氣候觀測

氣候觀測是指通過各種氣象儀器對全球氣候系統進行動態觀測。不僅包括大氣常規觀測，也包括各種特殊項目觀測，如海冰、太陽常數等項的觀測。 ^[1] 

我國現有與氣候系統觀測有關的觀測站網主要由四部分組成：大氣觀測子系統、海洋觀測子系統、陸地觀測子系統和空基觀測子系統，目前分別由氣象、海洋、水利、環保、農業、林業、中國科學院等部門機構和組織和運行，種類較多，涉及大氣、海洋、水文、冰雪、陸地生態等多個方面。 ^[2]  我國自20世紀50年代起，與國際同步實施了世界天氣監測（WWW）計劃，逐步建立了WWW網。 ^[2] 

地球系統中的大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈構成了氣候系統，氣候系統中不同圈層之間 的相互作用決定了氣候的自然變化。由於人類活動的日益加劇，對氣候系統已經產生了顯著影響。氣候的自然變化和人類活動導致的氣候變化對社會經濟的發展以及 人民生活的影響日益加大，並涉及到國家安全、環境外交和可持續發展等一系列重大問題。要認識氣候變化及其強迫因素、預測未來氣候變化，最基礎的工作是建立 針對氣候目的涉及到氣候系統五大圈層的綜合氣候觀測系統，以獲取所需的高質量資料和相關產品，提供氣候系統變化的詳細信息。

氣候變化不僅是國際上的一個熱門研究課題，許多領域的規劃和決策也必須考慮氣候變化的作用。氣候觀測系統具有重要意義。

（1）氣候觀測將改進對所發生氣候變化的描述，更好地確定氣候發生變化的原因（特別是外強迫的作用、氣候系統慣性和自然變異），並提高氣候預測的可靠性。

（2）氣候系統的觀測信息將有益於監測和檢測氣候系統及其變化，記錄自然氣候變異和極端氣候事件，模擬和預報氣候變異和氣候變化，評價氣候變化對生態系統及社會經濟的潛在影響，支持瞭解、模擬和預測氣候系統所需的業務和研究。

（3）氣候系統的觀測也有助於根據氣候以及氣候變化趨勢確定經濟發展規劃、調整生產佈局、防災減災、合理利用氣候資源、開展生態環境建設和保護等。

（4）氣候觀測也有助於為我國氣候敏感經濟部門提供更有效的服務，併為我國國防建設和環境外交提供支持。 ^[3] 

科學的氣候觀測系統要求氣候觀測能夠：

（1）描述全球氣候系統的現狀及其變異；

（2）監測氣候系統的強迫，其中包括自然強迫和人為強迫；

（3）尋找氣候變化的原因；

（4）預測全球氣候變化；

（5）籌劃將全球氣候變化信息運用到區域和國家一致；

（6）描述在影響評估和適用性中很重要的極端事件，並評估風險和脆弱性。 ^[3] 

氣候觀測主要有三方面的內容：大氣常規觀測、海洋及系統其他成員的常規觀測、非常規觀測。

19世紀後期到20世紀30年代，世界範圍的氣候觀測只有地面氣温、降水量和氣壓。美國最早繪製了20世紀以來北半球月平均海平面氣壓圖。對流層氣温序列最早開始於1958年，且僅限於北半球。1978年以來有了衞星觀測，它能覆蓋南北兩個半球，成為獲得覆蓋最完整分辨率均勻資料的工具。近年來建立了主要限於全球陸地的全球降水量的格點序列。氣温、降水量和氣壓這三種要素觀測序列最長，也是能夠反映氣候狀況的基本要素，成為氣候監測的最主要內容。

20世紀30年代以後，逐漸有了高空探測資料。前蘇聯繪製了500百帕高度週期平均圖。美國從40年代開始做西半球北美及鄰近海域5天及30天的700百帕高度平均圖。日本繪製了世界上最早的北半球500百帕高度月平均圖。中國的北半球500百帕高度月平均圖序列開始於1951年。目前NCAR等單位初步完成了1958年以來的再分析資料，包括各等壓面的高度、温度、風及地面的氣温、降水量的格點資料。由於逐日資料，不僅對氣候學，對天氣學與數值預報等都有重要意義。

海洋是全球氣候系統監測中的重要組成部分，但至今海洋資料中最豐富的是海面温度，過去海面温度主要靠商船觀測。CODAS資料庫收集了1850年以來的資料，其中1949年之前，特別是20世紀末之前，資料覆蓋面很小。衞星觀測使海温温度資料精度提高，但與船舶觀測還有一定的差異，所以兩者結合的資料用來繪製海面温度距平圖。

