(xué)(特別指物理學(xué))的奠基人”——伽利略。這位“科學(xué)方法”和“現(xiàn)代物理學(xué)”的開創(chuàng)者(Weidhorn，2005；King，1993)對當時人們認識世界方式產(chǎn)生了重要影響，他于1615年在寫給大公爵夫人克里斯蒂娜的一封信(1)https:∥web.stanford.edu/～jsabol/certainty/readings/Galileo-LetterDuchessChristina.pdf中提出了該相信誰的問題，對科學(xué)研究應(yīng)遵循的原則提出了明確觀點?！霸谖铱磥?，在自然問題的爭論中，不應(yīng)遵從《圣經(jīng)》段落的權(quán)威，而應(yīng)順應(yīng)最有價值的經(jīng)驗和相關(guān)的實證，圣經(jīng)和自然都同等地來自神的旨意，前者是圣靈的口授，后者是對上帝指令的最忠實的執(zhí)行”。在這封信中，伽利略還推論說：“上帝為自己的啟示寫了兩本書，一本是《圣經(jīng)》，另一本是用數(shù)學(xué)公式寫的偉大的自然之書，科學(xué)家可以通過實驗向自然提出問題，然后用獲得的數(shù)據(jù)來做出解釋”(Camuffo，2021)。伽利略認為自然規(guī)律是數(shù)學(xué)性的，選擇恰當?shù)臄?shù)學(xué)證明可以探索任何與定量化相關(guān)的問題。他通過研究重力影響下的落體運動問題，推翻了亞里士多德物理學(xué)中不同重量物體下落速度不同的論點；通過實驗和計算方法證明物體只要不受外力作用，就保持其原來的靜止狀態(tài)或勻速運動狀態(tài)不變，即慣性原理；力是使速度改變的原因，即加速度概念，糾正了亞里士多德物理學(xué)認為力的持久作用是保持物體勻速運動原因的觀點；利用自己制作的望遠鏡對天體運行進行了觀測，包括太陽黑子、月球表面狀況，木星、金星、土星、海王星等的運行狀態(tài)，銀河系的構(gòu)成等，其結(jié)果為哥白尼的“日心說”提供了最直接的證據(jù)，望遠鏡的直觀性對“地心說”造成了顛覆性的沖擊。伽利略也同樣將定量、實測的方法引入到氣象領(lǐng)域，改變了僅靠觀察、思辨而無檢驗、量化的研究方式，成為推進氣象學(xué)走向現(xiàn)代科學(xué)的引領(lǐng)者。

熱和冷，是亞里士多德物理學(xué)中的基本概念，但在其中多是被定性闡述和論斷。在伽利略的物理學(xué)體系中，則必須解決對冷熱進行量的測算問題。根據(jù)熱脹冷縮原理，伽利略發(fā)明制作出了溫度計(Galileo thermoscope)，利用空氣在頂部圓球內(nèi)的熱脹冷縮來推動玻璃管中水位高度的變化，達到測量溫度高低的目的(圖1)(Chilton，1968)。而與伽利略同時代的人依據(jù)同樣的原理，以這一溫度計的設(shè)計為雛形，經(jīng)過多次改進最終達到了可以應(yīng)用的階段。隨后，不僅測溫儀器不斷得到了改進，測風(fēng)、測濕、測壓等設(shè)備也先后問世(圖2)，體現(xiàn)了科學(xué)革命推進實測技術(shù)發(fā)展的時代特征(許小峰和張萌，2014)。

依照伽利略“自然之書是用數(shù)學(xué)公式書寫的”理念，當時無論是貴族還是學(xué)者在掌握了觀測儀器后，都希望通過觀測數(shù)據(jù)揭示自然的奧秘，圍繞溫度可能的時空變化激發(fā)了更多的好奇心，比如，溫度如何隨緯度或高度等地理特征變化、最冷或最熱條件下的溫度、水結(jié)冰或蒸發(fā)時的溫度、吹北風(fēng)或南風(fēng)時溫度會有什么變化、暴露在陽光下或陰涼處溫度的差異等。要解決這些問題，單點的觀測已不能滿足。

圖1 存放在佛羅倫薩伽利略博物館的 伽利略溫度計和設(shè)計圖Fig.1 Galileo’s thermoscope and design drawing in Museo Galileo, Florence(2)https:∥www.researchgate.net/publication/343974887_MUSEO_GALILEO_Florence_Italy_-_OBRAS_DANHONI_NEVES

圖2 (a)濕度計,(b)風(fēng)向計, (c)風(fēng)力計,(d)風(fēng)力風(fēng)向計Fig.2 (a) Rope hygrometer by Sanctorius with spherical ballast-pointer, (b) reconstruction of Leonardo anemometer, (c) a pressure-plate anemometer, (d) wind anemometer

