1947年9月,國際氣象組織在華盛頓召開會議,審議和通過了《世界氣象組織公約》。1950年3月23日,在這一公約正式生效后,國際氣象組織更名為世界氣象組織(World Meteorological Organization,WMO),并在1951年成為聯(lián)合國的專門機構(gòu)。1960年6月,世界氣象組織通過決議,把每年的3月23日定為世界氣象日。每年世界氣象日,世界氣象組織和國際氣象界都會圍繞一個相關(guān)主題舉行宣傳科普活動。從1961年到2019年,我們已經(jīng)經(jīng)歷了59個世界氣象日,其中7年的主題與水直接相關(guān),如1967年“天氣和水”,1977年“天氣與水”,1997年“天氣與城市水問題”,2001年“天氣、氣候和水的志愿者”,2004年“信息時代的天氣、氣候和水”,2005年“天氣、氣候、水和可持續(xù)發(fā)展”,2012年“天氣、氣候和水為未來增添動力”??吹竭@里,有的讀者就會產(chǎn)生疑問了,為什么世界氣象組織這么重視水的事情呢?憑感覺這應(yīng)該是世界水文組織的事情呀,但實際上,是沒有世界水文組織這個機構(gòu)的,有的是國際水文組織(International Hydrological Organization, IHO)。這個組織是不是管水的呢?答案是肯定的,但它是一個基于水文學(xué)的政府間國際組織,其宗旨是通過制定國際標(biāo)準(zhǔn),協(xié)調(diào)國家水文辦事機構(gòu)相互合作,推動項目方案,確保世界的海洋等通航水域得到準(zhǔn)確的調(diào)查和繪制。我們再來看看世界氣象組織的宗旨: 促進(jìn)氣象站網(wǎng)建設(shè)方面的國際合作,開展氣象、水文及與氣象有關(guān)的地球物理觀測;促進(jìn)建立和維持各氣象中心提供氣象和與氣象有關(guān)的服務(wù);推進(jìn)氣象學(xué)在航空、水利和農(nóng)業(yè)等人類活動領(lǐng)域的應(yīng)用;鼓勵氣象及相關(guān)領(lǐng)域的研究和培訓(xùn)。通過這兩個機構(gòu)宗旨的對比,大家應(yīng)該可以知道從職責(zé)劃分上國際水文組織主要的工作還是專注于水文學(xué)本身,而世界氣象組織的工作中有很大一部分工作就是直接與水相關(guān)的。另外還有一點就是,上面提到的與水相關(guān)的世界氣象日主題中除了出現(xiàn)水以外,都出現(xiàn)了天氣或氣候,或兩者都在,這表明世界氣象組織更關(guān)注的是氣象與水之間關(guān)系的問題。2020年的主題是“氣候與水”,這也驗證了以上我們的分析。下面我們就來具體說說這個主題。首先要明確兩個概念,一個是氣候的概念,但要想說清楚氣候和水的關(guān)系,另一個氣候系統(tǒng)的概念就變得非常重要。
什么是氣候?氣候是指較長時間內(nèi)(從一個月到一年、數(shù)年、數(shù)十年甚至數(shù)百年或更長)氣象要素(如溫度、降水、風(fēng)、日照等)以及天氣現(xiàn)象的統(tǒng)計結(jié)果,也就是在一個較長的時間內(nèi)天氣的平均狀況。什么是氣候系統(tǒng)?氣候系統(tǒng)是指大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈以及各圈層之間的能量和水分交換。對于氣候系統(tǒng)來說,主要是能量和水分在各個圈層的分配和流動的問題。
水是全球氣候系統(tǒng)中的活躍成分,它的物理性質(zhì)決定了它在整個氣候系統(tǒng)中的重要性,通過狀態(tài)變化或是相變,水可以從一種存儲狀態(tài)或子系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)或子系統(tǒng)。例如,水在各種狀態(tài)的滯留時間差別很大。在大氣中,水汽的平均滯留時間為3天;在冰雪中,水汽的存儲時間可達(dá)數(shù)萬年甚至數(shù)十萬年;在海洋、冰層或地下深層含水層中,水分子要經(jīng)過很長的時間才能到達(dá)大氣中并得以短暫停留。