6月，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）发布《2020~2026年研究与发展愿景领域》的报告^[1]，规划了未来7年的研发重点领域，并将根据实际预算、新兴技术和社会需求变化进行适当调整。报告对研发的3个愿景重点领域的关键问题，都明确了目标和优先事项，指导COVID-19影响背景下NOAA 2020~2026年研发方向。

　　一、减少灾害天气及其他环境现象的社会影响

　　关键问题1：如何改善灾害天气及其他环境现象的预测及预警?

　　NOAA将提供基础数据、模型、预报以及信息产品和服务，旨在更好地为社区、生态系统和社会经济发展等做好应对高影响环境事件的准备。

　　未来目标：①利用基于社区的方法，结合高性能计算和过程理解的进展，开发和运行下一代天气和干旱系统集成模型；②开发跨越时间和流域尺度的综合物理和生态水文模型，以适当的时效性、分辨率、可靠性和准确性帮助决策；③将水质（包括温度、盐度、溶解和悬浮成分等）与相关决策支持服务集成到水资源综合预测能力中；④对影响危险天气发生率和严重程度的亚季节性和季节性（S2S）条件进行可靠和及时的基础预报，并在S2S时间尺度上对高影响事件的成因进行分析；⑤提供能够快速、准确探测海啸发生的手段，并提高基于模型和测量的海啸预测能力，以改善社区的准备工作和港口的保障与运作；⑥提高对数据同化方法的理解，改善和优化特定对流灾害的预测能力。

　　关键问题2：全球气候状况如何影响当地天气、增加环境危害、影响水质和可利用水量?

　　NOAA将致力于更好地了解全球气候的状况和驱动因素，提高国家应对、适应和缓解气候变化的能力。

　　未来目标：①贯穿全时间尺度，重点关注极端天气和沿海洪水的影响，以及淡水资源、海冰范围和海洋条件的变化；②推进海洋-冰冻圈-气候过程的研究，并将其整合到气候和天气模型中，同时进行海洋/冰冻圈观测；③加强对地球系统中大气化学成分和过程的研究，量化它们对空气质量、气候和天气系统的影响；④评估地球系统内部变化、自然辐射强迫（例如太阳变化、火山爆发、海洋-大气-冰-陆地耦合变化）和辐射强迫（来自温室气体和气溶胶）的变化在造成气候系统的季节性到十年变化（包括极端情况）方面的作用；⑤确定在横跨纬度、经度、海拔和地形的气候各要素（如温度、降水、能见度、风、气溶胶、云）的区域和季节差异的原因，以改进预测，特别是极端事件；⑥加强对北极气候和生态系统变化的基础认识和监测能力；⑦增进不同时间尺度上气候现象对人类健康的影响（如高温、与病媒有关的疾病、空气和水质）研究。

　　关键问题3：如何提高空间天气产品和服务的效用?

　　空间天气影响许多重要的技术，NOAA试图通过技术的变化来完善产品和服务需求。

　　未来目标：①开发新的通信、导航和辐射产品，以满足国际民用航空组织（ICAO）的需求，并建立空间天气预报中心作为ICAO全球空间天气中心；②将整个大气模型-电离层等离子层电动力学模型转换为实际操作，为通信和导航客户提高产品规格和预测；③为即将到来的人类探索计划、卫星操作和商业太空运输改善辐射环境产品；④与各机构和国际合作伙伴协调，实施国家空间天气战略和行动计划，以推进NOAA的产品和服务以及国家安全。

　　关键问题4：NOAA如何加强沟通、产品和服务，使决策更明智？

　　了解目前NOAA预报信息的使用情况，以及如何改进产品、服务和通信，可以挽救生命、减少财产损失和其他负面经济影响。

　　未来目标：①评估人们如何接收、解释、感知和响应天气、水、气候和空间信息；②定义和实施最佳预测信息内容，包括风险阈值、不确定性、概率信息和交付周期，以设计产品和服务，实现有效性决策和最大化预测改进；③提高对决策需求、能力以及天气、水、气候和空间天气信息使用的理解；④通过社会和行为科学评估与理解预测者的认知需求，了解预测者的操作决策环境，优化新建模工具和技术的可用性；⑤加强社会、行为和经济科学在天气、水和气候研究及发展中的整合，以理解如何将预测的进步与社会需求相结合。

　　二、海洋和沿海资源的可持续利用与管理

　　关键问题1：如何利用知识、工具和技术更好地理解、保护和恢复生态系统?

