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摘要：《中尺度气象学》是大气科学专业本科学生的专业学习课程，是在学习完成《天气学原理》、《动力气象》、《天气学基础》等基本专业知识之后对气象学理论与实践应用的进一步认识与提升，在大气科学中占有重要的地位。文章总结归纳了近几年在《中尺度气象学》教学实践中的经验与思考，提出了“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法、启发性的教学理念，以及天气个案例析的教学思路，希望为《中尺度气象学》的教学提供参考。
关键词：中尺度气象学；教学；课程
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）27-0210-02
中尺度气象学是研究中尺度天气系统及与其相联系的严重灾害性天气（如雷暴、暴雨、冰雹、龙卷、下击暴流等）的发生、发展的动力学机制和预报理论及方法的学科，是当代大气科学中倍受人们关注的研究领域之一，在大气科学中占有重要的地位[1-4]。此课程是南京信息工程大学大气科学学院针对已经修完基本专业理论课程（包含《流体力学》、《天气学原理》、《动力气象》）以及基础应用分析课程（包含《中国天气》、《天气学基础》）的学生开设的。课程内容包括九章，依次为：中尺度大气运动的特征及控制方程组、地形性中尺度环流、自由大气非对流性中尺度环流、中尺度孤立对流系统、中尺度带状对流系统、中尺度对流复合体、锋面气旋及台风附近的中尺度雨带、影响中尺度对流系统发生发展的因子、中尺度天气的预报。课程的主要目的是进一步提高本专业学生的理论与实践相结合进行理解与分析复杂天气过程的能力，熟悉目前的研究进展与研究思路，明确中小尺度天气与天气尺度（天气预报）的联系与差异，从而提高学生的专业素养。本文将从以下几个方面阐述笔者近几年来从事《中尺度气象学》教学中的部分经验与思考，与大家共勉。
一、“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法
《中尺度气象学》历年来均是学生学习的难点。因为学生需要具备较完整的气象专业理论知识，以及较为熟练的基础专业分析能力，而此两点仅有部分学生能够做到。即便如此，能够在较为复杂的中尺度天气过程中将复杂的理论基础与合理的天气分析结合起来的学生少之又少。因此，“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法应运而生。其一，与中尺度天气过程相联系的天气系统，如暴雨、龙卷、中尺度对流复合体（MCC）、重力波等，均是天气学分析与预报的难点，所用的基础理论更加复杂、更加系统；其二，学生对复杂的理论、非线性的偏微分方程的求解等难有感性的认识，必须辅以清晰的、合理的图表方能让学生进一步的理解；其三，归纳总结、对比分析是学生理解、掌握的最后保障。因此，只有引导学生逐一经过理论认识、感性认识、到系统认识的过程，才能增强认识问题与分析问题的能力。
以重力波的特征分析为例阐述“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法的应用。关于重力波的定义与特征早在《动力气象学》中已经有所涉及，《动力气象学》课程上通过非线性偏微分方程求解的方式给出了重力波的频散关系式、相速度、群速度等理论关系式。学生对重力波的认识是初步的、公式层面的。因此，课堂上首先把《动力气象学》中重力波所涉及的内容给学生简要的复习一遍，给出重力波的重要关系式，通过较为熟悉的内容完成“复杂的理论”部分；接着，利用大量的图片，包括观测的山脉背风坡的云图、理想的背风波云系等，告诉学生重力波不仅仅是一种抽象的概念，也是在我们身边实实在在存在的大气现象。