时间：2023-08-17 15:55:50
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【关键词】强对流;临近预报;雷达回波;交叉相关算法
1.引言
众所周知，在雷雨季节里，强对流天气不仅危及飞行安全，还常造成民航机场航班大面积备降、返航和延误。加强对强对流天气的研究，提高其短期预报准确率和临近预报效率，对确保飞行安全、提高航班正常率具有重要的意义。为此，民航黑龙江空管分局组成了一个雷暴科研组，在前期科研成果[1]的基础上，重新设计、研制了一套新的哈尔滨太平国际机场雷暴分析预报系统，实现了3个主要功能：一是实现了雷暴天气形势的自动相似判别，二是实现了雷暴出现概率0-24h短期预报;三是实现了强对流天气0-1h临近预报预警。本文主要介绍其中的强对流临近预报业务平台（以下简称业务平台）的设计、研制和应用情况。
2.设计研制介绍
业务平台的设计、研制工作始于2011年4月，初级版本完成于2012年4月，2012年5月并网投入试验，2012年9月通过民航东北空管局验收并投入业务运行，2014年3-6月根据新的业务和技术需要完成了技术改造和软件升级，并随即投入业务运行。
2.1 硬件设计
业务平台及其关联设备的硬件组成结构设计为3部分，其一为雷达探测部分，其二为雷达回波数据文件的储存、传输和交换部分，其三为业务平台综合分析处理部分，其中：1）雷达回波的探测由机场配置的天气雷达来实现，并以引接的省台天气雷达为备份;2）雷达回波数据文件的储存、传输和交换等由机场配置的气象局域网来实现;3）业务平台综合分析处理部分由1台工作站和1台A4激光打印机组成，并配备报警音响（如图1所示）。
图1 业务平台及关联设备结构示意图
图1中，哈尔滨机场目前配置的天气雷达，为民航黑龙江空管分局2010年9月新引进的国产ADWR型C波段多普勒天气雷达，该雷达已于2011年4月经中国民航局批准后在哈尔滨机场正式投入业务运行;该雷达强度场有效探测半径为200km，天线俯仰范围为00-90o，探测定位分辨率为0.1o×150m，探测时间步长设定为6min;该雷达在完成探测后随即对强度场基本数据进行噪声门限及距离订正、标校等处理，还经进一步处理后输出多种二次产品。图1中所示的省台天气雷达是从黑龙江省气象台引接的天气雷达，其型号与机场天气雷达相似。这两部雷达的回波数据文件在完成处理及本机存档后又另存入气象局域网，以备业务平台调用。
2.2 软件研制
业务平台主体软件和终端操作软件设计在Windows XP及以上环境下运行，其开发语言使用C#，其基本结构按功能和研发技术的需要，设计划分为数据读取维护单元、数据插值处理单元、外推计算告警单元、综合业务功能单元，其操作主窗体界面如图2所示。限于论文篇幅，业务平台软件的编程过程及其相关技术措施、软件操作方法等不再详细介绍。
图2 业务平台操作主窗体示意图
2.3 技术指标
为业务平台设计并最终实现的主要技术指标有：
（1）具有标准、美观的Windows简体中文界面和友好、快捷的人机互动功能，并具有较强的兼容性，只需调整数据读取方式，就能够适应其它类型天气雷达。
（2）自动、快捷地访问气象局域网，读取多普勒天气雷达PPI、CAPPI数据，完成坐标转换、回波数据插值处理、质量控制等。
（3）自动、快捷地完成雷达回波移动矢量的计算、移动矢量的质量控制和再处理，并将回波移动矢量特征直观地屏显出来。
（4）自动、快捷地完成雷达回波的未来位置、形状和强度的分析、推算并直观屏显，对监测范围内出现的强对流回波将及时以图像闪烁和雷声等方式告警。
（5）其它综合功能，主要包括业务平台的参数设置、监测范围预约、监测强度预约、图像打印输出、图形文件储存、提供帮助信息等。
3.主要技术措施
3.1 算法简介
（1）采用的外推算法及其基本原理：业务平台对雷达回波图像的外推计算采用了交叉相关算法[2]，其基本原理是通过分析相邻时次的雷达回波在一定区域内的最优空间相关性，建立相邻时次的雷达回波的最佳拟合关系，计算回波区域移动矢量，根据移动矢量特征推算回波未来位置和形状，并强对流临近预报预警。
