大气科学的现代化转型

段新安

摘要：大气科学是伴随工业革命而产生的一门新兴学科，主要以气候、气象、大气运动作为主要的研究对象，探讨人类生存发展和自然环境的关系。随着近年来信息技术革命的兴起，社会生产力也进一步释放，大气科学在新的技术理论影响下其研究范围、方法、模式也发生了巨大的变化，不仅其技术实验体系进一步健全，其理论内容和框架也更加丰富，形成了新的研究形态。鉴于此，本文就大气科学的现代化转型展开详细的探讨，并提出具体性的研究思路，以供广大读者借鉴。

关键词：大气科学；发展趋势；问题研究

一、大气科学的特征及含义

大气科学作为一门针对于地球本身及其他天体气候条件而形成的研究性科学，在现代科学技术理论的支撑下其研究范围有所扩大。众所周知，天气预报和气象探测可看做是最早的大气科学，当时的大气科学虽然不具备相应的理论体系，但是在第一次工业革命和后期世界战争的影响下，天气预报体系和气象观测机制逐步成熟，基础的气象理论已经被广泛的应用。伴随着后期第二次工业革命的产生和发展，新技术的出现进一步拓宽了大气科学的研究范围，气象观测和天气预报逐渐成为了大气科学的分支，行星大气、天体大气、大气物理、大气化学和大气动力学等新兴的交叉学科逐渐出现在了人们的视野当中，大气科学不仅成为了气候变化、自然变化规律研究的重要依据和手段，其技术理论体系也更加丰富，借助先进的观测工具人们不仅能进行气象预测，更能深入彻底的研究大气的运动和变化规律，提升天气报预测的准确性。可以说，大气科学作为以气候、气象、大气运动为研究对象的基础性工具学科，其主要价值在于气象预测和大气运动规律的研究，而伴随着科学技术的进步，其研究方法和理论不断得到拓展，实现了现代化转型。

二、大气科学的现代化特征

（一）深空气象探测

从现代大气科学的发展趋势而言，深空气象探测及未来气候变化趋势成为了当前发展的主流，借助于高空气象卫星和深空探测器人们不仅可以了解地球高空大气的特征，还能借助深空探测器了解其它星体的气候组成和气候特点，有助于扩大学科的研究范围。同时，在信息技术及智能技术的引领下，大气科学更注重于气象数据的搜集和分析，运用计算机技术和大数据技术模拟各种环境下的气候特点和大气分布组成与实际观测数据进行对比研究，进一步丰富学科研究手段和内容。可以说，大气科学是一门综合于多种学科技术和理论而形成的交叉领域学科，由于其研究对象的特殊也决定了学科的实践性要强于理论性，注定要结合多种科学知识和技术融为一体来细化其研究范围。

（二）卫星气象研究

目前大气科学进行现代化转型的主要热点是卫星气象研究，主要是通过利用卫星对各种气象要素进行探究和分析。一般而言，利用卫星资料应用于大气科学各个领域的方式和结果往往有着较高的准确性、适用性，卫星资料被广泛应用在数值天气预报、气候及大气变化、气候灾害与气候环境、农业气象普查和地球大氣环境监测等。就目前而言，卫星气象研究其投资较大、卫星使用周期较短、实际监察能力不强、卫星应用系统技术有限不能实现广泛的气象侦测和遥感侦察。因此在未来发展过程中，更应该集中有限的人力和物力，加强气候监测卫星的研发，突破卫星使用周期的限制，提高卫星的可靠性和系统集成性，要通过高质量、多用途卫星和联合组网的形式实现持续稳定的气候气象观测，要不断促进遥感仪器时空分辨率和探测性能向高空间分辨率、高时间分辨率高、光谱分辨率、高辐射精度进行全方位转变，要综合处理微波、红外、可见光多频段、多通道资料的综合利用，全面提升卫星资料的应用水平，及时获取准确的观测数据，以此来进行准确的大气研究和气象预测。

