拥有全世界最强大海军力量的美国,在海洋环境保障业务领域具有明显的领先优势。早在20世纪70年代,美国海军就已经充分认识到METOC(气象与海洋)对海军作战计划和实施的价值,经过几十年的发展演变,目前美国海军已建立了完备的海洋环境保障业务体系,确立了准确性、一致性、相关性和及时性的保障原则,积累了高时效、高精度、广覆盖的海量海洋环境数据资源,研发了全球、区域和局部多尺度多要素海洋环境预测预报模型,拓展了反潜战、水雷战、特种作战等海洋环境作战应用,形成了“数据—预测—评估—决策”的海洋环境信息能力优势。
BonD作战保障概念分为4层,呈金字塔结构,见图1。

图1 按需战场空间作战保障概念示意图
第1层为环境层,主要是对第0层的数据进行分析、处理和综合入库,通过运行在高性能计算机上的预测模型或系统来预测未来的海洋环境状态。环境层的输出是在时间和空间维度,对作战行动所考虑的海洋环境要素集的一个预测集合,该集合中的信息并非绝对准确,通常包含相应的置信因子。
第2层为效能层,主要是将第1层的环境预测信息和作战信息进行融合,来预测己方和敌方部队、作战平台、武器系统、传感器等在既定战场环境中的效能发挥,评估海洋环境对作战计划、力量结构、目标、时机、机动以及战术、技术和程序(TTP)的影响。效能层的输出是一组具有置信因子的预测和评估值,因其将环境影响赋予作战层面的含义,更易于作战人员对海洋环境的理解和对战场态势的感知。
第3层为决策层,主要是将第2层中海洋环境作战效能预测值和影响评估值用于决策过程,对战略、战役和战术级别的风险和机会进行量化,并向指挥员和决策人员提供方案制定、兵力部署等方面的建议。在效能层的基础上,决策层进一步了增强决策人员对战场态势的理解和对海洋环境的利用,辅助制定更为优化的作战方案,从而最大化己方环境优势和敌方环境劣势,进一步减弱行动风险,增大成功机会。
BonD作战保障概念第0层侧重于立体化的环境数据获取手段,第1层侧重于精确化的预测预报模型,第2层侧重于定制化的评估产品,第3层侧重于最优化的决策制定,层层递进,使得美国海军海洋环境保障业务与作战紧密结合,形成了从数据获取,到模型预测,再到影响分析,最后实现辅助决策的完整链条。

图2 美国海军海洋环境保障组织架构示意图
海军海洋学办公室、舰队数值气象海洋中心和海军天文台是3个产品中心,其中海军海洋学办公室侧重于海洋产品,舰队数值气象海洋中心侧重于大气产品,海军天文台则负责提供天文数据和授时产品。对照BonD作战保障概念,海军海洋学办公室、舰队数值气象海洋中心处于第0层和第1层,其核心能力集中在数据获取和处理分析。天、空、岸、海、潜全方位海量海洋环境数据获取是其数据获取能力的集中体现。全域化精确化的模型和高性能的计算是其处理分析能力的集中体现。这两个部门拥有一系列模型和系统,能够对各类海洋环境要素进行预测预报,例如用于流预测的混合坐标海洋模式(HYCOM),区域海军近海海洋模式(RNCOM),海岸海军近海海洋模式(CNCOM);用于波浪预测的海军标准化海浪模式(NSSM);用于潮汐预报的潮汐评估模型(PCTides);用于冰预测的海冰模型(CICE),用于大气预报的海军业务化全球大气预测系统(NOGAPS)等。
海军海洋学作战司令部处于BonD作战保障概念的第2层和第3层,主要是根据海军作战需求,指导和协调海军海洋环境保障业务提供进一步贴近作战的嵌入式人员支持和定制化产品支持。其下属的7个部门分别具有不同的保障方向,如两个舰队气象中心主要保障水面作战;两个海洋学反潜战中心主要保障反潜作战;海洋学特种作战中心主要保障两栖登陆作战;海洋学水雷战中心主要保障水雷与反水雷作战;联合台风预警中心则负责向海军提供热带气旋预警保障。
海军气象和海洋学专业发展中心作为培训机构,主要为美国海军海洋环境保障业务提供人员和技术培训支持。
表1 美国海军海洋环境保障内容
保障对象 | 保障部门 | 保障内容 |
舰队作战 | 舰队气象中心、舰队数值气象海洋中心 | 岸基提供气象海洋预报产品,航线优化等;配备的海洋学编组提供(嵌入式支持)提供航行途中的气象观察、感知和分析,及针对作战计划和战术行动的战场环境评估和预测等。 |
空中作战 | 舰队气象中心 | 飞行天气简报、场站预报、航空气象报告等。 |
特种作战 | 海洋学特种作战中心、海洋学办公室、舰队数值气象海洋中心 | 岸基提供大气、海洋及其衍生产品。派驻人员提供环境监视、信息融合、预报分析和辅助决策。 |
反潜战 | 支持海洋学反潜战中心 | 海洋特征(锋、涡)位置报告;定制化和区域性的海洋模型;特定区域的海洋动态分析;战区和编队反潜战计划研究;潜艇搜救支持等。 |
水雷战 | 海洋学水雷战中心 | 利用UUV在浅水和限制水域进行扫雷和海洋学调查;岸基提供作战区域海洋环境数据和预测(流、投放窗口、漂移模型)评估;派驻人员提供声纳图像、模型及空间剖面分析等。 |
