全球气候观测系统

全球气候观测系统 Global Climate Observing System（GCOS）是在1992年作为第二次世界气候会议的成果建立的，以确保获得处理气候相关问题所需的观测和信息，并向所有潜在用户提供这些信息。全球气候观测系统由世界气象组织（WMO）、联合国教科文组织政府间海洋学委员会（IOC）、联合国环境规划署（UNEP）和国际科学理事会（ICSU）共同赞助。为了评估和监控现场观测网络以及卫星观测系统的充分性,全球气候观测系统定期向《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）报告当前气候观测系统的充分性,从而确定了当前气候观测系统的需要。

全球气候观测系统包括许多有贡献的观测系统和网络中与气候有关的部分。 它的任务是帮助确保这些贡献系统作为一个整体，提供包括个人、国家和国际组织和机构在内的用户所需的全球气候系统的全面信息。 该方案促进针对全气候系统的可靠物理、化学和生物观测和数据记录的持续提供和可用性- -覆盖大气、海洋和陆地领域，包括水循环、碳循环和冰冻圈。  

结构

为全球海洋观测系统作出贡献的主要观测系统是气象组织综合全球观测系统 the WMO Integrated Global Observing System（WIGOS）,全球冰冻圈观测系统 the Global Cryosphere Watch（GCW）,和世界水循环观测系统 the World Hydrological Cycle Observing System（WHYCOS）,和政府间海洋学委员会领导的全球海洋观测系统(GOOS)。 其他一些基于领域和跨领域的研究和业务观测系统也提供了重要贡献，包括现场观测和卫星观测。 全球气候观测系统同时得到国际科学和技术界的支持，并支持和支持国际科学和技术。世界气候研究计划(WCRP)共同赞助了全球气候观测系统为大气、海洋和陆地领域设立的专家小组。 GCOS指定的复合观测系统是更广泛的全球地球观测系统 Global Earth Observation System of Systems（GEOSS）的气候观测组成部分，同时全球对地观测系统的具体观测系统举措也促进了全球气候观测系统。

基本气候变量

全球气候观测系统已经确定了50个被认为是全球气候观测可行的基本气候变量 Essential Climate Variables (ECVs） ，并对《联合国气候变化框架公约》和其他利益攸关方的要求产生了重大影响。 对这些基本气候变量的持续观测非常有必要，因为这些观测是生成和更新全球气候产品和派生信息所必需的。 全球气候观测系统及其合作伙伴正在开发改进与ECVs有关的数据产品的生产和供应途径。

专家小组

全球气候观测系统指导委员会设立了三个专家小组，以确定在每一个主要的全球领域（大气、海洋和陆地）所需要的观测，以编制具体的方案构成部分，并提出执行建议。 GCOS得到国际科学界的支持，也支持国际科学界。因此三个专家小组是由世界气候研究计划（WCRP）共同赞助的。 大气、海洋和陆地气候观测小组召集各领域的科学和技术专家，从这些领域向气候观测团体提供投入。 这些专家小组向全球气候观测系统指导委员会报告，设立这些专家小组的目的是确定在每一个主要的全球领域所需的观测，以便编制科学方案组成部分，并提出执行建议。

大气气候观测小组

设立大气气候观测小组 Atmospheric Observation Panel for Climate（AOPC）是因为认识到在气候大气观测方面需要具体的科学和技术输入。其目的是确保所需数据的质量、长期同质性和连续性。AOPC 支持并得到 WMO 全球综合观测系统（WIGOS）的支持。

协会的主要活动包括:

• 评估全球气候观测系统大气组成部分的现状，并确定其差距和足够性;

• 确保实施指定的全球气候观测系统网络，促进建立和加强新的和现有的系统，以便为基本气候变量提供长期和一致的数据和信息，如地球辐射预算、地面辐射、温室气体、水蒸气、云和气溶胶;

• 与有关研究机构、业务机构和终端用户机构联络，以确定和维持在全球和区域两级监测、了解和预测大气层的动力、物理和化学状态及其季节和多十年时间尺度相互作用的数据需求;

• 促进向用户群体转让和提供数据，以及重建历史观测和代用气候数据集。

海洋气候观测小组

海洋气候观测小组 Ocean Observations Panel for Climate（OOPC），由全球海洋观测系统、全球气候观测系统和世界气候研究计划共同赞助，是一个科学和技术咨询小组，负责就持续的全球海洋气候观测系统提出建议，以支持其赞助者的目标。这包括分阶段实施的建议。该小组还协助制定评价和发展该系统及其提议的策略，并通过联络和宣传商定的观测计划，支持有关各方的全球海洋观测活动。

海洋气候观测小组认识到需要进行可持续的海洋观测，并更加需要与沿海地区的社会问题联系起来。海洋气候观测小组的作用已经演变为监督全球气候观测系统的海洋部分和全球海洋观测系统的物理变量，同时确定气候方案气候研究的长期观测要求。

海洋气候观测小组的主要活动包括:

• 就科学和技术需求向气象组织-海委会海洋学和海洋气象学联合技术委员会（JCOMM） 提供建议，该委员会负责协调和实施基于平台的观测系统组成部分;

• 通过鼓励全球海洋观测系统区域联盟和国家对全球观测网络的承诺，并促进共同的最优方法和观测标准，协调有助于海洋环境变化的海洋观测网络;

• 审查对物理基本海洋变量和海洋观测变量进行持续海洋观测的需求并确定其优先次序，以便使广大利益攸关方参与进来，评估观测技术的准备情况和目前全球主要变量观测的充分性，并就制定国家沿海和海洋观测要求和观测系统执行计划提供技术咨询。

