Введение
Наводнения являются одними из
крупных природных опасных явлений во многих регионах мира.
Недавно наблюдалось несколько
наводнений, и в каждом случае материальные потери превышали
10 млрд долларов США (в Китае
материальный ущерб от наводнений, имевших место летом 1998 г.,
вырос до 30 млрд долларов США).
Остается высоким число погибших,
при этом в отдельных случаях в менее развитых странах потери превышали 1000 человек. Ежегодный
экономический ущерб, вызванный
экстремальной погодой, за период
между 1950-ми и 1990-ми гг. вырос
в десять раз (данные с учетом инфляции), сходным образом вырос и
ущерб от наводнений.
Разрушительные наводнения за пределами Европы являются обычным
явлением, особенно в Азии: Бангладеш, Китай и Индия. Однако начиная с 1990 г. сильные наводнения
наблюдаются на значительной части
территории Европы. На пример, материальный ущерб от наводнений в
Европе, отмеченный в 2002 г.
(21 млрд евро) был выше, чем в какой-либо отдельный год до этого.
Наблюдения
Groisman et al. (2005) отметили,
что широко распространился рост
сильных осадков в средних широтах. Рост сильных осадков также
отмечается в Южной Африке,
Сибири, центральной части Мексики, северо-восточной части США
и северной части Японии, где общее количество осадков и повторя-
емость дней с осадками либо не изменились, либо уменьшились. Это
можно интерпретировать как эффект потепления с последующим
увеличением концентрации в атмосфере водяного пара, ведущего
к повышенной интенсивности осадков, что может вызвать наводнения.
В последнее время зафиксирован
ряд наводнений, когда были побиты рекорды интенсивности речного стока и уровня воды в реках. Во
время наводнения 2002 г. рекордная интенсивность наблюда лась
на реке Влтава в Праге (Чешская
Республика). В 2002 г. единственный раз за последние 175 лет здесь
наблюдалась интенсивность стока
выше 5000 м3/с, в то время
как в период 1941–2001 гг. она
никог да не достигала 2500 м3/с.
Максимальный уровень воды на
Эльбе в Дрездене (Германия), составивший 940 см, превзошел
бывший исторический рекорд на
63 см. Уровни выше 800 см ни
разу не наблюдались в период
1880–2001 годов.
ВМО рассматривает проблемы изменчивости и изменения климата и
их воздействие на гидрологи чес кие
экстремальные явления, такие как
наводнения, в рамках ряда своих
научно-технических программ.
Деятельность по программам направлена на улучшенное понимание и знание о воздействии изменения климата на водные ресурсы и
гидрологические экстремальные явления. Более конкретно: Всемирная
климатическая программа «Вода»
(ВКП-Вода) является инициативой,
в рамках которой рассматриваются
вопросы глобальной гидроклиматологии и предоставляется технический опыт и знания, связанные с проводимыми по всему миру система тическими оценками обусловленных климатом колебаний и изменений в гидрологических режимах и
водных ресурсах. ВКП-Вода обеспечивает руководство и поддержку
для входящих в состав ВМО национальных гидрологических и метеорологических служб (НГМС), национальных и международных научно исследовательских программ, образования и наращивания потенциала, международных организаций и
конвенций.
Принимая во внимание недавние
сильные наводнения, научный интерес и практическое значение
при обретает выявление трендов в
длинных временных рядах данных
о наводнениях. Это важно для планирования противопаводочных систем, когда проектирование системы традиционно базируется исходя
из предположения, что речной сток
неизменен. В рамках Все мирной
климатической программы «Вода»,
была предпринята важная деятельность в области анализа длинных
временных рядов гидрологических
* Научно-исследовательский центр сельскохозяйственной и лесной среды, Польская академия
наук, Буковска 19, 60809 Познань, Польша и Потсдамский институт по исследованию
влияния климата, Телеграфенберг, 14412 Потсдам, Германия.
наблюдений с целью обнаружения
сигналов изменений (Kundzewicz
and Robson, 2000, 2004; Kundzewicz
et al., 2004, 2005; Radziejewski and
Kundzewicz, 2004(a); Svensson et al.,
2004, 2005). Исследование по
обнаруже нию изменений в глобальных гидрологических временных рядах данных о годовом
максимальном речном стоке, выполненное Kundzewicz et al. (2004,
2005(а)) на основе данных, полученных из Глобального центра данных по стоку в Кобленце
(Германия), не поддерживает гипотезу о повсемест ном росте интен-
сивности стока воды. Несмотря на
то, что с помощью теста Манна Кенделла было выявлено 27 случаев сильного, статистически значимого повыше ния и 37 случаев понижения, в боль шинстве случаев
(137) статистически значимых изменений не выявлено. Svensson et al.
(2004, 2005), анализировавшие
значения, превышающие пороговое значение, также не обнаружили значимого последовательного
тренда.
Даже, несмотря на то, что невозможно обнаружить последовательные изменения в европейских данных, было выявлено, что в суммарном ежедневном стоке за 1961–
2000 гг. максимальные значения
встречались значительно чаще
(на 46 станциях) в два последних
(1981–2000 гг.), чем в два предыдущих (1961–1980 гг.) десятилетия
(на 24 станциях).
Однако при интерпретировании
этих результатов рекомендуется
проявлять осторожность, потому
что наводнение – это комплексное
явление, вызываемое рядом факторов. В анализе не проводится различие между механизмами формирования наводнения (например, таяние снега и дождевые осадки), и все
наводнения рассматриваются как
одна категория. В сезонном анализе Mudelsee et al. (2003) продемонстрировали значительное понижение зимних наводнений на Эльбе
и Одере, в то время как в летних наводнениях не было обнаружено зна-
чительных изменений. Устойчивый
результат, полученный Arnell and
Liu (2001), показывает, что в Европе
наблюдалось меньше наводнений,
обусловленных ледяными заторами. Во многих местах наблюдались
региональные изменения во времени наступления наводнений, при
этом отмечалось растущее число
наводнений поздней осенью и зимой. Кроме того, речной сток имеет сильную естественную изменчивость и показывает долгосрочное
постоянство, что заставляет сомневаться в полученных результатах.
Помимо сложности, внутренне
присущей попыткам обнаружения
парникового сигнала в данных о
речном стоке,имеются серьезные
проблемы с данными (непосредственное воздействие человека,
длина рядов, пропуски, ошибки) и
методологией обнаружения изменений. Даже если данные безупречны, экстремальные (следовательно, редкие) явления наблюдаются редко. Таким образом, даже
в очень длинных временных рядах
инструментальных наблюдений выборка данных о действительно экстремальных и разрушительных наводнениях небольшая.
Как отметили Radziejewski and
Kundzevicz (2004(b)), которые исследовали возможность обнаружения искусственно введенных (следовательно, полностью контролируемых) трендов во временных рядах, неудача в обнаружении значимого тренда не является доказательством отсутствия изменения. Если изменение слабое и продолжается короткое время, вряд
ли оно будет обнаружено. Если изменение сильнее и продолжается
дольше, вероятность его обнаружения возрастает
Прогнозы
Модели климата прогнозируют изменения в экстремальных значениях осадков для многих частей земного шара. В большинстве случаев
экстремальные значения осадков,
по-видимому, подвергаются большему изменению, чем средние значения. Так как способность атмосферы к накоплению воды, а следовательно, и абсолютное потенциальное содержание воды в атмосфере возрастают с повышением
температуры, то вероятность интенсивных осадков также возрастает. В последних работах, касающихся изменений в экстремальных
значениях осадков в Европе, выражается согласие с тем, что интенсивность суточных осадков будет в
основном возрастать.
Palmer and Raisanen (2002) проанализировали различия между данными контрольного прогона моде ли с
данными, полученными по ансамблю смоделированных условий, изменяющихся до состояния, при котором концентрация двуокиси углерода возрастает приблизительно
в два раза. Было спрогнозировано
возрастание риска очень влажной
зимы в Европе и очень влажного
сезона муссонов в регионе Азиатского муссона.
Проект по моделированию воздейст вия экстремальных климатических явлений (МИСЕ), выполняемый в рамках пятой Рамочной программы Европейского союза, продемонстрировал, как можно ожидать наступления экстремальных
явлений в связи с потеплением, вызванным антропогенными факторами. В соответствии с результатами,
полученными с помощью модели
климата (HadRM3-P), среднее количество летних осадков на большей части территории Европы в будущем, по-видимому, будет повышаться, однако экстремальные значения осадков поведут себя по-другому. Ожидается, что максимальные квартили суточных сумм осадков и годовые максимальные суточные суммы осадков будут повышаться во многих местах, включая
и места, где прогнозируется снижение средних величин (Kundzewicz
et al., 2006). Этот результат согласуется с выводами Christensen and
Christensen (2003), которые работали с другой моделью климата. Полученное по HadRM3-P увеличение числа дней с интенсивными осадками также предполагается для большей части территории
Европы (Kundzewicz et al., 2005).