塔斯卡尼大公斐迪南二世·德·美第奇(Ferdinando II de’ Medici)是曾給與了伽利略重要支持并深受其影響的一位重要人物，他除了在溫度計、氣壓計等設(shè)備研制中做出重要貢獻外，還組織建設(shè)了世界上第一個觀測網(wǎng)：美第奇氣象觀測網(wǎng)絡(luò)(1654—1670)。該網(wǎng)絡(luò)采用同樣的溫度計，在不同地點、相同時間進行溫度觀測和結(jié)果比對；共由11個觀測站組成，其中7個設(shè)在意大利境內(nèi)，另外4個分別設(shè)在奧地利、波蘭、德國和法國境內(nèi)。圖3顯示了在意大利境內(nèi)的站點和所使用的溫度計。每個站點的觀測都由經(jīng)過訓(xùn)練的觀測員負責(zé)，每3～4 h進行一次，每周都將觀測數(shù)據(jù)送往位于佛羅倫薩的觀測網(wǎng)總部(Camuffo and Bertolin，2012)。雖然這個觀測網(wǎng)未能持續(xù)很長時間，在教會的干預(yù)下，觀測了十多年后被叫停了，但現(xiàn)代氣象科學(xué)之路已由此開啟，為實證、量化、數(shù)學(xué)方法打開了現(xiàn)代氣象研究之門，一系列相關(guān)科技進展推動著氣象學(xué)伴隨科學(xué)革命走向現(xiàn)代之路。

1643年，伽利略的學(xué)生、意大利著名科學(xué)家托里拆利(Torricelli)成功完成了氣壓實驗，測出了1個標準大氣壓的大小為約760 mm汞柱高度(Gillispie，1960)，后來的發(fā)展證明氣壓是與大氣運動相關(guān)的重要變量；1662年英國科學(xué)家克里斯托弗·雷恩爵士(Sir Christopher·Wren)發(fā)明了機械式、自排空、翻斗式雨量計(Weld，2011)；1724 年，德國物理學(xué)家華倫海特(Fahrenheit)推出了華氏溫標；1742年，瑞典人攝爾休斯(Celsius)建立了攝氏溫標(Romer, 1982)；1805年，英國人弗朗西斯·蒲福(Francis Beaufort)為風(fēng)力制定了等級表(Oliver，2008)；等等。這些技術(shù)的進步和標準的確立，為觀測網(wǎng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，使得不同地點觀測的數(shù)據(jù)有了統(tǒng)一的測量標準。

圖3 世界最早的氣溫觀測網(wǎng)絡(luò)在意大利境內(nèi)的 7個站點(a)和所使用的溫度計(b)Fig.3 The world’s earliest temperature observation network with seven sites in Italy (a) and the used thermometers (b): the Medici Network (1654-1670)

18世紀后期到19世紀，歐美許多國家都開始建設(shè)氣象觀測網(wǎng)站，記錄每天發(fā)生的天氣變化；18世紀中葉，歐美等地的氣象學(xué)家開始通過風(fēng)箏開展高空探測的試驗，到20世紀30年代，逐步建立起了以氣球攜帶探空儀方式組成的探空網(wǎng)絡(luò)；19世紀中葉，具有應(yīng)用價值的現(xiàn)代天氣圖分析在歐美一些國家開始出現(xiàn)(Miller，1933)；1837年，電報的發(fā)明(Coe，2003)使人們能夠迅速從遠程收集觀測信息，這使得實時掌握分析天氣形勢變化成為可能；1863 年 9 月，第一張歐洲區(qū)域的實時等壓線圖(圖4)在法國繪制完成，開啟了以天氣圖為基礎(chǔ)的天氣分析與預(yù)報業(yè)務(wù)時代。

天氣觀測網(wǎng)與實時天氣業(yè)務(wù)的建立，一方面促進了氣象科研與業(yè)務(wù)水平的提升與結(jié)合，著名的挪威學(xué)派、芝加哥學(xué)派在獲取完整的實時氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，完成了以數(shù)學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)的大氣動力學(xué)的創(chuàng)立，氣象學(xué)成為一門獨立的學(xué)科體系，并實現(xiàn)了從天氣分析預(yù)報到數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變(Namias，1983；Thompson，1983；楊萍等，2021)，二次大戰(zhàn)后天氣雷達在氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用和20世紀60年代開始發(fā)展的氣象衛(wèi)星又進一步豐富了大氣探測的各類信息。另一方面，無國界的大氣流動與演變也促使人們意識到，如果沒有跨越地域的氣象信息交換合作，無論是對于某一國家還是對于全球，天氣、氣候的準確預(yù)報都難以實現(xiàn)，氣象信息交換合作成為伴隨氣象科技發(fā)展，始終受到各國氣象界關(guān)注并盡力解決的問題。

圖4 在法國繪制完成的第一張 歐洲區(qū)域?qū)崟r等壓線圖Fig.4 The first isobaric map published in France in 1863 (Météo-France)

