海洋學之父莫里和國際氣象合作的開端

Th 賈朋群

海洋學之父莫里和國際氣象合作的開端

Th 賈朋群

環繞地球的大氣層與覆蓋地球表面70%的海洋之間存在著緊密的聯系，這一點在人類對大氣和海洋的認識歷程中都準確無誤地表現出來。160年前的1853年，第一次國際海洋氣象會議在比利時的布魯塞爾召開，會議的參加者雖然只有來自比利時、丹麥、法國、英國、荷蘭、挪威、葡萄牙、瑞典和美國等9個國家的主要是海軍軍官的12名代表，但正是在這次會議上，討論并就航行于全球海洋上的船只進行氣象和海洋觀測達成了一致意見，意義巨大的統一的海洋氣象觀測網在這次會議之后逐漸形成，為全球的海洋運輸業的大發展創造了條件。對氣象學家來說更為重要的是，這次會議直接導致了20年以后的1873年第一次國際氣象大會在巴黎召開和世界氣象組織（WMO）的前身國際氣象組織（IMO）的成立，為最具廣泛意義的國際氣象合作奠定了基礎。布魯塞爾會議的倡導者和組織者，是被稱為海洋學之父的美國海洋學家莫里，一個受到當代海洋學家，同時也受到全球氣象學者尊敬的先驅者。

美國海軍上尉馬修?方丹?莫里（Matthew Fontaine Maury，1806—1873年，圖1）1806年1月14日出生于美國弗吉尼亞。這位種植園主的后代，是家中的第7個孩子，從小就爭強好勝的莫里，因為他的一個哥哥成為了美國海軍軍官，為了與哥哥比高下，1824年剛剛達到入伍年齡的莫里也順理成章地成為了美國海軍學校的一員。1825—1834年，莫里參加了3次遠航，到達了南太平洋、歐洲并完成了全球航行。在這些航行實踐中，莫里切身體會到了海洋洋流和風場對于航行的重要意義。1939年，已經晉升為海軍上尉的莫里在一次事故中不幸腿部致殘。不適合服役遠航的莫里在1842年被任命為主管海圖和儀器庫的負責人。事實證明，這次任命是將一個最為適宜的人在最適宜的時候放在了最適宜的位置，一個偉大的海洋氣象學家應運而生。莫里在大量船只報告檔案中，開始研究和綜合全球海洋洋流、風場和天氣數據。為了收集更多的有效資料，他還通過向船長們分發專門定制的包括各種海洋氣象要素觀測格式的航海日志，試圖將觀測規范化。為了讓更多的船只參與觀測，他還堅持將繪制的包括各海區風場、洋流圖的航海圖免費提供給船長們，唯一的條件是和他們交換最新的航海日志。這樣所有實施觀測的船只能夠從莫里手中優先獲得最新的海圖，而他們提供的資料，又成為莫里訂正和補充海圖的信息來源。莫里的海圖很快聞名全球，與船長之間這一有效和在自愿基礎上互利互惠的合作的方式也在無形中鍛造了國際氣象界公開交換環境資料的傳統。1843年莫里開始發表能夠幫助船只縮短航程和節省燃料的航海圖（圖2）。這些包括了風速和洋流等海上航行最重要要素的航海圖，是莫里最初編制的基于船只航海日志得到的數據進行提煉、融合后得到的，對于遠航的船長來講具有巨大的實用價值。隨著獲得資料的增加和內容的豐富，莫里海圖的內容和種類也逐漸增加，海圖有6種類型：序列A：航路圖；序列B：貿易風圖；序列C：導航圖；序列D：熱量圖；序列E：風暴和降水圖；序列F：鯨魚圖。正是這一工作，讓人們看到了觀測的重要性，領會到點滴的觀測匯集起來，能夠具有不可替代的巨大價值。可以說，莫里是最早通過對“大數據”的挖掘，獲取巨大價值的實踐者（鏈接-1），正是受到莫里思想的啟發和實踐的引導，促成了1853年布魯塞爾會議的召開，從而將包括氣象觀測在內的全球觀測網的組織、協調和管理，逐漸變為世界各國的共同事業。

