实验目的
实验原理
实验内容及步骤

暴雨天气预报虚拟仿真实验,选择长江中下游地区为研究区域,筛选2020年夏季长江中下游地区一次大范围暴雨天气的预报作为主线,以常规观测资料、卫星雷达图像资料、精细化数值模式资料、实时摄录天空状况天气现象影像资料为基础,通过虚拟实验,完成欧亚天气形势特征及其演变分析与预报、影响系统特征及其演变分析与预报、动力条件的分析与预报、水汽条件的分析与预报、天空状况天气现象分析与预报等模块内容,使学生对暴雨天气理论和预报模型的应用以及综合分析预报能力得到全面提升。

描述本实验的目的,通过一次典型大雾天气的模拟预报,加深对雾霾天气发生、发展和消散过程的认识;总结雾霾天气分析预报思路及着眼点,理解大尺度天气背景和局地气象、物理条件对雾霾天气所起的作用,形成雾霾天气预报模型,培养学生独立自主进行雾霾天气过程分析和预报的能力。

寒潮天气过程的气温变化虚拟实验,以热流量方程和气象观测数据为基础,通过虚拟实验,完成天气变化趋势设计、温度平流影响、长/短波辐射影响、气温局地变化等模块内容,使学生从气温变化的感性认知、理论应用到综合分析能力得到全面提升,以达到以下教学目的:1)加深对热流量方程的理解与应用;2)掌握气温日变化的原理;3)掌握分析气温局地变化的科学方法与手段;4)培养学生解决天气预报实际问题的能力;5)培养学生提升气象服务能力、增强防灾减灾意识。


本虚拟项目将依据《天气预报综合实习》课程教学大纲,结合气象部门暴雨天气预报业务流程,为学生提供在线学习、仿真训练和在线考查等虚拟实验场景,实现学生在线学习、训练、考查、统计、评分等功能。

本实验将遵照《天气预报综合实习》课程的教学大纲,围绕近期一次典型的雾霾天气个例进行分析预报,为学生提供在线学习、仿真训练等虚拟实验场景。

本虚仿项目将遵照《天气预报综合实习》课程的教学大纲,结合气象部门温度预报业务流程与规定,围绕温度平流及非绝热变化对气温变化的影响设计实验模块及内容,为学生提供在线学习、仿真训练等虚拟实验场景。


【暴雨天气预报】

1.实验原理学习

实验目的;实验原理和方法(暴雨天气预报思路说明等,学生先选择预报测站);学习自测(提供实验前相关自测题)

2.虚拟仿真训练

(1)欧亚天气形势特征及其演变分析与预报

要求:动态展现中高纬度环流演变特征

目的:引导学生学习500百帕环流型的演变特征,掌握其分析预报要点。

设计展示500百帕中高纬环流型、副热带高压演变特征及未来变化趋势,分析其与降水落区的关系。配套客观选择题,由学生勾选分析出的天气型等。

参数:

?过去(当日08时之前24小时)500百帕(风场、H&T场、云图等)环流演变

?现在(当日08时)500百帕(风场、H&T场、云图等)环流型态

?未来(当日08时之后12-36小时)500百帕(数值产品风场、H&T场等)环流演变趋势预报

(2)暴雨天气的影响系统特征及其演变分析与预报

要求:动态展现暴雨天气的影响系统演变特征

目的:强化学生对影响系统演变分析预报重要性的理解及预报能力的提高。

设计展示包括大气高中低层影响系统动态演变,和影响系统高低空垂直结构配置。配套客观选择题,由学生勾选分析出的站点各层次影响系统等。

参数:

?过去(当日08时之前24小时)500百帕/700百帕/850/百帕(风场、H&T场等)/地面(气压场等)影响系统演变&垂直结构配置

?现在(当日08时)500百帕/700百帕/850/百帕(风场、H&T场等)/地面(气压场等)影响系统型态&垂直结构配置

?未来(当日08时之后12-36小时)500百帕/700百帕/850/百帕(风场、H&T场等)/地面(气压场等)影响系统&垂直结构配置演变预报

(3)动力条件的分析与预报

要求:动态展现降水的动力条件演变特征

目的:加深学生对降水宏观过程中天气学条件(动力条件)的理解认识。

设计展示成云降水相关的动力条件参量演变。配套客观选择题,由学生勾选所选测站的动力条件分析结论等。

参数:

