“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”教學(xué)體會(huì)

賈建穎 鄧偉濤

(南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044)

“天氣學(xué)分析”是大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要主干課程之一，它與“天氣學(xué)原理”“中國天氣”同時(shí)開設(shè)，是大氣科學(xué)學(xué)科學(xué)生專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程之一。南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院作為我國大氣科學(xué)高等教育的生力軍一直非常重視對學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，曾為中國氣象事業(yè)培養(yǎng)出大量的優(yōu)秀人材。其中，“天氣分析”課程的開設(shè)是該校的特色之一。

南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院根據(jù)天氣學(xué)分析的特色，結(jié)合“天氣學(xué)原理”和“中國天氣”課程的安排將天氣學(xué)分析分成“天氣學(xué)基礎(chǔ)分析”和“典型天氣過程分析”兩門課程，這樣能讓學(xué)生循序漸進(jìn)、由淺入深地理解并掌握天氣學(xué)分析規(guī)范和天氣過程分析中的難點(diǎn)，為進(jìn)一步天氣生產(chǎn)實(shí)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要根據(jù)天氣學(xué)分析中“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”的特色及學(xué)生剛剛接觸專業(yè)知識(shí)的特點(diǎn)對“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”課程進(jìn)行初步的探討和分析。

1 從主觀上重視課程

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，氣象工作充斥著越來越多的氣象數(shù)值產(chǎn)品和各種雷達(dá)衛(wèi)星的資料。上個(gè)世紀(jì)末期，一套與920 工程(氣象衛(wèi)星綜合應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng))相配套、支持人機(jī)交互的短期天氣預(yù)報(bào)制作數(shù)值系統(tǒng)——?dú)庀笮畔⒕C合分析處理系統(tǒng)(MICAPS，Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System)在全國各省、市和地縣氣象臺(tái)普及投入使用。這套系統(tǒng)功能強(qiáng)大，能夠提供大量數(shù)據(jù)圖表及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員可以直接用計(jì)算機(jī)檢索所需資料包括各種天氣圖表、數(shù)據(jù)圖形等［1］，人工畫圖逐漸被電子自動(dòng)成圖所代替。天氣預(yù)報(bào)員們可以從過去繁重的天氣圖畫圖工作中解放出來，利用現(xiàn)成的氣象數(shù)值產(chǎn)品參考更多的氣象資料對天氣的發(fā)展演變做出正確的判斷，并對公眾發(fā)布較為準(zhǔn)確的短期天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品。在這種趨勢下，全國除了中央氣象臺(tái)和省級氣象臺(tái)仍然保留人工畫圖外，大多數(shù)氣象臺(tái)站逐步取消了人工天氣繪圖分析。

在這種時(shí)代背景下，在校學(xué)生甚至有些教師認(rèn)為“天氣學(xué)分析”成為可有可無的實(shí)踐課，不再受到重視。然而，計(jì)算機(jī)畢竟是電腦，它至今仍然無法代替人類大腦的主觀快速反應(yīng)，對正確和錯(cuò)誤做出的判斷，以及天氣預(yù)報(bào)員在長期工作積累中產(chǎn)生的對天氣發(fā)展的預(yù)報(bào)直覺。在發(fā)生重大天氣轉(zhuǎn)折時(shí)，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的預(yù)報(bào)會(huì)發(fā)生很大偏差，需要天氣預(yù)報(bào)員做出正確的判斷和識(shí)別，尤其是對于局地的天氣預(yù)報(bào)更是如此。這時(shí)就需要預(yù)報(bào)員有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)技能，手工繪圖就是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。在手工繪圖過程中，預(yù)報(bào)員需要仔細(xì)分析各種資料，把握全局，也只有通過這種訓(xùn)練才能對各氣象要素的變化作出敏感的反應(yīng)。正如特工人員要經(jīng)過很多簡單枯燥的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練一樣，在面臨突發(fā)狀況時(shí)，才能做出準(zhǔn)確判斷和反應(yīng)。

這些年的實(shí)踐證明，在校大學(xué)生相較以前，專業(yè)技能整體出現(xiàn)下滑趨勢，這和對“天氣學(xué)分析”重視程度有著密切的關(guān)系。基于這種情況，很多氣象臺(tái)站又開始恢復(fù)天氣圖的繪制，并配合MICAPS 系統(tǒng)共同完成天氣預(yù)報(bào)工作。

2 積極備課，做到有的放矢

“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”也叫天氣學(xué)分析I(1)(以往的課程名稱)，是一門大氣科學(xué)學(xué)生實(shí)踐的入門課程，它要求教師對天氣分析的基本規(guī)定熟練掌握，吃透課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

