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与风云的浪漫邂逅

一百斤的胖子

“清明时节雨纷纷，路上行人欲断魂。”（杜牧《清明》）“空山新雨后，天气晚来秋。”（王维《山居秋暝》）这些诗句都与天气变化有关。在我国古代，设有钦天监一职来观察天象、推算節气、制定历法，他们主要依据动物的行为以及常识来预测天气;而到了现代，我国开设了一门专门研究天气变化的学科——大气科学。

对于一般人来说，离大气科学最近的时候，要么是看中央电视台每天晚上播出的天气预报，要么是用手机里为我们提供穿衣、洗车、运动等指数的各种天气App。大气科学类专业主要研究大气的各种现象及其演变规律，主要包括大气科学和应用气象学两个专业。大气科学偏向于基础理论研究，应用气象学则偏向于实际应用。

学习大气科学类专业是一种什么样的体验？天气预报是如何产生的？大气科学与应用气象学有什么区别？学应用气象学专业为什么还要“种地”？想要知道这些问题的答案，且听我慢慢道来。

数理基础要扎实

——“这个公式你看懂了吗？”

——“没懂，你呢？”

大气科学的核心就是在数理知识的基础上推导公式，从大一开始我们就学习高等数学、大学物理、普通化学等基础课程，为后续专业课学习打下基础。从大二开始我们陆续接触专业课，如气象学原理与气候学、大气物理、流体力学、天气学原理、大气探测学等，都有大量的公式要推导，简直令人“头秃”！“草稿纸带够了吗？”这是我们常挂在嘴边的一句话，因为每节课都要和老师一起推公式，草稿纸不够怎么行呢？而且每节专业课黑板上必是满满的公式，当老师拿起黑板擦准备写下一页时，同学们都会惊呼：“老师别擦，我们还没看懂！”

课程虽难，但只要用心学习，收获也很大。以大气物理为例，我们学习了云的产生、云的分类、云和雾的区别，还有露点、等温大气和锋的分类;学会通过对云的识别，判断是否会下雨以及雨的持续时间;学会看天气图，区分高压区和低压区等。这些知识学下来，我们就掌握了观云知天的常识了。还有大气探测，这门课主要以实验的方式进行，通过探测仪器获取各种气象要素，比如我们在天气预报中常听到的气温、雨量、气压、风向和风速等。而且这门课还会教我们如何制作气象探测仪器。通过学习流体力学，我们能掌握大气的运动规律和特征，对作用于大气上的气压梯度力、重力、分子黏性力、科里奥利力有深入的认识，还能学会建立大气运动方程。学了这些专业基础课之后，我们就能对大气科学专业有一个直观的认识了。

教你进行天气预报

天气预报的背后，是对大气的观测及对其运动规律的把握。比如当你抬头，发现天空中有一片乌云，再加上电闪雷鸣，你会想到什么？是不是“糟了，快下雨了，回家收衣服”啊？但是在我们大气科学专业的同学眼中，这不仅仅是乌云和闪电，我们会分析：这片云是如何产生的？它从哪来，将移动到哪去？这片云是积雨云还是对流云？闪电是如何产生的？此时的风力、风向如何？每次我们一见到云，都少不了对大气运动规律的分析，这也算是一种专业习惯吧。

进行天气预报需要分两个步骤，首先是获取气象要素，这当然少不了我们最为熟悉的观测站啦。观测站一般设在平整开阔的广场，内设百叶箱、雨量筒、风速风向仪、气压表等仪器，用于获取温度、气压、风速风向等基础气象要素，高空气温则要通过探空气球获取。

除了最基本的观测站，我们还有高端的观测设备——雷达。提起雷达，大家脑子里是不是浮现出战争的场面，我方通过雷达锁定敌方战机，然后实施火力打击将其摧毁？其实不太一样，气象观测中使用的雷达是多普勒雷达，外观是一个白色的大圆球。多普勒雷达通过向大气发射电磁波，再接收反射回来的电磁波来判断空气中的含水率，对降水监测很有效果。

除了雷达，我们还使用气象卫星进行观测，比如目前的风云系列卫星，卫星上搭载各种气象遥感装置，接收地球及大气中的各种辐射，然后将其转换为电信号传输给地面接收站。通过气象卫星可以获取云量、云层厚度、地面植被等要素。

获取气象要素后就可以进行天气预报了，传统的天气学方法是将同一时刻同一高度的气象数据绘制在天气图上，通过对天气图上各种气象要素进行分析，我们就可以了解当前天气系统的分布和结构，判断天气系统与具体天气的联系及其未来演变情况，从而进行天气预报。比如天气图上如果出现副热带高压，那么在其控制之下将会是酷暑;而在其边缘与冷空气交会的话将会是连绵阴雨，江南梅雨季节就是在副热带高压的边缘形成的准静止锋造成的。天气图上如果出现冷涡，则预示着强对流天气异常旺盛，将会有暴雨来袭。

另一种是数值预报方法，说白了就是通过计算机建模，根据大气的实际情况，在一定初始值和边界条件下，通过数值计算，求解描叙天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气。常见的天气预报模式有中尺度WRF模式、中国新一代数值预报模式GRAPES等。

逃不开的编程语言

学习大气科学专业需要掌握编程语言，我们纷纷感叹：“感觉我们学的是计算机专业。”从大一下学期开始我