1.引言

　　1.1.序言 

　　到2025年，建立在现有的地基和空基观测系统基础上并利用现有和新兴的技术，全球观测系统将有相当大的发展。它们将是世界气象组织全球综合观测系统（WIGOS）的核心组成部分，这种综合、全面的观测系统将支持WMO会员国对于天气、气候、水以及相关环境领域的信息需求。当前WMO全球观测系统（GOS）的现有组成部分将与WMO联合主办的或其它不属于WMO的观测系统相互合作。它们将为全球综合地球观测系统（GEOSS¹）和新建立的全球气候服务框架（GFCS²）做出重要贡献。空基组成部分将依赖于伙伴机构之间更多的合作，如气象卫星协调组（CGMS³）和地球观测卫星委员会（CEOS⁴）。一些观测分系统将依赖于WMO合作伙伴组织的观测系统，例如：全球陆地观测系统（GTOS⁵）、全球海洋观测系统（GOOS⁶）以及其它系统。它们中的气候组成部分将为全球气候观测系统（GCOS⁷）作出重要贡献。

　　这些观测系统将满足所有WMO和WMO共同发起计划中广泛应用领域的观测需求，并促进改进国家气象部门（NMS）和国家气象和水文部门（NMHS）的资料、产品和服务。虽然观测系统将主要通过少量的新增加内容和技术变化而发展，预计变化范围非常重要，并将涉及科学、资料处理、产品开发和使用、以及培训方面的新方法。

　　1.2.内容 

　　在最近的几十年中，WMO的全球观测系统（GOS）已经取得了非常显著的改善，并大大促进了可用于业务气象活动的观测范围和质量，而观测系统的改进促进气象服务质量取得重大的进展。

　　全球观测系统（GOS）空基组成部分的发展特别显著，现在的空基部分已经发展成为许多不同卫星仪器和系统的综合体系，为范围广泛的应用作出突出贡献。

　　除了在气象业务中发挥长期作用以及支持数值天气预报（NWP）的快速发展，观测已经开始支持更广泛的应用，不仅支持实时监测和预报天气，而且还可以监测和预报海洋和地表，包括月和季节尺度上的长期预报。用户要求变得更加严格，这些活动已出现了新要求和新工具，模式发展很快，观测需求也一样。总之，观测需求越来越严格，并且需求变化也越来越快。

　　观测需求考虑了WMO发起的，以及WMO和与其他国际组织共同发起的计划中所有相关的应用。其中一些是实时应用，包括天气和海洋预报。对于这些应用，通常交换和处理从几分钟到几个小时时间尺度的观测（取决于观测技术，用户需求和数据传输的方式）。其它应用也是业务运行的，但能够承受更长时间地推迟收集和使用观测。还有一些是与各种应用相联系的研究活动，这些活动不太受数据收集和数据交换时效延迟的限制。许多观测系统满足实时和非实时需求。全球气候观测系统（GCOS）活动和全球气候服务框架（GFCS）活动有一些需求不太受实时数据交换的限制，尽管一些方面可大大受益于实时或近实时资料交换。随着这些服务的用户不断增加，与提供业务气候服务（GFCS）有关的观测需求预计将增加⁸。在某些情况下，只需实时分发用于其它目的的观测资料，就能取得重要改进。

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1. http://www.earthobservations.org/

2. 2009 年，第三次世界气候大会 (WCC-3)决定建立全球气候服务框架 (GFCS)，以加强制作、获取、提供和应用以科学为基础的气候预测和服务。更多详情： -http://www.wmo.int/pages/gfcs/office/index_en.html

3. http://www.wmo.int/pages/prog/sat/CGMS/CGMS_home.html

4. http://www.ceos.org/

5. GTOS 是由 FAO, ICSU, UNEP, UNESCO 和 WMO 联合建立的 - http://www.fao.org/gtos/

6. GOOS 是由 ICSU, IOC of UNESCO, UNEP 和 WMO 联合建立的 - http://www.ioc-goos.org/

7. GCOS 是由 ICSU, IOC of UNESCO, UNEP 和 WMO 联合建立的 - http://www.wmo.int/gcos

8. 在 GFCS 背景下的气候服务用户是很宽泛和非常多样的群体，包括广大政策制定者、管理者、工程师、科研人员、学生和公众，他们来自各行各业和不同的社会经济领域（包括农业、水资源、卫生、教育、减害、环境、旅游、交通等），而且他们的整个需求尚不得而知。