2 對氣象信息交換的全球共識及國際氣象組織

18世紀大氣科學(xué)在觀測領(lǐng)域取得的重要進展，促進了跨區(qū)域測量并進行數(shù)據(jù)交換的需求。1723年，由英國皇家學(xué)會發(fā)起，通過志愿者實現(xiàn)了最早橫跨歐洲、亞洲和北美氣象年度信息的收集，被認為是國際氣象數(shù)據(jù)合作的首個范例(Zillman，2018a)。19世紀初期，歐美各國已開始分享氣象數(shù)據(jù)(Cawood，1977)。1845年，在英國劍橋舉行的英國科學(xué)促進會第十五次會議上專門討論了這一議題，與會人員包括英國和歐洲其他一些國家的氣象學(xué)家代表(British Association for the Advancement of Science，1846)，會議代表報告了在歐洲、美洲、亞洲等地進行的大氣觀測結(jié)果分析，準備將這些結(jié)果印刷出版進行交換，并提出要進一步召開專門會議討論相關(guān)議題；1853年第一次國際氣象會議在比利時布魯塞爾召開，美國、英國、法國、比利時、俄國、丹麥、挪威、荷蘭、瑞典、葡萄牙等國代表參會，會上具體討論了利用船舶日志交換氣象數(shù)據(jù)的具體方案，為后來的氣象國際合作起到了重要推進作用(Zillman，2018a)。

1872年，52名氣象學(xué)家在德國萊比錫舉行會議，討論了建立國際氣象合作的可行性。氣象學(xué)家、荷蘭氣象局局長白貝羅(C. H. D. Buys Ballot)發(fā)表了題為《關(guān)于統(tǒng)一氣象觀測系統(tǒng)的建議》(Buys-Ballot，1872)的重要文章，詳細闡述了氣象學(xué)作為一門科學(xué)所應(yīng)遵循的發(fā)展方向，從中可以看到氣象國際合作的初心，以及信息獲取與交換的重要價值。他明確提出：“擁有一個全球氣象觀測網(wǎng)絡(luò)，國家之間自由交換觀測數(shù)據(jù)，建立標準化的觀測方法，應(yīng)用符合國際協(xié)議的度量單位以使觀測結(jié)果便于比較，這些都是至關(guān)重要的”，該觀點得到了與會者的認同，這為正式建立一個國際機構(gòu)協(xié)調(diào)全球氣象信息的獲取和交換起到了推動作用。隨后，1873年，第二屆國際氣象大會同意籌備成立國際氣象組織(International Meteorological Organization，IMO)，并先設(shè)立一個常務(wù)委員會負責(zé)起草國際氣象組織的規(guī)則和章程，白貝羅當選為第一任主席(Sarukhanian and Walker，2015)。這次會議后來被確認為國際氣象組織工作開始的標志。當時常委會還審議了兩個具有超前性的提案，一是建立一個由世界各國政府參與的氣象組織，并常設(shè)一個有經(jīng)費支持的秘書處；二是建立一個國際氣象基金，用來對在偏遠地區(qū)建設(shè)觀測臺站提供支持。這兩個提議在19世紀70年代提出尚不具備條件，但卻為后續(xù)發(fā)展埋下了種子，不僅在之后歷年會議上常被提出討論，并且根據(jù)條件發(fā)展成熟最終發(fā)芽結(jié)果(見4.2.5節(jié))。

1879年，國際氣象組織(IMO)在羅馬正式成立(圖5)。成立之后，IMO做了大量工作，其中最有效的成果集中在制定觀測方法、標準化觀測設(shè)備和觀測資料的整理交換等方面，也包括組織跨區(qū)域的觀測、研究實驗，針對某一領(lǐng)域成立專門委員會并研究相關(guān)問題等。如1889年出版了第一套國際氣象報表；1896年在巴黎出版了“國際云圖集”；支持開展了“國際極地年1882—1883(The International Polar Year 1882—1883)”活動，這是第一個高度組織化的國際氣象科學(xué)計劃；1907年 “全球觀測網(wǎng)委員會(Commission for the Réseau Mondial)”的成立，標志著建立全球氣象站網(wǎng)絡(luò)的努力正式開始，可以認為是IMO成立后的里程碑事件。

1935年在華沙召開的IMO主任會議被認為是決定該組織未來發(fā)展的一次重要會議，標志性事件是將IMO 轉(zhuǎn)變成為政府間機構(gòu)的問題得到了認可，

圖5 國際氣象大會于1879年4月 在羅馬召開(3)圖5～圖8均源自WMO網(wǎng)站.http:∥public.wmo.int/Fig.5 International Meteorological Congress held in Rome in April 1879 (from the WMO’s website)

并決定未來在召開主任會議時將邀請函發(fā)給各國政府，由政府指派氣象機構(gòu)主任參加會議并代表政府行使投票權(quán)。這一做法是基于伴隨氣象重要性的提升，需要政府發(fā)揮更大的影響，包括提供財政上的支持而提出的。為此，華沙會議上組織起草了一份世界氣象公約(World Meteorological Convention)，提交給了1939年舉行的IMO柏林會議。在柏林會議上又專門成立了公約草案研究委員會，以完善該公約草案，提交給計劃于1941年召開的華盛頓會議上討論，但因二次大戰(zhàn)的爆發(fā)這項工作未能如期完成。

