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为什么世界气象日的主题中会8次出现“水”

发布时间:2020年03月18日12:20 来源:中国气象局气象宣传与科普中心

  刘波

  1947年9月,国际气象组织在华盛顿召开会议,审议和通过了《世界气象组织公约》。1950年3月23日,在这一公约正式生效后,国际气象组织更名为世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO),并在1951年成为联合国的专门机构。1960年6月,世界气象组织通过决议,把每年的3月23日定为世界气象日。每年世界气象日,世界气象组织和国际气象界都会围绕一个相关主题举行宣传科普活动。从1961年到2019年,我们已经经历了59个世界气象日,其中7年的主题与水直接相关,如1967年“天气和水”,1977年“天气与水”,1997年“天气与城市水问题”,2001年“天气、气候和水的志愿者”,2004年“信息时代的天气、气候和水”,2005年“天气、气候、水和可持续发展”,2012年“天气、气候和水为未来增添动力”。看到这里,有的读者就会产生疑问了,为什么世界气象组织这么重视水的事情呢?凭感觉这应该是世界水文组织的事情呀,但实际上,是没有世界水文组织这个机构的,有的是国际水文组织(International Hydrological Organization, IHO)。这个组织是不是管水的呢?答案是肯定的,但它是一个基于水文学的政府间国际组织,其宗旨是通过制定国际标准,协调国家水文办事机构相互合作,推动项目方案,确保世界的海洋等通航水域得到准确的调查和绘制。我们再来看看世界气象组织的宗旨: 促进气象站网建设方面的国际合作,开展气象、水文及与气象有关的地球物理观测;促进建立和维持各气象中心提供气象和与气象有关的服务;推进气象学在航空、水利和农业等人类活动领域的应用;鼓励气象及相关领域的研究和培训。通过这两个机构宗旨的对比,大家应该可以知道从职责划分上国际水文组织主要的工作还是专注于水文学本身,而世界气象组织的工作中有很大一部分工作就是直接与水相关的。另外还有一点就是,上面提到的与水相关的世界气象日主题中除了出现水以外,都出现了天气或气候,或两者都在,这表明世界气象组织更关注的是气象与水之间关系的问题。2020年的主题是“气候与水”,这也验证了以上我们的分析。下面我们就来具体说说这个主题。首先要明确两个概念,一个是气候的概念,但要想说清楚气候和水的关系,另一个气候系统的概念就变得非常重要。

  什么是气候?气候是指较长时间内(从一个月到一年、数年、数十年甚至数百年或更长)气象要素(如温度、降水、风、日照等)以及天气现象的统计结果,也就是在一个较长的时间内天气的平均状况。什么是气候系统?气候系统是指大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈以及各圈层之间的能量和水分交换。对于气候系统来说,主要是能量和水分在各个圈层的分配和流动的问题。

  水是全球气候系统中的活跃成分,它的物理性质决定了它在整个气候系统中的重要性,通过状态变化或是相变,水可以从一种存储状态或子系统转移到另一种状态或子系统。例如,水在各种状态的滞留时间差别很大。在大气中,水汽的平均滞留时间为3天;在冰雪中,水汽的存储时间可达数万年甚至数十万年;在海洋、冰层或地下深层含水层中,水分子要经过很长的时间才能到达大气中并得以短暂停留。由于水的热容量高,它可以调节中纬度地区冬季的温度;由于饱和水汽压随温度而变化,通过蒸发,它可以让低纬度地区的海面温度维持在29℃左右;在水的相变中涉及的大量能量可以影响穿过大气层的太阳辐射能;水汽的红外辐射特性,使其成为大气向太空进行能量散逸的主要载体;通过影响能量交换过程与相关动力学过程,水成为控制自由大气温度的主要因素。从实际情况看,全球水循环是3种相态水的闭合循环,是全球气候系统的核心子系统。即使不强调大气的输送作用,水的产生和运动规律也是水文学和气候学的基本内容,把大气分支和地表分支结合起来,就构成了完整的水循环过程。大气分支包括降水、蒸发和水汽的传输,通过地—气界面,它与地表分支紧密相连。地表水分以蒸散(蒸发和蒸腾)方式进入大气分支,大气水分则以降水形式返回地面分支。地表分支涉及各种陆面过程,而大气水分则提供能量和水分的再分配机制。地表分支包括水分的流入、流出,及其在陆地和海洋中各种不同形式的存储,其基本内容包括地表或近地表的各种自然过程,这些过程最终导致地表径流和地下径流, 直接影响着地表其他物质的循环。

  那为什么水循环能够一直维持下去呢? 要想说清楚这一点,那就必须了解水循环的输送功能。大气一方面从海洋向大陆输送水分,另一方面也在水平和垂直方向上传输能量,并调节地表的辐射强迫。大气的运动特性及其引起水相变的能力,使其成为地表水循环的外部强迫因子。

  除了上面提到的,了解气候变化和水资源的关系更有助于我们理解气候与水的关系,气候变化直接影响水资源,进而引起人们对全球水循环研究的浓厚兴趣。众所周知,水是人类赖以生存的基础。在湿润地区,人们用水毫不在意,但在干旱地区,水却异常珍贵。气候变化和水资源短缺,促使人们更全面地研究气候、水循环与水资源之间的关系。一方面,水循环呈现出较大的年际、季节性和区域性变化;另一方面,人类活动改变了大尺度的地表覆盖,影响了大陆的水分平衡和大气与海洋之间的水分平衡。数值模拟表明,大气中的水汽可改变气候系统,从而导致温室效应显著增强。因此深入理解气候系统与水循环之间的关系,也是一个亟待解决的问题。

  全球气候已经发生变化,并且还将持续变化。气候变化及其变率的时空变化驱动了水循环,能量和水分作为气候系统中的两个主动因素,同时又受水循环的控制。直观上,在蒸发加速的情况下,降水将会增加,增暖的地球将会变得更加湿润,然而区域间的气候差异会导致温度和降水响应呈现地域差异。模拟结果表明,海面温度对气候变暖的敏感性会影响气候变暖与水循环强度之间的关系, 气候变暖与水循环强度的升高或降低也有关系,由于地表覆盖,尤其是植被的影响,水循环也呈现出纬度或季节性的差异。

  总之,气候与水的关系是目前气象学家和水文学家密切关注的研究热点和焦点,随着目前观测技术,尤其是卫星技术以及计算机技术、数值模式的巨大进步,未来我们将会更深入、更精细地了解气候和水之间的关系,并在此基础上更好地为人类的生产劳动、防灾减灾和美好生活服务。

(稿件来源:中国气象局气象宣传与科普中心 责任编辑:苏杰西)

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