Milky et al. (2002) показали, что для
15 из 16 крупных бассейнов, проанализированных по всему миру,
прогнозируется более частое превышение контрольного 100-летнего уровня наводнения, что является результатом увеличения вчетверо содержания двуокиси углерода.
В некоторых местах прогнозируется превышение 100-летнего уровня от каждых двух до каждых пяти
лет. Особенно сильный рост повторяемости экстремальных наводнений прогнозируется в северной части Азии, хотя признается, что этим
прогнозам присуща большая неопределенность. Вероятно, воздейс-
твие экстремальных наводнений будет непропорциональным, при этом
самое сильное воздействие испытают страны с низкой способностью к
адаптации (Manabe et al., 2004).
В выводах о воздействии изменения
климата на будущие экстремальные
осадки и наводнения по-прежнему
присутствует большая неопределенность. Имеются значительные
различия в оценках, полученных
при использовании различных моделей климата и для различных сценариев выброса. Несоответствие по
масштабу между моделями климата с низким разрешением и гидрологическим (речной бассейн) масштабом является еще одним источником неопределенности, которая
особенно велика в отношении экстремальных наводнений.
Выводы
В соответствии с физическими законами способность атмосферы к
накоплению воды, а следовательно, и потенциал для интенсивных
осадков возрастают с потеплением. Так как в последние годы во
многих регионах наблюдался
устойчивый сигнал потепления и
крупные наводнения, вызванные
осадками, огромное значение приобретает выявление трендов, касающихся интенсивных осадков и наводнений. Даже если сообщается
о широко распространенном росте наблюденных интенсивных осадков, анализ данных о годовом максимальном речном стоке не дает,
однако, возможности выявить повсеместный и последовательный
тренд роста. Это вступает в противоречие с некоторыми прогнозами
на будущее, в которых отмечается потенциал для более интенсивных осадков, увеличивающих риск
наводнений.
Связанные с климатом изменения
в повторяемости наводнений сложны и зависят от механизма формирования наводнения (например,
таяние снега и дождевые осадки),
на который по-разному влияет изменение климата. Рост интенсивных осадков в теплеющем мире
возмо жен и может привести к увеличению риска наводнений в местах, где обычно причиной затопления служит интенсивный летний
дождь (Kundzewicz et al., 2005).
Кроме того, во время более влажных и теплых зим с все более частыми дождями и менее частым
снегопадом во многих местах риск
наводнений также может увеличиться. С другой стороны, наводнения, вызванные таянием снега и
ледовыми заторами, вероятно, будут менее частыми и менее сильными на большей части территории теплеющего мира (грубое, связанное с температурой утверждение). Там, где таяние снега происходит раньше и не так интенсивно,
риск весенних наводнений уменьшается. Таким образом, в регионах, где причиной паводков могут
служить несколько возможных механизмов, суммарное влияние изменения климата на риск наводнений нельзя считать незначительным, но общее, повсеместно обоснованное и единообразное утверждение об изменении риска наводнений невозможно.
Риск наводнений имеет тенденцию
к росту во многих местах благодаря ряду климатических и неклиматических воздействий, относительная важность которых зависит от
конкретного места. Риск наводнений регулируется рядом неклиматических факторов, таких как изменения в экономических и социальных системах, а также изменения в наземных системах (гидрологических системах и экосистемах).
Изменения в землепользовании,
вызывающие изменения в растительном покрове, регулируют зависимость между дождевыми осадками и стоком в водосборном бассейне. Обезлесение, урбанизация и
сокращение заболоченных земель
уменьшают способность почвы накапливать влагу и увеличивают коэффициент стока, что ведет к росту его амплитуды и сокращению
времени достижения максимальной интенсивности. Более того, во
многих регионах люди обживают и
развивают подверженные затоплению территории и тем самым увеличивают объем возможного ущерба. Важными факторами, имеющими значения для степени риска
наводнений, являются рост населения и экономики, стратегия защиты от наводнений, осведомленность (или неосведомленность) о
риске наводнений, культура поведения и возмещения понесенного
ущерба.
Срочно требуется адаптация к
возрастающему риску наводнения. Это ставит трудную задачу
перед комплексными системами
обеспечения готовности к наводнениям и их регулирования, которые должны включать оптимальное сочетание мер как структурного, так и неструктурного характера. Одной из важных мер последней категории является создание системы прогнозирования
наводнений – предупреждения о
наводнениях, которая, как подчеркивается в Инициативе ВМО
по прогнозированию паводков,
требует улучшенного использования метеорологических данных и
информации и тесного сотрудничества между национальными метеорологическими и гидрологическими службами.
Существует ряд видов деятельности, которые могут помочь в дальнейшем углублении понимания
взаимосвязи между изменением
климата и наводнениями
в количественном измерении.
Совершенно необходимо продолжать усилия по обнаружению и определению изменения на основе
анализа проконтролированных
длинных временных рядов данных
наблюдений. Также абсолютно необходимо продолжать усилия, направленные на преобразование результатов, полученных с помощью
климатических моделей последнего поколения, в формулирование связанных с наводнениями
воздействий.
Выражение признательности Настоящая статья является плодом па-
раллельной деятельности автора по
линии проекта «Экстремальные мете-
орологические и гидрологические яв-
ления в Польше», который финанси-
ровался Министерством образования
и науки Республики Польша и в рам-
ках проекта ENSEMBLES 6-й Рамочной
программы Европейского союза.
Задачи, стоящие перед метеорологией в XXI веке 8 серпня 2006 рік
Текущие социальные выгоды от
метеорологического обслуживания
составляют всего лишь небольшую
долю того, что потенциально можно достигнуть Джон Зиллман (Президент ВМО (1995-2003 гг.) и
директор Австралийского бюро метеорологии (1978-2003 гг.)
Введение
Когда почти 50 лет назад я начинал карьеру в области метеорологии, мне сказали, что прогнозирование погоды является одной из последних крупных задач науки и что эта задача будет решена до того, как я уйду на пенсию. Мне посчастливилось принадлежать к поколению, которое видело, как впервые метеорологические спутники осуществляют наблюдение за атмосферой из космоса, а компьютеры моделируют ее поведение с постоянно увеличивающимся мастерством, которое видело, как страны, учреждения и научные дисциплины объединяют усилия на невиданных до этого уровнях международного сотрудничества, чтобы разгадать секреты предсказуемости атмосферы, и которое видело, как прогрессировало прогнозирование погоды и климата от экспериментального ремесла до весьма уважаемой области науки. Однако на протяжении всей карьеры я обнаруживал, что внутри каждой решенной научной задачи и каждой решенной проблемы заложены семена новой, часто еще более сложной задачи.
Сейчас, когда в конце 50-летнего грандиозного прогресса почти в каждом аспекте научной и практической метеорологии я смотрю в будущее, то вижу, что весьма целеустремленное и профессионально универсальное международное научное сообщество сосредоточено на решении ряда сложных научных проблем, которые по уровню сложности значительно превосходят проблемы, казавшиеся мне в 1950-е годы достаточно простыми для понимания. Я также вижу ряд политических, организационных и оперативных задач, которые так же важны и сложны, как и современные задачи в области исследования атмосферы.
Во время работы в ВМО передо мной много раз стояла задача критически оценить современное состояние международной метеорологии, рассмотреть предстоящие
проблемы и возможности и предложить существенные элементы стратегии на будущее (Zillman, 1984; 1998, 1999, 2000, 2003). Несмотря на то, что, с одной стороны, не так много можно добавить к всеобъемлющим и современным оценкам задач, стоящих перед метеорологией в XXI веке, которые уже были опубликованы ВМО (например, WMO, 2004), и я вижу будущее не так ясно, как двадцать лет назад, с другой стороны, я благодарен за возможность попытаться изложить свое мнение более сжато и более откровенно, чем было возможно или уместно в прошлом.
Несмотря на то, что, без сомнения, не существует какого-то единственно наилучшего способа представить задачи, стоящие перед метеорологией и связанными с ней научными дисциплинами в первых десятилетиях XXI века, наиболее ясно я вижу эти задачи в контексте отдельных, но частично совпадающих и взаимозависимых областей, таких как государственная политика в области метеорологии, системы наблюдений, наука, обслуживание и международное сотрудничество.
Государственная политика
Механизм государственной политики в области метеорологии значительно усовершенствовался с того времени, как профессор Кливленд Аббе создал в Америке сеть наблюдений для выпуска ежедневных метеорологических прогнозов для Нью-Йорка и заявил в 1869 г. (Сох, 2002): «Я создал не то, чему страна с готовностью даст умереть», — и как лейтенант Мэтью Фонтайн Моури созвал в 1853 г. Брюссельскую конференцию, которая дала начало Международной метеорологической организации (ММО) и заложила основы международного сотрудничества в области метеорологии (Davies, 1990).