　　1.3.新计划的背景和目的

　　在WMO基本系统委员会（CBS）的主持下，综合观测系统开放式计划领域组（OPAG-IOS）及其全球观测系统演进发展专家组（ET-EGOS）指导和监督全球观测系统的发展。OPAG-IOS和ET-EGOS已监督了WMO不同应用领域对于观测系统需求的“滚动需求评审”（RRR）过程。在该过程中，根据不同的应用领域对观测需求进行分类，在资料密度（水平或垂直分辨率）、不确定性（准确性）、观测周期（频次）和时效方面对各类需求加以量化，以综合列出所需的气象和环境变量（风、温度等）。滚动需求评审(RRR)过程用于规范化包括此类信息在内的数据库管理。数据库会定期评审和更新。目前开展的滚动需求评审主要针对了下列12个应用领域：全球数值天气预报、高分辨率数值天气预报、临近预报和甚短期预报、季节至年际预报、航空气象学、海洋应用（包括海洋气象）、大气化学、农业气象学、水文学、气候监测、气候应用和空间天气。必要时将增加其它应用领域。对于每个应用领域，都要通过该领域专家的“关键评审”，将观测需求与当前和规划的观测系统的能力进行对比。关键评审还要考虑“观测系统对应用影响试验研究”的结果。在用户需求方面，现有规划的能力方面存在的主要不足参见差距分析或“指导声明”（SoG）。用户需求、现有和规划的能力评估以及指导声明是这个过程的主要成果，首先它贡献于“全球观测系统到2025年发展愿景”，而且有助于本实施计划中的分析与实施行动。

　　本实施计划的第一版于2001-2003编写完成，WMO基本系统委员会于2005年通过第一版计划-即老版本实施计划。老版实施计划包括一系列旨在改进全球观测系统地基和空基子系统的建议。目前的新版本实施计划在原老版本计划基础上完全改写。重新改写的原因在于： 

　　• 从2003以来，在原先的建议之上又增加了许多意见和更新内容，作为报告全球观测系统演进发展过程的一部分。这些意见和更新内容目前主要具有历史价值，但却使文件不易理解； 

　　• 有些建议已经过时； 

　　• 进展报告中已增加了一些新建议，其中许多涉及新的实施计划； 

　　• “全球观测系统2025年发展愿景”于2007年由全球观测系统演进发展专家组（ET-EGOS）启动，2009年经由WMO执行理事会第61次届会批准通过，它对观测系统的发展提出了高层次目标。本新版本实施计划是对新愿景的全面响应，并在结构上得到体现。世界气象组织全球综合观测系统（WIGOS）为WMO各观测系统提供了新的组织框架，有必要将本实施计划置于WIGOS框架之内，并且还包括了WIGOS中的一些重要内容，例如综合性和互可操作性； 

　　• 新版本实施计划更为具体地明确了哪些机构需要采取不同的实施行动； 

　　• 新版本实施计划响应了新版的全球气候观测系统实施计划（GCOS-IP）、全球气候服务框架（GFCS）以及全球冰冻圈监视网（GCW）的新需求。此计划中涵盖的各项行动旨在强调和宣传GCOS对基本气候变量（ECV）的高质量观测需求以及GCOS气候监测原则（GCMP）中阐明的观测规范。

　　目前的新版本实施计划旨在制定对进一步改进全球观测系统以及对于逐步实现2025年全球观测系统发展愿景至关重要的一系列实施行动。旧版本计划中的许多行动也得到了重申和更新。此外，新版本计划确定了负责各项行动的参与方（组织、机构）、预计的时间范围、总体管理和监督以及绩效指标。绩效指标通常涉及“观测资料数量”或“观测系统数量”。虽然对各项行动质量要求没有提出具体规定，但这些数字应当理解为：质量可接受的观测资料的数量。如同用于仪器和观测方法一样，预计WMO质量管理框架（QMF）也将在此发挥重要作用（参见第2.1节）。

