Наблюдения за состоянием гидросферы являются частью общей системы наблюдений за окружающей природной средой. Основная работа по организации и осуществлению наблюдений, сбора и обработки информации о состоянии гидросферы выполняется национальными метеорологическими, гидрологическими, геологическими службами и водохозяйственными организациями стран земного шара.
Начало создания национальных служб и международного сотрудничества в изучении гидросферы относится к середине XIX века, когда в 1853 году была разработана программа проведения метеорологических наблюдений в океанах с целью повышения безопасности жизни на море. В результате прогресса, достигнутого в различных научных областях, в XX веке были разработаны и быстро усовершенствовались методы наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, океанах и водных объектах суши. Были приняты меры по обмену данными наблюдений между службами. По мере совершенствования средств телесвязи такой обмен становится более быстрым и надежным.
Разработки в области использования спутников и компьютерной технологии привели к созданию в 1963 году под эгидой Всемирной метеорологической организации (ВМО) комплексной всемирной оперативной системы, названной Всемирной службой погоды, которая включает глобальную систему телесвязи и глобальную систему обработки данных. Создана также глобальная система сбора океанографических данных.
В настоящее время на земном шаре действуют около 9 тыс. станций на суше, производящих наблюдения за влажностью воздуха, облачностью, количеством выпадающих атмосферных осадков (из них 350 автоматизированы или частично автоматизированы). Около 700 морских судов производят наблюдения за различными параметрами состояния вод Мирового океана (температура, соленость и минеральный состав вод, направление течений). Эти данные дополняются наблюдениями с коммерческих самолетов (около 10 тыс. сводок в сутки). Передают информацию и 300 заякоренных буев или фиксированных платформ, работающих как автоматические морские станции, и около 600 буев, дрейфующих с океанскими течениями.
Огромный прогресс в области метеорологических спутников и автоматизированных наблюдательных систем за последние три десятилетия позволяет иметь в любой момент времени на орбите вокруг Земли четыре-пять оснащенных приборами полярно-орбитальных спутника с оборудованием автоматической передачи дважды в сутки изображений облачности над всей поверхностью Земли. Они проводят также глобальные наблюдения за влажностью воздуха, температурой поверхности моря и суши, распределением снежного и ледового покрова.. Вторая система геостационарных или геосинхронных спутников, находящихся над экватором и вращающихся с той же скоростью, что и Земля, является таким образом стационарной по отношению к ней и непрерывно предоставляет метеорологическую информацию по тем же районам.
Наблюдения и анализ ежедневного состояния гидросферы применяются для принятия экономических и социальных решений, предсказания стихийных и экологических бедствий. Но для достижения лучшего понимания изменения состояния окружающей среды и ресурсов пресной воды необходимы дополнительные сведения о ее перемещении на поверхности Земли, о запасах в поверхностных водоемах и водоносных слоях почвы и геологических пород (почвогрунтах). Это является задачей гидрологических и геологических служб, водохозяйственных организаций стран мира.
Измерения речного стока и наблюдения за колебаниями уровня воды в озерах и водоносных пластах почвогрунтов проводятся на регулярной основе в некоторых пунктах с начала XX века, но наибольшее развитие стационарная сеть получила в середине XX века. В настоящее время действуют около 60 тыс. водомерных постов и станций. Но и до сих пор на некоторых, даже больших и важных в хозяйственном отношении реках измерение стока еще не производится. Это объясняется большой трудоемкостью измерений скорости и расхода воды (объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени).
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Используются различные системы передачи данных от пунктов наблюдений: ручная - полуавтоматическая (по радио или телефонному запросу), временная автоматическая (запрограммированная на передачу по телефону или радио), автоматический индикатор (передача по телефону или радио при изменении параметра на определенную величину), автоматическая (передача по кабелю, телефону или радио сигналов с преобразованием и записью измеряемого параметра), полностью автоматическая (с удаленных станций, оборудованных радиопередатчиком), а также по почте. Автоматические системы передачи находят все более широкое применение.
ОБРАБОТКА, ХРАНЕНИЕ И ОБОБЩЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Большие объемы собираемой информации и требования к сокращению сроков ее предоставления потребителям обусловливают необходимость использования для ее обработки и обобщения современной электронной техники.
Особенности построения систем и компьютерных технологий обработки данных зависят от методики наблюдений за различными параметрами гидросферы, от оперативности передачи и обобщения информации, технических возможностей национальных служб, природных особенностей территорий. Учет этих особенностей при сборе и обработке данных гидрологических наблюдений на реках отражен, например, в монографии, подготовленной российскими и болгарскими специалистами.
Для хранения и автоматизации обобщения информации создаются специальные банки данных. В странах с небольшой по площади территорией принято создавать единые банки для всех компонентов гидросферы или два-три банка, собирающие информацию по атмосферным компонентам гидросферы, водным объектам суши, Мирового океана (включая окраинные и внутренние моря, морские устья рек).
Большое количество информации и значительная протяженность территории России обусловили необходимость создания распределенной по видам информации и территории банков данных. Например, в созданной единой системе государственного водного кадастра России при научно-исследовательских институтах созданы банки данных "Реки и каналы", "Озера и водохранилища", "Моря и морские устья рек", "Качество поверхностных вод", "Подземные воды", "Использование вод", "Ледники". Создаются также центральные банки данных по атмосферным осадкам, снежному покрову и снежникам в горах, по влагозапасам в почве и испарению с суши, подземным водам, а также интегральные банки по компонентам гидросферы в территориальных центрах по гидрометеорологии.
Использование единых требований к форматам хранения данных и создания программных средств облегчает управление базами данных, обобщение и распространение информации среди многочисленных потребителей. Для систематизации, анализа и выдачи по запросам пользователей разнообразных данных перспективно использование единых геоинформационных систем, реализуемых на персональных компьютерах.