Однако две вещи в основе государственной политики в области метеорологии остались неизменными на протяжении более ста лет. Для того чтобы государство могло выполнить самые основные обязательства по защите безопасности своих граждан посредством предупреждения их об опасных метеорологических явлениях, страна должна иметь базовую метеорологическую инфраструктуру, которая не может быть обеспечена ни посредством добровольных усилий, ни посредством рыночных сил. Для того чтобы страна могла наилучшим образом использовать свою метеорологическую инфраструктуру и данные для удовлетворения потребностей своих граждан, она также должна иметь доступ к аналогичным данным других стран.
Неслучайно в последние десятилетия XX века практически все страны создали национальные метеорологические службы (НМС), чтобы эксплуатировать национальные сети метеорологических наблюдений и предоставлять основное обслуживание в области прогнозов и предупреждений; а концепция и роль НМС одинаково виделась обоснованной и существенно важной как в западных странных со смешанной и рыночной экономикой, так и бывших социалистических странах с экономикой с централизованным планированием. И неслучайно сразу после окончания Второй мировой войны метеорология стала единственной отдельной научной дисциплиной, ответственность за которую была возложена на отдельную специализированную организацию — Организацию Объединенных Наций.
Однако, несмотря на историю и прочное укоренение в экономике государственного сектора в последние годы 20-го столетия, государственная политика в области метеорологии была потрясена до самых оснований широкомасштабным навязыванием в государственных секторах как развитых, так и развивающихся стран принципов конкуренции и рыночной идеологии, расцветших пышным цветом в международных финансовых учреждениях и захвативших мир на волнах программы глобализации 1980-х и 1990-х годов (Stiglitz, 2002).
Воздействие на метеорологию, с моей точки зрения, усугубилось тем, что многие из тех, кто участвовал в организации стремительного движения государственного сектора к рынку, не смогли понять уникальных особенностей предоставления метеорологического обслуживания на национальном уровне и сотрудничества в области метеорологии на международном уровне, а также не смогли рассмотреть потенциал для подлинного сотрудничества между государственным и частным секторами с целью максимального увеличения экономической эффективности и ценности метеорологической науки и обслуживания для отдельных стран и для глобального сообщества в целом.
Мне представляется, что на ближайшие десятилетия для Международного метеорологического сообщества самая главная задача будет заключаться в восстановлении надежных и общепризнанных принципах государственной политики, чтобы производить метеорологические наблюдения, осуществлять научные исследования и предоставлять обслуживание в подверженном глобализации и коммерциализации и все более не безопасном мире. Для этого потребуется успешное решение следующих конкретных задач:
Создание жесткой и всеобъемлющей экономической основы
для метеорологии как на национальном, так и на международном уровне;
Достижение всеобщего признания основных метеорологических и связанных с ними экологических данных в качестве глобального товара общественного потребления;
Консолидация концепции и роли
НМС как необходимого компонента базовой национальной
инфраструктуры каждой страны;
Создание крепких и взаимовыгодных партнерств между государственным, частным и академическим секторами в области
метеорологии как на национальном, так и на международном
уровне;
Завершение интеграции метеорологических систем, исследований и обслуживания с соответствующими системами, исследованиями и обслуживанием
в рамках родственных научных
дисциплин, таких как океанография и гидрология;
Руководство вкладом наук о
системе Земля в согласованные
глобальные стратегии для обеспечения устойчивого качества
энергии, воды, продовольствия и
окружающей среды в течение
XXI века.
Системы наблюдений
Несмотря на то, что сложность, архитектура и уровни функциональной совместимости систем наблюдений изменились за последнее столетие почти до неузнаваемости и будут продолжать изменяться в следующем столетии, в удовлетворении потребностей в информации о погоде, климате и воде общество почти определенно будет полагаться на координируемую на национальном и международном уровне инфраструктуру систем наблюдения, связи и обработки данных, существующих в составе Всемирной службы погоды ВМО. Важная задача для метеорологии будет состоять в том, чтобы добиться общераспространенного понимания среди национальных правительств и соответствующих международных организаций абсолютной необходимости непрерывных инвестиций в базовые национальные системы метеорологических наблюдений, связи и обработки данных, а также в механизм, обеспечивающий их координацию и функциональную совместимость на международном уровне. Для этого необходимо решить следующие конкретные задачи:
Поддержание высокого уровня
осведомленности среди национальных правительств об особенностях их национальной метеорологической инфраструктуры в контексте ее рассмотрения
в качестве товара общественного потребления и об общественных выгодах, которые можно получить в результате ее эффективной эксплуатации;
Создание глобальных систем наблюдения за поверхностью суши, по однородности и эффективности сопоставимых с уже
имеющимися и планируемыми
системами наблюдений за атмосферой и океаном;
Достижение эффективной интеграции глобальных систем метеорологических наблюдений с системами, используемыми для
наблюдения других компонентов
окружающей среды посредством
развивающейся Глобальной системы систем по наблюдению за
Землей (ГЕОСС) или структуры,
которая явится ее преемником;
Создание эффективных механизмов управления и финансирования для интеграции между
научно-исследовательскими и
оперативными системами и
перехода от первых ко вторым;
Нахождение оптимального сочетания между вмешательством
человека и автоматизацией при
эксплуатации будущих систем
метеорологических наблюдений,
обработки данных и прогнозирования;
Определение частей метеорологической государственной инфраструктуры, которые лучше
всего финансируются и эксплуатируются на глобальном, региональном, национальном и местном уровнях;
Обеспечение стабильного долгосрочного финансирования являющихся товаром общественного потребления компонентов национальной, региональной и глобальной метеорологических инфраструктур.
Наука
Главная задача науки об атмосфере в XXI веке будет состоять в том, чтобы сохранить поразительный темп прогресса, который стал возможным благодаря чрезвычайно успешным инициативам «большой науки» второй половины XX века —Программе исследований глобальных атмосферных процессов (ПИГАП) и ее преемникам, таким как Всемирная программа исследований климата. Будущие задачи для наук об атмосфере были подробно изложены во многих местах (например, National Research Council, 1998), но я бы выделил в качестве самых важных следующие:
Более глубокое понимание
предсказуемости и пределов
предсказуемости атмосферных
явлений во всех временных и
пространственных масштабах;
Более глубокое понимание механизмов естественной изменчивости климата во временных
масштабах от месяцев до тысячелетий;
Понимание характера и степени
взаимодействия между верхней
и нижней атмосферой и околоземным космическим пространством;
Включение моделей прогноза атмосферы в полностью интегрированные модели системы Земля;
Развитие возможностей для уверенного прогнозирования антропогенного изменения климата на
региональном уровне;
Создание более эффективных
партнерств между государственным и негосударственным секторами в области метеорологических научных исследований;
Привлечение лучших молодых
ученых в область метеорологии
посредством укрепления по всему миру учреждений образования и подготовки кадров;
Создание улучшенных механизмов для оценки состояния знаний в области спорных научных
вопросов, таких как антропогенное изменение климата.
Обслуживание
Самая большая привлекательность метеорологии как области науки, но одновременно и самый тяжелый крест, который ей приходится нести, заключается в безотлагательности и диапазоне ее практического применения для защиты общества от сил природы и для получения социальных и экономических выгод практически в каждой сфере жизни. Несмотря на то, что социальные выгоды от метеорологического обслуживания и сейчас уже велики, однако это всего лишь небольшая доля того, что потенциально можно достигнуть. Задача в области предоставления метеорологического обслуживания в XXI веке будет состоять в том, чтобы полнее использовать науку и системы наблюдений, а также создать организационные структуры для реализации имеющегося потенциала в полной мере на благо жителей всех стран мира (National Research Council, 2003).
Отдельные задачи в различных об¬ластях предоставления метеороло¬гического обслуживания слишком многочисленны, чтобы их здесь пе¬речислять, но самыми важными мне представляются следующие:
Еще более целенаправленное
сосредоточение метеорологического обслуживания на сокращении потерь от тропических
циклонов, наводнений, засух и
других стихийных бедствий;
Разработка надежных моделей
предоставления обслуживания на
национальном и международном
уровнях, использующих потенциал для партнерства и взаимной
поддержки между государственными (НМС) (товар общественного потребления) и частными
(товар индивидуального потребления) поставщиками метеорологического обслуживания;
Использование в полной мере
роли средств массовой информации и потенциала новых технологий для увеличения общественных выгод от метеорологического обслуживания населения и расширения доступности
этого обслуживания;
Расширение роли НМС в качестве центрального национального
органа по предоставлению значительно более широкого диапазона обслуживания, связанного с
окружающей средой, которое
станет возможным в результате
успешного осуществления Глобальной системы систем по
наблюдению за Землей (ГЕОСС);
Нахождение путей сдерживания
нереалистичных ожиданий пользовательских групп и правительств в отношении уровня оправдываемости прогнозов, превосходящего возможности науки;
Создание сильного и профессионально-компетентного международного частного сектора, способного в полной мере обеспечить выгоды от использования
специализированного, ориентированного на конкретного пользователя метеорологического и
связанного с ним обслуживания
во всех странах;
Более эффективное использование метеорологии при формировании государственной политики
и более широкое использование
метеорологической информации
для принятия решений во всех
сферах жизни.
