高原山地強對流天氣培訓個例庫建設(shè)及應(yīng)用研究

王騰蛟 孫俊 冉津江

[摘 要] 為提高短時臨近預報技術(shù)培訓的教學質(zhì)量，建立高原山地強對流天氣培訓個例庫，梳理出特殊地形條件下強對流天氣臨近預報思路和方法，根據(jù)學員的認知規(guī)律和業(yè)務(wù)技術(shù)培訓特點，制作成規(guī)范的教學課件，利用個例教學和短時臨近預報結(jié)合的情景模擬教學方式，增強衛(wèi)星、雷達等資料在短時臨近預報中的應(yīng)用能力，完善高原山地氣象業(yè)務(wù)特色培訓項目建設(shè)，提高強對流個例實習課程的多樣性和針對性，滿足日益增強的培訓需求。

[關(guān)鍵詞] 強對流天氣;培訓個例庫;情景模擬教學

[基金項目] 2017年度中國氣象局氣象干部培訓學院青年科研項目（內(nèi)2017-014）

[作者簡介] 王騰蛟（1988—），女，甘肅天水人，碩士，中國氣象局氣象干部培訓學院四川分院工程師，主要從事氣象教育培訓研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）15-0026-04? [收稿日期] 2020-11-18

一、引言

強對流天氣一直是天氣預報中的重點和難點。隨著新一代天氣雷達投入業(yè)務(wù)使用，經(jīng)過不斷加強技術(shù)培訓和分析總結(jié)，強對流天氣的監(jiān)測預警能力有所提高[1]。我國幅員遼闊，地形環(huán)境復雜，水汽條件和冷空氣影響方式不同，造成不同地域特征下強對流災(zāi)害存在明顯差異。青藏高原、云貴高原及周邊山地因其特殊的地理地形特征，是我國強對流天氣的多發(fā)地區(qū)。然而，目前針對高原山地不同地形特征下各類強對流天氣發(fā)生發(fā)展的機理及其監(jiān)測預報性的認識還處于探索階段[2]。因此，有必要通過大量高原山地強對流天氣個例分析和技術(shù)總結(jié)，不斷提高對該區(qū)域強對流天氣發(fā)生發(fā)展規(guī)律的認識，更好地掌握該區(qū)域強對流天氣潛勢分析和預報預警的關(guān)注重點。

天氣預報員培訓的理論講授課和預報實習課中廣泛使用了天氣個例分析的教學方法，能夠幫助學員建立和完善預報思路，具有良好的教學效果[3，4]。中國氣象局氣象干部培訓學院四川分院（以下簡稱四川分院）在培訓教學過程中發(fā)現(xiàn)，省級、地市級、縣級預報業(yè)務(wù)人員對高原山地強對流天氣的發(fā)生發(fā)展機理認識較為淺薄，而已有的強對流天氣培訓個例庫多由平原個例組成，地形復雜的高原山地強對流天氣個例則相對較少。因此，四川分院充分發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢，建立高原山地強對流天氣個例庫，梳理出特殊地形條件下強對流天氣預報預警的關(guān)鍵技術(shù)問題，完善高原山地氣象業(yè)務(wù)特色培訓項目建設(shè)，提高強對流個例實習課程的多樣性和針對性，滿足日益增強的培訓需求。

二、個例庫建設(shè)

（一）高原山地地區(qū)典型強對流天氣個例分析

通過查閱高原山地地區(qū)重要天氣過程記錄、災(zāi)害報告及文獻資料等，收集整理高原山地強對流天氣個例，根據(jù)天氣形勢配置特征的不同，兼顧強對流天氣類型和地形特征確定了三個高原山地地區(qū)具有代表性的典型天氣個例（如表1）并進行了詳細分析。單個個例按照基本統(tǒng)一的流程完成個例分析，包括：實況與災(zāi)情→氣候背景及地貌特征→環(huán)流形勢分析→環(huán)境條件分析→衛(wèi)星云圖分析→雷達資料分析→總結(jié)→參考文獻等。

收集三個強對流天氣個例相應(yīng)的常規(guī)地面和高空觀測資料、地面加密自動站資料、原始分辨率氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及多普勒天氣雷達基數(shù)據(jù)或產(chǎn)品數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資料。采用基于構(gòu)成要素的強天氣分析方法，總結(jié)出強對流天氣發(fā)生發(fā)展的天氣系統(tǒng)典型配置;利用衛(wèi)星氣象學和多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)應(yīng)用知識，給出不同強對流天氣的臨近預報思路和方法，幫助西南地區(qū)的預報員更好地掌握該區(qū)域強對流天氣潛勢分析和預報預警的關(guān)注重點。