例如，鋒面分析是這個(gè)課程的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，即便對一個(gè)有豐富經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員來說，鋒面的準(zhǔn)確確定也是難點(diǎn)之一。這時(shí)，就需要教師深刻認(rèn)識(shí)鋒面在中緯度地區(qū)的重要意義、主要特征和復(fù)雜性。鋒面是中緯度天氣斜壓性最生動(dòng)的體現(xiàn)。天氣圖上溫度水平梯度大而窄的區(qū)域，如果它又隨高度向冷區(qū)傾斜，這樣的等溫線密集帶通常稱為鋒區(qū)。所謂鋒區(qū)，就是密度不同的兩個(gè)氣團(tuán)之間的過渡區(qū)。鋒區(qū)的水平寬度約為幾十公里到幾百公里，一般是上寬下窄。在天氣圖上由于比例尺小，鋒區(qū)的寬度表示不出來，可把它看作空間的一個(gè)面，稱為鋒面［2］。鋒面是溫度水平梯度比較大的區(qū)域，斜壓性強(qiáng)，有利于垂直環(huán)流的發(fā)展與能量的轉(zhuǎn)換，因而鋒面附近常有比較強(qiáng)烈的天氣變化和氣壓系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展，由此可見，鋒區(qū)或鋒面兩側(cè)的氣象要素會(huì)有很大差異。在高空等壓面圖上只要正確掌握溫度記錄的分析判斷，要正確分析高空鋒區(qū)并不困難。由于地面氣象要素受到局地下墊面特征的影響，鋒面附件的氣象要素場特征就沒有那么明顯［3］。這樣，地面鋒面(鋒線)的確定變得比較困難。因此，任課教師在上課前就要認(rèn)真?zhèn)湔n，熟練掌握鋒面附近各個(gè)氣象要素的特點(diǎn)，深入地理解一些由于海陸分布、特殊地形、日變化等因素造成的鋒面不明顯特征。這樣在課堂教學(xué)過程中才能有的放矢，突出重點(diǎn)，引起學(xué)生高度重視，加深學(xué)生對其的掌握和理解。

3 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性

“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”這門課程面對的是剛剛接觸專業(yè)課技能訓(xùn)練的學(xué)生，這些學(xué)生已經(jīng)有了一定的理論基礎(chǔ)，但對真正的天氣學(xué)本身并沒有一個(gè)直觀和深刻的認(rèn)識(shí)。對于基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)也只限于課本上，很多概念一知半解，很多學(xué)生為了應(yīng)付考試只是生記硬背?；谶@些特點(diǎn)，作為這門課程的教師就要做到逐步幫助學(xué)生建立對天氣運(yùn)動(dòng)的三維立體圖像。從這一特點(diǎn)來說，教師可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們對學(xué)習(xí)這門入門課程的積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，使他們對理論知識(shí)在實(shí)踐中有真切的感受和較深的認(rèn)識(shí)。

首先，在上課前，教師可以講解一下氣象學(xué)的發(fā)展歷史，讓學(xué)生們在歷史中了解這門課程的重要性。天氣學(xué)的發(fā)展可以最早追溯到人類的文明史，人類從開始以來就要為了生存與大自然進(jìn)行抗?fàn)帯Ｌ鞖鈿夂虻淖兓谌祟惖陌l(fā)展史上占有至關(guān)重要的地位。一次大的氣候變化就有可能導(dǎo)致地球上不同物種發(fā)展。人類在早在很早以前就關(guān)注天氣的變化，尤其有了農(nóng)業(yè)的文明史以來，天氣的發(fā)展對文明發(fā)展更是非常重要。我國人民早就根據(jù)長期的經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)出很多天氣諺語，比如，寒露霜降麥歸土;菊花開，麥出來;東風(fēng)急，備斗笠。