Международное сотрудничество
Ни одна отрасль науки или человеческой деятельности не имеет такого внушительного перечня достижений в области международного сотрудничества, как метеорология в XX веке. Эти достижения объясняются глобальной взаимозависимостью атмосферных процессов и стали возможны благодаря стремлению международного метеорологического сообщества работать вместе, чтобы использовать выгоды, которые дает метеорология, на благо всего человечества. Но глубоко укоренившиеся традиции международного сотрудничества в последние десятилетия 20-го столетия испытали сильнейшее давление со стороны экономических и политических сфер, находящихся далеко за пределами метеорологии и влияния ВМО.
Главная задача в XXI веке будет состоять в том, чтобы сохранить и укрепить традиции глобального сотрудничества в метеорологии и обеспечить, чтобы ВМО смогла остаться образцом международного сотрудничества, которым, по общему признанию, она стала во второй половине XX века. Для этого необходимо решить ряд отдельных задач, включая:
Обеспечение того, чтобы силы
конкуренции в мире глобализованной экономики не подавили
традиций сотрудничества в мире
глобализованной метеорологии;
Сохранение многолетнего духа
доверия и непринужденности
сотрудничества в рамках глобального метеорологического
сообщества в эпоху растущего
недоверия, страха перед террором и озабоченности национальной и международной безопасностью;
Возрождение веры в универсальные механизмы системы Организации Объединенных Наций и
использование ВМО и родственных ей организаций (правительственных и неправительственных)
для осуществления необходимой
координации на глобальном уровне в области метеорологии и
связанных с ней дисциплин;
Более четкое определение соответствующих ролей ВМО и
родственных ей организаций и
программ в обеспечении основы
для международного сотрудничества в области наук о системе
Земля;
Переоценку и укрепление устава ВМО с целью отражения эволюционирующей роли метеорологии на глобальной арене и
сохранения базовых принципов
международного сотрудничества
и свободного обмена данными,
являющихся обязательным условием существования ВМО.
Надежды и мечты
Явления погоды и климата вдохновляли искусство и литературу всех поколений и формировали историю цивилизаций с того времени, когда первые человеческие существа появились на Земле. Необходимость понять, как работает атмосфера, бросала вызов интеллекту многих великих представителей современной науки. Те, кто наблюдал за атмосферой и изучал ее, образовали совершенно особое глобальное сообщество ценности, лояльность друг к другу, навыки и умения которого преодолевают языковые, культурные, идеологические и экономические барьеры.
Метеорологическая семья проделала в XX веке большой путь. Говоря о будущем метеорологии, я надеюсь, что в XXI веке атмосфера и принципы ее функционирования не перестанут вызывать чувство изумления у тех, кто их изучает, что метеорологическое сообщество не утратит духа взаимного доверия, сотрудничества и стремления работать на благо общества, который вдохновил на создание ММО, который сохранил ВМО единой на протяжении второй половины XX века и который сейчас так необходим в качестве примера для остального человечества, живущего в большом, беспокойном мире, что метеорологическая наука не перестанет бросать вызов человеческому интеллекту и что проблема прогнозирования погоды не будет решена полностью.
Еще я надеюсь, что как метеорология XX века дала такой уровень научного понимания, оперативные возможности и социальные выгоды которого намного превзошли ожидания и чаяния тех, кто закладывал ее основы в первые годы существования ММО, так и через 50
лет дух международного сотрудни¬чества, характерный для ВМО, и глобальные выгоды от достижений в области метеорологии превзойдут самые смелые ожидания тех, кто руководит метеорологией в сегодняшнее непростое время.
Глобальная система наблюдений: ее влияние и ее будущее 7 серпня 2006 рік
Джон Дж.Келли Помощник заместителя администратора,
Национального управления США
по исследованию океанов и атмосферы,
постоянный представитель США при ВМО.
Введение
Погода и ее изменения оказывают сильное влияние почти на все стороны нашей повседневной жизни. В конечном итоге погодой определяется то, какие зерновые культуры мы выращиваем, как мы готовимся к нашей повседневной деятельности, когда и куда мы можем путешествовать и как мы реагируем на происходящие в настоящее время и ожидаемые стихийные бедствия. Каждый день на бескрайних просторах земного шара страны-члены Всемирной метеорологической организации предоставляют жизненно важное обслуживание, чтобы помочь населению справиться со связанными с погодой и климатом явлениями. Способность стран-членов предоставлять это жизненно важное обслуживание в значительной степени зависит от информации и наблюдений, которые обеспечивает Всемирная служба погоды ВМО, включающая в себя Глобальную систему наблюдений (ГСН), Глобальную систему телесвязи (ГСТ) и Глобальную систему обработки данных и прогнозирования (ГСОДП).
ГСН является комплексной системой в силу самой своей природы и требует международного сотрудничества на самых высоких уровнях. Основу ГСН составляют наземная подсистема, эксплуатируемая в основном национальными гидрологическими и метеорологическими службами (НГМС) стран-членов, и космическая подсистема, эксплуатируемая либо национальными, либо международными космическими агентствами. Глобальная система телесвязи, эксплуатируемая НГМС, облегчает передачу наблюдений ГСН, используемых для множества различных целей, которые варьируются от прогнозирования текущей погоды до прогнозирования климата, и концентрируются на различных конкретных проблемах, таких, как тропические штормы, смягчение последствий стихийных бедствий, водные ресурсы, метеоусловия на аэродроме и сельское хозяйство.
В настоящей статье рассматривается важность ГСН ВСП в деле "измерения пульса планеты" посредством обеспечения
улучшенного мониторинга атмосферы Земли, суши и водоемов, что вляется важным элементом Глобальной системы систем по наблюдению за Землей (ГЕОСС). ГСН дополняет еще одна, поддерживая ВМО, система - Глобальная система наблюдений за океаном (ГСНО). ГСНО является основой для скоординированных и непрерывных международных наблюдений за океаном и обеспечивает основной вклад в ГЕОСС в части наблюдений за океаном. Потребуется эффективное сотрудничество между ВМО и Межправительственной океанографической комиссией (МОК) Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО)в рамках Совместной комиссии по океанографии и морской метеорологии (СКОММ), а также по линии Межправительственного комитета МОК-ВМО-ЮНЕП (Программа ОНН по окружающей среде) для ГСНО.
История ГСН ВМО
ВСП предоставляет основу для НГМС по всему миру для координации сбора наблюдений за океаном и атмосферой, передачи данных этих наблюдений потребителю почти в реальном времени, разработки эффективных средств для использования этих данных на благо общества и обеспечения хранения этих данных в архивах.
С начала функционирования ВСП в 1963 г. ГСН обеспечивает непрерывные и надежные глобальные наблюдения для использования странами-членами ВМО. Ранние потребности в наблюдениях ГСН в основном касались синоптической метеорологии и определялись быстрым развитием гражданской авиации. Но ГСН является динамичной системой и требования к ней развиваются, отражая как новшества в системах наблюдений, так и потребности общества.
Для НГМС такое развитие выражается в более качественно спроектированных и интегрированных системах наблюдений, усовершенствованных средствах передачи данных и современных высокопроизводительных компьютерах для управления потоками данных и выпуска метеорологической и климатической продукции на основе ЧПП. Кроме того, это также привело к соглашениям о контроле качества данных и обмене данными между НГМС с тем, чтобы обеспечить потребителей доступными и точными данными независимо от их происхождения. Со временем многообразие наблюдений, осуществляемых ГСН, обеспечило получение глобальных данных, необходимых для подготовки качественных прогнозов погоды с заблаговременностью до семи дней и предсказания опасных метеорологических явлений с такой же заблаговременностью. В настоящее время такие прогнозы используются на регулярной основе авиацией, морскими и пожарными службами и другими сообществами. Улучшения коснулись широкого круга прикладных областей и в конечном счете привели к более позитивному влиянию на качество продукции и обслуживания, предоставляемого НГМС по всему миру.
Развитие ГСН стало возможным благодаря достижениям в области технологии, которые оказали влияние почти на все стороны повседневной жизни на нашей планете. Что касается ГСН, то развитие технологии привело к кардинальным улучшениям как в наземных, так и океанических системах наблюдений.