　　NOAA将利用知识、决策支持工具和新兴技术来确定物理、化学和生物相互作用在沿海和海洋生态系统中的作用，为资源使用决策提供信息，以更好地保护和恢复这些系统。

　　未来目标：①开发和利用新兴技术，如无人驾驶飞机、水下和水面交通工具、eDNA以及被动和主动声学测图，以增强勘测能力，并提供关键海洋渔业和受保护物种种群及其栖息地的更准确、更精确和更全面的信息；②改进生物量和死亡率估计，解决新兴技术的测量和过程不确定性，并在现有调查中增加环境采样；③增加对大气、海洋、冰冻圈和陆地力量造成的环境变化对海洋物种和生态系统综合影响的知识和理解；④开发分析模型和工具，以了解和量化环境变化对大型海洋生态系统和相关物种的影响；⑤为沿海和海洋生态系统改进和扩大现有的创新恢复技术；⑥扩大预测生态系统和生态系统组成部分变化的能力，以应对气候、极端天气、污染、酸化、栖息地改变等的环境驱动因素。

　　关键问题2：如何在满足土著、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?

　　NOAA将支持海产品监测和捕捞，以可持续地满足商业、土著和休闲渔业社区的需求。

　　未来目标：①开发新一代渔业和保护物种种群评估，将环境和气候变化对种群动态的影响与空间特定的栖息地质量模型结合起来，在保护物种的同时优化可持续的商业、娱乐和捕捞；②改进支持海产品监测的分析方法和技术，记录和防止非法捕捞的鱼类进入美国港口和市场，实现全球可持续渔业；③开发安全和有效的方法，监测和防止因附带捕获非目标物种（包括鱼类、海洋哺乳动物和海龟）而导致商业和休闲渔业关闭的情况；④制定环境和社会指标，增进对生态系统的了解，促进可持续的沿海发展和休闲捕鱼。

　　关键问题3：如何加速美国可持续水产养殖的发展?

　　NOAA在水产养殖生产方面将为国内和国际市场提供安全、可持续的海产品。

　　未来目标：①开发模型、手册和新技术（如eDNA），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，并最大限度地减少空间使用冲突；②提高水产养殖对海洋环境、物种和栖息地影响的认识，并开发相关工具，包括尽量减少水生动物间疾病传播；③开展促进水产养殖的研究（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），了解环境变化对水产养殖的影响；④开发和改进技术（如海洋水产养殖饲料、自动化系统）以降低成本。

　　关键问题4：海岸及海洋资源、生境及康乐设施的保育等如何与旅游及康乐活动的增长相平衡?

　　NOAA在为平衡沿海社区、旅游业和娱乐业的经济增长与维护沿海和海洋系统健康的决策提供信息。

　　未来目标：①提高建模、监控和预测能力，减少海洋热浪、缺氧等因素造成的沿海生境和资源的退化，预防有害藻华、病原体等对人类健康的威胁；②开发或改进环境传感器和监测平台的方法和技术，提高更好地测量相关物理和生物地球化学目标的能力，如准确度和精密度等；③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方案的方法；④了解温度、海洋酸化、海平面上升和有害藻华对海洋生物、生态系统和沿海社区的影响。

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

　　NOAA将提供准确、综合的天气和海洋测量及模型，以便进行最新的航海预测、产品和服务，减少损害和损失，提高经济效率。

　　未来目标：①改进美国主要港口的海岸模型和其他海洋产品，用更宽的波束和更深的吃水深度来解决船只流量增加的问题；②开发新的海洋和海冰观测及预报能力，以改进对海洋风暴的预测，并支持极地访问、安全和可持续利用；③纠正北极定位中的米级误差，并提供新的垂直参考框架来支持北极导航；④支持国内外在创新型溢油和其他事故响应技术和程序方面的研发，特别是那些适合北极环境的技术和程序；⑤了解船舶运输和海上活动增加对受保护物种安全和健康的影响。

　　关键问题6：在海洋的未开发地区存在着什么?

　　NOAA将增加对海洋资源知识的理解，使政策制定者、管理者和研究人员能够为管理这些资源和区域做出准确的决策。

　　未来目标：①通过先进的测绘技术、工具和方法，以支持海上贸易，发现考古和遗产地点，识别海洋热点和产卵聚集地点，并扩大对海底经济活动（如资源开采选址）的科学理解；②实现美国深层的高分辨率地图专属经济区和延伸大陆架，以促进审慎的资源使用和工业活动，如能源开发、矿产资源制图、渔业特征描述；③利用现有和新兴的观测平台及技术（如自主水下航行器、遥感、eDNA、组学）进行海底进一步勘探，以确定和绘制栖息地和环境特征；④积极参与大部分未勘探的北极大陆架地区的测绘和资源监测，以获取基线数据和随后的长期监测建议。

　　关键问题7：NOAA如何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?

