一、認知基礎(chǔ)：氣象災害的"是什么"與"為什么"演講人認知基礎(chǔ)：氣象災害的"是什么"與"為什么"01實踐路徑：高中階段的"可操作探索"02技術(shù)支撐：氣象災害預警的"怎么做到"03總結(jié)與展望：科技實踐的"育人價值"04目錄2025高中科技實踐之氣象災害預警課件各位同學、同仁：大家好！作為從事氣象教育與科技實踐指導十余年的一線教師，我始終記得2019年帶學生參與臺風"利奇馬"災后調(diào)研時的場景——校門口的百年香樟被攔腰折斷，氣象站的風速儀指針停在45m/s的刻度，一位老人握著我們的記錄本說："要是能早半小時知道風這么大，我們家的圍墻也不至于塌。"那一刻我深切意識到：氣象災害預警不僅是一串數(shù)字、一條短信，更是連接科學與生活的紐帶，是培養(yǎng)青少年科學素養(yǎng)與社會責任感的生動載體。今天，我們將以"氣象災害預警"為核心，從認知、技術(shù)、實踐三個維度展開探索，共同完成一次跨學科的科技實踐之旅。01認知基礎(chǔ)：氣象災害的"是什么"與"為什么"認知基礎(chǔ)：氣象災害的"是什么"與"為什么"要做好氣象災害預警實踐，首先需要建立對氣象災害的系統(tǒng)性認知。這不僅包括常見災害類型的識別，更要理解其致災機制與區(qū)域特征。1我國常見氣象災害的分類與特征我國幅員遼闊，地形復雜，氣象災害呈現(xiàn)"種類多、頻率高、區(qū)域性強"的特點。根據(jù)《氣象災害防御條例》，我們重點關(guān)注以下四類：暴雨洪澇：年平均影響面積超100萬平方公里，2023年京津冀"721"特大暴雨中，北京門頭溝區(qū)3小時降雨量達200mm，相當于當?shù)啬昃涤炅康?/3。其致災核心是短時間內(nèi)降水強度超過地表徑流與排水系統(tǒng)承載能力。臺風（熱帶氣旋）：主要影響東南沿海，2022年臺風"梅花"登陸時中心風力14級，其破壞力來自強風（掀翻建筑）、暴雨（引發(fā)內(nèi)澇）、風暴潮（海水倒灌）的"三重疊加"。干旱：在華北、西南地區(qū)多發(fā)，2022年長江流域夏秋連旱期間，鄱陽湖水域面積較常年縮小80%，其特點是緩發(fā)性但影響周期長，直接威脅農(nóng)業(yè)與水資源安全。1我國常見氣象災害的分類與特征強對流天氣：包括雷暴、冰雹、短時大風等，2023年河南"516"冰雹災害中，最大冰雹直徑達50mm，其致災關(guān)鍵是中小尺度天氣系統(tǒng)的突發(fā)性，預警時效通常僅30分鐘至2小時。2氣象災害預警的現(xiàn)實意義從個人層面看，2021年鄭州"720"暴雨中，提前1小時的紅色預警讓1200余名群眾及時轉(zhuǎn)移；從社會層面看，據(jù)中國氣象局統(tǒng)計，近十年我國氣象災害造成的直接經(jīng)濟損失占GDP比重從2.1%降至1.1%，預警系統(tǒng)的完善功不可沒。更重要的是，氣象災害預警是"防災減災第一道防線"，它將抽象的大氣科學轉(zhuǎn)化為可操作的行動指南，讓科學真正服務于生活。02技術(shù)支撐：氣象災害預警的"怎么做到"技術(shù)支撐：氣象災害預警的"怎么做到"理解了災害的"是什么"，我們需要探究預警的"技術(shù)密碼"。氣象預警本質(zhì)是"監(jiān)測-分析-發(fā)布"的閉環(huán)過程，每個環(huán)節(jié)都蘊含著現(xiàn)代科技的智慧。1監(jiān)測：天-空-地一體化觀測網(wǎng)我曾帶學生參觀省氣象臺，工程師指著墻上的"觀測系統(tǒng)圖"說："要捕捉大氣的‘脾氣’，得給天空‘裝眼睛’。"