少年气象学家养成记
2022-03-22沈岳
沈岳
回想起来,我似乎从小就与地球科学结下了缘分——家中一本和地理有關的图册陪伴了我刚识字的时光。到了小学高年级,我每次去阅览室都会寻找相关书籍,读起来觉得十分有趣。高中时,我遇到了一位幽默风趣的地理老师,他不仅教授我知识,还让我对地球科学的兴趣持续增加,学习热情高涨。最终,我大学本科选择了大气科学专业,踏上了气象这条路。
不同于高中时对气象知识的基础描述,本科阶段的系统性学习将它们化作一个个量化的公式,让我逐渐了解风雨背后隐藏的自然规律与科学原理。而挖掘和聆听那些伟大的气象学家身上发生的轶事,也为繁重的学业增添了几分乐趣。
想要成为一名气象学家,首先需要对自然环境、气象学有足够的兴趣和热爱,这会是我们在研究过程中面对困难时最有力的支持。
经过100多年的发展,如今的气象学是一门以数学和物理为基础的学科,并借助计算机进行数据运算、模拟和数据分析。因此,在学习气象专业内容之前,需要学习大量的数学和物理课程,例如:高等数学、线性代数、数值方法、微分方程、理论力学、热力学和流体力学等,这也是国内外很多高校都将气象学专业放在物理系的原因。
除此之外,还需要熟练掌握计算机编程技术,以便进行数值模拟、分析海量的气象数据并将它们绘制成图表。
有了这些作铺垫,就可以进行气象专业课程的学习了,主要有天气学、动力气象、数值天气预报等。通过这些课程的学习,可以掌握大气运动最基本的规律,并在此基础上开展相关的研究。
当然,学校或课本上能提供的内容是有限的,还需要阅读大量的论文和著作、与其他人进行交流,以充分了解研究的课题,在前人的基础上进行创新。而在此过程中,更重要的是要培养自学能力以及独立思考问题的能力,对问题形成自己的看法,不跟风、不盲从。
学习气象专业需要储备地理、数学、物理、计算机编程等知识
气象学家的任务主要有两个:一是探索自然,追求真理,理解天气气候现象产生与变化的原因;二是将这些认识到的规律转化为技术,做出更准确的天气预报,这也是我们的“初心与使命”。
尽管由于大气运动的混沌特性以及其他原因(如数值预报模式中产生的误差、探测资料的精度等),天气预报不可能做到完全准确。但正如气象学家、中国科学院院士丑纪范所说:“天气预报不可能做到100%的准确,但我们需要付出100%的努力。”
根据挪威学派的极锋理论,锋是冷暖气团的交界面。如下图,在一个带有隔板的方形容器中,一侧加入冷水,染成蓝色,再加入食盐搅拌,以模拟密度较大的冷空气;另一侧加入热水,染成红色,以模拟密度较低的暖空气。随后轻而迅速地向上抽开隔板,观察两种水团的运动情况,并思考为什么在实验中,锋一会儿就消失了?
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