美国气象学会未来十年的优先重点：天气、水和气候（美国气象学会理事会于 2020 年 9 月 28 日通过）
发布日期 ：2026-01-05
♦ 本刊编译报道
天气、水和气候（WWC）影响着每个社区和每个经济部门。对 WWC 的科学观测和研究可帮助我们满足人类的基本需求，并为社会进步创造巨大的机会。近期的政策方案将有助于确定国家在未来几十年内的 WWC 能力和脆弱性。
一、建议
为确保未来十年的经济和社会福祉，美国气象学会建议国家：
（1）培养下一代 WWC 专家
必须培养一支多元化和包容性的员工队伍，让社会各方人员都宾至如归。为了确保这支员工队伍有能力推动科学和技术进步，应用科学知识造福所有人，并为 WWC 决策提供信息，必须继续在以下方面进行投资：
• 教育和培训从事科学、技术、工程和数学职业的学生；
• 培养新一代 WWC 研究人员。环境意识和职业操守是需向下一代 WWC 专家灌输的重要价值观。
（2）投资于对创新和先进服务至关重要的研究
为了确保在理解复杂多变的地球以及应用这些知识造福社会方面继续发挥引领作用，需要增加投资，以支持地球科学、工程和相关社会科学领域的新发现、创新、应用和模式开发等。
（3）投资于观测和计算基础设施
为确保科学知识的进步，更准确、更及时地提供 WWC 产品，支持对决策者有用的服务，并维护国家安全，需要针对以下方面进行定向投资：
• 大气-海洋-陆地-冰雪观测基础设施
• 可将产生的大型数据集转化为适合信息服务和预测模式形式的技术
• 领先的高性能计算机和软件，包括以互动方式纳入地球系统各组成部分的天气和气候模式
• 观测质量控制，包括加强对观测误差的诊断和改进自动观测系统
（4）开发可利用科学进步为社会造福的服务
为确保满足社会最迫切的需求，并使其能力得到最佳利用，必须鼓励、发展和实施让各种用户参与的机制，并及时和有效地将研究转化为实际应用。特别是，开放获取数据和出版物是能够尽可能广泛地传播科学研究成果的一个日益强大的工具。
（5）为 WWC 信息用户提供信息
为了确保用户获得信息，能够充分利用先进的 WWC 信息和工具，教育和宣传方案必须继续侧重于提高 WWC 技能以及决策者和整个社会对其的认识。这些努力应借鉴自然科学和社会科学的知识，并应让科学家和决策者开展合作，以最大限度地利用用户反馈和共同创造知识。
（6）建立牢固的伙伴关系，贯穿全部 WWC 事业
私营公司、政府官员、学术研究人员和非政府组织一直在共同努力，以应对美国的 WWC挑战。随着这项任务越来越重要、紧迫和复杂，需要联邦政府协调一致共同努力，以支持、加强和鼓励部门间的战略伙伴关系，包括努力增加全套地球观测，推进环境数据的长期管理，并提高国家和国际层面上对气候变化和变率的复原力。这种伙伴关系还必须扩大到相关学科，包括能源、交通、卫生和决策支持等。
（7）实施有效的领导和管理
为了确保对 WWC 的投资符合国家的最大利益，需要采取有效的领导和管理办法，包括：
（a）在白宫和联邦机构中任命能力强、素质高和多元化的领导层担任 WWC 最高政策职位；
（b）实施管理办法，支持联邦机构和国会对 WWC 研究和服务进行综合规划。应积极主动地让学术界和私营部门参与进来。
二、背景情况
为了实现繁荣，美国，包括其政府、企业、事业和人民，都依靠丰富的物质资源。粮食、水和能源以及维持生命的环境都是必不可少的。我们的未来也寄希望于一个基本的期望：无论环境如何，我们都具有足够的复原力得以生存。复原力包括对天气危害的提前预警和在需要时提供安全的庇护所，还包括知道技术成功的副产品，即碳排放会使我们的大气层、海洋和生物圈变暖和改变，而我们会有怎样的预期以及如何应对。
我们所有人都容易受到极端天气和气候变化的影响。每个人的风险都会受到其居住地、社会经济地位、家庭和社区关系、社会结构、是否存在种族歧视以及许多其他因素的影响。无论是谁，都依赖环境知识。而那些创造和使用这种知识的人要对国家和人民负责。