Сюда включается зондирование атмосферы с помощью более точных радиозондов, использующих возможности Глобальной системы определения местоположения, судовые системы зондирования, оборудованные по линии программы передачи метеорологических данных с самолета (АМДАР) воздушные суда коммерческой авиации. Все это улучшает сбор данных наблюдений за ветром в верхних слоях атмосферы.
Автоматические метеорологические станции, размещенные в отдаленных районах, работают с повышенной надежностью в экстремальных условиях; современные системы цифровых доплеровских радиолокаторов
обеспечивают комплексные измерения ветра и осадков в точке.
Технологически современные океанские и ледовые буи обеспечивают измерение морского и океанского ледового пограничного слоя; группировки дрейфующих буев в каждом океане предоставляют информацию о глобальном тепловом балансе; группировка заякоренных буев в тропической части Тихого океана позволяет проникнуть в суть явления Эль-Ниньо/Южное колебание (группировка для наблюдений тропической зоны океана/атмосферы (ТАО) в рамках программы исследований глобальной атмосферы и тропической зоны океанов (ТОГА)).
Такое же внушительное впечатление производят достижения, связанные с космическим компонентом. Приборы продвинулись далеко вперед, по сравнению со временем, когда на ранних американских спутниках, предназначенных для наблюдения в видимом и инфракрасном диапазонах спектра (ТАЙРОС) использовались системы некалиброванных телевизионных камер с трубкой типа "видикон". Сегодня в состав приборов на борту спутника входят системы пассивного отображения в видимом, инфракрасном и микроволновом диапазонах для прогнозирования свойств атмосферы, состояния
облаков и поверхности моря и суши; системы пассивного инфракрасного и микроволнового зондирования атмосферы для определения вертикальных профилей температуры и влажности, приборы активного микроволнового зондирования для измерения осадков, уровня моря и состояния моря.
За первыми успехами американских метеорологических спутников на полярной и геостационарной орбитах последовали разработки в этой области других стран, что в результате привело к созданию мощного космического компонента ГСН. Сегодня спутники с полярной орбитой эксплуатируются Китаем, Российской Федерацией и США, а геостационарные спутники эксплуатируются Китаем, Европой, Индией, Японией и США. У Европы имеются планы выхода на полярную орбиту, а Корея и Российская Федерация планируют предоставлять оперативное обслуживание странам-членам ВМО с геостационарной орбиты.
Все оперативные полярные и геостационарные спутниковые системы предоставляют многоканальные цифровые отображения данных наблюдений. Кроме того, американские спутниковые системы на полярной орбите предоставляют снимки и данные микроволнового зондирования, полярные и геостационарные спутники предоставляют данные инфракрасного зондирования. К тому же сегодняшний космический компонент ГСН включает в себя мощную группировку оперативных спутников, которую дополняет динамично развивающаяся группировка научно-исследовательских спутников, обеспечивающих многоспектральные изображения с высоким разрешением и данные гиперспектрального зондирования для использования странами-членами ВМО, а также позволяющих получать данные о тропических осадках, ветре у поверхности океана и данные альтиметрии.
Эволюция ГСН - перспективы на будущее
Ожидается, что ГСН будет развиваться с поразительной скоростью. Предполагается, что существенно повысится точность и своевременность как данных измерений в
точке, так и данных, получаемых с платформ дистанционного зондирования. Кроме того, ожидается, что в следующее десятилетие будет пропорционально возрастать объем данных, получаемых от новой ГСН, особенно данных, связанных со спутниковыми и радиолокационными системами. Ключевым аспектом для реализации возможностей, которые дают все эти данные для анализа и прогноза условий окружающей среды, явится разработка и внедрение современных систем усвоения данных. Этап усвоения данных имеет первостепенное значение в деле доведения до максимума сильных и сведения к минимуму слабых сторон каждой системы наблюдений с тем, чтобы улучшить анализ, начальные условия и последующий прогноз погоды, водных ресурсов и климата, особенно в отношении экстремальных явлений.
Под руководством Всемирного метеорологического конгресса Комиссия ВМО по основным системам (КОС) изучила развитие ГСН и выпустила документ ВМО/ТД № 1267: План развития космической и наземной подсистем ГСН. Одна из основных целей Плана заключалась в том, чтобы помочь странам-членам подготовиться к крупным изменениям в ГСН, которые ожидаются в последующие десятилетия. Сорок семь рекомендаций, содержащихся в Плане, обеспечили основу для развития ГСН (см. вставку вверху).
Разработчики Плана признали его эволюционный характер и, как результат, дали комментарии по большинству рекомендаций, по состоянию дел, если соответствующая работа уже осуществляется, по действиям, отражающим то, что должно происходить далее, и по графикам реализации рекомендаций. КОС регулярно информирует страны-члены о состоянии осуществления рекомендаций Плана.
Одна из основных целей Плана заключалась в том, чтобы помочь странам-членам подготовиться к крупным изменениям, которые ожидаются в ГСН. В этом документе выдвинуто три проблемы, которые необходимо решить для успешного осуществления развивающейся ГСН. Они касаются преемственности, рационального использования и сотрудничества:
Будущая ГСН должна строиться
на основе существующих подсистем, как наземных, так и космических, и использовать наилучшим образом существующие
и новые технологии наблюдений,
которые не включены в имеющиеся системы наблюдений или используются не в полной мере;
каждое дополнение к ГСН
должно находить отражение в
улучшенных данных, продукции
и обслуживании, предоставляемых НГМС.
Масштаб изменений в ГСН в грядущие десятилетия будет таким
крупным, что потребуются революционные подходы в области
науки, обработки данных, обеспечения доступа к данным,
разработки видов продукции,
подготовки кадров и рационального использования ГСН. Необходимо срочно изучить комплексные стратегии прогнозирования и оценки изменений в ГСН.
Осуществление новой ГСН должно содействовать укреплению сотрудничества между странами-членами на национальном, региональном и глобальном уровнях. Для развития ГСН в развивающихся странах следует решить ряд проблем, которые разделяются на три категории: инфра-
структура, подготовка кадров и оборудование, расходные материалы.
Значительное содействие развитию ГСН окажет Эксперимент по изучению систем наблюдений и вопросов предсказуемости (ТОРПЕКС). Будут испытываться новые технологии и адаптивные стратегии наблюдений и усвоения данных и разрабатываться руководящие указания по их применению в рамках ГСН для подготовки метеорологических прогнозов с заблаговременностью от 1 до 2 недель. Другие исследования будут касаться использования новых данных и информации, получаемых от ГСН, для прогнозирования текущей погоды и предсказаний климата в сезонном, межгодовом и более долгосрочных масштабах.
Для исследований, предусматриваемых в рамках ТОРПЕКС, необходима устойчивая базовая система наблюдений, с которой можно сопоставить полученные результаты. При разработке перспективы для ГСН на период до 2015 г. космическая подсистема основывалась на четко определенных планах космических агентств, эксплуатирующих оперативные и научно-исследовательские спутники. Таким образом, в отношении космической подсистемы в качестве базовой системы ожидается улучшенная устойчивая оперативная спутниковая система анализа и прогноза, дополненная известным динамически развивающимся научно-исследовательским компонентом. Она будет сосредоточена на ключевых проблемах наблюдений и соответствующих разработках в области усвоения данных, чтобы в полной мере использовать улучшенные наблюдения и связанные с ними стратегии, особенно стратегии, касающиеся целевых наблюдений.
Среди систем наблюдений ГСНО, вносящих свой вклад в ГСН, самыми важными являются следующие:
Средства предупреждения о цунами в Тихом и Атлантическом
океанах и в Карибском море как
часть Международной системы
предупреждения о цунами
(http://www.prh.noaa.gov/itic)
Глобальная система наблюдений
за уровнем моря www.pol.ac.uk
Таким образом, можно видеть что в XXI веке имеется множество возможностей и множество задач. Сочетание технологических достижений с достижениями в области связи предоставляет беспрецедентные возможности для использования наилучшим образом феноменального увеличения объема данных и информации, которые будут предоставлены в течение первых 25 лет этого столетия.
Особенно актуальным является развитие Информационной системы ВМО (ИСВ), а также то, каким образом эта система позволит предоставить странам-членам данные и информацию в масштабах, соответствующих их потребностям, для применения в разнообразных системах прогноза, основанных на использовании моделей.
Данные и модели
Численное прогнозирование погоды опирается на измерения температуры (и/или давления), ветра и влажности. Единой системы наблюдений, которая могла бы обеспечить измерение всех трех параметров в одном и том же месте и в одно и то же время с необходимой точностью, не существует. Также не существует единой системы наблюдений, которая обеспечивала бы равномерное распределение (в пространстве и времени) этих измерений. Основная задача, связанная как с наземным, так и с космическим компонентом ГСН заключается в разработке систем усвоения данных и моделирования, учитывающих сильные стороны каждой системы наблюдений и позволяющих обойти их недостатки.