（2）算法主要特点：交叉相关算法是通过追踪雷达回波的特征来计算移动矢量、进行回波外推的，因此对一定时段和一定范围内的雷达回波而言，这种算法既考虑了回波移动大小和移动方向的变化，又考虑了回波区域在移动中的形变，具有一定的物理意义。据国内外有关研究表明[2-6]，利用该算法计算回波移动矢量、对回波进行0-1h外推是有效的，这在本文所举个例中也得到验证。当然，文中采用的算法目前还只是一种线性外推方法，忽略了回波在移动中的非线性变化、垂直运动、强度变化等因素，因此如果外推时间太长就失去意义。
3.2 计算流程
（1）首先，把极坐标数据格式的雷达回波进行插值处理并转换到三维直角坐标中，选择其中具有代表性的高度或角度的强度场数据，将其划分为若干等同大小的正方形小区域，计算当前时刻t2与前一时刻t1的小区域前后之间的相关系数R（计算公式略）。
（2）然后，通过寻找最大相关系数来确定小区域之间的对应关系、计算回波移动矢量：对t2时刻某小区域，找到它在t1时刻中相关系数最大的小区域，t1时刻的小区域即为t2时刻的小区域在Δt（=t2-t1）时段以前的移动起点，计算出这两个小区域中点之间的方向、距离，即为该小区域的移动矢量。将各小区域的移动矢量全部计算出来，就得到了整个雷达回波区域从t1时刻至t2时刻的移动矢量特征。
（3）最后，对雷达回波区域移动矢量进行质量控制处理，包括缺省区域插值处理、移动矢量方向和移动大小偏差处理后，根据回波移动矢量对回波进行外推计算，就可获得整个回波区域的外推预测图像。
3.3 回波数据
（1）数据的读取处理：业务平台软件安装在气象局域网预报终端上，它通过访问气象局域网雷达终端，读取所需的强度场数据，随即进行插值处理和坐标格式转换，软件根据需要在内存中只保留了直角坐标数据格式的5层CAPPI（2-6km）和14层PPI（0.5-19.5o）。
（2）数据可用性分析：由于强度场数据已经过噪声门限、距离订正和标校等处理，因此不再做类似处理;哈尔滨机场净空条件较好，200km范围内没有高大自然障碍物，只是机场周边部分人工障碍物对雷达探测有一定影响。经过插值处理和坐标格式转换后的强度场数据，只要选择适宜的角度或高度，并经过技术控制处理后，就可用于交叉相关分析和外推计算。
3.4 相关参数
（1）交叉相关小区域的划分：用于交叉相关的正方形小区域大小要适宜，如果划分太大就可能滤掉了一些小尺度信息，如果划分太小则其包含的信息就不完整。鉴于新引进的天气雷达探测定位分辨率为0.1o×150m，程序设计中将小区域大小设定为4.8km×4.8km[3-5]，将相邻2个小区域中点横向和纵向间距设定为2.1km。
（2）交叉相关搜索范围：在进行交叉计算过程中，并不是将t2时刻某小区域与t1时刻所有小区域都进行相关对比，而是限定在一个特定范围内进行。对t2时刻某小区域在t1时刻的搜索范围，划定在以该小区域中点为圆心、r为半径的圆形范围内[3-5]，这里r=Vmax・Δt，其中Vmax为回波最大可能移动速度，将Vmax取值为100km/h，则r取值为10.0km。
（3）交叉相关计算步长的控制：交叉相关的计算步长影响移动矢量的计算精度，程序设计中将t2时刻某小区域在t1时刻搜索范围内的相关计算步长限定为3个格点[5]，这样虽然计算量大一些，但却提高了计算精度。
3.5 质量控制
（1）数据质量的控制[3-5]：为避免噪声、地物杂波等造成的异常低值回波的干扰，将回波最低阈值设为12dBZ，当某小区域中回波值小于12dBZ的格点数超过总格点数的40%，该小区域就作为缺省区处理;为避免地物回波、大气折射虚假回波等造成的异常高值回波的干扰，将相关系数超出0.95的小区域作为缺省区处理。
（2）移动矢量偏差的处理：由于一些杂波的影响、计算过程误差及其它随机因素，导致在移动矢量计算出来后，常常有一少部分移动矢量在移速或移向上与周边的其它有效矢量存在明显的差异，对此利用该移动矢量周边有效的矢量数据，用线性插值的方法来进行平滑处理[5]、进行计算质量控制。