美国极大地受益于世界上最大的天气、水和气候（WWC）专家群体，他们在联邦、州和地方政府（公共部门）、私营公司、非政府组织（NGO）和学术界工作。作为多方面的联合，他们共同为美国人提供关于影响所有人生活的环境行为的重要指导。
在 2020 年代的十年中，将对 WWC 事业提出新要求，而这些挑战凸显了保护和加强国家能力、经济实力、复原力和公平的必要性。具有讽刺意味的是，其中一些挑战来自于技术进步本身。在这些挑战中有：
• 来自新平台的新型数据
• 气候变化与社会变化的交集
• WWC 信息的新来源
• 对 WWC 观测能力和业务的潜在干扰
这些例子说明了两个迫切的需要：
• 掌握所需的 WWC 信息，以避免有害的后果和创造新的机遇
• 尽可能有效地利用这些信息
地方、州和联邦各级的政策制定者在确定这两种需求的满足程度方面将发挥巨大的作用。
WWC 的信息必须尽可能准确、完整、可获得和可付诸于行动。COVID-19 大流行病使人们认识到，在危机迫近时，及时掌握相关信息的巨大价值。国家必须投资于可支持 WWC 信息的人力和体制基础，以便我们所有的人民和社区都能得到尽可能好的指导，了解对我们的环境会有什么期望，何时会有这种期望，以及他们可如何应对。增加多样性、公平、包容和可获得性对于加快科学进步和使 WWC 从业者与国家人口及其不断变化的需求相一致至关重要。一个可了解并可有效地应对地球上不断变化的天气、水和气候条件的社会，才是经济和社会繁荣的社会。
环境预报可在不同的时间尺度上提供多方面的价值。在每一个时间范围内，不同区域、社会、机构和学科背景的专家和利益攸关方必须联合起来，更好地了解人们和社区需要知道什么，以便最好地利用天气和气候指导方面的进展。这些成果可以在用户需求和时间框架内产生效益，从几分钟到几十年以上。
考虑到这种情况，AMS 编写了上述七项政策建议，目的是建立一个强大的 WWC 事业，以便有能力支持对社会健康和复原力至关重要的服务和研究。要实施这些政策仍然存在挑战，它们对预报和其他服务的影响因提前时间不同而不同。这些考虑因素强调如下。
三、不断变化的挑战
3.1 来自新平台的新型数据
WWC 数据来自公共、私营和学术部门以及非政府组织。每一个组成部分对 WWC 事业都是至关重要的，各部门合作和竞争的方式也是如此。鉴于目前正在建立和部署的观测系统数量迅速增加，就更是如此。这些数据有可能加强预报，并增进对大气和海洋的更广泛了解。到 2030 年，将需要对用于日常天气预报的国家卫星传感器网络进行升级，而这种升级可能会利用一系列新开发的工具。
然而，没有一个总体政策来确保来自这些新平台的数据尽可能一致和可靠，确保预报系统能够从这些数据中获得最大的好处，确保能够在评估气候变率和变化所需的较长时期内提供这些数据。因此，随着能力、利益和需求在未来十年及以后的发展，认真和持续地考虑公共、私营、学术和非政府组织的作用和责任将是至关重要的。
3.2 气候变化与社会变化的交集
过去 40 年的密集观测和研究表明，人类正在造成气候的变化，而人类造成的气候变化是危险的，其后果可能是可怕的。21 世纪最初十年，全球气温连续三年创下历史新高。预计在21 世纪 20 年代及以后，由于已经排放到大气中的温室气体以及仍将产生更多的排放物，气温会进一步升高。后者将在很大程度上取决于社会在未来几年采用的方案。
气候变化不仅改变着地球的自然和生物系统，而且还影响着从基础设施到农业再到能源供求的每个社会和经济部门。例如，干旱影响的加剧会导致大规模的跨国移民，这反过来又会加剧区域冲突和不稳定。被边缘化的人往往最容易受到气候变化直接或间接引发的多重变化和危机的影响。