?垂直速度场现在&未来演变预报

?散度场现在&未来演变预报

?涡度场现在&未来演变预报

?高、低空急流耦合现在&未来预报

(4)水汽条件的分析与预报

要求:动态展现降水的水汽条件演变特征

目的:加深学生对降水宏观过程中天气学条件(水汽条件)的理解认识。

设计展示成云降水相关的水汽条件参量演变。配套客观选择题,由学生勾选所选测站的动力条件分析结论等。

参数:

?水汽输送(低空急流或大风速带)现在、未来演变预报

?相对湿度场现在、未来演变预报

?比湿场现在、未来演变预报

?整层可降水量场未来演变预报

(5)天空状况天气现象综合分析与预报

要求:动态展现2-3个测站(暴雨区内、雨区边缘、雨区外)未来降水相关“配料”的匹配度,学生可选择天空状况天气现象最终预报结论。

目的:训练学生综合分析预报的能力。

参数:各测站影响系统、动力条件、水汽条件的匹配,预报结论选择。

(6)实验反思

要求:三维重现暴雨过程

目的:使学生细致感受过程发生,了解之前分析预报缺失之处,做课后反思。

参数:云系、降水演变动态

3.考核模块

在实验认知模块以及仿真训练过程中,设置多个与本实验项目内容相关的客观题库,便于测试学生对预报流程及各类资料分析的掌握情况。


4.统评模块

按照预置的客观题以及将按该个例的分析要点对学生提交的实验结果中的各关键要点进行自动客观评分,及时显示学生实习结果分数。

【雾霾天气预报】

1)模拟预报交接

目的:通过查阅上一班“预报员”值班记录,了解前期天气背景和数值模式稳定性分析。

功能说明:系统提供一份模拟的上一班预报员的值班记录,对上一班“预报员”所使用的资料情况,预报反思等内容进行记录,学生看后勾选出里面的重点信息。

参数:值班记录文稿、关键信息选框

2)模拟上级预报指导

目的:通过收看个例当天早上8点的全国气象会商,理解上级预报指导意见

功能说明:支持多份视频或ppt会商素材播放。

参数:会商视频或ppt材料

3)天气形势分析预报

目的:让学生根据所给资料,分析当天500hPa中高纬度的环流型特征和未来演变,大致确定可能发生的天气。

功能说明:可针对当天500hPa位势高度生成透明图层,在图形框中与云图、地理信息做多图层叠加,可放大缩小,并能在图表界面上进行线条勾画,同时自动截屏保存,用于后面的实习报告自动生成。有配套客观选择题,由学生勾选分析出的天气型等。

参数:时间选项、图层选项、单项选择题、线条绘制、位势高度图、红外云图

4)影响系统分析预报

目的:通过使用数值预报产品,寻找未来12-36小时预报站点500hPa、700hPa、850hPa、地面四层影响系统及影响部位。

功能说明:可针对各层次气象资料(位势高度、风场、云图、温度场等)生成透明图层,在图形框中做多图层叠加,可放大缩小,并能在图表界面上进行线条勾画,同时自动截屏保存,用于后面的实习报告自动生成。有配套客观选择题,由学生勾选分析出的该站点各层次影响系统等。

参数:时间选项、图层选项、单项选择题、线条绘制、气象图表(位势高度、风场、云图、温度场等)

5)物理条件分析预报

目的:根据不同物理量对于不同天气现象的表征情况,分析雾霾生成、维持和消散产生的条件。

功能说明:可针对各层次气象资料(温度场、湿度场等)生成透明图层,在图形框中做多图层叠加,可放大缩小,有配套填空题,由学生填写所分析的该站点的物理量结果,并选择其对雾的生成或消散的影响结果。

参数:时间选项、图层选项、单项选择题、填空题、气象图表(温度场、湿度场、TlogP图等)

