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沈桐立:数值天气预报课程建设的往事回忆
2019年10月29日    来源 :     作者:     发布 : boda    

沈桐立(1939- ),教授,硕士生导师。1963年毕业于北京大学,参与中国气象局主持的“八五”、“九五”等科技攻关项目及国家973项目;主持国家自然科学基金项目2项,参与4项;先后指导过60余名研究生。1996年获国家气象中心科技进步一等奖,中国科学院科技进步三等奖。1999年获“江苏省高校科技工作先进个人”称号。2004年及2006年分别获江苏省高等教育省级教学成果二等奖及省级精品课程二等奖。2007年所参加数值天气预报课程获得国家级精品课程建设项目。2011年获江苏省高等教育省级教学成果一等奖。

数值天气预报是上世纪中叶才发展起来的,属于新兴的学科。如今数值天气预报水平已成为衡量各国科技水平的一个重要标尺。我自从1963年大学毕业来校任教,直到2013年教“长望班”数值天气预报课为止。整整50年一直在教学第一线默默地、辛勤地工作。大多数学生对我的讲课是欢迎的,更有很赞赏的。这是对我教学能力充分的肯定。我要感谢这些学生对老师的信任,我更要感谢我们学校给了我这样的机会和展示能力的平台,我热爱我们的学校。

对于大气科学来说,这么重要的课程在我校的学科建设中并不是一帆风顺的。先来介绍两个花絮:

其一:必修课与选修课之争。

现在来看,数值预报课程当属大气科学专业的必修课程无疑。但在上世纪70-80年代要求改为选修课的呼声还是比较高的。其原因是搞数值天气预报需要使用计算机,而当时一台计算机的价格非常昂贵(例如,我校在80年代初期,利用世界银行贷款,花费了近100万美元,引进了一台日本生产的计算机M360,其性能仅相当于后来生产的一台486微机)。国家气象局的经费状况也不可能给省级气象部门配备类似的计算机,这表明省级气象部门不可能搞数值天气预报。我校当时的培养目标是:面向广大台站培养所需的气象人才。在这种情况下,毕业生将来大多数是不会去做数值天气预报的。于是就有“学了无用”或者要求改为“选修课”的呼声。在这种情形下,我校领导坚持战略眼光,坚持了这门必修课,回想起来,是多么正确和英明呀!

其二:教师有无能力之争。

搞数值天气预报需要使用计算机,但早期我校没有计算机,教师为了备课或做点研究需要出差到北京或上海,到那里去上机。那时北京和上海气象局的DJS6计算机性能连386微机都不如,能做什么研究可想而知。即便这样也不得不去。为了节省点经费,火车卧铺舍不得坐,住宿是挤在大房间,个中的辛苦只有自己知道。更为苦恼的是,在这样计算的条件下不容易出成果,写不出像样的文章。在周围教师不断地发表文章的压力下,我们的心情压抑,但很无奈。这种情况持续了十几二十年。时间长了,一些耐不住性子教数值天气预报的老师,不得不改变了科研的方向。而建设一个学科不做研究是不行的,坚持住方向、能沉得住气的我们,终于迎来了科学的春天。随着计算机的快速发展与普及,我们有了用武之地。我后来一年最多就能发十多篇有一定质量的论文,这真是“梅花香自苦寒来”。

下面,就课程建设的几个方面来进行回顾。

一、课程设置及变化

我校数值天气预报课程设置大体可分为三个阶段。1964年由廖翔云老师为我校首届60级学生首次开设了此课程;之后该课程调整为 “动力数值预报”,将动力气象与数值预报合并,并增设了“计算方法与程序设计”这门课;高考恢复后,数值天气预报又独立成一门课程单独开设,从77级至今。从本世纪初开始,围绕数值天气预报课程开设了许多专题课供学生选择,例如,中尺度数值模拟、大气数值模拟、气候变化的数值模拟、资料同化的数值模拟等,极大地丰富了有关数值天气预报方面的知识。

从课程内容上看,恢复高考前的教学内容,主要介绍数值天气预报经典内容。1981-2003年,教学内容进行了较大的扩充并系统化。介绍了地图投影、差分方法、过滤模式、正压原始方程模式、斜压原始方程模式、正压涡度方程谱模式等。2003年以后,本课程增加了模式的物理过程、资料的四维同化、MM4模式、MM5模式、WRF模式、GRAPES模式等内容,一些内容是安排在研究生阶段进行学习的。经过几十年的不断探索,目前已形成较为系统,较为成熟的课程体系。

二、教材的建设及其特色

数值天气预报教材建设始于1970年,1970年为适应将动力气象与数值预报合并为一门课程的教学需要,由多位教师合编了“动力数值预报”教材,(校内油印本)。数值天气预报课程重新单独开设后,1980年由我主持编写了“数值天气预报”教材,(校内油印本)。1995年,由田永祥为主编,编写了《数值天气预报教程》(气象出版社)。2003年和2006年,由我为主编,两次编写出版了《数值天气预报》(气象出版社)。该教材经多次修行后,成为 “十一五”国家级规划教材和 “十二五”江苏省高等学校重点教材。

经过几十年的不断努力,“数值天气预报”教材不断完善,形成了自己的特色,有专家评论说:该教材能紧密联系国内外最新科学技术的发展。能反映国内外数值天气预报理论研究和业务应用的最新进展。注重基本概念、基本理论、基础知识的介绍,强调理论联系实际,深入浅出、循序渐进,密切结合大气科学专业学生所具有的数理基础知识,并能与其它专业课程较好地衔接。因此,便于学生掌握数值天气预报的基本内容。

三、围绕课程建设的人才培养及科学研究

建校以来从事该门课程教学的主要教师仅有7-8位,他们绝大部分是上世纪六十年代后毕业的大学生,教学与科研,均缺乏老一辈的引领。唯有靠各自勤奋努力、刻苦钻研、忘寝废餐。例如:早期还没有算法语言的时候,为了上机计算,要学习手编程序。没有人教,也没有教材,全凭自己钻研,有时为一条指令就要花几天时间才能弄清它的确切含义,这需要动脑筋设计多种方案上机试验才能做到,这种困难碰到真是太多了。因此,目前能把这门课程建设成现在的水平实属不易。

我校是高等学校中“师生比”很大的学校,教师担任较繁重的教学工作。就是这群数值天气预报教学小组的年青老师,他们还围绕数值天气预报的方向从事了大量的科学研究工作。例如:在气象资料的自动化处理、气象资料的质量控制、模式嵌套边界条件的研究、台风移动和发展机理的数值模拟、中尺度数值模拟、陆气相互作用与气候数值模拟、陆面模式设计、资料的四维同化研究等等方面都进行了研究,并获得数十项各级科研的奖励。该课程先后获江苏省普通高等学校教学成果三等奖,江苏省高等教育省级教学(教材)成果二等奖,江苏省高等教育省级精品课程二等奖,江苏省高等教育省级教学成果一等奖,2006年被选为普通高等教育“十一五”国家级规划教材,2007年被评为国家精品课程建设项目,2011年被评为江苏省高等学校精品教材,2013年被选为“十二五”江苏省高等学校重点教材。

如今,该课程作为国家级精品课程建设项目已上线,正在并继续为我国培养高水平数值天气预报人才发挥重要作用。



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