還有，戰(zhàn)爭史上利用天氣變化來決定勝負(fù)的例子也是很多的。中國歷史上有諸葛亮的借東風(fēng)。在世界歷史上，非常著名的第二次世界大戰(zhàn)中諾曼底登陸對全世界的戰(zhàn)爭格局發(fā)生著關(guān)鍵的變化。1944年6月4日，盟軍集中45 個(gè)師，1萬架飛機(jī)，幾千艘艦船，即將開始諾曼底登陸作戰(zhàn)。負(fù)責(zé)大西洋上天氣預(yù)報(bào)的氣象船和氣象飛機(jī)發(fā)來了令人沮喪的消息:隨后三天英吉利海峽將在低壓槽控制下，艦船出航十分危險(xiǎn)。盟軍統(tǒng)帥艾森豪威爾將軍面對風(fēng)高浪急的海峽一籌莫展，不得不把進(jìn)攻的時(shí)間推遲。盟軍司令部里的空氣顯得異常壓抑，各軍兵種的高級軍官們都知道，登陸發(fā)起日對天氣的要求非常苛刻，而1944年的6月只有幾天才能滿足這種要求。正在大家愁眉緊鎖的時(shí)候，盟軍聯(lián)合氣象組負(fù)責(zé)人、氣象學(xué)家斯塔格提出一份預(yù)報(bào):有一個(gè)冷峰正在向英吉利海峽移動(dòng)，而在冷峰過去和低壓槽到來之前，可能有一段較好的天氣，這一天可能是6月6日。當(dāng)晚，聯(lián)合氣象組對6日的天氣又作了更為詳細(xì)的預(yù)報(bào):上午晴，夜間轉(zhuǎn)陰。這種天氣雖不很理想，但起碼滿足了登陸的基本條件。兵家最忌猶豫不決。面對著這確實(shí)的天氣預(yù)報(bào)，絕不能錯(cuò)失良機(jī)，盟軍統(tǒng)帥當(dāng)即拍板定案:6月6日為登陸作戰(zhàn)的發(fā)起日。正是這果斷的選擇，使這次登陸戰(zhàn)役大獲全勝。德軍的氣象人員沒有預(yù)報(bào)出6日的短暫好天氣，認(rèn)為法國西部地區(qū)連續(xù)數(shù)日將會(huì)是暴風(fēng)雨的天氣，使得德軍統(tǒng)帥部判斷盟軍不可能在這樣惡劣的天氣發(fā)起進(jìn)攻。德軍西線司令官隆美爾對部下交待說:“天氣惡劣，可以考慮休整一下?！倍约河?日早晨回國，去慶賀他夫人的生日了。因此，德軍在諾曼底地區(qū)放松了戒備，甚至連一些例行的飛機(jī)、艦艇的巡邏也都被取消了，使得盟軍諾曼底登陸一舉成功(來自網(wǎng)絡(luò))。

其次，提出一些簡單的天氣原理的基本理論知識(shí)和概念，引導(dǎo)學(xué)生思考在實(shí)際工作中這些知識(shí)和概念是如何體現(xiàn)的，這樣就有效地把理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性。

4 培養(yǎng)天氣分析的良好習(xí)慣

在剛接觸這門課程時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生在天氣圖分析中的良好習(xí)慣也是非常重要的。

第一，良好習(xí)慣的形成對未來工作會(huì)帶來很多的便利。例如，剛分析天氣圖時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)畫圖要從圖的右邊起筆，從上到下或者從下向上進(jìn)行分析。這樣習(xí)慣的培養(yǎng)是因?yàn)椋瑢τ谖覀兇蟛糠秩藖碚f習(xí)慣用右手，分析時(shí)，眼睛始終盯著記錄的前方，手隨眼睛的移動(dòng)而動(dòng)，不會(huì)遮擋視線。一旦熟悉這種方式后，以后工作就會(huì)大大地加快分析速度。

第二，良好的分析習(xí)慣可以讓分析者正確地了解整個(gè)天氣發(fā)展的趨勢。大氣存在于地球表面的流體，它遵循著流體動(dòng)力學(xué)的基本運(yùn)動(dòng)法則，所以，在一開始分析天氣圖時(shí)，就應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生們一個(gè)整體觀念，而良好習(xí)慣的養(yǎng)成對這種整體觀念的建立很有幫助。比如，當(dāng)我們分析一張地面天氣圖時(shí)，首先要大概了解一下上一時(shí)刻整體天氣系統(tǒng)的分布狀況，然后，再從大局來觀察一下整個(gè)天氣系統(tǒng)的分布，隨后再著手分析細(xì)節(jié)。

第三，良好習(xí)慣的形成也可以盡量避免一些天氣分析中的失誤。在一開始接觸天氣分析的專業(yè)培訓(xùn)時(shí)，良好習(xí)慣的養(yǎng)成可以減少很多可能發(fā)生的失誤。比如，在分析地面天氣圖時(shí)，應(yīng)該先分析天氣區(qū)、三小時(shí)等壓線，然后才是海平面的等壓線分析，最后再來確定鋒面。這樣的分析順序會(huì)盡量避免遺漏，并能很大程度提升圖的美觀程度。