（二）教學課件制作及展示

根據(jù)學員的認知規(guī)律和業(yè)務(wù)技術(shù)培訓的特點，結(jié)合培訓教學要求，將個例分析過程制作成規(guī)范的教學課件，建立起適合預報類培訓使用的天氣個例教學案例庫。具體課件內(nèi)容包括：過程摘要、實況記錄、地貌特征、環(huán)流形勢分析、環(huán)境條件分析、衛(wèi)星云圖和多普勒天氣雷達產(chǎn)品分析及預報著眼點總結(jié)等。其中，過程摘要包括天氣過程、發(fā)生地區(qū)、起始時間及主要影響系統(tǒng)等簡要介紹。

教學課件分為兩種形式：Word文檔提供天氣個例的詳細分析過程;PPT文檔以圖片及動畫展示為主（如圖1），更適用于教師的課堂教學及學員分類資料的查看。教學課件制作完成后載入四川分院開發(fā)的“天氣預報業(yè)務(wù)技術(shù)培訓個例庫平臺”，便于天氣個例的查閱調(diào)用及開展強對流天氣個例分析教學。

（三）強對流天氣臨近預報模擬教學模塊

在天氣個例分析的基礎(chǔ)上，借鑒中國氣象局氣象干部培訓學院“雷暴臨近預報模擬教學模塊”的設(shè)計理念，利用php編程語言與氣象資料相結(jié)合的方法，將三個強對流天氣個例分析制作成“強對流天氣臨近預報模擬教學模塊”，作為強對流臨近預報實習個例使用，實現(xiàn)個例教學和短時臨近預報相結(jié)合的情景模擬教學，旨在幫助學員掌握強對流天氣分析與預報方法，提高衛(wèi)星、雷達和數(shù)值預報等資料在短臨預報中的應(yīng)用能力，建立一定的短臨預報思路。

該教學模塊以三個強對流天氣個例分析為依據(jù)，確定強對流天氣發(fā)生的時間，按照強對流天氣短時臨近預報的一般規(guī)律，往前倒退6小時、4小時、2小時和1小時四個時間節(jié)點，將每個時間節(jié)點能獲取的氣象資料以圖片格式分類存放，應(yīng)用php編程語言將圖片以網(wǎng)頁的形式綜合地呈現(xiàn)出來，供學員自助調(diào)用查看。同時，在每個時間節(jié)點根據(jù)資料設(shè)置若干問題，要求學員回答完問題才能進入下一個時間節(jié)點繼續(xù)瀏覽資料，實現(xiàn)資料調(diào)閱的分步控制（如圖2）。

實習課程中，該教學模塊由教學平臺、學員和授課教師三方組成。

1.平臺是載體，負責提供實習所需的全部氣象資料和記錄預報流程。平臺按照教師設(shè)置的預報關(guān)鍵時間節(jié)點分步驟、分類別地呈現(xiàn)在平臺上，根據(jù)每個時間節(jié)點的資料特點設(shè)置了問題，需要提交答案后，才能進入下一個時間節(jié)點查看新的資料，直至完成整個個例實習。圖2所示為2016年6月4日四川廣元雷暴大風天氣個例實習第一時間節(jié)點對應(yīng)的頁面，通過點擊資料名稱能夠任意瀏覽教師給出的當前時刻的數(shù)據(jù)資料（圖片形式）。

2.學員是主體，將學員置身于強對流天氣預報的實際環(huán)境中，以問題為導向，分析時間節(jié)點提供的各類數(shù)據(jù)、資料，得出相應(yīng)的預報初步結(jié)論，進入下一個時間節(jié)點直至最后得出整個過程的預報結(jié)論。在第一環(huán)節(jié)中，均開展小組討論活動，綜合分析得出小組預報結(jié)論和預報理由，并選派代表將結(jié)論和理由填寫在教室的白板上，方便各小組之間對比討論和交流學習。

3.教師是主導，負責制定實習流程，把控時間節(jié)奏，引導學員在每個階段關(guān)注哪些資料、掌握哪些關(guān)鍵知識點等，指導各小組開展實習討論。在匯報階段，指出各組預報結(jié)論和理由的閃光點和差異性，并進行實習總結(jié)。

三、業(yè)務(wù)檢驗及成果應(yīng)用

高原山地強對流天氣培訓個例庫建成后，已在多個培訓班中投入使用。“2015年8月19日西藏林芝短時強降水天氣過程分析”作為理論課教學個例在2017年西藏自治區(qū)及四川藏區(qū)天氣預報員培訓班“天氣預報技術(shù)總結(jié)”課程和2019年西藏自治區(qū)基層氣象服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)能力培訓班“高原天氣學基礎(chǔ)知識”課程中進行講授，豐富了高原山地氣象業(yè)務(wù)特色培訓項目的教學個例庫，學員普遍反映教學內(nèi)容針對性強，能夠滿足西藏地區(qū)天氣預報員的培訓需求，有效地幫助學員掌握高原山地強對流天氣的潛勢分析和預報重點。

