天氣預(yù)報課程中學(xué)生主觀能動性的培養(yǎng)

王 妍 譚桂容 任慧軍

(南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210044)

在數(shù)值預(yù)報問世前，預(yù)報員在天氣預(yù)報中的地位是不容忽視的，隨著數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)水平的不斷提高，數(shù)值產(chǎn)品漸漸取代了預(yù)報員天氣形勢的外推預(yù)報，未來還有可能取代天氣預(yù)報中氣象要素場的預(yù)報。在短短的幾十年的時間內(nèi)，數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)發(fā)展的速度之快是值得氣象工作者驕傲之處，不僅提高了預(yù)報的時間、空間分辨率，而且大氣中的物理過程描述的更加精細(xì)，在提高預(yù)報準(zhǔn)確率的同時，還豐富了預(yù)報產(chǎn)品。盡管數(shù)值預(yù)報取得了一定的成就并在業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要的作用，但是預(yù)報員主觀分析仍是不可取代的，忽略預(yù)報員的作用只會導(dǎo)致已有的數(shù)值產(chǎn)品得不到廣泛有效的應(yīng)用和預(yù)報準(zhǔn)確率的下降。但目前仍存在著大量的新預(yù)報員過分依賴數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，忽視預(yù)報員本身的主觀能動性的現(xiàn)象。薛紀(jì)善[1]分析了數(shù)值預(yù)報與預(yù)報員經(jīng)驗的優(yōu)勢和缺陷，指出雖然數(shù)值預(yù)報無論是精細(xì)量化的程度還是準(zhǔn)確率都已超出了傳統(tǒng)天氣圖分析制作的天氣預(yù)報，但是它不能代替預(yù)報員的綜合預(yù)報，預(yù)報員對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的解釋應(yīng)用可以明顯提高預(yù)報質(zhì)量。章國材[2]在研究預(yù)報員在天氣預(yù)報中的作用時，指出預(yù)報員的作用是不可缺少的。因此在信息發(fā)展的年代，需要與時俱進(jìn)，既要充分利用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，也要發(fā)揮預(yù)報員的主觀預(yù)報能力，找到數(shù)值預(yù)報與預(yù)報員主觀預(yù)報的最佳結(jié)合點。

南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院在培養(yǎng)預(yù)報員的教學(xué)課程中，“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”是不可忽視的實踐教學(xué)課，并且學(xué)生在主修此課程期間也表現(xiàn)出極大的興趣，但教學(xué)效果仍有待提高，主要問題是學(xué)生過分依賴數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，導(dǎo)致預(yù)報準(zhǔn)確率不高。譚桂容[3]分析了“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”教學(xué)中的重點和難點，并提出了課程中的常見問題，如學(xué)生把握不了天氣的整體形勢，缺乏動態(tài)演變觀念，局部系統(tǒng)分析不周詳。本文旨在充分發(fā)揮學(xué)生的主觀分析能力，使其更好更有效地應(yīng)用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，提高預(yù)報的準(zhǔn)確率。

1 現(xiàn)代天氣預(yù)報業(yè)務(wù)與課程現(xiàn)狀

1950年，我國開始了天氣預(yù)報業(yè)務(wù)，預(yù)報是由預(yù)報員依據(jù)天氣學(xué)理論分析天氣圖外推形勢制作的。1960年，數(shù)值預(yù)報正式提供給預(yù)報員使用，在原有的天氣學(xué)方法制作預(yù)報的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品[4]。數(shù)值預(yù)報是從觀測到的大氣、海洋資料出發(fā)，借助計算機(jī)對控制大氣、海洋的方程組進(jìn)行積分，從而對未來的大氣、海洋作出預(yù)報，此時數(shù)值產(chǎn)品只是作為預(yù)報員預(yù)報的參考工具。20世紀(jì)80年代初，數(shù)值預(yù)報已取得了重大成就，主要表現(xiàn)在衛(wèi)星遙感資料的應(yīng)用、數(shù)值模式分辨率的提高和數(shù)值模式描述大氣物理過程的精細(xì)化等細(xì)節(jié)處理的得當(dāng)。目前數(shù)值預(yù)報基本取代了預(yù)報員的形勢場外推預(yù)報，并正向單要素預(yù)報發(fā)展，這是預(yù)報員值得驕傲的成就，但數(shù)值預(yù)報仍存在著一定的問題，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

