科学通报 | 王会军院士: 大气科学对人类文明的贡献

大气科学是研究地球或行星大气中发生的各种现象及其变化规律, 进而利用这些规律为社会服务的学科。大气科学的发展强有力地支撑了人类社会文明的发展和繁荣。

南京信息工程大学王会军院士等在”大气科学对人类文明的贡献”一文中，系统审视了大气科学推动人类文明进步的历程，并前瞻性地提出了大气科学面向未来的责任与担当，其核心观点强调，大气科学应主动强化社会服务功能，为应对气候变化、自然灾害等全球性挑战及实现可持续发展提供关键科技支撑，旨在更好地为人类文明的持续发展贡献智慧和力量。

1. 大气科学对人类文明的贡献

（1）建立了全球观测网络体系,推动了人类对地球系统变化的认知

古人观察天气，从夏商四时记录到汉代候风綄、羽毛等测风、测湿工具，依靠这些“定性”经验指导生产生活。近代仪器革命带来观测方式转折，温度计、气压表、湿度表等的出现，使得人类能够对大气进行“定量”观测。

1960年美国的发射首颗气象卫星，1988年我国发射第一颗风云气象卫星，现代气象卫星从根本上改变了我们观察和理解地球的方式。人类从此拥有了俯视地球的“天眼”。1992年，在世界气象组织协助下，全球观测系统初步建成，旨在发展并协调整个气候系统的综合观测, 并实现数据的全球共享。这不仅是一项科学工程, 更是一场文明跃迁，使得全人类以统一标准、共同目标理解我们的地球，不断推动人类对地球系统变化的科学认知。

（2）实现了天气气候预报预测,保障了人类健康福祉和文明的有序进程

数值天气预报是20世纪最伟大的科技革命之一。天气预报从早期依赖天气图的经验判断，演变为今天与人工智能深度融合的复杂科学。这场变革始于20世纪初理查德森的首次“手工”计算尝试，但因计算量惊人未能实用。直到计算机问世，查尼等人才在50年代成功做出有效预报。1961年，曾庆存提出半隐式差分法，破解了原始方程求解难题，中国也为这一领域贡献了关键力量。20世纪60年代，全球首个海洋—大气耦合模式诞生，并逐步发展成地球系统模式，让人类得以模拟整个气候系统的演变。

数值天气预报和气候预测为防灾减灾提供了关键支撑，并引领整个地学领域向数值模拟和预测方向发展。过去几十年，预报预测预警能力的提升大幅显著降低了全球因气象灾害死亡人数和经济损失，保障了人类健康福祉和文明社会的可持续发展。

（3）提出了混沌理论,推动了人类科学思想和方法论的重大变革

1963年，美国气象学家洛伦兹在研究天气可预报性时，发现了混沌理论。这个发现彻底颠覆了“精确初始条件就能精确预测未来”的传统认知，标志着人类对自然界复杂性的理解进入了一个全新阶段。微小误差在非线性系统中会被指数级放大，这正是天气预报存在天然极限的根本原因。混沌理论促使气象学家发展出集合预报等新技术，用概率思维取代单一确定性预报。

混沌理论与相对论、量子力学并列为20世纪最伟大的科学发现。混沌理论的提出, 不仅在大气科学领域内具有划时代的意义，还渗透到物理学、生物学、社会学和经济学等领域，推动了科学研究方法的根本性变革。它架起了连接自然科学与社会科学的桥梁，引领着人类科学思想和方法论的新一轮革命。

（4）推动了人类文明社会规则的制定,保障人类社会的可持续发展

工业革命以来，人类活动对气候的影响持续加剧，促使大气科学开启了全球变化研究的新纪元。大气科学家开创了人类对地球系统的多圈层耦合模拟, 实现了对复杂地球气候系统及其变化的量化研究；定量识别了人类活动排放二氧化碳对大气增温的影响；并催生了气候变化经济学等交叉学科研究。

科学认知的提升迅速转化为全球行动。1988年，WMO和联合国环境规划署成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC），系统评估气候风险，为国际决策提供依据。此后，《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》、《巴黎协定》等相继达成，全球首次以法规形式限制温室气体排放，《蒙特利尔议定书》则成功保护了臭氧层。碳交易、双碳目标等机制陆续建立，这些公约的制定与实施对人类社会发展道路的选择和可持续发展做出了重要贡献。

2．大气科学的价值得到学术界的高度认可

诺贝尔物理学奖、化学奖、和平奖、经济学奖均曾授予大气科学家，中国也有两位学者荣获国家最高科学技术奖（叶笃正, 2005; 曾庆存, 2019）（表1）。这充分体现了大气科学对基础科学发展和自然科学变革的推动作用，以及为人类文明发展作出的重大贡献。

3.大气科学面向未来的责任与担当

在当前国际科技变革和人类社会发展需求的新形势下, 大气科学需要在多个关键领域引领未来、展现担当，更好地服务于人类文明的持续发展。

(1)加强自然–社会系统耦合研究, 结合人工智能等新兴技术，给出未来人类社会发展的合理路径。精细刻画自然系统与人类社会交互影响的机制,推动气候变化研究范式变革, 推动未来人类文明的发展.

(2)加强气象清洁能源开发, 推动全球能源革命。清洁能源的使用将显著改变全球能源结构和人类社会发展模式.

(3)提升天气气候环境(特别是极端事件)的预报预测水平，保障社会经济发展和人民生命财产安全。随着全球气候变暖，天气气候呈极端化趋势，防灾减灾成为当前人类社会发展面临的重大课题。

大气科学在过去、现在和未来都扮演着至关重要的角色。从古代气候变化对生命起源与演化的影响, 到现代气象观测和预报预测技术的进步,它不仅推动了人类对地球系统变化的认知,促进了科学思想和方法论的重大变革,还影响了人类文明社会规则的制定,保障了人类健康福祉和文明的有序进程。面对全球气候变化的挑战,大气科学需要继续发挥其跨学科的优势, 加强国际合作, 更好地为人类文明的持续发展贡献智慧和力量。

王会军中国科学院院士。南京信息工程大学教授、学术委员会主任，气候系统预测与变化应对全国重点实验室主任。主要研究领域为气候变化与气候预测。

文章信息

王会军, 谈哲敏, 刘哲, 李薇, 孙建奇. 大气科学对人类文明的贡献. 科学通报, 2026, 71(19): 4457–4463

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