但是重力波到底在天气过程中起到怎样的作用？重力波引起天气变化的作用机制是什么？必须带着这些问题去进一步学习重力波的结构与传播。通过结构图的引入学生基本能够理解重力波传播过程中哪些位置有利于垂直对流，哪些位置有利于高空辐散等，对于由于重力波参与的天气过程有了进一步的认识。最后，“归纳总结”才能让学生印象深刻并完全理解。大家所熟悉的Rossby波与重力波存在哪些相似与不同？其发生的天气现象有何差异？通过以上问题学生基本能够掌握重力波的基本知识，完成了从抽象概念到理解应用的跨越。
课程中“中尺度孤立对流系统”、“中尺度带状对流系统”，与“中尺度对流复合体”这三章内容是由浅入深、相辅相成的学习重点与难点，需要学生完全领会与掌握。这三章内容所涉及的中尺度对流系统分别是：普通单体雷暴、多单体雷暴、超级单体雷暴、龙卷雷暴、飑线、中尺度对流复合体，其相互独立又密不可分、相互演变。这部分内容的授课过程中，“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”起了关键的作用。以单体生命史的演变的结构与云水特征图作为普通单体雷暴的重要目标图形、以多个普通单体经过统一环流组织起来的多单体特征作为多单体雷暴的基本目标图形、以具有显著统一环流与旋转特征的3-D结构图作为超级单体风暴的特征图，讲授孤立对流单体部分，这样学生通过对比基本能够掌握孤立对流单体的特征，对其发展与强度有了进一步认识。在此基础上，讲授由不同孤立对流单体经过有组织的环流约束排列成带状的飑线系统就相对容易。飑线的结构与中尺度结构图就是带状对流系统的重点，理论学习从基本的结构特征转变为飑线的形成机制问题。中尺度对流复合体是有以上不同的孤立对流系统与带状对流系统组成的，因此其单体的结构特征与演变是类似的，主要差异是中尺度对流复合体是近乎于圆形的。因此，中尺度对流复合体的图表重点应该放在中尺度对流复合体的结构、降水特征上，理论重点是解决为什么其会呈现出圆形的特征来。
二、启发性的教学理念
《中尺度气象学》的教学目的不仅仅是让学生掌握相关内容，更重要的是给学生提出问题与思考，增进学生独立认识与解决问题的能力。因此，在教学过程中需要启发性的教学，鼓励学生自己思考解决问题。比如，在讲述大气层结构的稳定性问题时，先给出传统的位势稳定度的概念，然后提出问题：利用传统的位势稳定度怎样解释超级对流单体与热带辐合带地区云系的发展？学生经过思考后就比较容易接受后面的第二类条件性不稳定的概念了。随后可以进一步提出问题：对流只能垂直发展吗，对于倾斜对流的问题应该如何去理解？这样条件性不稳定就顺利成章地被引出来。在整个学习过程中学生通过主动的思考过程，加深了对学习内容的理解和认识，对于课程的学习将更加主动与积极。 《中尺度气象学》的另一个主要特征是随着社会的观测网络与理论分析能力的提高，部分讲授内容在不断完善，部分研究理论在不断深入的特征。研究问题的复杂性使其仍存在许多正在解决或尚需要进一步研究的难题。而课程大纲要求学生学习的内容更偏向于天气发展的表象，对其原因的分析并不深入。比如学习完成飑线的定义、结构、天气特征后，合上书本，与学生一起把所学内容复习总结后，大部分学生可能感觉到掌握新知识的欣喜了。接着我会问飑线为什么会是这样的带状分布？它为什么会形成在锋面前沿的？对于这些没有明确解释的内容我会引导学生进行独立思考，鼓励大家发言。然后根据自己的理解给他们进一步地解释，也把问题清晰地留给学生思考，提醒学生学无止境，认识总在不断前进。
三、天气个案例析的教学思路