海洋觀測中的鹽度、洋流及深海海温等很缺乏，大部分無系統觀測資料，近年來才給出赤道太平洋混合層深度(用20℃等温線的深度表示)及800米深至海面的温度距平。從全球角度看，對鹽度及深海海温缺少系統的長期觀測資料。

雪蓋和海冰面積的觀測是冰雪圈監測的主要內容。1924年，前蘇聯建立目測海冰序列。目前美國設立了全球冰雪分析中心，公佈每週及月平均南北半球海冰及雪蓋面積，雪蓋序列是從1966年開始，而海冰序列是從1974年開始。加拿大重建了20世紀以來的雪蓋資料。

過去土壤温度及濕度的觀測資料很少。近年來已經有了比較系統的資料，衞星對全球植被進行了觀測，獲得了高分辨率資料，為氣候系統模式提供了重要的基礎。

目前許多特殊觀測獲得的資料，對全球氣候系統的監測也十分珍貴。太陽常數觀測是一個重要的內容，觀測表明太陽常數的變化與太陽黑子11年週期中的黑子數成正比。因此，近百年以來以地面為基礎進行的太陽常數觀測是不可缺少的。但衞星觀測與地面觀測的詳細對比，目前尚缺少。

大氣中微量氣體的觀測也十分重要，冰芯氣泡提供了二氧化碳的長序列。其他微量氣體如甲烷、氯氟碳化物等也建立了相應的序列。如平流層氣溶膠觀測對研究火山爆發的氣候影響也很重要，也有了相應的衞星觀測資料。

1990年，瑞士日內瓦召開第二次世界氣候大會，按照此次大會的建議，世界氣象組織（WMO）、聯合國教科文組織的政府間海洋學委員會（IOC）、國際科學聯盟理事會（ICSU）和聯合國環境規劃署（UNEP）1992年共同在發起了“全球氣候觀測系統”（GCOS）計劃。

GCOS的目的在於建立長期的氣候觀測業務系統，以保證能夠獲取涉及其氣候相關問題所必需的觀測資料，並且所以用户都能夠得到所需要的資料。GCOS強調氣候系統整體，包括物理、化學和生物特性以及大氣、海洋、水文、冰雪和陸地過程。

中國氣候觀測系統的發展歷程：

1992年，國際上成立了GCOS聯合科學技術委員會（JSTC），其作用主要是制定GCOS的整體概念和範疇。為GCOS提供科學技術指導。國家海洋局第二海洋研究所的蘇紀蘭院士和中國氣象研究所研究院周秀驥院士先後擔任JSTC委員，並在我國積極推動與GCOS有關的工作。

我國於1997年由13個部委共同成立了“全球氣候觀測系統中國委員會”，由中國氣象局温克剛局長擔任主任.

GCOS專家組開展了包括觀測內容、時空尺度、精度等優化中國氣候觀測系統研究以及氣候觀測資料庫的研究，並着手於進行“中國氣候觀測系統”的編寫。

近幾年來，由於對氣候變化重要性認識的不斷上升，在《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）以及WMO和UNEP聯合支持的政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的推動下，國際上加緊了GCOS行動計劃的制定。

2002年，中國召開了“中國氣候大會”，會上通過了“中國氣候觀測系統計劃”，併成立新一屆“全球氣候觀測系統中國委員會”，在委員會的領導下成立了“中國氣候觀測系統實施方案"編寫組，先後有30多個多位的80餘名科學家和業務人員參與編寫工作。

中國氣候觀測系統以我國有關部門管理的與氣候系統相關的大氣、海洋、水文、生態、陸地、環境觀測系統為基礎，編寫組歷時數年設計了一個高效的、符合我國國情的GCOS接軌的中國氣候觀測系統，並完成了”中國氣候觀測系統實施方案“。 ^[3] 

2015年建全球氣候觀測中心和國家氣候觀象台

2013年10月31日召開的全球氣候觀測系統(GCOS)中國委員會第七次會議上獲悉，《中國氣候觀測系統實施方案（2013修訂）》和“優先行動計劃”剛剛審議通過，根據優先行動計劃，作為一級優先項目，將在2015年前後建立全球氣候觀測系統數據中心和國家氣候觀象台。

據中國氣象局氣象探測中心副主任曹曉鍾介紹，中國氣候觀測系統的總體目標是建立一個覆蓋全面、高效運行、技術先進、數據準確、服務社會的業務運行系統，着眼於對氣候系統各個組成部分及其相互作用進行長期的、連續的、不受干擾的科學監測，為社會提供全面的、高質量的基本氣候變量監測數據，全面提高對中國氣候變化及其影響的認識、理解、模擬與預測技術水平，為中國製定科學合理的減緩與適應氣候變化經濟政策，維護外交談判主張與立場，保持社會可持續發展提供有力的基礎支撐。 ^[4]