情报侦查监视(ISR) | 海洋学办公室、舰队数值气象海洋中心等 | 提供图像分析、ISR传感器环境信息预测、海洋环境情报融合等。 |
海洋调查 | 海洋学办公室 | 利用T-AGS多用途海洋调查船执行开放海域海洋环境调查任务;利用机载测量装备执行海岸带测量任务。 |
设施保护 | 舰队气象中心、海洋学反潜战中心 | 针对机场、舰队聚集区、区域作战中心等提供雷暴、大风、冰雹、降雨、降雪等预报产品和决策咨询。 |
气旋海啸 | 联合台风预警中心 | 发布太平洋、印度洋、大西洋热带气旋产品;根据国家大气海洋管理局发布的海啸公告和产品,提供决策支持。 |
美国海军海洋环境业务保障内容具有如下特征:
例如,对于中北部和东北部太平洋区域气旋保障,通常而言,联合台风预警中心收到国家海洋和大气管理局中太平飓风中心(CPHC)和国家飓风中心(NHC)的预报产品后,会即刻发布,而当两者的结果不一致或没有相应的产品时,联合台风预警中心会发布自己的产品;再如,作为海图官方机构,NGA与NOAA合作共同完成美国海洋测绘主要工作,其中NGA负责生产境外海图,NOAA负责美国专属经济区以内水域的测绘工作。
海军海洋学办公室承担部分海道测量工作,向NGA和NOAA提供测量数据。用于海图生产和更新。另外,NGA、NOAA、海军海洋学办公室、美国海岸警卫队等单位之间建立了完善的数据和信息共享机制,实现了海洋测绘和导航的高质量协调发展。
海军综合战术环境系统(NITES),是美国海军将海洋环境信息与指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察(C4ISR)进行整合的一套软件系统。该系统主要目标是以分布式海洋环境数据库和可视化仿真为基础,通过使用决策辅助工具来分析海洋环境对武器和作战系统的影响,进而为指挥员提供战场空间表征和态势感知。其主要功能涵盖了数据管理、可视化、环境信息分析、传感器性能预测、兵力环境阈值评估、危险预测等。对于这样一个贯通海洋环境与作战单元及战术决策的关键系统,美国海军对其升级改造不遗余力,最新的NITES-Next由美国的GeoCent公司研发,耗资数千万美元。
海军综合战术环境系统有3个较为重要的子系统,分别为阈值评估工具集(threshold evaluation tools)、高级折射效应预测系统(AREPS)和目标获取武器软件(TAWS)。
阈值评估工具集主要将作战样式、平台、武器装备海洋环境要素阈值与任务区域海洋环境观测预测值进行关联分析,在此基础上,给出定性的影响评估,例如,某一海洋环境条件下某型武器装备是否适用等。评估结果通常为一个环境影响矩阵,横向是环境要素,纵向是作战行动、平台和装备,影响程度划分为处于不利条件、处于不利边缘和处于有利条件3个等级。
高级折射效应预测系统侧重于传感器性能环境影响预测,输入为传感器电磁参数、大气环境信息和地形信息,计算模型采用高级传播模型(APM),输出包括高度、方位和范围等信息。该系统主要用于雷达目标探测,电磁战场监视、超高频/甚高频通信等方面的辅助决策,例如,通过该系统分析可以得出大气波导通信工作频率10.5GHz、天线高度4m时最适合于利用蒸发波导实现远距离海洋通信。
目标获取武器软件侧重于武器性能环境影响预测,主要功能是通过接收当前或预测的环境数据,通过相应的可见光、激光和红外物理模型,定量确定目标探测和锁定范围。该系统的基础支撑为目标数据库、武器传感器数据库、海洋环境数据库、物理模型等,其输出可以辅助作战人员在对海对陆打击、近距离空中支援、空中拦截、搜救、目标识别等任务中进行攻击方案制定、战术机动规划和武备选择。
随着UUV、UAV等新装备的不断发展,使我们对海洋环境数据的获取趋向于无人化、隐蔽化和简易化;大数据、云计算、人工智能等新兴技术的涌现使得海洋环境信息保障趋向于智能化和精细化;透明海洋、智慧海洋的不断具化让我们对海洋的认知也越来越深入和全面。美国海军海洋环境保障业务经过几十年的发展,尽管技术装备不断更迭,但满足海军作战需求的目的和初衷始终没有改变,这也是BonD作战保障概念中决策层处于金字塔顶端的原因所在。美国海军海洋环境保障业务始终以海军作战需求为牵引,以作战保障问题为导向,通过研发新的装备、技术和系统来支撑和服务作战,使得海洋环境信息高度融入作战链和决策链,充分发挥了海洋环境信息作战支撑作用,取得了战场空间信息优势。美国海军海洋环境保障业务的先进经验做法,对我海军海洋环境保障领域的建设发展具有一定的启示和借鉴作用。
2020-08-26智邦网
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