陆面气候观测小组

设立陆地气候观测小组 Terrestrial Observation Panel for Climate（TOPC），以发展一个平衡的、综合的陆地生态系统实地观测和卫星观测系统。该小组侧重于确定陆地观测要求，协助建立气候观测网络，就观测标准和规范提供指导，使更容易获取气候数据和信息及其同化，以及促进气候研究和评估。

陆面气候观测小组的主要活动包括:

• 确定控制影响气候的物理、生物和化学过程并作为气候变化指标（ECVs）的可测量的陆地（包括生物圈、冰冻圈和水圈）特性和关键变量;

• 协调与其他全球观测系统小组和工作组的活动，确保各项要求与总体方案保持一致;

• 评估和监测诸如全球陆地网络等陆地观测网络的充分性，并促进其整合和发展，以衡量和交流气候数据和信息;

• 查明现有观测系统和设计中的差距，以确保对陆地基本气候变量进行长期监测。

网络

全球气候观测系统方案的首要任务之一是确定适合于基本气候监测的世界天气观测（WWW）站的子集。大约1000个基线地面站的子集成为 GCOS 地面网络 the GCOS Surface Network（GSN） ，而150个高空站的子集被指定为 GCOS 高空网络 the GCOS Upper-Air Network（GUAN）。它们建立在现有的气象组织分类的基础上，成为大气网络的最初基线组成部分。选择 GSN 的考虑因素包括空间分布、记录的长度和质量、长期承诺和城市化程度。类似的考虑也适用于GUAN。指定这些网络有利于全球气候观测系统和国家气象和水文服务。对于国家气象和水文服务来说，指定一个气象站作为全球气候网络的一部分，有助于维持对这些有长期记录的站点的支持。这些网络为区域基础气候学网络提供了基础，该网络提供了关于气候变化的更多空间细节。

全球气候观测系统方案认识到必须在地面测量的标准和完整性之间取得平衡，认识到观测网络和系统的层次结构，包括根据对空间取样需要的假设而建立的综合、基准和参考网络。

在实施全球气候观测系统方面特别成功的一个例子是启动了一个高空观测参考网络——全球气候观测系统参考高空网络 the GCOS Reference Upper-Air Network（GRUAN）。该网络是一个混合观测系统的原型，将业务上的高空测量站点与研究站点结合起来，为大气廓线提供高质量的参考数据。全球气候观测系统参考高空网络各站正在进行高质量的大气剖面测量，这将有助于了解高空气候变化趋势，协助调查对流层上层和平流层下层的过程，并为校准卫星测量和验证独立的气候分析和模型提供数据。在 GRUAN 站点，至少部分观测程序遵循了质量、可追溯性和完整的错误描述的原则。该网络计划在未来几年扩大其最初的15个站点的规模; 在更多的站点引入气候质量标准。

外部链接

• 全球气候观测系统网站
• 全球海洋观测系统网站
• 大气气候观测专家组网站
• 海洋气候观测专家组网站
• 陆面气候观测专家组网站
• 全球观测系统信息中心网站

编辑推荐

集智课程

地球系统科学读书会

地球科学是研究相互作用的大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等组成的地球系统的形成、演化机制的学科。地球科学的研究对象是一个复杂的物理系统，从远古时代，人类便观察到一些独特的自然现象，在生产生活实践中，也尝试理解地球系统不同组成要素的联系，渐渐总结出了看云识天气，瑞雪兆丰年等一些列规律。但是这些经验化的规律并不能完全刻画地球系统的变化，随着现代科学的不断发展，科学家尝试对复杂的地球系统进行定量化的研究。地球的气候系统是众多的复杂系统之一，在 20 世纪 60 年代，美国气象学家真锅淑郎开始探索大气中辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用，据此领导了第一个地球气候物理模型的开发，并展示了大气中二氧化碳浓度的增加如何导致地球表面温度升高。大约十年后，德国气象学家克劳斯·哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，并进一步回答了尽管天气多变而混沌，但气候模型却仍然可靠。此外他还开发了识别特定信号和印记（指纹）的方法，发现自然过程和人类活动都会在气候变化中留下指纹，证明了第一次工业革命以来大气温度的快速升高主要是是由人类排放二氧化碳导致的。这些开创性的工作，也让真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼获得了2021年的诺贝尔物理学奖。

全球变暖显著地改变了地球系统的演化过程，由此引发的冰川退缩，海平面上升，极端天气气候事件频发等一系列的环境灾害，给人类社会也带来了许多严重的灾难。因此全球变暖不仅仅是一个科学前沿问题，更是一个重要的社会政治问题，影响着每个人的生存和发展。随着站点观测，卫星遥感、雷达等大量观测平台的相继建设，也产生了海量的地球系统观测数据，而目前经典的物理模型往往不能充分地利用这些数据，地球系统的许多问题也急需新的方法来深入解决。基于复杂网络的分析方法近些年来也被广泛运用，在中短期天气预报，二氧化碳空间不均匀分布的增暖效应，以及火灾的预测等问题上有了很多的创新性的工作。

此外，随着计算机技术、人工智能的快速发展，许多深度学习的方法比如神经网络、图网络等也被广泛地应用于分析和解决许多的地球科学问题，目前在大气污染预报，厄尔尼诺预测，自然灾害损失评估等领域有了明显的进展。复杂网络，深度学习等新方法的成功运用，给地球科学这门古老的学科注入了新的发展动力，也为解决当前地球科学面临的许多问题和迎接未来的挑战提供了强大动能。

---

本中文词条由气象人翻译，薄荷编辑，如有问题，欢迎在讨论页面留言。

本词条内容源自wikipedia及公开资料，遵守 CC3.0协议。