大氣科學的現代化轉型

段新安

摘要：大氣科學是伴隨工業革命而產生的一門新興學科，主要以氣候、氣象、大氣運動作為主要的研究對象，探討人類生存發展和自然環境的關系。隨著近年來信息技術革命的興起，社會生產力也進一步釋放，大氣科學在新的技術理論影響下其研究范圍、方法、模式也發生了巨大的變化，不僅其技術實驗體系進一步健全，其理論內容和框架也更加豐富，形成了新的研究形態。鑒于此，本文就大氣科學的現代化轉型展開詳細的探討，并提出具體性的研究思路，以供廣大讀者借鑒。

關鍵詞：大氣科學；發展趨勢；問題研究

一、大氣科學的特征及含義

大氣科學作為一門針對于地球本身及其他天體氣候條件而形成的研究性科學，在現代科學技術理論的支撐下其研究范圍有所擴大。眾所周知，天氣預報和氣象探測可看做是最早的大氣科學，當時的大氣科學雖然不具備相應的理論體系，但是在第一次工業革命和后期世界戰爭的影響下，天氣預報體系和氣象觀測機制逐步成熟，基礎的氣象理論已經被廣泛的應用。伴隨著后期第二次工業革命的產生和發展，新技術的出現進一步拓寬了大氣科學的研究范圍，氣象觀測和天氣預報逐漸成為了大氣科學的分支，行星大氣、天體大氣、大氣物理、大氣化學和大氣動力學等新興的交叉學科逐漸出現在了人們的視野當中，大氣科學不僅成為了氣候變化、自然變化規律研究的重要依據和手段，其技術理論體系也更加豐富，借助先進的觀測工具人們不僅能進行氣象預測，更能深入徹底的研究大氣的運動和變化規律，提升天氣報預測的準確性。可以說，大氣科學作為以氣候、氣象、大氣運動為研究對象的基礎性工具學科，其主要價值在于氣象預測和大氣運動規律的研究，而伴隨著科學技術的進步，其研究方法和理論不斷得到拓展，實現了現代化轉型。

二、大氣科學的現代化特征

（一）深空氣象探測

從現代大氣科學的發展趨勢而言，深空氣象探測及未來氣候變化趨勢成為了當前發展的主流，借助于高空氣象衛星和深空探測器人們不僅可以了解地球高空大氣的特征，還能借助深空探測器了解其它星體的氣候組成和氣候特點，有助于擴大學科的研究范圍。同時，在信息技術及智能技術的引領下，大氣科學更注重于氣象數據的搜集和分析，運用計算機技術和大數據技術模擬各種環境下的氣候特點和大氣分布組成與實際觀測數據進行對比研究，進一步豐富學科研究手段和內容。可以說，大氣科學是一門綜合于多種學科技術和理論而形成的交叉領域學科，由于其研究對象的特殊也決定了學科的實踐性要強于理論性，注定要結合多種科學知識和技術融為一體來細化其研究范圍。

（二）衛星氣象研究

目前大氣科學進行現代化轉型的主要熱點是衛星氣象研究，主要是通過利用衛星對各種氣象要素進行探究和分析。一般而言，利用衛星資料應用于大氣科學各個領域的方式和結果往往有著較高的準確性、適用性，衛星資料被廣泛應用在數值天氣預報、氣候及大氣變化、氣候災害與氣候環境、農業氣象普查和地球大氣環境監測等。就目前而言，衛星氣象研究其投資較大、衛星使用周期較短、實際監察能力不強、衛星應用系統技術有限不能實現廣泛的氣象偵測和遙感偵察。因此在未來發展過程中，更應該集中有限的人力和物力，加強氣候監測衛星的研發，突破衛星使用周期的限制，提高衛星的可靠性和系統集成性，要通過高質量、多用途衛星和聯合組網的形式實現持續穩定的氣候氣象觀測，要不斷促進遙感儀器時空分辨率和探測性能向高空間分辨率、高時間分辨率高、光譜分辨率、高輻射精度進行全方位轉變，要綜合處理微波、紅外、可見光多頻段、多通道資料的綜合利用，全面提升衛星資料的應用水平，及時獲取準確的觀測數據，以此來進行準確的大氣研究和氣象預測。