《中尺度天气学》是一门理论结合实践的课程，天气分析与总结是基础，复杂中尺度天气的机制认识与应用是关键。因此，课程的讲述中，典型的天气个案的分析与理解是必不可少的。比如，讲到飑线时，大家针对这一代表性的中尺度系统还是相对比较陌生的，对其发生机理、造成的天气影响等方面的认识还只停留在书面上。因此，我会先将课本上的典型个例给学生进行详细讲解；然后结合最近1-2年内的国内外的研究成果，选取具有代表性的个例（如，2009年6月14日安徽、江苏边界的飑线对流天气），首先针对课堂所学内容通过天气个例进行验证与加深认识，然后就目前的研究方向，提出研究问题，引领大家思考并简要介绍目前的主要研究手段与研究结果。这样学生对于飑线的认识就更加深刻了。
讲述环境风场的垂直切变对对流发展的作用时，首先通过理论推导得出即使大气层结非常稳定时，一定的环境风垂直切变仍然能够促进对流发展，因此很多强对流天气均伴有高低空急流的耦合作用。然后利用多个实际天气个例分析，说明不同的对流发展阶段，环境风垂直切变的作用不同，有时是对流发展的积极作用，有时又起到削弱作用。比如，对于台风发展初期，较强的环境风垂直切变是其发展的不利条件；而当台风发展到较强强度时合适的环境风垂直切变有利于对流层中层暖心结构的维持从而使台风不断发展。但是需要特别指出的是，环境风垂直切变对台风发展的影响非常复杂，在实际台风发展过程中总是能观测有些台风在环境风场垂直切变非常强的时候仍能够迅速发展。因此天气过程是复杂多变的，一方面其具有相对普适的规律，一方面具体问题需要谨慎对待。
四、结语
《中尺度气象学》是一门需要教师与学生相互配合，理论与实践密切结合的课程。因为其一般与灾害性天气相联系，也是大气科学专业中难度较大但实践意义重大的课程，是大气科学专业本科生走向工作岗位或继续科研工作的奠基石。本文从“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法、启发性的教学理念，以及天气个案例析的教学思路三个方面阐述了作者近几年来的教学心得，希望能调动学生的主观能动性，把《中尺度气象学》掌握好。
参考文献：
[1]寿绍文，励申申，寿亦萱，等.中尺度天气学[M].北京：气象出版社，2009：2.
[2]寿绍文，励申申，王善华，等.天气学分析[M].北京：气象出版社，2008：2.
[3]寿绍文，励申申，寿亦萱，等.中尺度大气动力学[M].高等教育出版社，2009：1.
[4]寿绍文.天气学[M].北京：气象出版社，2009：1.
关键词：中尺度气象学；教学；课程
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）27-0210-02
中尺度气象学是研究中尺度天气系统及与其相联系的严重灾害性天气（如雷暴、暴雨、冰雹、龙卷、下击暴流等）的发生、发展的动力学机制和预报理论及方法的学科，是当代大气科学中倍受人们关注的研究领域之一，在大气科学中占有重要的地位[1-4]。此课程是南京信息工程大学大气科学学院针对已经修完基本专业理论课程（包含《流体力学》、《天气学原理》、《动力气象》）以及基础应用分析课程（包含《中国天气》、《天气学基础》）的学生开设的。课程内容包括九章，依次为：中尺度大气运动的特征及控制方程组、地形性中尺度环流、自由大气非对流性中尺度环流、中尺度孤立对流系统、中尺度带状对流系统、中尺度对流复合体、锋面气旋及台风附近的中尺度雨带、影响中尺度对流系统发生发展的因子、中尺度天气的预报。课程的主要目的是进一步提高本专业学生的理论与实践相结合进行理解与分析复杂天气过程的能力，熟悉目前的研究进展与研究思路，明确中小尺度天气与天气尺度（天气预报）的联系与差异，从而提高学生的专业素养。本文将从以下几个方面阐述笔者近几年来从事《中尺度气象学》教学中的部分经验与思考，与大家共勉。
一、“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法