二戰(zhàn)后，IMO繼續(xù)推進修改章程和將IMO納入政府間組織的工作，并以柏林草案作為新公約的基礎(chǔ)。經(jīng)多次討論后，1947年9月在華盛頓召開了各國氣象局長會議，會議決定把已成立了70多年的國際氣象組織(IMO)改組為政府間組織：世界氣象組織(WMO)，隨后《世界氣象組織公約》(Convention of the World Meteorological Organization)正式簽署，并于1950年3月23日正式生效。

1951 年春天，WMO在巴黎召開第一屆大會(圖6；Howard，1973)，同年底，聯(lián)合國(UN)大會通過決議，WMO正式成為UN的一個專門機構(gòu)。IMO最終結(jié)束了其階段性的使命，但它創(chuàng)建了一個獨特的國際氣象合作機制，為WMO的成功組建和運行奠定了基礎(chǔ)。

3 WMO在氣象信息交換上所做的努力與成效

《世界氣象組織公約》中確立了六項宗旨，可簡要概括為：①促進在建立氣象觀測站網(wǎng)方面的全球合作；②促進建立和維持氣象和相關(guān)資料的快速交換系統(tǒng)；③促進氣象和相關(guān)觀測的標準化，并確保觀測和統(tǒng)計信息的統(tǒng)一出版；④推進氣象學(xué)在航空、航運、水利、農(nóng)業(yè)和其他人類活動方面的應(yīng)用；⑤促進水文業(yè)務(wù)，增進氣象與水文部門間的密切合作；⑥鼓勵在氣象學(xué)領(lǐng)域的研究和訓(xùn)練及相關(guān)國際合作?？梢钥吹?，全球氣象信息的獲取、標準化和快速交換在其中所占重要比重。

圖6 1951年3月WMO第一屆大會在巴黎召開Fig.6 The First World Meteorological Congress held in Paris, France in March/April 1951

遵循這些宗旨，成立70多年來，WMO雖然也會根據(jù)局勢變化不斷調(diào)整工作重心，但始終將推進全球觀測系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域合作和氣象數(shù)據(jù)自由而不受限制的國際交換以滿足日益增長的科學(xué)和業(yè)務(wù)需求作為其最重要的任務(wù)，并切實促進了氣象信息走向全球化交換和應(yīng)用及標準化的步伐。

1955年WMO第二次大會在日內(nèi)瓦舉行，就明確提出為了滿足未來天氣預(yù)報和預(yù)警系統(tǒng)的需求，要建立一個完整、強大的全球氣象觀測和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，并為此開展了一系列卓有成效的工作。1957—1958年，WMO聯(lián)合國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG)及其上級組織國際科學(xué)聯(lián)合會(ICSU)共同推進了國際地球物理年(International Geophysical Year)活動，針對南半球常規(guī)氣象信息的空缺開展了聯(lián)合觀測和數(shù)據(jù)收集，成功繪制了包括熱帶區(qū)域的完整全球天氣圖，吸引了諸多科學(xué)家共同在聯(lián)合國框架下參與大型科學(xué)計劃(Edwards，2010)。受蘇聯(lián)1957年成功發(fā)射首顆人造衛(wèi)星的啟發(fā)，WMO執(zhí)行理事會1958年會議就衛(wèi)星在氣象探測領(lǐng)域的潛力開展了長時間的討論，并在1959年屆會上建立了一個衛(wèi)星專家組，研究分享衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的信息，計劃在天基對地觀測領(lǐng)域開展國際合作。1960年美國成功發(fā)射第一顆氣象衛(wèi)星TIROS-1后，進一步促進了這一領(lǐng)域合作的快速發(fā)展(Davies，1990)。基于氣象衛(wèi)星的發(fā)射成功,WMO在全球氣象監(jiān)測領(lǐng)域合作的實踐與構(gòu)想,當時國際有影響力的政治家與科學(xué)家對于和平利用太空開展大氣科學(xué)研究所形成的共識等，聯(lián)合國于1961 年12月通過了第1721(ⅩⅤⅠ)號決議，呼吁WMO與相關(guān)組織協(xié)商，通過適當?shù)慕M織方式為各國提供更多影響天氣、氣候的地球物理信息，以支持各成員國開展相關(guān)研究和業(yè)務(wù)的能力。WMO立即做出了回應(yīng)，提出了“世界天氣監(jiān)測網(wǎng)(World Weather Watch，WWW)”概念，以及開展氣象觀測、監(jiān)測和預(yù)測國際合作的整體方案。1962年12月14日聯(lián)合國大會通過其第1802號決議對這一報告給與了認同，要求WMO進一步制定具體的業(yè)務(wù)計劃，并要求ICSU在WMO報告基礎(chǔ)上擴充其科研方案。經(jīng)過一系列的完善、討論和協(xié)調(diào)等準備工作，1967年第五屆世界氣象大會正式通過了《世界天氣監(jiān)視網(wǎng)計劃和實施方案》(Plan and Implementation Programme for the World Weather Watch)，并敦促所有成員積極配合并加快推進實施。接下來的十年是在WMO協(xié)調(diào)下各國通力合作的階段，最終成功完成了全球觀測系統(tǒng)(GOS)、全球通信系統(tǒng)(GTS)和全球數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(GDPS)，構(gòu)成了WWW的核心架構(gòu)，可以提供給當時140多個成員國和區(qū)域的氣象水文部門共享使用。WWW系統(tǒng)也成為迄今為止設(shè)計最合理、合作最成功、應(yīng)用最廣泛的全球公共資源體系，在此基礎(chǔ)上，WMO及與其他組織合作開展的多項科學(xué)與業(yè)務(wù)試驗計劃得以成功開展(Zillman，2018b)。