　　NOAA将支持开展社会科学研究，以更好地理解和支持沿海社区和游客的安全、海洋资源的可持续性和美国经济利益的决策过程。

　　未来目标：①向水产养殖企业提供经济研究和相关的对外规划，以提高其效益和效率；②将捕捞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，以及未来渔获量和种群状况预测；③了解环境退化（如海洋碎片、石油泄漏）和沿海灾害如何影响沿海社区的经济和社会福利，包括社会的直接和间接成本；④对实施NOAA精准导航计划的港口进行社会经济分析，包括效益-成本指标；⑤改进人类健康风险的信息产品的宣传和推广工作，并在特定事件或现象（例如有害藻华事件或偶发事件）发生后，通过社会媒体和网络指标评估社会中不同群体的反应；⑥改进自然基础设施和功能良好的海岸生态系统减少灾害影响的模型，以量化这些系统提供的风险减少服务。

　　三、强大而有效的研究、开发和转型进程

　　关键问题1：如何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?

　　NOAA通过开发新技术、使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，提高NOAA模型的代表性和预测能力。

　　未来目标：①采用统一的建模方法，通过与外部研究团体的协作，为跨学科的互操作性应用提供一个公共的、物理上一致的框架；②推进数据集成、同化和地球系统建模框架的连接，用于NOAA的研究和在全球和区域尺度上耦合大气、海洋、陆地和冰的操作模型；③对所有NOAA可操作性模型和预测产品模型的不确定性和技能进行量化，包括对不同气候模型之间在预测中量化的不确定性给予理解；④为多区域空间和时间尺度的气候应用开发健全的建模降尺度技术，包括嵌入和嵌套的区域地球系统投影能力；⑤将监测的环境数据集成到高分辨率的操作模型中，以产生盐度和温度等环境预测，提供决策支持工具，以促进海洋资源的可持续利用和确定重要的生境；⑥开发先进的数据同化技术，增加对观测能力的利用，并将先进的数值方法纳入NOAA模型，以提高预测能力。

　　关键问题2：如何优化对地观测及其相关平台，以满足NOAA的需要?

　　NOAA将通过扩大现有观测系统的观测参数，改进其配置、准确性、覆盖范围、分辨率和有效性，优化原位观测系统和卫星，同时最大限度地降低观测系统成本。

　　未来目标：①评估观测数据的当前商业模式和替代品的技术能力（包括商业产品的使用），以优化NOAA当前和未来的观测系统，降低成本；②引领环境传感器、无人系统和其他观察系统开发和应用的创新，以提高效率并将成本降至最低，如小型化、压缩感知、机会平台开发和自适应采样；③从卫星传感器获取新的和增强的环境参数（如湿度、海冰），并在NOAA的业务和应用中扩大卫星观测的开发；④引领数据处理和人工智能（包括机器学习等技术）的创新，以提高观测数据的高效利用；⑤与地区协会合作，支持实时数据共享产品的开发。包括来自私营部门、学术界和研究机构的贡献，以确保海洋和沿海数据在NOAA预报中的及时和准确使用；⑥探索利用私营部门数据网络来改进模型初始化。

　　关键问题3：如何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?

　　NOAA将继续改进数据的使用和获取，加速研发工作，提高运营效率，并为更好的决策提供信息。

　　未来目标：①推进大数据和人工智能分析，利用云计算平台来识别、理解和预测地球系统的变化，如环流模式、沿海和海洋生态系统、海平面上升；②开发方法来改善数据和信息的互操作性和同步性，通过大数据集成以促进创新性、实用性和可访问性；③结合预测分析、认知和高性能计算以及自动化，将预测信息与影响信息结合起来；④利用社会科学的先进技术和领先实践来改进数据访问和数据归档；⑤开发经济高效的方法来处理和分析大型数据集（如数据挖掘），包括图像、视频和基因组数据；⑥研究混合和商用云计算平台，以支持与外部研究社区的积极互动，促进科学进步和创新。

　　关键问题4：NOAA如何确保其投资得到可靠的社会科学研究支持？

　　NOAA在决策支持和公众参与方面的研发工作将创造更有效的沟通、产品和服务，以吸引目标受众并衡量长期成效和社会影响。

　　未来目标：①开发和应用研究方法来评估目标受众，并在社区层面调动利益相关群体的积极性，以提高NOAA高效为决策提供信息的能力；②利用团队科学来确定实施方法和程序（如信心、特殊性、潜在影响、信息传递），以改善公众对NOAA公告和警告（如有害藻华、安全航海、国家海洋管理、恶劣天气警告）的认知；③开发整合气候和生态的方法将经济数据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；④与NOAA科学家合作开发课程、展览、媒体、材料和项目来支持NOAA的任务；⑤评估NOAA所资助项目的价值；⑥评估和优化公众对NOAA公民科学项目的参与。（吴秀平）