《中尺度气象学》历年来均是学生学习的难点。因为学生需要具备较完整的气象专业理论知识，以及较为熟练的基础专业分析能力，而此两点仅有部分学生能够做到。即便如此，能够在较为复杂的中尺度天气过程中将复杂的理论基础与合理的天气分析结合起来的学生少之又少。因此，“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法应运而生。其一，与中尺度天气过程相联系的天气系统，如暴雨、龙卷、中尺度对流复合体（MCC）、重力波等，均是天气学分析与预报的难点，所用的基础理论更加复杂、更加系统；其二，学生对复杂的理论、非线性的偏微分方程的求解等难有感性的认识，必须辅以清晰的、合理的图表方能让学生进一步的理解；其三，归纳总结、对比分析是学生理解、掌握的最后保障。因此，只有引导学生逐一经过理论认识、感性认识、到系统认识的过程，才能增强认识问题与分析问题的能力。
以重力波的特征分析为例阐述“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法的应用。关于重力波的定义与特征早在《动力气象学》中已经有所涉及，《动力气象学》课程上通过非线性偏微分方程求解的方式给出了重力波的频散关系式、相速度、群速度等理论关系式。学生对重力波的认识是初步的、公式层面的。因此，课堂上首先把《动力气象学》中重力波所涉及的内容给学生简要的复习一遍，给出重力波的重要关系式，通过较为熟悉的内容完成“复杂的理论”部分；接着，利用大量的图片，包括观测的山脉背风坡的云图、理想的背风波云系等，告诉学生重力波不仅仅是一种抽象的概念，也是在我们身边实实在在存在的大气现象。但是重力波到底在天气过程中起到怎样的作用？重力波引起天气变化的作用机制是什么？必须带着这些问题去进一步学习重力波的结构与传播。通过结构图的引入学生基本能够理解重力波传播过程中哪些位置有利于垂直对流，哪些位置有利于高空辐散等，对于由于重力波参与的天气过程有了进一步的认识。最后，“归纳总结”才能让学生印象深刻并完全理解。大家所熟悉的Rossby波与重力波存在哪些相似与不同？其发生的天气现象有何差异？通过以上问题学生基本能够掌握重力波的基本知识，完成了从抽象概念到理解应用的跨越。
课程中“中尺度孤立对流系统”、“中尺度带状对流系统”，与“中尺度对流复合体”这三章内容是由浅入深、相辅相成的学习重点与难点，需要学生完全领会与掌握。这三章内容所涉及的中尺度对流系统分别是：普通单体雷暴、多单体雷暴、超级单体雷暴、龙卷雷暴、飑线、中尺度对流复合体，其相互独立又密不可分、相互演变。这部分内容的授课过程中，“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”起了关键的作用。以单体生命史的演变的结构与云水特征图作为普通单体雷暴的重要目标图形、以多个普通单体经过统一环流组织起来的多单体特征作为多单体雷暴的基本目标图形、以具有显著统一环流与旋转特征的3-D结构图作为超级单体风暴的特征图，讲授孤立对流单体部分，这样学生通过对比基本能够掌握孤立对流单体的特征，对其发展与强度有了进一步认识。在此基础上，讲授由不同孤立对流单体经过有组织的环流约束排列成带状的飑线系统就相对容易。飑线的结构与中尺度结构图就是带状对流系统的重点，理论学习从基本的结构特征转变为飑线的形成机制问题。中尺度对流复合体是有以上不同的孤立对流系统与带状对流系统组成的，因此其单体的结构特征与演变是类似的，主要差异是中尺度对流复合体是近乎于圆形的。因此，中尺度对流复合体的图表重点应该放在中尺度对流复合体的结构、降水特征上，理论重点是解决为什么其会呈现出圆形的特征来。
二、启发性的教学理念