在美国许多地方，新出现的气候趋势正在加剧社会压力。例如，持续的天气形势加之平均海平面上升，2019 年迈阿密地区有 2000 多个小时的水位高于高潮，那里的房地产已经受到长期海平面上升的影响。在德克萨斯州，2017 年飓风“哈维”造成的创纪录的降雨量与全球极端降雨加剧的趋势一致，而休斯敦地区的无序扩张更加剧了由此引发的灾难性洪水。在加利福尼亚，那里的发展已越来越接近易发生火灾的森林，干期也越来越多地伴随着创纪录的高温，2017—2018 年一连串的野火在生命和财产方面造成了前所未有的损失。为了降低火灾易发天气的风险，采取了电厂停电的措施，致使数以百万计的加州人受到了影响。预测和应对这种多层面的威胁，需要跨部门和跨学科开展新形式合作和数据共享。
研究界的另一项任务将是确保应对气候变化的努力能够减少而不是加剧社会不平等。例如，如果没有经过深思熟虑的设计，减少全州或地区总排放量的上限和交易方案可能会使剩余的污染更加集中在边缘化的社区。随着认识的提高，自然和社会科学家可以与受影响的人群合作，修复或避免他们可能遭受的过度伤害，无论是气候变化本身还是应对气候变化的努力皆如此。
3.3 WWC 信息的新来源
智能手机和社交媒体的普及，让美国人几乎可以不间断地获取信息，这也为天气预警提供更加具体的时间和地点奠定了基础。然而，新形式的媒体也会使消费者更难评估天气信息的来源和/或准确性。在致命天气威胁或重大决定迫在眉睫时，这种差距可能会导致公众更易受到影响。
3.4 对 WWC 观测能力和业务的潜在干扰
WWC 业务依靠无线电频谱来观测地球系统（例如，利用卫星、天气雷达和风廓线仪）并传输关键信息。无线电频谱是一种有限的资源，对频谱的竞争非常激烈，而且还在不断增加，特别是随着 5G 接入范围的扩大。这种竞争使与 WWC 有关的无线电频谱的使用面临风险。在作出重新分配的决定之前，决策者必须了解并考虑无线电频谱的气象用途，这一点极为重要。
四、政策如何在不同的时间尺度上影响 WWC 服务
传统的天气预报时间内（大约一天到两周）的预测对各种用户来说仍然非常重要。这些预报可以通过各种方式得到改进和进一步利用，例如，将多日降雨预报更完整地纳入洪水展望和水资源管理。
其他时间尺度的预测有其自身的优点和挑战。下文列举了三个示例予以说明。这并不是一个完整的清单；可以针对每个时间尺度，从几分钟到几十年以上时间尺度创建其他例子。
4.1 一至三小时
国家在研究和观测方面的投资已经为灾害性天气指导铺平了道路，使之超越传统的 30～60 分钟的预警，而达到了 1～3 小时的时间范围。这样的指导可以在防灾和安全方面带来重大利益。这也提出了新的问题。如果人们期望在龙卷风或山洪暴发前有一个多小时的时间采取行动，他们将如何应对？如何才能最好地传达这种指导中固有的概率和不确定性？学校、工作场所和其他机构如何在这些延长的时间框架内采取行动支持公共安全措施？
4.2 数周至数月
具体局地天气预报的准确度不能超过大约 10～14 天。然而，许多其他类型的展望在以概率或可能性表示时，已显示出数周至数月期间（次季节至季节）的准确性。例如，一些区域性龙卷风风险增加的时期可能提前三周以上就可以预测。马登-朱利安振荡的发展可以在数周前预测飓风发展概率的增加。厄尔尼诺和拉尼娜事件的发展可以提前几个月预测全国哪些地区最有可能经历比往常更潮湿、更干燥、更温暖或更寒冷的冬季。电厂、农业和其他经济部门已经根据这种季节性展望节省了资金。如何改进这些展望所依据的科学，以及如何以对公众和其他利益攸关者更有用的术语来表示通常性质复杂的结果概率，从而获得更大的经济和安全效益？例如，如何将预测的信度纳入并传达给用户，使用户知道某一特定情况是否可能产生更完善或不完善的预报？
4.3 五到十年
在未来十年及以后，必须在全国范围内建造数十亿美元计的基础设施，以确保安全供水，保护社区免受洪灾，并实现许多其他目标。WWC 指导意见对于发展基础设施至关重要，因为这些基础设施要在气候变化形势下适应今天、明天、未来十年和未来几十年的需要。在 2020年代，气候变化的哪些方面有可能最迅速地出现，这些方面将如何与社会变化联系在一起？研究工作如何才能最好地支持了解和应对这些变化所需的工具？
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