(1)對不同尺度的系統(tǒng)，預(yù)報準(zhǔn)確率不同。對于天氣尺度的系統(tǒng)，7～8天的預(yù)報準(zhǔn)確率是可圈可點的，而中小尺度系統(tǒng)的預(yù)報還不成熟，主要原因在于模式對云、降水、下墊面的模擬比較粗糙，方程組過于簡單，導(dǎo)致模式對中小尺度的系統(tǒng)預(yù)報能力薄弱，掌握不住短時強(qiáng)對流性天氣，出現(xiàn)嚴(yán)重漏報的現(xiàn)象。

(2)數(shù)值預(yù)報對轉(zhuǎn)折性的天氣預(yù)報能力差。模式把復(fù)雜的大氣、海洋運(yùn)動，用簡化的數(shù)學(xué)、物理方程程序化，不可避免地忽略某些天氣系統(tǒng)的變化，因此對于轉(zhuǎn)折性的天氣難以預(yù)報準(zhǔn)確。

相反，預(yù)報員具有主觀能動性，預(yù)報員在實踐中的經(jīng)驗積累來源與對歷史真實大氣過程的親身體驗，對天氣過程的關(guān)鍵細(xì)節(jié)更具有豐富的經(jīng)驗，突破了模式的局限性。對于中小尺度系統(tǒng)的天氣，應(yīng)用衛(wèi)星、雷達(dá)、自動站等非常規(guī)資料，對短時強(qiáng)對流性天氣做出及時的預(yù)報。對于轉(zhuǎn)折性的天氣，根據(jù)歷史個例相似性，預(yù)報員則能提供針對性的預(yù)報結(jié)論。從而預(yù)報員可以對模式不能把握的天氣做出更好的預(yù)報。因此，即使現(xiàn)階段數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)的發(fā)展已日漸成熟，但以天氣學(xué)方法為主導(dǎo)思想的預(yù)報員主觀分析和數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的有效結(jié)合，仍為目前預(yù)報業(yè)務(wù)的指導(dǎo)思想，缺一不可。

“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”課程是我校大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)生走向預(yù)報員工作崗位的重要實踐教學(xué)課之一，在授課中教師運(yùn)用中央氣象臺自主研發(fā)的氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)(Meteorological Information Combine Analysis Process System，簡稱MICAPS)[5]訓(xùn)練學(xué)生，該系統(tǒng)通過各種氣象數(shù)據(jù)的圖形和圖像，對各種氣象圖形進(jìn)行編輯加工，實現(xiàn)了人機(jī)交互功能，為預(yù)報員提供了一個信息全面、方便快捷的中期、短期、短時天氣分析預(yù)報制作的工作平臺。實習(xí)內(nèi)容是用實況氣象資料作未來24～48小時內(nèi)的公眾要素預(yù)報，包括天空狀況、風(fēng)向風(fēng)速、溫度預(yù)報。此內(nèi)容貼近生活，因此學(xué)生在聽課過程中表現(xiàn)出極大的興趣，這對教學(xué)效果有著積極正面的影響，教師在講課的過程中也仔細(xì)全面地講解了天氣預(yù)報的兩種方法，即天氣學(xué)方法和數(shù)值預(yù)報方法。結(jié)果筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的興趣基本落在數(shù)值產(chǎn)品上，在預(yù)報過程中完全依賴數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，而缺乏主觀判斷分析能力。

2 原因分析

針對課程現(xiàn)狀，筆者與學(xué)生深入談話并做了詳細(xì)的調(diào)查問卷，總結(jié)原因如下：

(1)天氣學(xué)方法的單調(diào)性。天氣學(xué)方法即是用所學(xué)的理論知識對天氣形勢進(jìn)行合理的外推，其步驟繁瑣，天氣圖內(nèi)容單一，方法難度大，思考要全面，學(xué)生聽到這部分授課內(nèi)容時往往會眉頭緊鎖，表示聽教師講解基本可以接受，但自己分析新的形勢時無從下手，只能考慮一到兩個簡單的方面，而想不到更深入、更廣的內(nèi)容，學(xué)生對此內(nèi)容存在抵觸心理。

(2)數(shù)值產(chǎn)品的多樣性。學(xué)生在經(jīng)歷了枯燥單一的天氣學(xué)方法后，第一次接觸數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報圖，表現(xiàn)出極大的好奇心，因為數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品不僅種類繁多，而且直觀易懂，不需要過多的主觀分析，就可做出天氣預(yù)報，此時學(xué)生已經(jīng)把枯燥的天氣學(xué)方法拋于腦后。