6)制作预报结论

目的:根据前面步骤的分析,基本确定天气现象的预报结果,并依据气象台站天气现象发布预报的专业术语,编写预报结论。

功能说明:提供实验报告模板,平台自动根据前述各个步骤的分析过程,生成实验报告,学生可预览报告,并在结尾选择预报结论,完成最终实验报告生成。

参数:实验报告模板、单项选择(实验结论)

7)实验反思

目的:使学生细致感受过程发生,了解之前分析预报缺失之处,做课后反思。

功能说明:三维重现大雾生成和消散的过程

参数:天气系统及物理量变化与起雾、消雾的演变动态

3、考核模块

在实验认知模块以及仿真训练过程中,设置多个与本实验项目内容相关的客观题库,便于测试学生对预报流程及各类资料分析的掌握情况。

4、统评模块

按照预置的客观题以及将按该个例的分析要点对学生提交的实验结果中的各关键要点进行自动客观评分,及时显示学生实习结果分数等。

【寒潮天气预报】

实验原理学习模块

实验目的;实验原理;学习自测

(2)虚仿训练模块

包含:

1、温度局地变化:温度平流影响

要求:能动态展现冷暖空气活动对某地气温变化的影响效果

目的:让学生理解不同温度平流状况对气温变化的影响

设计了不同性质及强度的温度平流条件下,考察气温变化趋势。

参数:

1)温度平流性质:冷、暖

2)温度平流强度:强、弱、不明显

2、温度局地变化:非绝热变化影响

要求:能动态展现云的厚度及云量变化对某地气温变化的影响效果

目的:让学生理解不同云量变化情况下长/短波辐射对气温变化的影响

设计了不同云量变化趋势,如晴转多云、多云转阴、阴转多云到晴、阴有雨等天气条件下,考察气温变化特点。

参数:

1)辐射类型:夜间、白天

2)云变化:变厚、变薄、减少、增加、相当

3、气温变化对比分析:温度平流影响+非绝热变化影响

要求:能动态展现冷暖空气活动以及云的厚度及云量变化对某地气温变化的影响效果

目的:让学生理解不同的温度平流以及长/短波辐射共同对气温变化的影响

设计了不同云量变化趋势及不同性质及强度温度平流组合情况,探究气温变化规律。

参数:冷、暖;强、弱、不明显;夜间、白天;厚、薄、减少、增加、相当

3、考核模块

在实验认知模块以及仿真训练过程中,设置多个与本实验项目内容相关的客观题库,便于测试学生对预报流程及各类资料分析的掌握情况。

4、统评模块

按照预置的客观题以及将按该个例的分析要点对学生提交的实验结果中的各关键要点进行自动客观评分,及时显示学生实习结果分数等。

学习效果考核与评价:

对以上虚拟仿真过程涉及的知识点进行考核,包括选择题(40分)、填空题(30分)和简答题(30分),考核成绩大于60分可以进行学生互评,评价学生给出自己的答案供被评学生学习修改提升。考核成绩大于75分转入老师评价。

成绩不合格(小于60分)的同学可以查阅实验记录、学习心得和实验报告,然后申请重新考核。考核再次不及格需重新开始学习。

以上为初步的实验考核评价方案,其评分构成及比例等,后续在开发过程中,会根据各实验节点模块中生成的条件参数及可客观评价数据由我方综合进行调整,开发方须积极配合。

实验报告

各步骤完成后,学生提交实验报告。实验报告模块,记录实验者所有的实验数据,系统根据标准的答案和实验数据进行比对给出相应的主观分数。仿真结果的缺陷分析则作为实验者的实验总结,提交给老师后获得客观分数。

实验报告分为4个部分:一、实验目的;二、实验内容和要求;三、实验操作和结果;四、实验心得体会。

学习讨论:

学习讨论模块实际上就是BBS讨论版,其一是建立一个老师和学生的交流讨论的平台,其二是为了保留实验的记录热度。可以作为一个外部链接在平台上开设一个专属的区域。

实验帮助:

实验帮助中设计三部分的内容:其一,实验操作说明;其二,实验参考文献数据;其三,实验的评分标准。


预习资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息类型 操作
         

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序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息编号 资源信息类型 费用 收费有效期
               

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