Например, система усвоения данных должна иметь возможность учитывать слабое вертикальное, но хорошее горизонтальное разрешение и пространственное распределение спутниковых данных, а также хорошее вертикальное, но слабое горизонтальное и временное разрешение радиолокационных данных.
Точно также система должна принимать во внимание хорошее временное разрешение, но слабое пространственное распределение самолетных данных. Можно надеяться, что именно с помощью современных моделей систем усвоения данных можно будет получить адекватное отображение атмосферы Земли на основе измерений, сделанных ГСН.
При использовании современных спутниковых систем, наземных систем радиолокаторов, АМДАР и других систем наблюдений в точке в следующем десятилетии данных будет в миллион раз больше. Большая часть этих данных будет сконцентрирована на глобальном ЧПП посредством сложных систем усвоения данных. Эти системы являются неотъемлемым компонентом всей системы прогноза. Маловероятно, что какой-нибудь НГМС будут требоваться все данные все время, однако всем НГМС будут требоваться все время какие-то данные или какая-то часть данных в течение какого-то времени. В то время, как модели, по-видимому, вступили в эру целевых наблюдений, для НГМС, без сомнения, началась эра целевой информации.
Еще около пяти лет назад реально решить проблемы, связанные с целевой информацией было невозможно. Сегодня, когда совместно развиваются технология и системы связи, это становится возможным. Таким образом, данные, проходящие через ИСВ будут состоять из устойчивого оперативного компонента, который дополняется динамичным сегментом, зависящим от нужд пользователей, возможностей модели и достижений в области усвоения данных. Чтобы определить, как будут сосуществовать эти два компонента, потребуются проектно-исследовательские разработки по оценке потребностей общества, возможностей НГМС, компонентов ИСВ и совместного развития технологии и систем связи.
Так как потребности стран-членов в предоставлении обслуживания растут, резонно ожидать, что расширятся потребности стран-членов, касающиеся ГСН. В прошлом глобальные требования ЧПП в отношении данных основывались на системах связи и компьютерной технологии, которые использовались с середины до конца XX века. Сегодня глобальные центры обработки данных (ГЦОД) используют очень мощные компьютеры с современными моделями усвоения данных, где асиноптические данные включаются в усовершенствованные физические модели.
Как Эксперименты по системе наблюдений (ЭСН), так и Эксперименты по моделированию системы наблюдений (ЭМСН) ясно показали, что непрерывное усвоение этими моделями данных с высоким разрешением приводит к улучшенным глобальным прогнозам. За прошедшее десятилетие ситуация изменилась таким образом, что, для того чтобы выпускать наилучшие прогнозы, сегодняшним современным ГЦОД требуются все данные аэрологических наблюдений (а не только данные по значимым уровням), а также ежечасные приземные данные и данные, полученные специализированными сетями. Эта потребность выходит за рамки ныне действующей Резолюции 40 (см. вставку ниже), но очевидно, что любая страна-член, по-настоящему заинтересованная в точных глобальных прогнозах, должна реагировать на эту потребность. Новый взгляд на будущее должен означать следующее: доверие между странами, между разными уровнями правительства, между правительством и гражданами. Новый взгляд на будущее означает, что пользователь становится интегрированной частью системы на всех уровнях. Для использования этой возможности необходимо, чтобы страны-члены работали вместе в рамках глобальных партнерств, занимающихся научными исследованиями и оперативной деятельностью.
Проблема распространения возросших объемов и типов данных для ВМО и соответствующих программ рассматривается в рамках разработки Будущей информационной системы ВМО (БИСВ):
http://www.wmo.int/web/www/WISweb/home.html
. БИСВ будет строиться на основе имеющейся Глобальной системы телесвязи, которая распространяет данные среди центров обработки.
План осуществления развития ГСН
Рекомендация (20) по космической подсистеме касается калибровки, многоспектрального отображения (десятки каналов) и гиперспектрального зондирования (тысячи каналов), измерения ветра у поверхности океана и альтиметрии, временного охвата для низкоорбитальных спутников, измерений атмосферного ветра и профилей аэрозолей, выполняемых активными датчиками, глобальных измерений осадков с использованием активных радиолокационных, пассивных микроволновых датчиков и датчиков для зондирования радиозатемнения
Рекомендация (27) по наземной подсистеме касается охвата данными, распределения и кодирования, более широкого использования дистанционных наблюдений и наблюдений в точке, продвижения в направлении оперативного использования целевых наблюдений, оптимизации распространения и запусков радиозондов, развития программы АМДАР и альтернативных систем, измерения атмосферной влаги, улучшенных наблюдений в океанских акваториях, улучшенных наблюдений над тропическими районами и новых технологий наблюдения.
Требования к наземной подсистеме, позволяющие ей стать жизнеспособной базовой системой
Полная и устойчивая Региональная опорная климатологическая сеть
(РОКС), включенная в Региональную опорную синоптическую сеть
(РОСС). К эксплуатации некоторых компонентов может применяться
гибкий подход.
Улучшения в АМДАР и ТАМДАР (передача тропосферных
метеорологических данных с самолета).
• Повышенный охват территории океанов, включая аэрологическое
зондирование, наблюдения с дрейфующих буев и ныряющих буев
программы Арго. Это обеспечит устойчивую базовую систему, с
которой можно сопоставлять новые технологии и стратегии наблю¬
дений. Ныряющие буи Арго, дрейфующие буи и другие наблюдения
за океаном являются также критически важными элементами ГСНО.
Персонал и обучение
Имеются некоторые опасения, что вся эта революция в технологии понизит роль человека. На самом деле это совсем не соответствует действительности. Более эффективное использование технологии действительно заменит некоторые виды деятельности человека. Однако рост объема данных, продукции и областей применения, а также наша способность осуществлять мониторинг прогнозов на глобальном уровне, поставят человека в самый центр процесса по контролю за тем, насколько оптимально ежедневно используется информация в огромном количестве областей применения.
Прогноз погоды на следующую неделю позволит при его использовании уделить основное внимание смягчению стихийных бедствий, например, посредством концентрации на районах, подверженных наводнению, и управления потоком информации и данных, поступающих в НГМС, можно эффективно и своевременно оценить последствия бедствия. Таким образом, обучение
все более широкого сообщества пользователей тому, как использовать систему и как осуществлять доступ к нужным данным для конкретного применения, будет иметь основополагающее значение.
Более того, все более важным становится обучение современным применениям спутниковых данных и их использованию в прогнозировании текущей погоды и численных системах прогнозирования. Спутниковые данные предоставляют информацию для разнообразных применений в реальном масштабе времени, варьирующихся от прогнозирования текущих суровых явлений погоды и наводнений до обнаружения и мониторинга районов снеготаяния, влажного грунта, пожаров, аэрозолей, приземной температуры для определения индексов теплового стресса и получения выходных полей прогностических моделей. При резком увеличении объема информации и данных в последующее десятилетие ВМО, принимая во внимание будущую ГСН, необходимо предусмотреть еще большие возможности для обучения, особенно в связи с развитием более современных систем усвоения данных.
Прочные связи с ГЕОСС
ГСН, в рамках которой ожидается феноменальное расширение возможностей, естественным образом пересекается с ГЕОСС. На самом деле необходимость рассмотрения ГСН и ГЕОСС в одном контексте очевидна. В июне 2004 г. 56 сессия Исполнительного совета ВМО официально объявила, что ряд систем ВМО, включая ГСН и ИСВ, следует рассматривать в качестве ключевых компонентов ГЕОСС. Более того, в перспективе ГСН определенным образом затронет все девять областей социальной отдачи ГЕОСС, некоторые области будут затронуты вполне существенно:
Повышение качества метеорологической информации, прогнозирования и предупреждений.
Сокращение потерь жизни и собственности от стихийных и антропогенных бедствий.
Более рациональное использование водных ресурсов с помощью лучшего понимания водного цикла.
Понимание, оценка, предсказание, смягчение последствий и
адаптация к изменчивости и изменению климата.
Улучшение управления и защиты наземных, прибрежных и морских экосистем.
Понимание факторов окружающей среды, влияющих на здоровье и благосостояние человека.
Улучшение управления энергетическими ресурсами.
Поддержка устойчивого сельского хозяйства и борьба с опустыниванием.
Понимание, мониторинг и сохранение биоразнообразия.