(3)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力薄弱。在開設(shè)“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”課程前，學(xué)生已主修“天氣學(xué)”“天氣學(xué)分析”“天氣學(xué)診斷分析”“衛(wèi)星氣象學(xué)”“雷達(dá)氣象學(xué)”等理論課程，但把理論應(yīng)用到實踐時效果卻不盡如人意，在學(xué)習(xí)天氣預(yù)報過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論與實際相結(jié)合存在一定的困難，要轉(zhuǎn)變學(xué)生的思想需要一定的時間，而課程時間有限，學(xué)生接受能力有別，因此存在部分學(xué)生在課程結(jié)束后仍然沒有掌握天氣預(yù)報的技術(shù)要領(lǐng)。

3 教改思考

由以上分析可知，多種原因?qū)е聦W(xué)生在預(yù)報過程中過分依賴數(shù)值產(chǎn)品，而忽視了本身的主觀分析，數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品得不到廣泛、有效的應(yīng)用。筆者通過近兩年的研究，試圖尋找出解決方法，提出以下幾點建議：

(1)加強(qiáng)“有紙化天氣預(yù)報”階段的實踐內(nèi)容。增加手工分析天氣圖課時，學(xué)生雖然主修過“天氣學(xué)分析”課程，但是對于槽線、切變線、高低壓中心、鋒面的定位仍不夠準(zhǔn)確，需要任課教師對這部分內(nèi)容反復(fù)深入指導(dǎo)，只有讓學(xué)生自己繪制出準(zhǔn)確的天氣圖，才能更深入地掌握天氣整體形勢，細(xì)致分析局部系統(tǒng)的生消演變，在此階段教學(xué)過程中切忌求快，一定要讓學(xué)生掌握用天氣學(xué)方法分析未來天氣形勢和影響系統(tǒng)，建立短期預(yù)報思路。

(2)加強(qiáng)數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品性能的對比分析。由于模式的初始值、物理過程、動力過程本身的不確定性和局限性，使得預(yù)報結(jié)果總是存在不同程度的差異，教師通過實況資料講解各種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的性能，使學(xué)生認(rèn)識到數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品是有一定的不足之處，從而在使用過程中加以訂正，而不是不加思考地直接拿來數(shù)值預(yù)報結(jié)果，缺失了主觀能動性的發(fā)揮。

(3)強(qiáng)化學(xué)生掌握“人機(jī)結(jié)合”的重要性。通過歷史個例講解，讓學(xué)生認(rèn)識到天氣預(yù)報中預(yù)報員的作用體現(xiàn)在對數(shù)值模式產(chǎn)品了解以及對各種資料和方法的綜合分析應(yīng)用和訂正能力上，尤其對復(fù)雜的、局地性的天氣，預(yù)報員在預(yù)報過程中起著至關(guān)重要的作用。

(4)采取獨(dú)立思考、分組討論、組織學(xué)生觀看中央氣象臺會商相結(jié)合的教學(xué)方式，先讓學(xué)生獨(dú)立思考天氣系統(tǒng)的生消演變，然后分小組討論，畢竟單體個人的思維方式是固定的，很容易忽略天氣圖中重要的信息，小組討論的教學(xué)方式有利于學(xué)生互相個體思維中的亮點，學(xué)生在討論中之間互相學(xué)習(xí)，反而比教師的 “填鴨式”教學(xué)效果好。在授課期間，組織學(xué)生觀看早上8點的中央氣象臺全國天氣會商，讓學(xué)生了解目前氣象部門的業(yè)務(wù)流程，在觀看的過程中學(xué)習(xí)各省臺領(lǐng)班預(yù)報員的預(yù)報思路和方法。

4 結(jié)語

“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”是我校大氣科學(xué)專業(yè)必修課之一，也是學(xué)生走向工作崗位的最后一課，是結(jié)合學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)理論知識，理論聯(lián)系實際的一門實踐課。此課程旨在通過集中的訓(xùn)練，讓學(xué)生熟練掌握天氣預(yù)報的基本思路、合理有效地利用各種信息圖表，發(fā)揮人腦的主觀能動性，作出及時的天氣預(yù)報，因此對學(xué)生主觀能動性的培養(yǎng)應(yīng)長抓不懈，為地方氣象臺站培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛紀(jì)善.和預(yù)報員談數(shù)值預(yù)報[J].氣象，2007，33(8)：3～11.

[2]章國材.預(yù)報員在未來天氣預(yù)報中的作用探討[J].氣象，2004，30(7)：8～11.

[3]譚桂容.天氣預(yù)報綜合實習(xí)課程的教學(xué)研究[J].氣象水文裝備，2010，21(3)：56～57.

[4]端義宏.中央氣象臺天氣預(yù)報服務(wù)業(yè)務(wù)的過去、現(xiàn)在和將來[J].氣象，2010，36(7)：5～11.

[5]吳洪.氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)(MICAPS)第三版培訓(xùn)教材[M].北京：氣象出版社，2010.