　　新版本实施计划按2010—2020年前期的预想阐述各项实施行动，新版本计划的时段涵盖到2025年。为了监督本实施计划中的各项行动，将定期编写进展报告；并以该新版本实施计划为参照基准来对比进展。

　　如果目前规划的各项活动到2025年能够满足需求，则在今后的更新中，相应的子节中不会纳入新的行动。然而，如果对本计划进展的监督表明实施机构的计划有变化，且有“差距”出现，也并不妨碍在日后增加进一步的行动。

　　本计划第3节中涉及交叉行动，第4节涉及针对发展中国家的具体考虑。针对各观测系统在下列各章中单独列出了行动：第5节为地基观测系统，第6节为空基观测系统。最后，第7节为空间天气。

2.实施的战略方法 

　　2.1.总体方法及与世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)的关系 

　　目前的实施计划包含各项实施行动，旨在观测可描述大气以及大气相关环境（海洋、冰和陆地）的许多变量。预计执行这些实施行动虽有困难，但在2012-2025年时期内是可行的，尽管在2025年可能无法完全完成。这些实施行动的确定在很大程度上是源于滚动需求评审(RRR)过程提供的差距分析。不同行动的优先次序是以不同应用领域的滚动需求评审(RRR)和相应指导意见（SoG）为指导。

　　这些实施行动的制定融入了各种信息，不仅包括关于现有的和规划的观测能力与当前所阐述的用户需求之间差距的信息，还包括关于弥补这些差距的最具成本效益方法的信息。通过观测系统对于数值天气预报实际或模拟的影响试验，已尽可能地获得了指导。特别是考虑了观测系统试验（OSE）、观测系统模拟试验（OSSE）以及数值天气预报(NWP)中心开展的其它影响研究的结果。

　　本新版本实施计划中确定的实施行动考虑了世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)发展和实施战略确定的、并经过第十六次世界气象大会（Cg-16，2011）通过的世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)的愿景、需求、目标和范围，同时也考虑了第64次执委会（EC-64，2012）批准的世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)实施计划（WIP）（参见网址）

　　世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)愿景与需求 

　　根据WIGOS的愿景，要求以具有成本效益和可持续的方式建立一个综合、协调和全面的观测系统，以满足WMO会员在提供天气、气候、水和相关环境服务方面不断增长的观测需求。WIGOS将提供一个框架，推动WMO各观测系统组成部分的整合和优化发展，包括WMO对联合建立的观测系统做出贡献。

　　为改进气象服务，需要提高现有的观测能力，使之更具成本效益并维持其运行。为确保协调一致的、全面和可持续的系统，满足WMO和合作伙伴的需求，需要改进观测系统的治理、管理和整合。

　　为了确保互可操作性并促进观测系统各组成部分的优化，必须进行整合。整合的主要要求是实现三个关键领域的标准化：仪器和观测方法的标准化；世界气象组织信息系统(WIS)的信息交换和数据发现标准化；符合质量管理框架的资料管理标准化。

　　质量管理框架（QMF） 

　　预计WIGOS将提供及时、有质量保证和质量控制的、记录完善的长期观测资料。实施质量管理程序，就能够更好地利用现有的和新的观测能力。

　　WIGOS应涵盖质量管理框架（QMF）的全部程序，以确保关于天气、水和气候的观测资料、记录和报告以及其它环境资源、业务预报、预警、相关信息和服务均符合既定的质量，并符合与其它国际组织商定的相关联合标准。这一切都应当是以商定的质量保证和质量控制标准为基础，旨在制定和实施综合质量管理系统（QMS）。为此，只有在国家层面有效实施之后，才将可能提供可靠、及时、有充分质量控制的资料流和相关元数据。