然而，WMO在全球數(shù)據(jù)獲取與交換領(lǐng)域引領(lǐng)的有效合作并非一帆風(fēng)順，甚至一度進入危機狀態(tài)。20世紀80年代開始，伴隨一些國家嘗試通過市場機制改變多年來由政府部門提供某些公共產(chǎn)品的政策，氣象服務(wù)被列為商業(yè)產(chǎn)品，這導(dǎo)致氣象信息的無條件交換也受到?jīng)_擊，曾保持密切合作的國家氣象機構(gòu)之間開始出現(xiàn)競爭和沖突，曾形成互補的公共、私營和學(xué)術(shù)部門之間的關(guān)系也趨于緊張，WMO各成員之間自由交換觀測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的政策開始受到限制(Zillman，1997)。為了避免WMO最重要的根基受到損害，1991年第11次世界氣象大會后，執(zhí)行理事會成立了專門工作組，試圖協(xié)調(diào)化解出現(xiàn)的數(shù)據(jù)政策困境。工作組向1995年召開的第12屆世界氣象大會提交了一個政策性框架，供大會討論，但仍難以彌合各方的分歧，于是大會又成立了一個開放性的特別小組探討解決方案。試圖達成共識的努力非常艱難，特別小組最終提交了一份充分協(xié)調(diào)了各方意見而達成脆弱共識的“粉色文件”供大會討論，最后由時任世界氣象組織主席、中國氣象局局長鄒競蒙先生主持大會并宣布決議通過。這就是WMO歷史上著名的40號決議。其核心是明確重申自由和不受限制的氣象數(shù)據(jù)國際交流是氣象組織的一項基本原則，并對所謂的“基本”和“附加”數(shù)據(jù)與產(chǎn)品進行了新的區(qū)分，兼顧了不同類型數(shù)據(jù)在交換中的區(qū)別，為商業(yè)氣象活動中所遵循的準則提供了政策指導(dǎo)(Zillman，2019)。

4 WMO全球數(shù)據(jù)交換政策的最新重要進展

受40號決議通過的鼓舞，WMO繼續(xù)在數(shù)據(jù)自由交換領(lǐng)域不斷推進：1999年第13次世界氣象大會通過了第25號決議，將數(shù)據(jù)自由交換政策拓展到了水文領(lǐng)域；2015年第17次世界氣象大會通過了第60號決議，進一步向氣候數(shù)據(jù)交換領(lǐng)域擴充；2019年第18次世界氣象大會通過了關(guān)于數(shù)據(jù)政策和實踐的第56號決議。但由于WMO內(nèi)部機構(gòu)管理效能問題，在水文和氣候數(shù)據(jù)交換政策的落實上并不十分順暢，同時，40號決議通過時所面臨的問題并未隨著時間而消失，且隨著在氣象領(lǐng)域商業(yè)化活動的增加，又面臨新的爭論和挑戰(zhàn)(Blum，2019)。

4.1 第18次世界氣象大會

經(jīng)過反復(fù)討論和精心準備，2019年第18次世界氣象大會通過了日內(nèi)瓦宣言：《構(gòu)建天氣、氣候和水行動共同體》。宣言再次強調(diào)“各成員承諾按照世界氣象大會第40號(Cg-12)、第25號(Cg-13)和第60號(Cg-17)決議的規(guī)定，擴大和加強氣象、水文和氣候數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的自由和無限制的交流，……”；同時，在關(guān)于公共與私營部門關(guān)系方面，提出 “WMO的如下作用不斷演變，即促進建立和擴大公共、私營和學(xué)術(shù)等部門各利益相關(guān)者之間的伙伴關(guān)系，從而顯著提高所有國家的高質(zhì)量天氣、氣候、水和其他相關(guān)環(huán)境信息和服務(wù)的可用性”。