（3）适宜的范围和高度[3-5]：鉴于业务实用性要求，回波强度场数据的水平范围可控制在150km半径范围内;在使用CAPPI数据时主要使用3km高度数据，这是因为3km高度回波对于强对流降水系统具有一定的代表性;在使用PPI数据时主要使用0.5°仰角数据，这是因为仰角太高就不能完全反映远距离区域的强对流信息。
3.6 图像外推
（1）外推方式：采取线性平流外推，具备PPI外推和CAPPI外推2种外推方式;为有效追踪强对流回波，还采取了用于监测特定区域的特定外推方式来进行回波外推，即设定一个回波强度监测数值（比如≥30dBZ），临近预报软件将只对监测值回波区域进行外推，如果在外推图像中存在监测值回波信息，就将以雷声提醒和图像闪烁方式告警。
（2）外推时间：鉴于雷达探测时间间隔为6min，因此可以根据需要在1h内进行6min任意倍数时间外推，比如12min、18min、30min、60min等。在强对流天气条件下，0-1h及时准确的临近预报必将为空管决策提供一个及时有效的重要依据。
（3）预报预警：至于如何根据回波外推预测图像开展临近预报预警业务、采取相应的航空管制措施，需要经气象台与管制部双方协商后，依据民航有关规定制定一个可行方案来界定。
4.业务应用情况
4.1 应用效果
在2013-2014年、每年6-8月的雷雨季节里，业务平台对哈尔滨机场每次出现的雷雨天气过程都进行了0-1h临近预报预警应用，其中，30min的雷达回波外推预测图像与实况图像的拟合率达到70.0%，60min外推预测图像拟合率达59.0%，这表明业务平台能够输出较为及时、准确的临近预报预警信息，在哈尔滨机场保障航班飞行安全和正常的日常气象服务工作中发挥了积极作用，达到了预期效果。
4.2 个例演示
4.2.1 个例天气概况
2014年6月7日，受冷涡系统影响，哈尔滨机场经历一次强雷雨天气过程：19：32（采用北京时，以下同）强雷暴伴强降水滚滚而至，雷暴持续时间虽然很短，不到30min，但降雨量却达20.6mm，并先后造成3个航班备降或返航、共10个航班延误。下面是当时采用PPI特定外推方式进行强回波0-1h外推的应用情况。
4.2.2 初始数据参数
初始数据为哈尔滨机场2014年6月7日18：21和18：27两个时刻0.5oPPI回波图（如图3所示），其中设定回波强度监测数值≥30dBZ（如图3（b）中的黑色实线内区域所示），其它计算参数与前文中所述的相同。
图3 2014年6月7日0.5oPPI实况及移动矢量图
图4 2014年6月7日0.5° PPI预测与实况对比图
4.2.3 移动矢量计算
利用图3中的两张回波图，计算出回波区域的移动矢量（见图3（b）中的红色箭头）。从中可以看出，回波区域移动矢量是不完全一致的，根据这些矢量外推出来的回波预测图既反应回波的移动方向和移动快慢，又反应回波在移动中的形变。
4.2.4 图像外推预测
根据前期计算出来的回波区域移动矢量，从外推起始时刻18：27开始进行外推计算，先后外推出未来10张回波预测图（每次运行时间约为1min），限于篇幅，文中只演示30min、60min外推预测效果，如图4所示，其中，左侧为外推起始时刻18：27实况图与强对流特定监测区域的外推预测图（图4中暗红阴影区域）的合成图，右侧为外推时间对应的回波实况图。
4.3 应用分析
（1）个例效果分析：此次针对强对流回波监测区域的每次外推，预测图像与实况图都较为接近，而且外推时间越短越更吻合：在30min外推预测图像中（对应时间18：57），预测图像与实况图相比，整个回波区域的强对流中心位置、范围和形状具有较好的吻合性，其中偏南和偏西有两块强对流区域在逐渐靠近机场，机场也就是从19：00开始闻雷。在60min外推预测图像中（对应时间19：27），强回波区域已经抵达机场，与实际回波实况图基本一致，虽靠近机场南边的回波区域的形状和范围存在一定差异，但机场周边的强回波区域的中心位置在预测图与实况图中相比仍比较接近，而机场也就是从19：32开始出现了强雷雨，这表明预测图像与实况图之间没有明显的时间差距，60min外推图像仍是有效的、具有一定的参考价值。