　　观测系统的协调规划和优化

　　在WIGOS框架内，将通过滚动需求评审(RRR)过程对观测系统进行的规划协调和优化，见第1.3节。

　　WIGOS的发展将受益于各项试点项目，预计这些项目有助于全球观测系统的长期发展。

　　本实施计划描述了针对各观测系统提出的实施行动。WIGOS的其它方面（网络管理、与伙伴组织的关系、与世界气象组织信息系统(WIS)的协调等）虽然也很重要，但不在本实施计划的范围之内。

　　本实施计划战略方法的一些要素也同样适用于GCOS-IP的战略方法。这些战略要素包括： 

　　• 地基实地和遥感观测网络的全球覆盖。这主要包括改进现有的观测网络，以实现推荐的技术、业务和维护标准，特别是在发展中国家； 

　　• 扩大现有观测网，特别是提高对资料稀疏地区（如海洋、热带、高纬度、高海拔）的观测密度和频次，以满足GFCS用户界的新需求； 

　　• 改进资料获取系统和资料管理程序，旨在将资料缺失最小化并与世界气象组织信息系统(WIS)和世界气象组织全球综合观测系统(WIGOS)概念保持一致；这包括实施符合国际公认的对天气、气候、水和相关环境观测标准以及相关资料交换标准； 

　　• 通过持续和改进的标定和/或检验、有效的资料管理、确保高优先卫星观测的连续性，有效利用卫星资料； 

　　• 以现有资料系统为基础，强化对资料来报率和质量的监测（在加工、交换和使用等各个阶段）；通过科研、技术开发和试点项目示范，不断形成新的能力。

　　2.2.实施机构 

　　对于地基观测系统而言，实施行动主要依靠国家机构，如国家气象部门（NMS）和国家气象和水文部门（NMHS）。而在有些情况下，在国际计划背景下或是有密切国际合作范围内，实地观测网的实施则是由非气象部门或机构负责。在某些情况下，有些观测网是通过科研项目资助并主要用于科研目的的，因此它们的可持续性令人关切。

　　对于空基观测系统，实施机构有的是卫星运营方和开展科研和/或业务活动的国家卫星运行机构，有的是专门开展空间观测的多个国家机构（例如欧洲气象卫星开发组织-EUMETSAT，译者注）。

　　对于地基和空基系统，需要有高度的国际合作，因此WMO发起以及与其它国际组织联合发起一些国际计划。对于从科研向业务转化的观测系统，发挥主导作用的是WMO的三个技术委员会：基本系统委员会（CBS）、大气科学委员会（CAS）以及仪器和观测方法委员会（CIMO）。

　　对于地基实地观测网络，其设计和开发通常是通过各区域协会，利用技术委员会的指导材料，主要是（但不仅是）基本系统委员会(CBS)的指导材料，区域协会在各自区域发挥着关键的协调作用。通过世界气象组织于其他国际组织联合发起的观测系统（GCOS，GOOS，GTOS），许多需求可得到满足。关于海洋实地观测网，世界气象组织与国际海洋组织（WMO-IOC）共同建立的海洋学和海洋气象学联合技术委员会（JCOMM））参与了协调所有的观测系统在海洋表面进行海洋气象测量，以及在海面或水下开展海洋学测量。大气化学观测的实施是通过全球大气监测网（GAW）计划及其战略计划和增补件（参见5.3.1.4节中给出的网址参考）。对于空基观测系统，观测的总体趋势是面向全球范围的，而不是像实地观测网那样主要注重区域。WMO在空基观测系统发展方面的作用也同等重要，WMO与气象卫星协调组织（CGMS）以及国家和国际空间机构开展密切合作，共同推动WMO空间计划的发展。

　　有些地基观测网络在气候监测方面具有至关重要作用，因此必须加以扩充。这些观测网包括用于地面辐射测量的观测，是对卫星仪器总射照度及所有变量测量的补充，这些变量的必要性在于监测地球系统的碳循环（特别是土壤碳）以及大气、海洋和地表之间二氧化碳和甲烷通量。全球地球观测组织（GEO）的全球碳观测战略阐明了开展此类观测的实施机构。