由于水的熱容量高,它可以調(diào)節(jié)中緯度地區(qū)冬季的溫度;由于飽和水汽壓隨溫度而變化,通過蒸發(fā),它可以讓低緯度地區(qū)的海面溫度維持在29℃左右;在水的相變中涉及的大量能量可以影響穿過大氣層的太陽輻射能;水汽的紅外輻射特性,使其成為大氣向太空進(jìn)行能量散逸的主要載體;通過影響能量交換過程與相關(guān)動力學(xué)過程,水成為控制自由大氣溫度的主要因素。從實際情況看,全球水循環(huán)是3種相態(tài)水的閉合循環(huán),是全球氣候系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)。即使不強調(diào)大氣的輸送作用,水的產(chǎn)生和運動規(guī)律也是水文學(xué)和氣候?qū)W的基本內(nèi)容,把大氣分支和地表分支結(jié)合起來,就構(gòu)成了完整的水循環(huán)過程。大氣分支包括降水、蒸發(fā)和水汽的傳輸,通過地—氣界面,它與地表分支緊密相連。地表水分以蒸散(蒸發(fā)和蒸騰)方式進(jìn)入大氣分支,大氣水分則以降水形式返回地面分支。地表分支涉及各種陸面過程,而大氣水分則提供能量和水分的再分配機制。地表分支包括水分的流入、流出,及其在陸地和海洋中各種不同形式的存儲,其基本內(nèi)容包括地表或近地表的各種自然過程,這些過程最終導(dǎo)致地表徑流和地下徑流, 直接影響著地表其他物質(zhì)的循環(huán)。
那為什么水循環(huán)能夠一直維持下去呢? 要想說清楚這一點,那就必須了解水循環(huán)的輸送功能。大氣一方面從海洋向大陸輸送水分,另一方面也在水平和垂直方向上傳輸能量,并調(diào)節(jié)地表的輻射強迫。大氣的運動特性及其引起水相變的能力,使其成為地表水循環(huán)的外部強迫因子。
除了上面提到的,了解氣候變化和水資源的關(guān)系更有助于我們理解氣候與水的關(guān)系,氣候變化直接影響水資源,進(jìn)而引起人們對全球水循環(huán)研究的濃厚興趣。眾所周知,水是人類賴以生存的基礎(chǔ)。在濕潤地區(qū),人們用水毫不在意,但在干旱地區(qū),水卻異常珍貴。氣候變化和水資源短缺,促使人們更全面地研究氣候、水循環(huán)與水資源之間的關(guān)系。一方面,水循環(huán)呈現(xiàn)出較大的年際、季節(jié)性和區(qū)域性變化;另一方面,人類活動改變了大尺度的地表覆蓋,影響了大陸的水分平衡和大氣與海洋之間的水分平衡。數(shù)值模擬表明,大氣中的水汽可改變氣候系統(tǒng),從而導(dǎo)致溫室效應(yīng)顯著增強。因此深入理解氣候系統(tǒng)與水循環(huán)之間的關(guān)系,也是一個亟待解決的問題。
全球氣候已經(jīng)發(fā)生變化,并且還將持續(xù)變化。氣候變化及其變率的時空變化驅(qū)動了水循環(huán),能量和水分作為氣候系統(tǒng)中的兩個主動因素,同時又受水循環(huán)的控制。直觀上,在蒸發(fā)加速的情況下,降水將會增加,增暖的地球?qū)兊酶訚駶櫍欢鴧^(qū)域間的氣候差異會導(dǎo)致溫度和降水響應(yīng)呈現(xiàn)地域差異。模擬結(jié)果表明,海面溫度對氣候變暖的敏感性會影響氣候變暖與水循環(huán)強度之間的關(guān)系, 氣候變暖與水循環(huán)強度的升高或降低也有關(guān)系,由于地表覆蓋,尤其是植被的影響,水循環(huán)也呈現(xiàn)出緯度或季節(jié)性的差異。
總之,氣候與水的關(guān)系是目前氣象學(xué)家和水文學(xué)家密切關(guān)注的研究熱點和焦點,隨著目前觀測技術(shù),尤其是衛(wèi)星技術(shù)以及計算機技術(shù)、數(shù)值模式的巨大進(jìn)步,未來我們將會更深入、更精細(xì)地了解氣候和水之間的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上更好地為人類的生產(chǎn)勞動、防災(zāi)減災(zāi)和美好生活服務(wù)。
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