海洋气象观测技术现状及发展分析
周彤 章宇哲
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周彤 章宇哲,. 海洋气象观测技术现状及发展分析[J]. 气候变化研究,2024.2. DOI:10.12721/ccn.2024.157011.
摘要:
地球上70%的面积是海洋,但是由于缺乏陆地上的气象观测站网,导致海上气象观测数据极其匮乏,从而无法满足对海洋和其他高影响天气过程的深入研究,也无法提升预报的准确性。本文将探讨海洋气象观测技术的现状及其发展。
关键词: 海洋气象观测技术
DOI:10.12721/ccn.2024.157011
基金资助:

中国拥有广袤的海洋,其海岸线绵延数千公里,沿海地区的经济发展迅猛,与大陆及其周边地区毗邻,拥有丰富的自然资源;随着时间的推移,海洋交通、渔业、石油天然气开发、科学研究、旅游以及军事行动变得越来越普遍,为中国经济发展提供了重要的支撑。中国海岸线的气候状况十分复杂,海域的海况也极其不稳定,因此,海洋气象灾害时有发生,比如狂风、暴雨、浓雾、海面强烈的对流等。由于海洋特别是外洋气象数据的匮乏,使得人们无法充分理解和准确预测那些具有重大影响的天气变化。因此,探讨海洋气象观测技术具有重要的意义。

一、 海洋气象观测技术现状

为了更好地理解海洋天气现象,特别是灾害性天气现象的形成机制、发展趋势,并且有效提升海洋和沿海地区的气候预报精度,我们必须利用多种观测平台和先进的观测技术,收集有关海洋气象要素的数据。目前,我国在海洋气象观测方面已经取得了一定的进展。例如,通过遥感手段获取海洋表面温度、湿度、云层高度等资料;使用航空测量仪器进行海洋气溶胶浓度、水汽含量、盐度等参数的测定;利用海洋浮标系统采集海水温度、盐度、深度、波浪等数据;同时,还建立了许多地面气象台点、海洋气象台点和海洋气象船只等观测站点。这些观测站点提供了大量的海洋气象数据,为提高海洋气象预报的精度和可靠性做出了重要贡献。

二、海洋气象观测技术的发展分析

(一)海洋观测技术的发展趋势

随着科技和人类对自然环境认识的不断深入,海洋气象观测技术也在不断地得到改进和发展。目前,海洋气象观测技术主要分为以下几个方面:

1、卫星遥感监测技术

卫星遥感监测技术是当前海洋气象观测技术中非常重要的一部分。通过利用卫星遥感监测技术,可以获取海面温度、湿度、风速等方面的信息,从而为海洋气象研究提供重要的数据支持。

2、水下探测仪器

水下探测仪器是指在海水中进行测量的技术设备。这些仪器可以在海底环境中获得各种物理参数的数据,如水温、盐度、深度等等。水下探测仪器的应用范围非常广泛,可以用于海洋地质勘探、海洋生态调查、海洋污染控制等多种领域。 

3、大气探测器

大气探测器是一种用于检测大气中的气体成分、温度、压力等参数的装置。这种设备通常安装在飞机或火箭上,可以通过飞行高度的变化来收集不同的气象数据。

4、海洋浮标系统

海洋浮标系统的目的是记录海洋表面的各种气象要素,包括海浪、波高、风向风速、气压等等。这些资料对于海洋气象的研究具有重要意义。

5、船舶观测系统

船舶观测系统主要用于海上天气预报、海洋资源开发以及环境保护等领域的应用。

6、无人机观测系统

无人机观测系统是一种新型的海洋气象观测工具,它能够实现长时间连续地观测、高速移动、远程操作等功能。

(二)海洋观测技术的发展方向

随着人们对海洋的认识日益深入,传统的观测方式已经难以捕捉到许多关键的海洋现象,从而阻碍了更多的研究。此外,由于海洋资源的持续开发和沿海地区的快速发展,现代的观测技术也难以满足复杂的海洋管理需求。随着先进的科学技术的不断推陈出新,如卫星遥感、水声探测、雷达、多平台观测、传感器、通信(包括水声通信)以及水下组网等,海洋观测正在朝着更加先进的、更加实时、更加同步的、更加持久的、更加全面的、更加精细的、更加高精度的观测方式发展,使得我们能够获得更加全面的、更加立体的海洋观测。

为了更好地了解海洋的状况,我们正在努力建设一个全方位的、可持续的传感器网络,以便能够进行实时的多学科监测。该网络由许多不同的海底监测站组成,包括浮标、潜水器、海底监控系统和定位剖面仪,以及通过滑翔器和AUV等移动监控设备进行监控。为了扩大观测范围,我们使用了声学遥测技术来提高采样密度。我们在不同的节点、移动平台以及其他设备之间使用多种通信方式,如声学通信来实现数据传输、定位和导航。未来,通过使用现代技术,人类可以随时随地、深入地探索和掌握海洋环境的最新状况。

三、海洋气象观测技术发展展望

通过对海洋气象观测技术的综合分析,我们可以发现:(1)尽管近海和远海的气象观测取得了一定的进步,但仍然存在着许多时间和空间上的不足;(2)在强风浪的情况下,海洋气交换、海洋表层、大气边界层以及垂直探空观测等领域,尚未发展出有效、经济的技术手段或平台;(3)随着科技的发展,海上无人驾驶观测平台及其搭载的传感器的性能已经得到了显著改善,航行时间和速度也得到了大幅提升,协同组网综合观测技术也已经取得了长足的进步,但仍需要借鉴Argo的经验,制定出适当的技术标准、观测规范和资料格式。

2017年10月,JCOMM 发表了一份具有里程碑意义的未来蓝图,其中第一个重点任务便是建立一个具有明确目标、高度整合性及尖端科学技术的海洋观测系统,以满足日益增长的全球性天气、气候及海洋服务需求。JCOMM 的观测协调组(OCG)致力于制定5年的工作计划,以确保观测需求的满足,并有效地实施观测系统,进行资料的有效管理和集成,并将其达到标准化的要求。

为了更有效地建立中国的海洋气象综合观测系统,我们不仅要加强各部门、各机构之间的协调配合,积极参与国际合作,实现数据共享,而且还应该运用系统工程的思维,进行全面的规划,确定海洋气象、气候和环境业务及研究所需的观测参数及其要求;为了更好地推进海洋气象观测技术的发展,应当大力支持产学研用的结合,开发和验证新型的气象水文观测系统,如基于无人船的自主航行部署,以及具有高效机动性的气象探测无人机;通过建立一个覆盖全球海洋的多维度、多层次的气象观测系统,以及它们之间的有效协同,我们可以为“数字海洋、智慧海洋”的发展提供更加丰富的信息支持。

总而言之,海洋气象观测技术是海洋科学的重要组成部分之一,它对我们了解海洋气象现象有着至关重要的作用。未来的海洋气象观测技术必将朝着更高效、更精准的方向前进,并且与时俱进地适应新的时代背景和发展趋势。

参考文献:

[1] 海洋气象综合保障工程建设的现状分析[J]. 李元寿;李峰;王胜杰;陆楠;伍洋;曹玉静;翟薇;王东林;牛官俊;马金玉;谭娟.浙江气象,2017(02)

[2] 南海海洋气象观测技术现状与发展[J]. 匡昌武;张雪芬;黄斌;井高飞;高涛.气象科技进展,2020(04)

[3] 海洋环境定点平台观测技术概述及发展态势分析[J]. 李民;刘世萱;王波;陈世哲;齐尔麦;汪东平.海洋技术学报,2015(03)

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