2019年7月12日，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）发布《2020～2026年研究与发展计划》^[1]，该计划是继2005～2009年、2008～2012年、2013～2017年研发计划之后的第4个聚焦研发的战略规划，旨在处理新出现的优先事项并细化先前确定的研发目标。计划提出未来7年优先发展的3个远景领域及每个远景领域的15个关键目标。

　　远景一：减少恶劣天气及其他环境现象对社会的影响

　　以物理领域为基础，重点关注影响社会的环境现象，包括当地极端天气、全球范围内气候变化、太阳活动造成的空间天气变化等。该远景领域包含4个关键目标。

　　1、改善恶劣天气及其他环境现象的预测及预警

　　提供基础模型、预测、信息产品和服务，为社区、生态系统和经济更好地应对环境事件。具体包括7个子目标：对影响环境的次季节性和季节性条件作出可靠和及时的基础预测；提供基于模型和测量的海啸和离岸流预测能力，以增强社区的准备工作和保护港口及港口作业；开发跨越一系列时间尺度和流域大小的综合物理及生态水模型和预测，以提供实时信息协助制定决策；使用基于社区的方法，配合高性能计算的进展，开发和运行下一代天气和地球系统统一模型；将水质纳入相关决策支持服务相结合的综合水质预测能力；确定基于传感器、混合或其他数据同化方法以产生最佳的对流尺度分析和预测；评估模型分辨率的敏感性，以及在资源允许的分辨率下优化预测特定对流危害的能力。

　　2、增强对影响当地天气、环境危害、水质和可利用水量的全球气候状况的研究

　　促进对全球气候状况和驱动因素的更好理解，增加国家应对、适应和减轻气候变化负面影响的能力。具体包括7个子目标：利用海洋观测资料，将海洋气候过程研究纳入气候和天气模型；对大气化学、组成和过程的深入研究，确定它们对空气质量、气候和天气系统的影响；找出美国不同纬度、经度、高度和地形的趋势的区域和季节差异原因，以改进预测，特别是对极端事件的预测；评估自然变化和辐射在导致气候系统季节性到十年际变化中的作用；加强了解、探测北极气候和生态系统变化的基础科学研究；开展气候变化研究，重点研究极端天气和沿海洪水的影响，淡水资源和海冰范围的变化；增进对影响人类健康的气候现象影响的理解。

　　3、提高空间天气产品和服务的效用

　　将为GPS客户改进太空天气预警和预报，以加强国家安全。主要包括3个子目标：开发新的通信、导航产品，以满足国际民用航空组织（ICAO）的要求，并建立空间天气预报中心作为ICAO区域空间天气预警中心；将整个大气模型、电离层耦合、等离子层耦合、电动力学耦合建模系统过渡到业务，为通信导航客户提高产品规格和预测；利用新的卫星太阳观测技术，观测太阳并开发探测、跟踪和预报太阳风暴的方法。

　　4、加强产品和服务之间的沟通，使决策更明智

　　了解目前NOAA预测信息的使用情况，改进产品、服务和通信，以挽救生命、减少财产损害和其他经济影响。具体包括5个子目标：评估人们如何接受、解释、感知和应对天气、水、气候和空间信息；定义和实施最优预测信息内容，以设计产品和服务，使决策和预测改进的有效性最大化；增进对天气、水、气候和空间天气信息的决策需要、能力和使用的理解；运用社会科学和行为科学了解预测员的操作决策环境，优化新的建模工具和技术的可用性；加强社会、行为和经济科学与天气、水和气候研究的结合，将预测进展与社会需求相结合。

　　远景二：海洋和沿海资源的可持续利用和管理

　　海洋和沿海资源的可持续利用和管理扩展到生物领域，包括物理现象如何影响生态系统的生物元素，以及生物元素如何影响物理现象。该远景领域包含7个关键目标。

　　1、利用知识、工具和技术更好地理解、保护和恢复生态系统

　　将利用知识、决策支持工具和新兴技术，确定沿海和海洋生态系统中物理、化学和生物相互作用，为更好地保护和恢复这些系统的资源。具体包括6个子目标：开发和利用无人机、水下和水面交通工具、eDNA、被动和主动声波测绘等新兴技术，提高海洋渔业和重点保护物种种群及其栖息地的调查能力，提供更加准确、精确和天气信息；改进生物量和死亡率估计，利用新兴技术解决测量过程不确定性，增加现有调查的环境抽样；增加大气、海洋和陆基力量对海洋物种和生态系统造成的环境变化的机制和综合影响的知识和理解；开发分析模型和工具，了解和量化大型海洋生态系统和感兴趣的物种受环境变化的影响；改善和扩大现有和创新的海岸和海洋生态系统修复技术；增强预测生态系统及其组成随环境因素而变化的能力。