（2）个例不足分析：此次外推应用也存在一些不足，比如在30min外推图像中，机场上空强回波区域左侧的一块在实况图中其实已消散，在60min外推图像中，强回波区前沿抵近机场，靠近机场南边的回波区的形状和范围也存在一定差异，究其原因是因为文中使用的回波外推技术暂不考虑回波在移动过程中的强度变化。
（3）整体效果分析：在2013-2014年、每年6-8月共2a的应用中，业务平台对低气压、锋面和高空槽等天气系统造成的强对流回波具有较好的外推预报预警效果，但对冷涡系统造成的涡旋状的强对流回波的外推效果相对较差一些。此外在采取CAPPI外推应用中，发现CAPPI中心“空洞”影响外推计算效果，需要下一步进行技术改进。
5.结束语
科研组基于哈尔滨机场多普勒天气雷达和局域网络等设施，采用交叉相关算法，设计研制的临近预报业务平台，利用雷达回波在连续时次上的空间最优相关性，计算回波的移动方向和移动大小，并采取了必要的回波数据质量控制和计算过程质量控制等措施，有效地遏制和避免了异常回波影响、计算偏差影响，这对外推预测强对流回波未来的位置和形状、开展强对流天气临近预报预警在0-1h是有效的。当然，目前科研组采用的回波外推方法还暂时只是一种线性算法，没有考虑回波在移动演变中的非线性变化、垂直运动、强度演变等，如果外推计算的时间太长就失去意义。科研组计划在下一步工作中将对业务平台进行技术再升级，将采取当前更为先进的处理技术[4-6]来改进外推算法、完善临近预报预警方法。
参考文献
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气象部门属于公益性事业单位，防灾减灾服务工作科技性、专业性强，关联融合度高且支撑作用显著，是国家综合防灾减灾救灾不可替代的重要力量，关乎人民群众生命财产安全、经济社会和谐稳定发展，因此提升气象保障服务能力至关重要[1]。要进一步提高思想认识，加强推进气象防灾减灾能力建设，提高气象保障服务能力的责任感和使命感，开展精准、高效、权威的气象预报预警工作，建立综合防灾减灾的第一道防线，促进气象部门防灾减灾服务职能的发挥[2]。
1宁德市针对主要气象灾害开展防灾减灾服务的重要性
气象灾害是最常见的主要自然灾害现象，宁德市位于福建省东北部沿海地区，濒临东海，属于中亚热带海洋性季风气候，严寒和酷热天气少，温暖湿润，雨水丰沛，是我国大黄鱼之乡，也是东南沿海休闲度假和生态旅游胜地。宁德市境内海拔落差大，地形复杂，因此各地气候也存在较大的差异，整体上气候资源丰富，但气象灾害频发，其中暴雨、冰雹、雷电、干旱、低温寒潮等灾害性天气多发。（1）暴雨。宁德市水资源丰富，降水量1—6月逐月增加，在6月达到一年中最多，8月以后降水量又呈现逐月下降的现象，8月降水量次之，从4月开始进入汛期，5月为主汛期，降水量较4月明显增加，与我国大部分地区不同的是，宁德市7月进入台风季，在副热带高压的影响下，7月台风出现次数相对偏少，多晴热少雨天气（图1）。总的看来，在季风和台风共同影响下，宁德市降水量年际间变化较大，多暴雨洪涝灾害，降水集中于4—6月的前汛期和台风汛期7—9月，年平均台风出现3.5个，暴雨年平均5.7d，大暴雨年发生概率达80%以上，其大暴雨多为台风登陆影响，以柘荣县出现概率最大。（2）冰雹。宁德市多冰雹，年平均2.6d，冰雹西北山区多、沿海地带少，其中福安和柘荣冰雹出现次数最多，周宁、寿宁、屏南和古田为冰雹多发地带，处于沿海的宁德、霞浦和福鼎相对为少雹区。冰雹出现在3—9月，集中于冷暖空气交汇频繁的3—4月，其次是7—8月，这4个月冰雹日数约占年总降雹日数的74%。（3）干旱。宁德市降水丰富，但降水量时间和空间分布不均，西北部的山区降雨量多于东南部沿海地区，多台风影响年份降水量相对较多，加上农业生产水平落后，降水偏少年份极易出现局地性干旱和季节性干旱，整体表现为古田、福鼎、霞浦属于干旱多发区，寿宁、蕉城、周宁和屏南为干旱少发区，而福安和柘荣介于两者之间，给区域性生产生活造成不利影响。