第18次世界氣象大會的另一個亮點是審議批準了執(zhí)行理事會提交的“向更綜合的‘地球系統(tǒng)’方法進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變”的計劃。所謂“地球系統(tǒng)”，是涵蓋了大氣、水、陸地、冰凍和生物圈層的整體，這顯然極大拓展了WMO的工作領(lǐng)域，盡管這些新領(lǐng)域不可能由WMO單獨完成和承擔(dān)，但勢必將推進世界范圍地球科學(xué)領(lǐng)域更廣泛的合作，包括數(shù)據(jù)交換方面的合作。

4.2 2021年特別屆會

2021年10月，WMO召開了特別屆會，在落實層面上對第18次世界氣象大會成果進行具體政策研討和準備。這次會議得到了WMO的高度評價，會議閉幕時WMO網(wǎng)站以“世界氣象大會以具有里程碑意義的決定結(jié)束了歷史性會議(4)World Meteorological Congress concludes historic session with landmark decisions”為題進行報道。

所謂“里程碑意義的決定”，與數(shù)據(jù)與信息交換政策領(lǐng)域取得的顯著進展密切相關(guān)。本次會議通過了三個重要決議：“WMO統(tǒng)一的地球系統(tǒng)資料國際交換政策(WMO unified policy for the international exchange of Earth System Data)”“建立全球基本觀測網(wǎng)(GBON)有關(guān)技術(shù)規(guī)則修正案(Amendments to the technical regulations related to establishment of the Global Basic Observing Network)”“觀測系統(tǒng)融資機制(systematic observations financing facility，SOFF)”?！袄锍瘫焙汀皻v史性”，說明要協(xié)調(diào)世界各國在這些問題上達成一致，取得的每一點進展都來之不易。

與WMO歷次通過決議相比，這次大會取得的顯著進展體現(xiàn)在哪些方面？綜合分析上述三個重要文件以及配套的相關(guān)改革措施可以發(fā)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在新資料政策的完整性、系統(tǒng)性、參與性、雙向性、持續(xù)性和導(dǎo)向性等多重特征。

4.2.1 完整性

值得關(guān)注的是，資料交換政策決議的標題直接使用了“地球系統(tǒng)資料”這一概念，具體內(nèi)容中也明確提出一些重要理念，如：“需要采取綜合的地球系統(tǒng)方法進行監(jiān)測和預(yù)測，地球系統(tǒng)各組成部分之間存在緊密的相互作用和依賴”“同意為 WMO 所有領(lǐng)域和學(xué)科制定統(tǒng)一的資料政策”“WMO 致力于擴大和加強地球系統(tǒng)資料的免費和無限制的國際交換”等，明確了地球系統(tǒng)的核心與推薦資料所包含的七大領(lǐng)域：“天氣、氣候、水文、大氣成分、冰凍圈、海洋、空間天氣”，并敦促會員“采取必要行動，促進在國內(nèi)和國際上關(guān)于地球系統(tǒng)資料共享和交換的國家政策和規(guī)則與通過本決議頒布的政策保持一致”。從這些內(nèi)容中可以看出，WMO一方面從以往將天氣、氣候、水等資料交換政策分別處理的方式轉(zhuǎn)換為制定統(tǒng)一完整的政策，避免了各領(lǐng)域分支單打獨斗、無效重復(fù)、缺乏協(xié)調(diào)的弊端，同時將原來的天氣、氣候和水的領(lǐng)域擴展到了整個地球系統(tǒng)，為不斷增加的多方面資料需求提供了解決方案，是對當前形勢發(fā)展的響應(yīng)。當前，在應(yīng)對氣候變化、生態(tài)環(huán)境保護、自然災(zāi)害防御等方面面臨的緊迫需求，已遠超傳統(tǒng)信息所能提供的支持，如果對涵蓋領(lǐng)域不能做出實質(zhì)性拓展，那么無論是從科研還是相關(guān)的業(yè)務(wù)發(fā)展和服務(wù)的角度，都會遇到基礎(chǔ)信息系統(tǒng)性缺失的障礙，難以構(gòu)成統(tǒng)一、完整、融合的體系，更無法提供切合實際需求的服務(wù)產(chǎn)品。從這一現(xiàn)實看，將資料交換政策拓展到地球系統(tǒng)領(lǐng)域，提供完整的推進方案，是此次會議通過決議的重要亮點。

4.2.2 系統(tǒng)性

對于其他類型變量Va∈U[Bl,Bu]，下限Bl=(bl1,bl2,,bln)，上限Bu=(bu1,bu2,,bun)，而后再基于上下限隨機生成一個處于[0,1]的參數(shù)Co=(co1,co2,,con)，則