莫里的航海圖讓人們看到了觀測的重要性，領會到點滴的觀測匯集起來，能夠具有不可替代的巨大價值。

圖1 馬修?方丹?莫里（Matthew Fontaine Maury，1806—1873年）

圖2 莫里1852年發表的風和洋流圖之一（a）以及19世紀中葉船只在海上航行的情景（b）。莫里和系列航線圖覆蓋了大西洋、太平洋和印度洋海域，莫里在美國水文局的授權下出版這些海圖，這些珍貴的原始海圖，被美國地理學會圖書館收藏，在美國一些大學的數字化圖書管里可以通過網絡查閱（例如，本圖來自威斯康星大學圖書館，網址為http://www4. uwm.edu/libraries/AGSL/）

最早提出建立國際氣象大會制度全盤考慮氣象觀測統一系統建議的，是英國特種兵團的工程師詹姆士上尉。這個建議雖然當時得到了英國政府的支持，但由于“遇到一些困難而無法立即實施”。在分析和收集海洋氣象資料并在海運中成功應用中經驗豐富的莫里，提出了一個變通但更為全面的建議：

“所有沿海國家的海軍應該合作，使氣象觀測達到統一，使位于世界上任何地方的船只之間的觀測可以互相參考和比較。而且，由于要征召各國海洋商業和軍隊船只自愿合作加入這一觀測和研究體系，由各主要參與者共同制定所用（用于交流觀測結果）的航海日志的格式，怎樣描述所用儀器，觀測的項目和儀器生產廠家以及觀測的方法和方式，不僅是適宜的，也是有遠見的。”

1853年8月23日，在布魯塞爾國際海洋氣象會議上，討論了莫里的提案。會議通過了船只觀測記錄的標準形式以及進行必要觀測項目的指南。指南只限于保證一致性的最低要求。24行的觀測記錄的形式則較為全面，觀測的要素包括：氣壓、濕球和干球溫度、風速和風向。需要列出的信息有：云量、云狀、云移動的方向、海表和海水溫度。補充信息包括以下天氣現象的描述：颶風、海上龍卷風和極光等。會上就觀測量使用的單位和建議使用的儀器進行了艱苦的討論，會議認為當時還無法統一計量單位，在觀測儀器方面，會議提倡使用非液體氣壓計，各國使用的各種標準儀器應該交換。這次會議的成果，為今后100多年氣象資料的國際規范化和有效交換奠定了基礎。

160多年前的布魯塞爾國際海洋氣象會議，是當時海洋科學和現代氣象科學在全球海運業的迅速發展的背景下，在海洋氣象方面找到了共同點和結合點的標志。這次會議更為深刻的意義在于，無論是氣象學還是海洋學的發展，必須通過開展國際合作才有可能。在很少有領地劃分的海洋上，布魯塞爾會議促成的海洋氣象觀測國際合作成功的例子，尤其值得氣象學家們思考。人類工業化革命以來，世界各國認識到氣象在人類挽救自身生命和財產的努力中的獨特作用，對氣象信息和氣象預報需求逐步提高。到19世紀初期，已經可以根據陸地氣象觀測網資料繪制出生動描述天氣狀態和變化的天氣圖，這使氣象學家們看到了認識和掌握天氣運動和變化的規律并進而進行天氣預報的希望。但由于天氣圖都是根據事后得到的資料制作的，氣象學家們認識到要實時進行天氣預報，必須解決兩個問題，即分散在各處的觀測網在統一的規范下開展觀測和各地觀測到的結果必須用統一的格式和方式傳送到天氣分析中心。1843年電報的發明最后解決了這兩個問題的

技術難點。然而，兩個條件都需要排除國家界限，即只有通過國際合作實現統一觀測和觀測結果共享才有可能使天氣預報出現轉機，將氣象學推向新的高度，讓人類從頻繁的天氣災害中解脫出來。地球大氣及其變化并不認同政治和領地的疆界，所謂“自然”的氣象災害更不可能僅和某些黨團勢力作對而和他人無關。于是，氣象服務在國家內部的“公益”性質和國際上的共享和互惠互利性，在布魯塞爾會議后的20年里，也成為氣象界的共識，并且促成了最早的氣象國際合作的引領者和實施機構，WMO的前身——國際氣象組織于1873年，也就是莫里辭世的同一年成立。

本文由2012年中國科學技術協會學會能力提升專項（優秀科技社團獎）項目資助。

（作者單位：中國氣象局氣象干部培訓學院）

深入閱讀

維克托?邁爾-舍恩伯格, 肯尼思?庫克耶. 2013. 盛楊燕, 周濤, 譯. 大數據時代：生活、工作與思維的大變革. 杭州: 浙江人民出版社.

Douglas A E . 1888. Matthew Fontaine Maury. Nature, 38(980): 339.