宁德市夏旱出现频率最高，主要出现在7月上中旬和8月、9月的下旬，其次是秋冬旱，春旱出现的概率较小，其中秋冬旱一般为区域性干旱。（4）雷暴。宁德市1—12月均会出现雷暴天气，集中出现在每年的3—9月，6—9月是雷暴高发期，通常8月出现次数最多，达20d左右，8月下旬由于副热带高压势力减弱，北方冷空气极易南下与暖湿气流交汇形成强对流天气，雷电天气出现频繁。近些年雷暴日数明显减少，但随着电子电器的广泛普及，雷电造成的损失仍然严重。（5）低温寒潮。宁德市低温寒潮呈现西北部出现早、结束晚，而东南部出现晚、结束早的现象，低温寒潮天气主要出现在冬季，其次是秋季，随着气候变暖，秋季寒潮出现次数呈现出减少趋势，但春季发生日数增加，对冬作物返青和早春播种影响较为不利。分析低温寒潮月发生特征可知（图2），单站低温寒潮天气12月出现日数最多，其次是11月，5月出现日数最少，6—9月未出现低温寒潮天气；区域性和全区寒潮也是12月次数较多，11月次之，其中4—10月未发生全区性寒潮天气。2016年1月20—26日宁德市低温雨雪寒潮天气造成强降温、积雪和道路结冰，山区最低气温降至-11.0℃～-4.0℃，沿海0℃～-4.0℃，沿海大风9级左右，农林渔业遭受冻害，交通、电力和通讯行业都受到不同程度的影响。基于宁德市天气气候复杂多变，气象灾害多及其危害严重，宁德市气象部门应结合实际，履行防灾减灾职能，加大力度进行防灾减灾能力的建设，完善气象灾害监测预报体系，提升气象防灾减灾水平，确保国家财产和人民群众生命安全。
2宁德市气象防灾减灾服务能力建设现状
2.1加快气象观测预报预警系统建设
当前，宁德市已经完成天基、空基和地基的三位一体气象立体观测网的建设，新一代天气雷达、边界层风廓线雷达站、海洋气象观测网、农村气象观测站及灾害多发区村级监测预警设施为一体的气象防灾减灾救灾体系也投入使用，观测网络点增加，站点布局得到优化，实现对重点区域内如高山、海岛、旅游景区，以及交通、电力、通信等行业的有效监测，强降水等灾害性天气观测预报能力得到很大程度的增强，及时有效获取主要气象灾害的智能感知[3]。气象预报业务方面，建立时间上从分钟到年的无缝隙、全覆盖、智能化预报，完成基于位置的格点化预报，预报的时效性已经精细到0～10d，空间分辨率达到5km，同时整合气象、农业、水利、水文等部门数据资源，建立数据库和掌上信息共享平台，实现观测预报预警信息的共享。
2.2不断完善气象灾害信息网络
气象部门近年来在防灾减灾工作中肩负重要职责，为气象灾害提供及时有效的预报预警，提前防御灾害，降低灾害风险。在航空、海洋、交通等领域联合构建影响评估模型和基于天气发生概率的风险矩阵，通过部门间的协作沟通，不断完善气象灾害预警和联动的机制，在当前电视台、广播电台、报纸、手机、互联网媒体等公共资源，及时快速地无偿向社会公众发送气象预报预警信息，将偏远的农村、山区、沿海区等作为提高预警信息传播和接收的能力的重点区域，开展以用户为中心、面向全媒体发展的智慧气象服务，争取实现按需自动推送服务。成立应急信息队伍，形成多渠道、多手段的完善“叫应”机制，解决信息的“最后一公里”难题，提高气象灾害预报预警信息覆盖率[4]。
2.3建立健全气象防灾减灾服务体系建设
建立气象防灾减灾体制，坚持政府主导、部门联动、社会参与的原则，搭建具有可靠性、实用性及覆盖面广的气象综合信息平台，集天气预报信息、突发灾害预警、气象科普知识、农事指导、农村农业政策及农产品供求等信息为一体的服务内容，通过信息平台及时向社会公众。同时，积极建设农村气象信息服务站，构建农村气象服务体系，提高气象防灾减灾信息覆盖率和群众满意度。比如，与宁德市水文资源勘测中心开展合作交流，基于资源共享、优势互补的原则达成合作意愿，通过智能网格预报为水文局提供中期期货预测和面雨量预报产品，分析旅游景区附近的流域面雨量预报，及时获取雨情和预报情况，制作流域洪水预报产品，延长洪涝预警预报预见期，提供出预报成果，并与其他部门共享实时水情网。与宁德市生态环境局开展生态环境气象服务合作探讨，从部门联动、环境预报预警、人工干预净化城市空气、预警预报服务渠道和生态气象保障服务5个方面介绍了生态环境气象服务，就城市空气质量预测预报、污染源的传输研判、气象要素与环境质量、人工干预、科研课题等进行了交流，探讨了污染源传输路径人工影响天气干预净化空气质量的合作，最后双方落实业务对接机制，由市气象局积极开展环境气象服务应用研究，双方在联防联控、环境预警预报、科研课题和人工干预净化空气等方面开展全方位战略合作，共同做好生态气象保障服务工作，推动宁德生态环境气象服务更上新台阶[5]。