《中尺度气象学》的教学目的不仅仅是让学生掌握相关内容，更重要的是给学生提出问题与思考，增进学生独立认识与解决问题的能力。因此，在教学过程中需要启发性的教学，鼓励学生自己思考解决问题。比如，在讲述大气层结构的稳定性问题时，先给出传统的位势稳定度的概念，然后提出问题：利用传统的位势稳定度怎样解释超级对流单体与热带辐合带地区云系的发展？学生经过思考后就比较容易接受后面的第二类条件性不稳定的概念了。随后可以进一步提出问题：对流只能垂直发展吗，对于倾斜对流的问题应该如何去理解？这样条件性不稳定就顺利成章地被引出来。在整个学习过程中学生通过主动的思考过程，加深了对学习内容的理解和认识，对于课程的学习将更加主动与积极。 《中尺度气象学》的另一个主要特征是随着社会的观测网络与理论分析能力的提高，部分讲授内容在不断完善，部分研究理论在不断深入的特征。研究问题的复杂性使其仍存在许多正在解决或尚需要进一步研究的难题。而课程大纲要求学生学习的内容更偏向于天气发展的表象，对其原因的分析并不深入。比如学习完成飑线的定义、结构、天气特征后，合上书本，与学生一起把所学内容复习总结后，大部分学生可能感觉到掌握新知识的欣喜了。接着我会问飑线为什么会是这样的带状分布？它为什么会形成在锋面前沿的？对于这些没有明确解释的内容我会引导学生进行独立思考，鼓励大家发言。然后根据自己的理解给他们进一步地解释，也把问题清晰地留给学生思考，提醒学生学无止境，认识总在不断前进。
三、天气个案例析的教学思路
《中尺度天气学》是一门理论结合实践的课程，天气分析与总结是基础，复杂中尺度天气的机制认识与应用是关键。因此，课程的讲述中，典型的天气个案的分析与理解是必不可少的。比如，讲到飑线时，大家针对这一代表性的中尺度系统还是相对比较陌生的，对其发生机理、造成的天气影响等方面的认识还只停留在书面上。因此，我会先将课本上的典型个例给学生进行详细讲解；然后结合最近1-2年内的国内外的研究成果，选取具有代表性的个例（如，2009年6月14日安徽、江苏边界的飑线对流天气），首先针对课堂所学内容通过天气个例进行验证与加深认识，然后就目前的研究方向，提出研究问题，引领大家思考并简要介绍目前的主要研究手段与研究结果。这样学生对于飑线的认识就更加深刻了。
讲述环境风场的垂直切变对对流发展的作用时，首先通过理论推导得出即使大气层结非常稳定时，一定的环境风垂直切变仍然能够促进对流发展，因此很多强对流天气均伴有高低空急流的耦合作用。然后利用多个实际天气个例分析，说明不同的对流发展阶段，环境风垂直切变的作用不同，有时是对流发展的积极作用，有时又起到削弱作用。比如，对于台风发展初期，较强的环境风垂直切变是其发展的不利条件；而当台风发展到较强强度时合适的环境风垂直切变有利于对流层中层暖心结构的维持从而使台风不断发展。但是需要特别指出的是，环境风垂直切变对台风发展的影响非常复杂，在实际台风发展过程中总是能观测有些台风在环境风场垂直切变非常强的时候仍能够迅速发展。因此天气过程是复杂多变的，一方面其具有相对普适的规律，一方面具体问题需要谨慎对待。
四、结语
《中尺度气象学》是一门需要教师与学生相互配合，理论与实践密切结合的课程。因为其一般与灾害性天气相联系，也是大气科学专业中难度较大但实践意义重大的课程，是大气科学专业本科生走向工作岗位或继续科研工作的奠基石。本文从“复杂的理论、丰富的图表、细致的归纳”相结合的教学方法、启发性的教学理念，以及天气个案例析的教学思路三个方面阐述了作者近几年来的教学心得，希望能调动学生的主观能动性，把《中尺度气象学》掌握好。
参考文献：
[1]寿绍文，励申申，寿亦萱，等.中尺度天气学[M].北京：气象出版社，2009：2.
[2]寿绍文，励申申，王善华，等.天气学分析[M].北京：气象出版社，2008：2.
[3]寿绍文，励申申，寿亦萱，等.中尺度大气动力学[M].高等教育出版社，2009：1.
[4]寿绍文.天气学[M].北京：气象出版社，2009：1.