大气科学：做三次元的天气之子

本文主角：大气科学

讲述人：气象学小熊

适合人群：对自然科学和自然现象抱有兴趣，并且比较擅长数学、物理等科目的同学

在电影《天气之子》里，作为“晴女”的女主角阳菜双手合十，穿过鸟居，虔诚地向上天祈祷，就可以随时随地获得一片晴空。然而，这片天空有着比想象中更加复杂的奥秘，滥用能力的阳菜遭到了上天的惩罚，天气因为随意改动而逐渐失控，超强冷涡降临在了盛夏的东京，史无前例地带来了降雪；持续三年的大雨将东京湾逐渐淹没……

这部电影或许很多同学都有看过，其中扣人心弦的剧情和引人深思的背后意义让更多人对“天气”“气象”充满好奇：天气是否真的可以人为改变？电影里出现的极端天气是否真的会发生？气候变化对我们的日常生活又有怎样的影响？

其实，真实世界里的“天气之子”离我们并不远。收看新闻联播后的天气预报曾经是不少家庭的传统项目，如今人们外出爬山、打球、烧烤前免不了打开天气软件确认一下会不会下雨，而提供着这些服务的“天气之子”就是本文主角——大气科学专业学子。

什么是大气科学？

大气科学这个专业对于大多数人而言可能比较陌生，即使是听说过的人也容易对这个专业产生误解，很多人甚至以为它和地理是一回事。当初，我回高中母校宣讲的时候，老师还问我：“理科生能报这个专业吗？”

作为一名大气科学专业学子，我理解的大气科学是以数学、物理方法和模型以及计算机数值模拟为手段，以最终尽可能精确预测天气和气候为目的的一门自然科学。虽然开设大气科学专业的院校不多，就读于这个专业的学生也不多，但是以大气科学为基础的气象却是国家的基础保障行业。我的天气学原理老师曾经说过：气象就是一把盐，看似好像没什么用，但社会上的每一个行业都离不开最基本的天气预报。小到一场毛毛细雨，大到席卷全国的寒潮天气、东南沿海的台风灾害，无一不对民众生活、社会经济、农业、航空运输等领域产生巨大的影响。

我在这里顺便科普一下大气科学与气象学之间的关系：大气科学是研究大气的科学，而气象学是关于天气现象及其变化规律的一门学科。大气科学有许多分支，比如气候学、大气物理学、大气环境化学等。由于气象学是大气科学的主体，许多时候人们用更通俗易懂的“气象学”来代指“大气科学”。

上知天文，下知地理？

让许多人说出一个历史上有名的气象学家的故事，估计除诸葛亮借东风火烧赤壁之外很难再举第二例。那么，成为一个真正的气象学家，是否需要像诸葛亮一样上知天文下知地理？大气科学专业又有哪些专业课？

以我本科所就读的南京信息工程大学为例，和其他理工科专业学子一样，我们在大一大二时主要学习高等数学、线性代数等数学课程和普通物理、流体力学等物理课程。不过，从大二开始，我们会逐渐接触一些专业核心课程，比如天气学原理和中国天气。在这两门课程中，我们能了解到经典的气象模型，如锋面、气旋；学会利用经典理论模型去定性分析天气，做出最简单的天气图预报；能了解到我国最主要的天气过程，如江淮梅雨、冬季的寒潮等。

大二下学期到大三这期间的专业课程则让我们感受到了大气科学的硬核所在，比如动力气象学这门课程以数学公式为语言，从牛顿第二定律出发，一步一步构建描述大气运动的各种方程组，无论是天气图上弯弯曲曲的Rossby波，还是会带来狂风暴雨的台风，我们都可以在这门课里找到这些系统遵循的原理。这些由严谨的数学、物理方程定量描述的理论不仅使得大气科学在地球科学中独领风骚，也使得人类自古以来梦寐以求的预测天气成为可能。

大三之后的课程则与个人的专业方向和兴趣有关，有志于深入研究大气动力学理论的同学会继续学习高等动力气象等课程；喜欢气候的同学可能会进一步了解海洋对于全球气候的影响，补充学习物理海洋学方面的知识；对大气污染感兴趣的同学会选修大气化学和污染气象学等课程。

当然，除了上面提到的课程，编程也是大气科学学子本科期间绕不开的一座大山。毕竟现代的天气预报和大氣科学理论研究是建立在数值模式的基础之上的，没有编程技能只能纸上谈兵。我们所在的学院会在不同学期安排C语言等计算机课程，为了应对未来的工作和研究，自己可能还需要自学Python等编程工具。

总的来说，大气科学专业的课程既有趣，又时常让人觉得头秃。背后有埋头苦推方程的艰辛，也有书背不完的烦恼。但在认真“修炼”四年后，你会发现自己“无所不能”，既有着不错的数理基础，又可以使用计算机解决实际问题。等到那一天，再来回顾本文开头提到的几个问题，相信大家会有自己的思考和答案。

脚踏实地，仰望天空

理学的专业性质决定了这是一个需要深造的学科，正因如此，绝大部分大气科学学子在完成本科学业后会继续读研。以南京信息工程大学大气科学学院为例，近年来其学生读研深造率均超过百分之五十，毕业生去处除了各大高校，还包括许多研究所，如中国科学院大气物理研究所。我目前正于自然资源部第二海洋研究所攻读硕士研究生，期望能为台风的发生发展理论做出贡献。

目前来看，大气科学专业学子的毕业去向一般是各省市气象局、海洋局、空管局等机构和航空公司。和我本科同届的同学中，就有进入广东某县气象局、民航华东空管局和军队气象保障部门的，也有少部分同学转行到其他行业。该专业硕士毕业生则有机会进入省市级气象局或中国气象局的一些下属研究机构，当然各地区人才竞争程度不尽相同。近些年来，随着一些商用气象公司的崛起，有许多同学选择去气象公司做气象工程师，而一些能源公司（如风电公司、物流公司）也会招一些气象工程师为自己保驾护航。不管在哪工作，我们的任务一般都是利用所学知识和计算机里的数值模式，对未来的天气或者气候做出自己的判断。

当然，大家在硕士毕业后可以继续攻读博士，从事大气科学科研工作，成为一名真正的“气象学家”，毕业后除上述选择以外，可以到中国气象局和各大高校、科研院所工作。

学长体验：

学习大气科学这个专业期间，我除了掌握到了专业知识，更多地学到了一种解决问题的方法。即不管遇到什么问题，我都可以像分析一个气象问题那样，先抓住主要矛盾简化问题，再建立一个清晰的模型或者框架，最后利用自己所学的知识解决它。

客观来说，大气科学专业偏理论，较冷门，不好学，没快钱赚。选择专业时如果以赚钱为目的，那么它的性价比非常低下。但是从另一方面看，大气科学专业的对口就业率高，对口就业的气象局一般比较稳定，工作环境也不错，因此如果你数学、物理基础比较好，也比较静得下来，这个专业是值得考虑的。