2.4促进人工影响天气保障能力建设
宁德市贯彻落实《国务院办公厅关于推进人工影响天气工作高质量发展的意见》（〔2020〕47号）和《福建省人民政府办公厅关于印发推进人工影响天气工作高质量发展实施方案的通知》（闽政办〔2021〕29号）精神，加快推进宁德市人工影响天气工作高质量发展，建立人工影响天气业务指挥系统，落实机构编制，完善军民联合、部门协作、沟通顺畅、高效安全的领导和组织管理体系，加强对旱情和作业条件的动态监测，及时启动、科学实施人工增雨抗旱作业，强化人工影响天气在农业生产、生态文明建设、闽东北协同发展、重大活动及应急工作中的服务保障作用，有效提升增雨抗旱、生态环境建设与保护等方面的人工影响天气作业能力。
3加强发挥气象防灾减灾服务职能的思考
近年来，随着气象事业的快速发展，宁德市气象防灾减灾能力得到很大的提升，气象灾害监测预报体系逐渐得到完善，有效增强社会公众防灾减灾意识，但现在还存在公共气象服务体系不完善、气象灾害监测预警水平不高、气象防灾减灾基础设施投入不足等问题，阻碍了气象防灾减灾职能的发挥，针对这些问题，结合工作情况和发展方向，建议从以下3个方面加强思考。
3.1做好组织保障建设
气象部门要加快防灾减灾服务工作的组织保障建设，建立健全稳定增长的地方财政投入机制，各级政府要将气象灾害防御工作纳入当地政府的考核内容，发展改革、财政等部门要重点制订气象灾害监测预警和信息系统建设的投入计划，要将防灾减灾系统的运行维护经费列入信息化建设方案，纳入地方财政的资金预算。气象部门加强救灾物资储备体系和气象灾害防范示范点建设，落实气象灾害救助资金年度预算。调动一切可以利用的社会资源，推动市场和社会力量参与防灾减灾救灾活动，明确社会力量参与防灾减灾救灾工作的重点范围、政府部门支持引导的政策措施及实施办法等，如宁德市气象局与中国人寿保险宁德市支公司联合开展清明茶、葡萄等保险业务，使社会力量有效参与气象防灾减灾工作，助推气象局更好地发挥服务职能。
3.2积极开展防灾减灾宣传活动
防灾减灾不仅是政府和职能部门的任务，还要依靠广大社会公众的力量，因此充分发挥职能部门作用的重要工作是通过宣传提高公众的防灾减灾意识，让公众既认识到防灾减灾的重要性，又能在日常避灾或者面临灾害时知道如何自救和互救。各地相关部门大力配合气象部门宣传防灾减灾工作，构建社区、村庄、学校、机关、企业、种养殖基地等宣传场所或平台，借助全国防灾减灾日、气象日主题，有计划和有目的地进社区、走机关、进村入户等，针对性地对本地区、本行业气象灾害风险及抵御灾害的综合能力进行调查分析，设计出专业的防灾减灾宣传教育内容，确保宣传形式的形象化、新颖化，目的是社会公众了解并掌握台风暴雨、风雹、森林火灾、生态环境、海洋等灾害影响、防范常识和技能，鼓励社会公众从个人做起，提高防灾减灾的意识和能力。
3.3推进人工影响天气工作的高质量发展
完善人工影响天气监测体系，形成C波段双偏振雷达、增强型风廓线雷达、微型雨雷达、激光雨滴谱仪、大气气溶胶粒径谱仪和CCN计数器等新型观测设备为一体的监测网，开展云雾、降水物理特征的精准探测工作，为人影作业实施提供天气监测预警、作业指挥和效果评估等进行技术支撑。同时，强化组织领导，地方政府增强属地责任，明确相关部门职责，完善政府主导、部门联动、军地协同、综合监管的工作机制，建立财政投入稳定增长机制，纳入同级财政预算，落实人影工作财政保障。研发人影作业智能业务系统，建立集自动监测分析、预报预警、方案设计、作业指挥、智能作业、效果评估服务为一体的地面人影智能业务展示平台。加强基层作业队伍建设，通过学习培训、技能竞赛提升工作人员素质，培养出人影工作的领军人才，健全岗位人员福利待遇机制，稳定作业队伍建设，提高人工影响天气作业安全管理和作业的能力。