5 根據(jù)天氣學(xué)原理理解規(guī)范

在天氣圖分析時(shí)有很多規(guī)范需要遵循，這些規(guī)范是經(jīng)過長期工作的積累逐漸形成的，有著深刻的理論意義。比如，我們在標(biāo)識(shí)高壓中心時(shí)，就要遵循準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的原則，因?yàn)槲覀兯P(guān)注的中高緯天氣的運(yùn)動(dòng)基本遵循著準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。因此就要注意，根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)原理，高壓要標(biāo)在風(fēng)向的左邊，而低壓要標(biāo)在風(fēng)向的右邊，這就是我們通常所說的“高壓在左，低壓在右”。

等壓線應(yīng)該盡量保持平滑，除非有可靠的記錄，等壓結(jié)應(yīng)盡量避免小的彎曲和尖角。這是因?yàn)榈厍蛏系拇髿馐橇黧w，流體最基本的特點(diǎn)就是行動(dòng)自由，無拘無束。就像液體一樣，它的分布不可能形成尖角。等壓線疏密變化也要分布均勻，因?yàn)榱黧w的分布基本是均勻的。根據(jù)梯度風(fēng)原則，在低壓區(qū)，等壓線要分析得密集一些，在高壓區(qū)，分析得稀疏一些，在高壓中心附近基本上應(yīng)是均壓區(qū)［3］。

分析等壓面的目的是要了解整個(gè)大氣在空間上的分布情況。等高線的走向在高空圖上基本要和風(fēng)向平行，這是遵循了中緯度自由大氣中的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)原則。大氣在高空運(yùn)動(dòng)基本上是自由大氣，受下墊面的影響很小。而且等高線的疏密和風(fēng)速成正比，也就是說等高線密集區(qū)風(fēng)速往往比較大，而等高線的稀疏區(qū)風(fēng)速往往比較小。然而，由于地轉(zhuǎn)偏向力，在高緯比低緯大，因此，在等壓面上同樣的高度梯度，極區(qū)和高緯度地區(qū)的風(fēng)速比中緯度地區(qū)要小一些，而在較低緯度地區(qū)風(fēng)速要比中緯度地區(qū)要大一些。

6 學(xué)生作業(yè)的批改和反饋

“天氣學(xué)分析”是注重理論和實(shí)踐相結(jié)合的一門課程。所以，對學(xué)生動(dòng)手能力要求高一些，要求學(xué)生在實(shí)踐的基礎(chǔ)上能深刻體會(huì)理論知識(shí)，可以說是天氣學(xué)所有知識(shí)的綜合體現(xiàn)。因此，對學(xué)生的作業(yè)情況要及時(shí)了解和掌握。從學(xué)生的作業(yè)情況能夠知道學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握業(yè)務(wù)技能的程度，哪些地方存在薄弱環(huán)節(jié)，并在課堂上給以指正。一些經(jīng)常范的錯(cuò)誤，要反復(fù)強(qiáng)調(diào)，要告訴學(xué)生錯(cuò)在哪里、為什么錯(cuò)。經(jīng)過這樣長期的訓(xùn)練，學(xué)生們對一些規(guī)范和原理就會(huì)形成很鮮明的印象，為將來的工作奠定良好的基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”是南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的主要課程之一，此外，它還是一門學(xué)生業(yè)務(wù)技能培養(yǎng)的入門課程，在學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)生涯中占著舉足輕重的地位。所以，在學(xué)生剛接觸大氣科學(xué)專業(yè)業(yè)務(wù)時(shí)，激發(fā)學(xué)生對大氣科學(xué)的熱愛，培養(yǎng)學(xué)生良好的工作習(xí)慣是非常重要的。一味地告訴他們一些天氣規(guī)范就會(huì)顯得枯燥無味，要讓學(xué)生們知其然，更要知其所以然，并在動(dòng)手的過程中不斷加深對天氣學(xué)原理理論的認(rèn)識(shí)，讓知識(shí)從實(shí)踐中來，并回到實(shí)踐中去。

［1］苗春生，梁漢明，李文源，等． 短期天氣綜合分析與預(yù)報(bào)［M］．南京:自編教材，1998:29—32．

［2］朱乾根，林錦瑞，壽紹文，唐東升． 天氣學(xué)原理與方法［M］．北京:氣象出版社，1992:62．

［3］壽紹文，勵(lì)申申，王善華，等．天氣學(xué)分析［M］．北京:氣象出版社，2002:16—18．