ВМО вносит в ГЕОСС существенный вклад, а штаб-квартира ВМО в Женеве является местом размещения Секретариата Межправительственной группы по наблюдениям за Землей (ГЕО). ВМО также вносит существенный вклад в ГСНО. ГСНО состоит из глобального и прибрежного океанских компонентов и имеет несколько подмодулей: Глобальная система наблюдений за климатом, Группа экспертов по живым морским ресурсам, модуль по здоровью океанов, Глобальная система наблюдений за поверхностью суши. Фактически программа ГСНК, основным спонсором которой является ВМО, была признана в качестве официального климатического компонента ГЕОСС; План осуществления ГСНК, который можно найти по адресу
http://www.wmo.int
, является частью общего Плана осуществления ГЕОСС.
Космический и наземный компоненты ВСП входят в системы, которые вносят в ГЕОСС основной вклад. Наблюдение и точное прогнозирование окружающей среды Земли имеет критически важное значение для здоровья, безопасности и процветания всех стран. Так как зона ответственности стран-членов ВМО расширилась и включает более широкие обязанности, касающиеся мониторинга и прогнозирования окружающей среды, многие подсистемы, которые вносят вклад в ГЕОСС, но не являются частью ВСП, будут иметь значение для стран-членов ВМО.
Очень часто мы пытаемся связать необходимость осуществления мониторинга и прогнозирование климата, погоды и окружающей среды с экономической выгодой. Как ясно написано в 10-летнем Плане осуществления ГЕОСС:
Понимание системы планеты Земля - ее погоды, климата, океанов, суши, географии, природных ресурсов и стихийных и антропогенных бедствий — имеет решающее значение для улучшения здоровья, безопасности и благосостояния человека, облегчения человеческих страданий (в том числе смягчения проблемы бедности), охраны глобальной окружающей среды и достижения устойчивого развития.
Причина, по которой мы хотим «держать руку на пульсе нашей планеты», связана не только с экономической выгодой, но и со здоровьем и благосостоянием человека. В то же время мы учимся, как обеспечить устойчивое будущее человечества на нашей развивающейся планете Земля.
Будущее ГСН и НГМС
Не подлежит сомнению то, что мы улучшаем возможности по надлежащему использованию данных, получаемых от ГСН. Растет объем наблюдений, повышается их качество, улучшаются возможности по их эффективному использованию. Сегодня у нас есть улучшенные физические модели с высоким разрешением, связанные с улучшенными наблюдениями и мощными системами усвоения данных. По мере развития ГСН непрерывный прогресс в области науки, моделей и усвоения данных в сочетании с осведомленностью о важности преобразований будет помогать нам продвигаться в направлении использования данных ГСН в полной мере. По мере продвижения вперед возникает ряд критически важных проблем, которые будут сопровождать осуществление развивающейся ГСН:
Следует рассмотреть широкие
последствия целевых наблюдений, при этом руководящие
документы по проведению целевых наблюдений нужно разрабатывать только после тщательного обсуждения.
В полной мере следует рассмотреть, как осуществляется адаптивное наблюдение в рамках
ГСН. Наблюдения, которые не
представляются необходимыми
в определенное время в какой-то
части мира, могут иметь ценность в других местах.
Следует определить, как страны-члены могут получить наибольшую отдачу от использования
огромных объемов данных, которые будут предоставлены.
Следует определить, как обучать
страны-члены в полной мере
использовать данные ГСН, чтобы
не были потеряны открывающиеся возможности.
Несмотря на то, что не все страны-члены будут иметь возможность работать с полными комплектами данных, все будут нести
ответственность за вклад в развивающуюся ГСН в полной мере; это может потребовать доработки политики в области обмена данными.
Резко расширяются области применения данных ГСН, при этом наблюдаются беспрецедентные возможности для роста. Практически для каждой отдельно взятой области применения в изобилии имеются возможности для использования многочисленных комплектов данных с различными характеристиками, полученных от разнообразных датчиков. Ожидается, что объемы данных будут огромны, по сравнению с объемами, которые сегодня дают оперативные системы, они будут больше, по крайней мере, в шесть раз.
Следует ожидать крупных улучшений ГСН, включая высокое пространственное и временное разрешение данных, получаемых как от космических, так и наземных активных и пассивных датчиков. Учитывая эти новые возможности, мы должны подготовиться к резкому росту объема и содержания данных, которые будут поступать от систем наблюдений первых десятилетий нового века. На горизонте видна перспектива получения улучшенных данных для различных видов обслуживания, предоставляемого странами-членами. Благодаря возможностям, которые предоставит будущая ГСН, дальнейшее развитие получит наука, используя новые подходы, международное партнерство и международные научные группы.
При планировании будущей ГСН, необходимо учесть все имеющиеся сегодня средства наблюдения, наилучшим образом используя их сильные стороны, так как они являются ключевыми компонентами комплексной и устойчивой ГЕОСС. По мере претворения в жизнь будущей перспективы, явные изменения произойдут в области обработки данных, научных исследований, разработки продукции, обучения и надлежащего использования данных. Чтобы подготовиться к трудной задаче мониторинга и понимания системы планеты Земля на основе новых данных и использованию этих данных в полной мере, необходимо работать вместе в рамках глобальных партнерств, занимающихся научными исследованиями и оперативной деятельностью.
Мы движемся вперед на основе сегодняшних успехов, а также планирования и разработки соответствующих механизмов, нацеленных на то, чтобы ГСН использовалась глобальным сообществом с участием пользователей, национальных и международных научных групп, спутниковых агентств, эксплуатирующих оперативные и научно-исследовательские спутники и ВМО. Это непростая задача, но ее необходимо выполнить.
Мы прилагаем усилия, чтобы использовать ГСН в полной мере, однако, кто отвечает за то, чтобы обеспечить использование будущей ГСН с максимальной отдачей: пользователи, национальные и международные научные группы, спутниковые агентства, эксплуатирующие оперативные и научно-исследовательские спутники или ВМО? На самом деле отвечают все перечисленные сообщества. В этой связи ГСН как система, вносящая основной вклад в ГЕОСС, обеспечит еще более широкий спектр пользователей и дальнейшее повышение ценности наблюдений, которые производятся с ее помощью.
Резолюция 40 Двенадцатый Всемирный метео¬рологический конгресс принял Резолюцию 40 (Кг-ХИ) - Поли¬тика и практика ВМО по обмену метеорологическими и связан¬ными с ними данными и продукцией, включая руководя¬щие принципы по отношениям в коммерческой метеорологичес¬кой деятельности.
Принятие этой резолюции 10 лет назад явилось вехой в истории ВМО, обеспечивая странам-чле¬нам ВМО возможность обмена данными и продукцией бесплатно и без условий по их использо¬ванию.
За этой резолюцией, известной просто как Резолюция 40, через четыре года последовала похо¬жая резолюция, касающаяся гидрологических данных (Резолюция 25 (Кг-ХШ).
Новые технологии для развивающихся стран 7 серпня 2006 рік
Доступ к новым технологиям и соответствующим источникам данных позволяет эффективнее удовлетворять потребности национальных гидрометеорологических служб в развивающихся странах. А.М. Ноориан (замминистра Министерства дорожного сообщения и транспорта, Метеорологическая организация Исламской Республики Иран, Первый вице-президент ВМО)
Растущие потребности метеорологического сообщества
Национальные гидрометеорологические службы (НГМС) все активнее участвуют в социально-экономической деятельности, направленной на устойчивое развитие. Расширение обслуживания (включая предупреждения) конечных пользователей остается приоритетной задачей ВМО на ближайшее десятилетие, а изменение климата является серьезной проблемой на всех широтах.
Чтобы удовлетворить потребности и оправдать надежды населения, НГМС необходимо иметь широкий диапазон технических средств, таких, как доступ к локальным и глобальным данным наблюдений в реальном времени, доступ к прогностическим (ЧПП) данным, возможность обработки данных и продукции, наладка процесса предоставления дополнительных услуг, возможности обслуживания (включая систему распространения продукции) и, наконец, своевременные и точные предупреждения. Эти требования относятся к большинству НГМС как в развитых, так и в развивающихся странах.
Кроме того, в последние десятилетия повысилась зависимость деятельности человека от погоды и климата. НГМС должны обеспечивать пользователей информацией в реальном времени во всех областя — наблюдение, прогнозирование, продукция с добавочной стоимостью и предупреждения. В то же время в центре внимания большинства НГМС постепенно становятся не традиционные наблюдения, а метеорологические информационные системы, включающие системы обработки и управления данными и телекоммуникационные системы.
В настоящее время основное внимание НГМС обращено к новым технологиям и соответствующей информации.
Проблемы изменения климата, заблаговременных предупреждений и перехода к новым технологиям в развивающихся странах
Цунами, ураганы, наводнения, тепловые волны, заморозки, засухи и т.д. являются основными бедствиями, напоминающими правительствам, лицам, принимающим решения, общественности, экономистам, фермерам и многим другим о том, что подготовленность и снижение последствий бедствий, особенно в условиях изменения климата, в значительной мере зависят от мониторинга погоды и климата. Поэтому необходимо иметь возможность передавать предупреждения в реальном времени.