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关键词 地理教学 非智力因素 兴趣 意志品质 习惯 培养
导言
非智力因素是人们认识活动的动力系统,一般指情感、意志、动机、兴趣、个性、习惯等方面,它在学生的个体身上形成和表现为思想和学习态度。[1]教学理论研究表明,教学过程都是智力因素和非智力因素相互结合、综合发展的过程,学生学习的成功都是智力因素与非智力影响、相互作用的结果。正如沈德立在《非智力因素与成才》丛书中说:“成才过程是一个智力与非智力严肃相互影响又以非智力因素决定作用的过程。”
农村初中地理教学中激发学生的内在动力,化非智力因素为智力因素,对全面提高学生的素质,培养创新人才,具有特殊的意义。本文结合自己多年来的教学实践,对农村初中地理教学中非智力因素的培养作肤浅的探讨,共同仁参考。
1 浓厚学习兴趣的培养
兴趣是学习能力的源泉,也是获得知识的巨大推动力,浓厚的学习兴趣求知欲越强。教育学家乌申斯说过:“没有丝毫兴趣的强制学习,将会扼杀学生探求真理的欲强。”孔子曰:“知之者之不知好之者”,就道出了学习与兴趣的关系。因此,学生学习地理的兴趣是教好地理的良好开端。
旨在了解学生对地理学科的认识和学习兴趣。于是,我2005年5月对几所农村中学1500多名学生进行了一次问卷调查,其结果是:喜欢地理科的仅占17.8%,不太喜欢的占38%,不喜欢的占40.7%,不喜欢也不愿学的占2.9%。这种现状的出现,反映了农村初中学生的心理倾向,给农村学校地理教学带来了极大的困难。针对农村初中地理教学中出现的实际问题,我认为首先要培养学生的地理学习兴趣。
1.1 改进教学方法,激发求知欲
教学过程是信息传递交流的双边过程,是以教师为主导,学生为主体的过程。作为主体的广大农村初中学生,他们地理基础知识面窄,理解能力弱。因此,采取行之有效教学方法,成为激发学生求知欲,提高农村初中地理教学质量的关键。
在教学中,我精心备课,依据课程标准,将七、八年级地理分成两大类,并以第一类世界地理“认识人类的家园——地球”为主,根据学生的年龄,心理特征,讲清最基本的地理知识,让他们懂得学习地理的基本方法,同时也为他们今后在高中学习地理知识打下基础。又如在学习“地球的运动”这一节中“五带的划分”着部分内容时,我让学生每人带一个乒乓球或白色皮球当地球,在上面画出南北极、赤道、南北回归线、南北极圈,并写出五带的名称;然后在“地球”上画出经纬线,用橡皮泥捏成一个小人,放在“地球仪”上经纬线交叉的地方,指出北极前后是什么方向?在南极呢?我和学生一起动手做,动手画,认真指导,课堂气氛十分活跃,学生学习热情很高。
课堂小游戏,寓乐于教,有助于学生兴趣的发展。当学习“天气预报的气象符号”时,我把各种气象符号做成大卡片,把学生按小组分成八组,当我拿出写有一个气象符号的卡片后,让学生进行竞猜,看谁猜的又快又准,答对了在他所在的小组加分,最后看哪组得分最高。这样让学生能眼脑并用,在游戏中学知识,在竞争中掌握知识,趣味无穷。
1.2 联系实际,贴近生活,调动学生的学习兴趣
地理学科是一门内容丰富,趣味性强的学科,并且与现实生活联系十分密切。在教学中,我根据农村当地的实际,帮助学生由近及远,由易到难地认识地理事物,让学生对地理知识,能看得见,摸得着,使学生觉得学习地理有用、有趣。如在学习“我们需要洁净的空气”时,正值秋收季节,村里的农民都把稻草焚烧后用稻草灰肥田,浓烟弥漫。此时我因势利导,提问:秋收季节,农民焚烧的稻草产生的浓烟对空气造成了什么影响?你们喜欢这样的空气吗?如果村里的农民焚烧稻草后用稻草灰肥田造成空气污染,能不能改变这种传统的肥田方法?问题一提出,课堂活跃,学生们争先恐后的说出各自的理由,洋溢着对探求地理知识的浓厚兴趣。