Wexler H. 1962. Dedication to Matthew Fontaine Maury. In Wexler H, Rubin M J, Caskey JR J E. Antarctic Research，The Matthew Fontaine Maury Memorial Symposium. Geophysical Monograph Number 7, American Geophysical Union, NAS.

鏈接-1 莫里航海圖：最早的大數據實踐

莫里本是一位很有前途的海軍軍官。1839年一場意外事故，讓他的腿留下了殘疾，無法繼續在海上工作。美國海軍任命他為圖表和儀器廠的負責人。然而，具有海上航行經歷的莫里，曾經對船只在水上繞彎兒不走直線感到十分不解。當他向船長們問及這個問題時，他們回答說，走熟悉的路線比冒險走一條不熟悉而且可能充滿危險的路線要好得多。他們認為，海洋是一個不可預知的世界，人隨時都可能被意想不到的風浪困住。

但是從他的航行經驗來看，莫里知道這并不完全正確。他經歷過各種各樣的風暴。莫里在海軍軍官學校當學生時，就總是不斷地向老船長學習經驗知識，這些經驗知識（他從這些老船長那里學到了潮汐、風和洋流的知識）都是在軍隊發的書籍和地圖中無法學到的。相反，海軍依賴于陳舊的圖表，有的都使用了上百年，其中的大部分還有很重大的遺漏和離譜的錯誤。在他新上任為圖表和儀器廠負責人時，他確定的目標就是解決這些問題。

他清點了庫房里的氣壓計、指南針、六分儀和天文鐘。他發現，庫房里存放著許多航海書籍、地圖和圖表；還有塞滿了舊日志的發霉木箱，這些都是以前的海軍上尉寫的航海日志。剛開始的時候，他覺得這些都是垃圾，但當他拍掉被海水浸泡過的書籍上的灰塵，凝視著里面的內容時，莫里突然變得非常激動。這里有他所需要的信息，例如對特定日期、特定地點的風、水和天氣情況的記錄。大部分信息都非常有價值。莫里意識到，如果把它們整理到一起，將有可能呈現出一張全新的航海圖。這些日志是無章可循的；頁面邊上盡是奇怪的打油詩和亂七八糟的信手涂鴉，與其說它們是對航海行程的記錄，還不如說它們是船員在航海途中無聊的娛樂而已。盡管如此，仍然可以從中提取出有用的數據。莫里和他的20臺“計算機”——那些進行數據處理的人，一起把這些破損的航海日志里記錄的信息繪制成了表格，這是一項非常繁重的工作。

莫里整合了數據之后，把整個大西洋按經緯度劃分成了五塊，并按月份標出了溫度、風速和風向，因為根據時間的不同這些數據也有所不同。整合之后，這些數據顯示出了有價值的模式，也提供了更有效的航海路線。

有經驗的海員有時依靠經驗能安全航海，但有時也會陷入危險之中。在從紐約到里約熱內盧這條繁忙的航線上，水手們往往傾向于與自然斗爭而不是順應自然。美國船長一直被勸導前往里約熱內盧不能通過海峽，因為那樣存在很大風險，所以船長會選擇在東南方向的航線上航行，再穿過赤道駛向西南方向。而這樣一來，航行的距離就相當于穿越大西洋兩次。這是很荒謬的，其實直接沿著海峽向南航行就可以了。

通過分析這些數據，莫里知道了一些良好的天然航線，這些航線上的風向和洋流都非常利于航行。他所繪制的圖表幫助商人們節省了一大筆錢，因為航海路程減少了三分之一左右。一個船長感激地說：“我在得到你的圖表之前都是在盲目地航行，你的圖表真的指引了我。”有一些頑固的人拒絕使用這個新制的圖表，而當他們因為使用舊方法航行到半路出了事故或者花費的航行時間長很多的時候，他們反而幫助證明了莫里系統的實用性。

1855年，莫里的權威著作《關于海洋的物理地理學》（The Physical Geography of the Sea）出版，當時他已經繪制了120萬數據點了。莫里寫道，在這些圖表的幫助下，年輕的海員們不用再親自去探索和總結經驗，而能夠通過這些圖表立即得到來自成千上萬名經驗豐富的航海家的指導。

他的工作為第一根跨大西洋電報電纜的鋪設奠定了基礎。同時，在公海上發生了一次災難性的碰撞事件之后，他馬上修改了他的航線分析系統，這個修改后的系統一直沿用至今。

——摘自《大數據時代》，作者：維克托?邁爾-舍恩伯格等，翻譯：盛楊燕、周濤