（三）大气探测研究

大气科学向现代化转型的重要特征在于大气探测研究。一般而言，气象观测系统按传感器类别的不同，可分为天基观测、空基观测和海洋观测、地基红外观测，这些遍布不同时间频段和空间位置的观测系统，形成综合性的大气观测矩阵实施全天候、全方位的气象观测和数据收集。总体来看，大气探测技术呈现出综合集成化的发展趋势，信息传输和信息应用逐渐融汇一体，遥测遥感自动化、高精度探测仪小型化的发展趋势，进一步提升了大气的观测质量和研究水平。在未来发展中大气观测研究应更重视地球观测系统的建立，通过建立综合性的气候观测网络及时掌握各种大气变化数据，研究相应的变化规律，提升气象灾害的监测和预判能力。

（四）多元化雷达系统的运用

大气科学进行现代化转换的另一重要特征是多元化雷达系统在气候探测和气象预报中的综合应用与建立。目前而言，雷达在大气探测中具有的优异性能是其他探测手段无法相比的，在气象要素搜集、区域气候分布方面有着突出的观测优势。伴随着近年来有源相控技术和回波探测分析技术的成熟，气象观测雷达逐渐转向天基和高空探测转变，基于空间基点的固定雷达不仅有着更大的覆盖范围，能够实施区域内24小时不间断的观测，而且伴随着深空永固基点雷达探测网络的建立气象观测精度将呈现质的变化，天气预报的准确性将进一步提高。

（五）大气动力研究

大气动力研究是现代大气科学进行现代化转型的又一主要特征。动力气象重在研究天气变化过程中的大气涡旋运动、波动、边界层、湍流及各类能量的相互交换等问题。其现代化发展趋势主要为通过收集和分析观测数据，以及对耦合模式的发展应用，提高季节、年际、年代际、千年尺度上的气候变率、可预报性、气候变化及其物理过程的理解水平。其次是了解影响全球和地区水循环，辐射平衡、能量传输中的大气热力动力学过程及其在全球变化过程中的作用，分析大气动力过程在全球变暖背景下的变化及异常特征，为应对全球变暖作出相应指导。同时，大气动力还在包括理解造成气候变化的各个物理过程中气候相互作用，了解气溶胶过程的直接和间接气候强迫效应，了解冰水圈与气候系统相互的物理及其反馈流程，提高对冰雪过程的模拟水平，减少模拟和预报气候变率和变化过程中的不确定性。最后大气动力学现代化研究主要还集中在气候和化学变化之间的相互作用，大气不同圈层的热力变化对全球变暖的影响，不同气候特征下的物理空间环境差异等。可以说大气动力学是现代大气科学研究的基础，只有在集中分析大气动力的分布变化过程中还能找到大气变化的统一性规律，实施准确的气候灾害预警和天气预报。

三、大气科学的现代化发展趋势

在现代科学理论及技术的影响下，大气科学的研究范围更加广阔，研究内容更加细化，实验性研究手段及理论更加丰富。随着新的研究技术运用，大气科学的现代化特征愈加明显，其价值属性和学科影响力也是越来越突出。在未来的发展中，大气科学将作为集中化、立体化、多元化的基础工具服务于社会一切领域中，上到天体物理，下到环境观测和气候观察，以气候和大气分布、变化、运动为研究主体的大气科学将实现全面的形态转变，届时，人们不仅可以准确判定不同时间段内的天气、气候变化特点，更能认识到未来地球环境变化的规律及趋势，实施准确的气候灾害预警，从根本上来避免气候灾害。

四、结语

从现代科学技术的发展趋势来看，大气科学将作为基础性的服务工具广泛服务于社会各领域当中，其学科交融性将更一步加强，能够实施更为准确的气候灾害预警和天气预报，帮助人们全面认识到大气运动的变化规律。

参考文献：

[1]《大气科学》2013年第37卷总目次[J].大气科学.2013（06）

[2]《大气科学》2009年第33卷总目次[J].大气科学.2009（06）

[3]大气科学2007年第31卷总目次[J].大气科学.2007（06）endprint