系統(tǒng)性則是針對WMO內(nèi)部組織間的協(xié)調(diào)問題，這涉及到近年來WMO開展的一系列機構(gòu)改革措施。為了適應(yīng)未來面向“地球系統(tǒng)”的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，早在2015年的第17次世界氣象大會，就責(zé)成執(zhí)行理事會(EC)為未來的WMO組織結(jié)構(gòu)提出改革方案。2018年通過的改革方案，其中一個較突出的改革內(nèi)容，就是將原有的八大技術(shù)委員會和科學(xué)委員會及兩個研究計劃合并為三個委員會，即基礎(chǔ)設(shè)施委員會、服務(wù)委員會和科學(xué)委員會(圖7)。改革的目標是提高效率和運行的協(xié)同性，避免因職能交叉而導(dǎo)致許多決策無法落實，如第25號(Cg-13)和第60號(Cg-17)決議在在執(zhí)行中就曾因缺乏協(xié)調(diào)而導(dǎo)致推進不力的情況。WMO組織結(jié)構(gòu)改革為這次特別屆會的決定鋪平了道路，也為新的資料政策落實減少了障礙，有利于系統(tǒng)性推進。

4.2.3 參與性

在統(tǒng)一資料政策文件中進一步確認了《日內(nèi)瓦宣言》中關(guān)于加強公共與私營部門合作的原則，提出要與各國公共、私營和學(xué)術(shù)部門的所有利益攸關(guān)方進行協(xié)調(diào)，促進 WMO 相關(guān)活動、政策和標準的確立，并在文件的附錄3中系統(tǒng)地闡述了這項合作的指導(dǎo)原則，包括總體指導(dǎo)原則和將資料劃分為“核心資料”與“推薦資料”的具體提供和交換指導(dǎo)原則。顯然，這些指導(dǎo)性政策的確定，有助于增加國際氣象數(shù)據(jù)交換的參與度，使不同利益主題在參與相關(guān)資料活動時有了政策依據(jù)。另一方面，在GBON修正案中，還特別提到與國際海洋觀測相關(guān)組織的合作問題，要求WMO秘書長“與政府間海洋委員會(IOC)和全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)共同發(fā)起機構(gòu)合作，探討在實施和進一步發(fā)展GBON的過程中，利用海洋觀測方面的國際合作的可能性”，這也將增加未來全球氣象觀測參與的廣泛性，有望獲取更完整的地球系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)。

4.2.4 雙向性

所謂雙向性，是指不能僅要求各國單向地提供觀測資料，技術(shù)發(fā)達國家通過獲取資料加工而成的高質(zhì)量產(chǎn)品也應(yīng)對資料提供方予以反饋。這顯然是一個合理的機制設(shè)計。盡管有不少國家或組織已做了不少貢獻，使得許多產(chǎn)品都能通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式共享，但通過WMO決議方式，明確約定免費使用交換資料后的一種責(zé)任，應(yīng)該說是制度層面的創(chuàng)新，這明確了信息提供方與使用方的雙向責(zé)任。決議中相關(guān)的闡述包括：“全球數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)的成果在支持所有天氣、氣候、水和相關(guān)環(huán)境產(chǎn)品和服務(wù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此，重要的是擴大和加強所有會員免費和無限制地獲取這種成果”“這些全球預(yù)報系統(tǒng)反過來又依賴于地基和空基觀測系統(tǒng)提供的來自全球所有地區(qū)對觀測持續(xù)、有力和可靠的投入”，要求WMO秘書長“促進與數(shù)值天氣預(yù)報中心和其他利益攸關(guān)方的進一步合作，以確保全體會員全面、免費和無限制地獲取地球系統(tǒng)監(jiān)測與預(yù)報數(shù)據(jù)，以支持它們提供公共天氣、氣候、水和相關(guān)環(huán)境服務(wù)”“WMO的長期目標是縮小會員之間在天氣、氣候、水和相關(guān)環(huán)境服務(wù)方面的能力差距，包括他們獲得并受益于模式數(shù)據(jù)和衍生產(chǎn)品的能力，而這些資料和產(chǎn)品對拯救生命和保護財產(chǎn)的關(guān)鍵任務(wù)至關(guān)重要” “如果沒有互惠，國際資料交換就無法持續(xù)”，等等。從這些內(nèi)容可以看到新的“資料交換政策”決議的鮮明特點，它明確了數(shù)據(jù)與產(chǎn)品價值實現(xiàn)的雙向依賴性，構(gòu)成信息雙向交換的政策依據(jù)。雙向性原則的確立，使數(shù)據(jù)產(chǎn)品的提供不再僅是一種自愿的選擇，而成為應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

4.2.5 持續(xù)性

以往WMO決議在執(zhí)行過程中常會面臨一個無法回避的問題，就是由于缺乏技術(shù)和資金上的支撐，導(dǎo)致其在欠發(fā)達國家難以很好落實。在觀測系統(tǒng)建設(shè)上同樣如此，由于發(fā)展不平衡，本就無法覆蓋全球的陸地氣象觀測網(wǎng)存在著一些或大或小的漏洞。對此，為確保資料交換決議能得到全面且可持續(xù)的落實，WMO經(jīng)過長時間的探討和準備，并與相關(guān)金融機構(gòu)形成共識后，在這次特別屆會上通過了為觀測系統(tǒng)融資的“SOFF”決議，為解決欠發(fā)達地區(qū)氣象觀測網(wǎng)建設(shè)問題邁出了堅實一步。盡管在具體落實上仍有許多工作要做，但從解決長期存在的不平衡發(fā)展問題角度看，這確實是一個良好開端，若能取得成功，將為全球氣象觀測和數(shù)據(jù)交換提供可持續(xù)的支持。這是在IMO時期就曾探討過的議題，那時埋下的種子終于開始發(fā)芽生長。