Хотя предупреждения о крупномасштабных явлениях хорошо известны, этой проблемой стали заниматься лишь недавно. Это объясняется целым рядом причин — от устаревших иерархических и неэффективных организаций до недостаточного знания социально-экономического влияния стихийных бедствий.
Большинство развивающихся стран подвержено воздействию потенциальных гидрометеорологических бедствий. Они столкнулись с проблемой создания эффективного механизма, который поможет смягчить воздействие бедствий на население и имущество.
Новые технологии развиваются и распространяются по всему миру, включая развивающиеся страны, где они оказываются более эффективными и рентабельными, чем традиционные технологии. Интернет и глобальная система мобильной связи (ГСМ) являются примером этой широко распространенной, рентабельной и полезной технологии.
Таким образом, перед развивающимися странами стоят две проблемы: разработать и наладить эффективные системы заблаговременных предупреждений с одной стороны и применять новые технологии в различных областях — с другой. Использование новых технологий — единственная адекватная реакция на проблему, связанную со стихийными бедствиями и созданием систем заблаговременного предупреждения.
Другими словами, новые технологии создают возможности для решения сложных задач. В течение длительного времени плохая инфраструктура (например, телекоммуникации) сдерживала прогресс в развивающихся странах. Новые технологии почти повсеместно позволяют иметь полностью разработанные системы при низких затратах.
Важность новых технологий для развивающихся стран
Применение новых технологий в метеорологии можно грубо разбить на две категории: телекоммуникационные системы и системы обработки данных. НГМС необходимо сочетать телекоммуникационные системы с системами обработки данных, чтобы обслуживать пользователей в соответствии с их требованиями.
Телекоммуникационные системы
Телекоммуникационные системы необходимы как для внутреннего пользования (сбор данных систем наблюдения, передача данных в основные аэропорты и провинциальные центры, широкая рассылка
продукции и предупреждений), так и для использования в международном масштабе (вклад в Глобальную систему телесвязи, получение крупных систем вещания от развитых НГМС и т.д.).
Приземные наблюдения и сбор данных через ГСМ позволяют улучшить работу сетей автоматических метеорологических станций, передающих данные в реальном времени, тем самым повышая эффективность наблюдения за погодой.
Системы спутниковой связи стали широко использоваться в цифровом телевидении (DVB) и двустороннем обмене данными (DVB-RCS (система управления редакциями)). В настоящее время эти новые технологии стали более доступными и используются как в развитых, так и в развивающихся странах. Они очень подходят для развивающихся стран, отличающихся, как правило, плохой наземной связью. Системы DVB позволяют передавать данные во многие места при низких затратах, а системы DVB-RCS позволяют осуществлять двустороннюю связь и, следовательно, позволяют эффективнее использовать высокие инвестиции, например, сети радаров, за счет систематического сбора данных, создания изображений в реальном времени в масштабах всей страны и т.д.
Возможно, наиболее важным достижением в развивающихся странах стало использование Интернета. В настоящее время оперативные центры большинства НГМС имеют доступ к Интернету. Хотя скорость соединения не везде оптимальна, Интернет позволяет ежедневно просматривать основные wеЬ-сайты, на основе которых синоптики могут составлять ансамблевые прогнозы. Здесь не требуется локальной обработки, и для большинства районов мира прогнозы составляются круп.-ными центрами.
Помимо основной вышеописанной области применения (главным образом, визуализация продукции), Интернет также широко используется для загрузки данных, например, о пограничных условиях для локальных/региональных моделей. Сочетание эффективной связи с Интернетом и доступных вычислительных возможностей (на базе ПК) делает использование Интернета весьма привлекательным для ряда развивающихся стран.
Что касается распространения продукции и предупреждений, и в этом случае ГСМ и Интернет являются основными факторами успеха. В настоящее время проблема обслуживания вызывает растущую озабоченность большинства НГМС, которые стремятся наладить эффективное мультимедийное обслуживание. ГСМ, Интернет и электронная почта являются основными средствами передачи, используемыми в большинстве районов.
Безусловно, средства телекоммуникации бесполезны, если нет соответствующих систем обработки данных и источников данных.
Системы обработки данных
Системы обработки данных позволяют выполнять локальную обработку данных и их управление на уровне НГМС. Независимо от вида обработки (хранение, управление базами данных, большой объем вычислений, принятие решений и т.д.), необходимо отметить, что в области ПК-технологий достигнуты значительные успехи. Хотя ПК-технология может не быть частью так называемой новой технологии, стоит отметить, что благодаря последним разработкам сложилась такая ситуация, когда большая часть комп¬лексного программного обеспечения, ранее применявшегося на больших ЭВМ, базовых серверах или рабочих станциях, сейчас широко используется на персональных компьютерах.
Наряду с созданием комплексных информационных систем в НГМС, обобщение решений на основе ПК делает их доступными и эффективными для развивающихся стран:
В области систем прогнозирования решения на основе ПК позволяют все большему числу синоптиков иметь полное трех- и
четырехмерное представление
об атмосфере и, следовательно,
обеспечивать пользователей
более точными прогнозами.
В настоящее время на рынке имеются персональные компьютеры
с простой и более сложной архитектурой, обладающие большой
вычислительной мощностью и
позволяющие использовать модели для ограниченного района
при умеренных затратах.
В области программ мониторинга климата для моментального и
эффективного спасения данных
используются цифровые камеры. Кроме того, системы баз
данных, также используемые на
серверах, основанных на ПК, позволяют
осуществлять широкий мониторинг климата и обеспечивают
безопасное хранение
данных.
На пути к равновесию между локальными и дальними источниками данных
Безусловно, средства телекоммуникации и обработки данных бесполезны при отсутствии систем обмена, хранения и обработки данных. Благодаря новым технологиям НГМС могут инвестировать лишь в те системы, которые производят данные на локальном уровне (главным образом, локальные системы наблюдения), тогда как остальные данные (охватывающие более об¬ширные районы, чем пределы одной страны) можно легко получить с помощью трансляционных средств при низких затратах в рамках оперативного обмена метеорологическими данными, как предусмотрено ВМО.
НГМС развивающихся стран должны быть заинтересованы, главным образом, в получении внешних "крупномасштабных" данных через спутниковые системы передачи данных, при этом уделяя большое внимание работе своих локальных систем, таких, как сети автоматических метеорологических станций (АМС) и радиолокационные сети (если таковые имеются), для получения локальных данных.
Крупномасштабные данные фактически можно получить не только через Интернет (в основном в виде продукции), но и с помощью специализированных спутниковых систем. К таким данным относятся метеорологические спутниковые (геостационарные) данные, глобальные выходные данные численного прогноза погоды и текстовые данные.
По локальным данным можно четко определить возможности и особенности всех НГМС. В области наблюдений — это данные в реальном времени сетей АМС (используемые для прогнозирования и мониторинга климата) и радиолокационных сетей, если таковые имеются. В области прогнозирования - это выходные данные модели для ограниченного района, используемой на местном уровне.
Соответствующее сочетание крупномасштабных и локальных данных не решает проблем, связанных с избыточностью и экономической эффективностью. Обе категории мобилизуют любые новые технологии.
Шаг к комплексной информационной системе и дальнейшие разработки (возможности обслуживания)
По существу, новые технологии способствуют, иногда — шаг за шагом, созданию более полной метеорологической информационной системы, являющейся стержнем большинства НГМС. Очевидно, что, несмотря на эффективность и мощность новых технологий, необходимо проявлять осторожность и внимательность при проектировании метеорологических информационных систем.
Другими словами, работа НГМС не станет абсолютно эффективной за счет одних новых технологий.
В дополнение к сказанному
Человеческая составляющая: передача технологий, передача ноу-хау, обучение, изменения в организации (служебный рост)
Метеорология не сводится только к технологии. Квалификация, ноу-хау и оценка рисков будут по-прежнему актуальны в повседневной работе. Кроме того, общая эффективность метеорологических предупреждений будет зависеть не только от их эффективности и релевантности, но и от того, каким образом эти предупреждения попадают в соответствующие органы гражданской безопасности и все структуры, отвечающие за организацию защиты людей. Во многих странах, включая развивающиеся страны, началось сотрудничество между метеорологическими службами и другими общественными организациями.
Новые технологии помогут развивающимся странам создать экономически выгодную комбинацию человек-машина, которая позволит повысить эффективность работы, надежность и оперативность обслуживания пользователей.
Релевантность и экономическая эффективность решений будет выше, если их принимать и адаптировать, исходя из проверенных решений. И, наконец, двустороннее техническое сотрудничество с ведущими метеорологическими службами позволит ускорить внедрение новых технологий с минимальными техническими и организационными рисками и расходами.