　　2、满足土著、娱乐和商业渔业社区需要的同时维持健康和多样化的生态系统

　　支持海产品监测和捕捞，以可持续地满足商业、土著和休闲渔民的需求。具体包括4个子目标：发展新一代渔业和受保护物种存量评估，包括环境和气候变化对种群动态的影响，以及空间上特定的栖息地质量模型，以优化可持续的商业、娱乐和生存收获，同时保护受保护物种；改进支持海鲜监测的分析方法和技术，旨在记录和防止非法捕捞的鱼类进入美国港口和市场，并实现全球渔业可持续发展；开发安全有效的方法来监测和预防非目标物种的获物；制定环境指标，增进对生态系统的了解，促进沿海可持续发展和休闲渔业。

　　3、加速美国可持续水产养殖的发展

　　通过研发为国内和国际市场提供安全、可持续的海鲜。具体包括4个子目标：开发模型、手册和新技术，以更好地确定适合水产养殖的海洋空间，保护自然生态系统，并尽量减少空间使用冲突；提高水产养殖对海洋环境、物种和栖息地影响的认识，并开发管理这些影响的工具，包括减少水产动物间疾病传播的措施；开展鱼类遗传学和应用基因组学、选择性育种、疾病和孵化场饲料储备方面的研究，以加强水产养殖并了解水产养殖对自然环境的影响；开发和改进技术，以降低成本和劳动力。

　　4、促进海岸及海洋资源、生态环境及康乐设施的保育等与旅游及康乐活动的增长相平衡

　　研发计划为沿海和海洋系统健康之间的关系提供决策依据。具体包括4个子目标：提高建模、监测和预测慢性和急性压力源的能力，这些压力源会破坏沿海栖息地和资源，或对人类健康构成风险；开发或改进环境传感器和监测平台的方法和技术，提供更好、更快和最具成本效益地测量相关物理和生物地球化学目标的能力；改进恢复沿海栖息地、维持生态系统服务、促进生态旅游和开发基于自然的适应解决方案的方法；了解温度、海洋酸化、海平面上升和藻华对海洋生物、生态系统和沿海社区的过程和影响。

　　5、在日益增加的海上交通和更大的船舶尺寸下，最大限度地提高海上交通效率和安全性

　　将提供准确、综合的天气和海洋测量模型，允许最新的航海预测、产品和服务——有助于减少损害和损失，提高经济效率。具体包括4个子目标：改进美国主要港口的沿海环流模型和其他海洋学产品，用更宽的波束和更深的气流来解决日益增加的船只流量所带来的问题；开发新的海洋和海冰观测及预报能力，以支持极地通道的安全和可持续利用；纠正北极定位的误差，为北极导航提供新的垂直参考框架；支持国内外研发创新石油泄漏和其他事件响应技术和程序，特别是适合北极环境的技术和程序。

　　6、增加对海洋未开发地区的关注

　　增加对海洋资源的知识和理解，使决策者、管理人员和研究人员能够为管理这些资源和区域做出明智的决策。具体包括4个子目标：推进沿海和近海测绘技术、工具和方法，确保航行安全，支持海上贸易，发现考古遗址和遗产，确定海洋热点和产卵聚集地，扩大对海底经济活动的科学认识；实现美国深层专属经济区和延伸大陆架的高分辨率测绘，以促进谨慎的资源使用和工业活动；利用现有和新兴的观测平台和技术进一步进行海底勘探，以确定和绘制生境和环境特征；积极参与北极大陆架区域的测绘和资源监测工作，以获得基线数据。