圖7 WMO業(yè)務(wù)、科研部分改革方案Fig.7 WMO technical commissions reform mapping

4.2.6 導(dǎo)向性

全球基本觀測網(wǎng)GBON 是WMO全球綜合觀測系統(tǒng)(WIGOS)的一個地面觀測子集，已在第18次世界氣象大會上通過。特別屆會通過的技術(shù)修正案，是從標準層面對GBON進行了技術(shù)規(guī)范，因此對全球觀測系統(tǒng)發(fā)展具有明確的導(dǎo)向性。以往的全球氣象觀測是基于各國或某一區(qū)域的觀測網(wǎng)整合而成的，雖然建立了一些技術(shù)標準，但由于缺乏統(tǒng)一設(shè)計和規(guī)劃，因此有些區(qū)域因經(jīng)濟原因沒有開展觀測，有些區(qū)域盡管開展了觀測但沒有實現(xiàn)共享，還有些區(qū)域未能按要求和相關(guān)技術(shù)標準交換數(shù)據(jù)，等等。圖8是根據(jù)全球數(shù)值天氣預(yù)報中心報告的陸地表面氣壓觀測情況，由圖可見全球氣象觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)提供尚存在很多不足。這些不足，導(dǎo)致氣象觀測在為以全球數(shù)值預(yù)報為基本需求的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供信息時無法達到最優(yōu)。GBON的目標就在于克服這一不足，從滿足全球預(yù)報服務(wù)業(yè)務(wù)需求角度，來定義和設(shè)計觀測網(wǎng)絡(luò)，這也是本次決議的重要特點。同時，SOFF決議的通過，也使得對于一些空白區(qū)域的觀測設(shè)計有了實現(xiàn)的可能。

圖8 2018年6月27日一個或多個全球數(shù)值天氣預(yù)報中心報告的陸地表面觀測氣壓 (完全報告的站點顯示為綠色，部分報告的站點為橙色，按最少功能運行的站點為紅色， 沉默/未報告站點為黑色)Fig.8 Surface land pressure observations reported by one or more global numerical weather prediction centres on 27 June 2018 (green: fully reporting stations, orange: partly reporting stations, red: minimally functioning stations, black: silent (non-reporting) stations)

5 討 論

以實證、定量、數(shù)學(xué)方法為特征的近代科學(xué)發(fā)展為氣象學(xué)的發(fā)展奠定了堅實的科學(xué)基礎(chǔ),也對氣象觀測和數(shù)據(jù)提出了明確需求，同時為氣象研究提供了科學(xué)方法，是氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)走向現(xiàn)代化的引導(dǎo)?，F(xiàn)代氣象科學(xué)的進步，包括向地球系統(tǒng)領(lǐng)域的拓展，依然要沿著這一路徑和方向推進。

氣象科學(xué)和業(yè)務(wù)的發(fā)展離不開全球范圍的廣泛合作，那些早期的開拓者們清醒地意識到了這一點，通過聯(lián)合觀測、建立組織等活動開展了有效的探索，最終建立了WMO這樣有效的國際合作組織，推進了氣象科技與業(yè)務(wù)的進步，為氣象防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣候變化、可持續(xù)發(fā)展等工作提供了有效支撐。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以氣象數(shù)據(jù)交換為基礎(chǔ)的全球合作也將不斷面臨新的問題和挑戰(zhàn)，需要各國的氣象工作者進一步加強協(xié)商，珍惜已形成多年的合作基礎(chǔ)，探討可行的途徑，在兼顧各方利益的條件下形成共識，在新的形勢和變化中尋求合理的解決方案。

對以數(shù)值預(yù)報模式為重點需求的氣象觀測系統(tǒng)，要加強科學(xué)設(shè)計，包括填補空白區(qū)、增加時空分辨率、提高觀測質(zhì)量、地球系統(tǒng)多圈層要素的增加、多種探測技術(shù)的結(jié)合使用等，WMO的GBON起到了重要導(dǎo)向作用，但在實踐中還需要世界各國協(xié)作推進，這將是一個逐步探索完善的過程。

國際社會在氣象觀測與數(shù)據(jù)交換領(lǐng)域的合作經(jīng)驗也可供國內(nèi)借鑒，特別是在地球系統(tǒng)科學(xué)越來越受到廣泛關(guān)注，自然災(zāi)害、氣候變化、生態(tài)環(huán)境等問題對人類社會和可持續(xù)發(fā)展影響越來越大的形勢下，任何單一部門都難以構(gòu)成解決問題的決定性力量，只有尋求廣泛、有效的合作才是唯一可行的路徑。