1.3 开展地理综合实践活动,能巩固学生课堂学到的地理知识技能、扩大学生的地理知识领域,发展学生的智力,使学生学以致用,学习有用的地理;也使教师有更多的时间接近学生、了解学生,对教学相长的优良传统具有积极的作用。多年来,我针对农村学校的实际,开展自制小地球仪、绘制上学线路图、剪拼中国政区图等活动。又如:海口新海中学的王青山老师,因地制宜地组织学生进行沙雕,并开发了校本课程《沙雕·沙漠》[2]。2004年12月29日,马村太阳湾等沙滩上残留着大片不明来源的油污,我省70公里长的海域被污染,破坏了我省的海洋资源与环境。得知消息后,我们组织学生到被污染的海域清除油污,开展研究性调查,并组织学生写地理小论文。
2 良好意志品质的培养
意志是为了达到一定目的而自觉地努力的心理状态,它是重要的非智力因素之一。“志不坚者智不达”,坚强的毅力,坚韧的品质是学习成功的重要保证。
教学中除了培养学生学习地理兴趣,帮助学生掌握地理基础知识和基本技能外,更应帮助学生形成良好的意志品质。来自农村中学的学生学不好地理的原因之一就是意志品质薄弱。
2.1 进行爱国主义教育,调动学生学习的自觉性
翻开世界史、自然科学史,没有哪个国家的人民不把爱国精神看作是一种伟大而崇高的心灵美呢。居里夫人说:“我们波兰人,当国家遭到奴役时,是无权离开自己祖国的。”她把自己发现的一种新的放射性元素取名“钋”,以纪念自己的祖国。[3]我国航空工程和空气动力学专家钱学森从1950年起就要求回国报效新生的祖国,但被美国当局百般阻挠和迫害,没收他的书籍,诬蔑他是“间谍”,对他审讯、监禁、关押到一个岛上,对他进行惨无人道的折磨和迫害,整整五年多,但他没有屈服,终于在祖国的帮助下,于1955年获准回国。我国地质学家李四光,他的科学论断对大庆、胜利油田的发现起到了指导性的作用,并为地震预报指明了方向。他们排除种种干扰,历尽艰险,为我国的现代化建设作出了巨大贡献。
对来自农村的学生来说虽然基础差,但很朴素实在。教学中应抓住学生积极的好奇的心理,开课时,让学生各自介绍自己家乡的变化,观看祖国风貌等有益的录象或影片,增强学生的热爱家乡、热爱祖国之情。如在讲“多民族的大家庭”时,通过主题班会来进行,学生争先发言。我国是由56个民族组成的大家庭,自古以来,各民族就繁衍生息在这块土地上,创造华夏文明;各民族在党的领导下和睦相处,为实现个民族的团结、发展、繁荣;我们国家对少数民族地区实行一系列特殊政策,使少数民族地区经济、生活面貌有了巨大的变化。通过学生的讨论,增强了民族意识,加深了爱国之情,使学生真正认识到,我们已独立于世界民族之林。
2.2 鼓励学生克服困难,培养学生的坚韧性
意志行动是与克服困难相联系的,离开困难,磨砺意志就成为一句空话。
据调查统计,来自农村的学生,有一部分在生活和学习上都存在着一定的困难,主要是家庭经济条件差。
对经济条件差的学生首先,要积极引导,鼓励他们以坚韧不拔的毅力克服生活上的困难;向他们阐明“职业无贵贱,行行出状元”的道理;再次,使学生明白生活离不开地理知识,地理学来源于生活、来自于实践,把地理知识应用于生活、生产实际,用地理规律改造自然,使学生消除消沉情绪,建立正确的价值观,努力学习,做一个有志气的、敢于与困难作斗争的好学生。
对在学习上存在着一定的困难的学生,在地理教学中,教师应积极启发诱导,通过学生自己的能力,独立探索克服困难的方法和途径,不断改进学习方法。同时,向学生介绍古今中外的不畏艰难险阻执着追求,甚至不惜流血牺牲为科学为真理而献身的地理学家、天文学家、探险家,使学生的意志品质从科学家们的顽强的意志和惊人的毅力中,受到熏陶和感染。如大陆漂移学说的创立者——德国气象学家魏格纳,他从地貌学、古生物学、地质学以及大地测量学等方面论证,提出了“大陆漂移学说”。但当时被认为是荒谬,然而他坚持自己的观点和看法,为了进一步寻找证据,四次到格陵兰岛去探险考察,最后牺牲于格陵兰岛。又如我国明代地理学家徐霞客,近代的李四光等等。
3 良好学习习惯的培养
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