　　7、利用和改善社会经济信息，以增强生态系统服务、公共参与实践和经济效益的可持续性

　　开展社会科学研究，以便更好地理解和支持有关沿海社区和游客安全、海洋资源可持续性和美国经济效益的决策过程。具体包括5个子目标：为水产养殖企业提供经济研究和相关的推广规划，以提高其效率；将渔业行为的社会经济驱动因素纳入种群评估模型，用于发展渔业动态预测，以及预测未来的渔获量和种群状况；了解环境退化如何影响沿海社区的经济，包括对社会的直接和间接成本；对实施NOAA精确导航计划的港口进行社会经济分析，包括效益-成本指标；改进传播人类健康风险的信息产品，并在特定事件或现象发生后，通过社交媒体和网络指标评估社会不同群体的反应。

　　远景三：实现强大而有效的研究、开发和转型

　　NOAA依靠观测平台收集长期和复杂的数据集，分析这些数据集以了解物理和生物现象。这些数据用于模拟地球系统和预测地球系统变化的简单和复杂模型。该远景领域包含4个关键目标。

　　1、集成和改进统一建模，使其在技能、效率和对涉众服务的适应性方面得到改进

　　通过开发新技术、采用新的或改进的参数、嵌套和耦合地球系统建模和数据同化，发展系统动力学知识，以及将研发转向操作和应用，提高NOAA模型的代表性和预测能力，为减轻危险和优化空中服务提供决策依据。具体包括6个子目标：采用统一的建模方法，在外部研究社区的支持下，为跨学科的互操作性应用公共框架；推进数据集成、同化和地球系统建模框架的连通性，用于NOAA在全球和区域尺度上耦合大气、海洋、陆地和冰的数值模型；量化NOAA所有运行模型和预测产品的模型不确定性和技能，包括在预测中对不同气候模型之间的不确定性的量化理解；开发适用于多个区域时空尺度的气候应用的声音模型缩小技术，包括嵌入式和嵌套的区域地球系统投影能力；将监测资产的环境数据纳入高分辨率的业务模型，以编制环境预测和决策支持工具，以促进海洋资源的可持续利用，并确定重要的生境；数据同化计划合并到摘要架构，快速而有效的集成有大量观测数据。

　　2、优化地球观测及其相关平台，以满足NOAA需求

　　优化现场观测系统和卫星，扩展观测参数，改进其配置、精度、覆盖范围、分辨率和有效性，同时将观测系统成本降至最低。具体包括5个子目标：评估用于优化NOAA当前和未来观测系统的替代方案的现有商业数据模型和技术能力；在环境传感器、无人系统和其他观测系统的开发和应用方面引领创新，提高效率和效率，降低成本；在数据处理、机器学习和人工智能方面的创新，以提高对观测数据的有效利用；与区域协会合作，包括来自私营部门、学术界和研究机构的贡献，支持开发实时数据共享产品，以确保在区域预报中及时和准确地使用海洋和沿海数据；探索利用私有部门数据网络获取和共享来改进模型初始化。

　　3、利用和改进大数据和信息技术，加快和转变研发工作，形成新的业务和经济增长点

　　继续改进数据的使用和获取，为科学决策和经济增长提供信息。具体包括6个子目标：推进大数据分析，利用云计算平台识别和预测海洋环境变化，包括海洋环流、海岸和海洋生态系统以及海平面上升；开发方法来改进大型数据集的数据和信息的互操作性；结合预测分析、认知计算和自动化来预测信息；利用先进技术改进数据访问和数据归档；开发经济有效的方法来处理和分析大型数据集，包括图像、视频和基因组数据；研究混合云计算平台和商业云计算平台，以支持与外部研究社区的积极合作，促进科学进步和创新。

　　4、确保其投资得到可靠的社会科学研究的支持

　　创建更有效的通信、产品和服务，以吸引目标受众，并衡量社会影响。具体包括4个子目标：开发和应用研究方法来评估目标受众，并在社区一级动员利益相关者，以提高NOAA高效和有效地为决策提供信息的能力；确定并执行有助于提高公众对NOAA公告和警告（如有害藻华、海上航行安全、国家海洋保护区管理、恶劣天气警告）的认识和可采取行动的决策方法和程序；开发方法将气候和生态数据与经济和人文数据集成到耦合模型和决策支持工具中，以提高对人们如何应对环境变化的理解；增进对正式和非正式教育组织的了解，这些组织将与NOAA相关的科学内容结合起来，开发支持NOAA使命的展览、媒体、材料和项目。                                           （吴秀平）