（三）大氣探測研究

大氣科學向現代化轉型的重要特征在于大氣探測研究。一般而言，氣象觀測系統按傳感器類別的不同，可分為天基觀測、空基觀測和海洋觀測、地基紅外觀測，這些遍布不同時間頻段和空間位置的觀測系統，形成綜合性的大氣觀測矩陣實施全天候、全方位的氣象觀測和數據收集。總體來看，大氣探測技術呈現出綜合集成化的發展趨勢，信息傳輸和信息應用逐漸融匯一體，遙測遙感自動化、高精度探測儀小型化的發展趨勢，進一步提升了大氣的觀測質量和研究水平。在未來發展中大氣觀測研究應更重視地球觀測系統的建立，通過建立綜合性的氣候觀測網絡及時掌握各種大氣變化數據，研究相應的變化規律，提升氣象災害的監測和預判能力。

（四）多元化雷達系統的運用

大氣科學進行現代化轉換的另一重要特征是多元化雷達系統在氣候探測和氣象預報中的綜合應用與建立。目前而言，雷達在大氣探測中具有的優異性能是其他探測手段無法相比的，在氣象要素搜集、區域氣候分布方面有著突出的觀測優勢。伴隨著近年來有源相控技術和回波探測分析技術的成熟，氣象觀測雷達逐漸轉向天基和高空探測轉變，基于空間基點的固定雷達不僅有著更大的覆蓋范圍，能夠實施區域內24小時不間斷的觀測，而且伴隨著深空永固基點雷達探測網絡的建立氣象觀測精度將呈現質的變化，天氣預報的準確性將進一步提高。

（五）大氣動力研究

大氣動力研究是現代大氣科學進行現代化轉型的又一主要特征。動力氣象重在研究天氣變化過程中的大氣渦旋運動、波動、邊界層、湍流及各類能量的相互交換等問題。其現代化發展趨勢主要為通過收集和分析觀測數據，以及對耦合模式的發展應用，提高季節、年際、年代際、千年尺度上的氣候變率、可預報性、氣候變化及其物理過程的理解水平。其次是了解影響全球和地區水循環，輻射平衡、能量傳輸中的大氣熱力動力學過程及其在全球變化過程中的作用，分析大氣動力過程在全球變暖背景下的變化及異常特征，為應對全球變暖作出相應指導。同時，大氣動力還在包括理解造成氣候變化的各個物理過程中氣候相互作用，了解氣溶膠過程的直接和間接氣候強迫效應，了解冰水圈與氣候系統相互的物理及其反饋流程，提高對冰雪過程的模擬水平，減少模擬和預報氣候變率和變化過程中的不確定性。最后大氣動力學現代化研究主要還集中在氣候和化學變化之間的相互作用，大氣不同圈層的熱力變化對全球變暖的影響，不同氣候特征下的物理空間環境差異等。可以說大氣動力學是現代大氣科學研究的基礎，只有在集中分析大氣動力的分布變化過程中還能找到大氣變化的統一性規律，實施準確的氣候災害預警和天氣預報。

三、大氣科學的現代化發展趨勢

在現代科學理論及技術的影響下，大氣科學的研究范圍更加廣闊，研究內容更加細化，實驗性研究手段及理論更加豐富。隨著新的研究技術運用，大氣科學的現代化特征愈加明顯，其價值屬性和學科影響力也是越來越突出。在未來的發展中，大氣科學將作為集中化、立體化、多元化的基礎工具服務于社會一切領域中，上到天體物理，下到環境觀測和氣候觀察，以氣候和大氣分布、變化、運動為研究主體的大氣科學將實現全面的形態轉變，屆時，人們不僅可以準確判定不同時間段內的天氣、氣候變化特點，更能認識到未來地球環境變化的規律及趨勢，實施準確的氣候災害預警，從根本上來避免氣候災害。

四、結語

從現代科學技術的發展趨勢來看，大氣科學將作為基礎性的服務工具廣泛服務于社會各領域當中，其學科交融性將更一步加強，能夠實施更為準確的氣候災害預警和天氣預報，幫助人們全面認識到大氣運動的變化規律。

參考文獻：

[1]《大氣科學》2013年第37卷總目次[J].大氣科學.2013（06）

[2]《大氣科學》2009年第33卷總目次[J].大氣科學.2009（06）

[3]大氣科學2007年第31卷總目次[J].大氣科學.2007（06）endprint