“2016年6月4日四川廣元雷暴大風個例分析”作為實習個例，利用強對流天氣臨近預報模擬教學模塊，在第59期和63期全國預報員上崗培訓班“強對流天氣臨近預報”實習課程中使用。學員普遍認為通過實習課程掌握了一定的強對流天氣潛勢分析方法，理解不同地形條件下強對流天氣發(fā)生發(fā)展的機理;在衛(wèi)星圖像和多普勒雷達圖像識別方面，有了更為直觀的認知;將強對流天氣個例按短時臨近預報要求分階段設(shè)置任務(wù)的實習方法，思路清晰目標準確，有利于新任預報員建立一定的短臨預報思路。

四、存在的不足

在該個例庫建設(shè)過程中，強對流天氣個例分析主要采用的是實況資料，對于數(shù)值模式產(chǎn)品的應(yīng)用則較少涉及，這是高原山地強對流天氣個例庫在今后建設(shè)中需要改進的地方。另外，個例庫建設(shè)初期階段只選取了三個強對流個例，對于培訓教學是遠遠不夠的，后期會增加更多的強對流個例滿足培訓教學需求。

五、結(jié)語

為了提高短時臨近預報技術(shù)培訓的教學質(zhì)量，建設(shè)高原山地強對流天氣培訓個例庫，梳理出特殊地形條件下強對流天氣預報預警的關(guān)鍵技術(shù)問題，根據(jù)學員的認知規(guī)律和業(yè)務(wù)技術(shù)培訓的特點制作規(guī)范的教學課件，利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)個例教學和短時臨近預報相結(jié)合的情景模擬教學方式，增強衛(wèi)星、雷達等資料在短臨預報中的應(yīng)用能力。該個例庫可以應(yīng)用到高原山地氣象業(yè)務(wù)、全國預報員崗位素質(zhì)和能力等預報類培訓班的教學工作中，能夠幫助學員理解不同地形條件下強對流天氣發(fā)生發(fā)展的機理，掌握各種觀測資料綜合分析能力，建立強對流天氣臨近預報的思路，提升強對流天氣預報業(yè)務(wù)培訓的教學效果。[5]

通過個例庫建設(shè)促使四川分院的青年教師學習了高原山地地區(qū)強對流天氣個例分析的完整流程，掌握了天氣形勢分析、環(huán)境條件分析、衛(wèi)星云圖和雷達回波圖分析等基本方法，建立了一定的短臨預報思路并總結(jié)了相關(guān)的預報關(guān)注點，大力培養(yǎng)了青年教師的預報能力和科研能力。將項目成果應(yīng)用到實際教學中，一方面在培養(yǎng)教師自信的過程中提升了教學能力;另一方面在教學中可以發(fā)現(xiàn)問題并改進問題，達到教學相長的良好效果。

參考文獻

[1]俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)進展[J].氣象學報，2012，70（3）：311-337.

[2]孫繼松.強對流天氣預報的基本原理與技術(shù)方法[M].北京：氣象出版社，2014.

[3]章國材.強對流天氣分析與預報[M].北京：氣象出版社，2011.

[4]高文娟，孟蕾，羅曼.案例教學法在“天氣分析”教學中的應(yīng)用與實踐[J].科技與創(chuàng)新，2019（9）：99-100+103.

[5]羅彩云，劉怡霞.案例教學在縣級綜合氣象業(yè)務(wù)培訓中的運用[J].氣象研究與應(yīng)用，2016，37（2）：117-118.

Study on the Construction and Application of the Training Case Base of Severe Convective Weather in Plateau Mountain Areas

WANG Teng-jiao， SUN Jun， RAN Jin-jiang

（Sichuan Branch of Meteorologist Training Institute， CMA， Chengdu， Sichuan 610072， China）

Abstract： In order to improve the teaching quality of short-term nowcast technology training， we establish the training case base of severe convective weather in plateau mountain areas， sort out the ideas and methods of severe convective weather forecast under special terrain conditions. According to the students cognitive law and the characteristics of professional and technical training， the standardized teaching courseware is made. By using the situational simulation teaching method of case teaching and short-term nowcast， the application ability of satellite and radar data in short-term nowcast is enhanced， and the construction of special training project of meteorological operation in plateau mountain areas is improved. In this way， the diversity and pertinence of practice course on severe convective weather can be enhanced. It can also better meet the growing demand for training.

Key words： severe convective weather; training case base; situational simulation teaching