目前我國已建成世界最大的綜合氣象觀測網(wǎng)：01地面觀測：全國2423個國家氣象站、6萬余個區(qū)域自動站，每10分鐘上傳溫濕度、氣壓、降水量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。去年帶學生在學校安裝的小型自動站，曾成功記錄到一次局地短時強降水，數(shù)據(jù)與省站誤差僅0.3mm。02高空觀測：120個探空站每日兩次釋放探空氣球，攜帶的電子探空儀能升至30公里高空，測量不同高度的溫度、濕度、風向風速，這是數(shù)值預報的關(guān)鍵輸入。03雷達監(jiān)測：236部S波段、C波段天氣雷達，可探測200公里內(nèi)的降水云團，去年臺風"杜蘇芮"登陸前，雷達回波圖清晰顯示其"眼墻"結(jié)構(gòu)，為路徑預報提供了核心依據(jù)。041監(jiān)測：天-空-地一體化觀測網(wǎng)衛(wèi)星觀測："風云"系列氣象衛(wèi)星（目前有19顆在軌），靜止衛(wèi)星（如風云四號B星）每5分鐘生成一次區(qū)域云圖，極軌衛(wèi)星（風云三號D星）每天兩次全球掃描，能捕捉臺風生成、干旱發(fā)展等宏觀過程。2分析：從數(shù)據(jù)到預警的"智慧轉(zhuǎn)化"觀測數(shù)據(jù)只是"原材料"，要生成預警信息，需要氣象學家與計算機的"協(xié)同作戰(zhàn)"：數(shù)值預報模式：我國自主研發(fā)的"風云"數(shù)值預報系統(tǒng)（GRAPES），能模擬大氣運動的微分方程，分辨率已精細到1公里。2023年強對流天氣預警中，模式提前4小時預測到河南、山東的雷暴大風區(qū)，準確率較5年前提升25%。人工智能輔助：利用深度學習技術(shù)，計算機能快速識別雷達回波中的"冰雹云特征"（如強回波高度、垂直液態(tài)水含量），2022年廣東試點的AI冰雹識別系統(tǒng)，預警時效從15分鐘延長至25分鐘。專家訂正：數(shù)值模式并非"萬能"，比如地形復雜區(qū)的小尺度降水，需要預報員結(jié)合本地氣候特征、歷史個例進行人工修正。我曾目睹預報員在暴雨預警會上爭論："模式報100mm，但根據(jù)山區(qū)地形抬升效應，實際可能達到120mm。"最終的預警結(jié)論往往是"科技+經(jīng)驗"的結(jié)晶。2分析：從數(shù)據(jù)到預警的"智慧轉(zhuǎn)化"2.3發(fā)布：從"最后一公里"到"精準到人"預警信息若無法及時傳遞，監(jiān)測與分析便失去意義。近年來，我國構(gòu)建了"多渠道、分受眾、差異化"的發(fā)布體系：傳統(tǒng)渠道：電視、廣播、大喇叭，覆蓋農(nóng)村等網(wǎng)絡薄弱地區(qū)。2022年四川瀘定地震后，通信中斷期間，鄉(xiāng)鎮(zhèn)大喇叭連續(xù)48小時播放余震與降雨預警，成為"生命線"。新媒體渠道：氣象APP（如"中國天氣"）、微信公眾號、手機短信。2023年全國氣象預警信息短信覆蓋率達98%，重點區(qū)域（如山區(qū)景區(qū)）實現(xiàn)"靶向發(fā)送"——游客進入景區(qū)時，自動接收當?shù)貙崟r預警。社區(qū)響應：基層氣象信息員（全國約68萬名）承擔"最后一百米"職責。我?guī)W生走訪過的浙江某村，信息員老陳會逐戶提醒獨居老人，用方言解釋"暴雨紅色預警"意味著"2小時內(nèi)降雨超100mm，不要出門"，這種"人性化翻譯"讓預警更"接地氣"。03實踐路徑：高中階段的"可操作探索"實踐路徑：高中階段的"可操作探索"對高中生而言，氣象災害預警實踐不是重復專業(yè)觀測，而是通過"小工具、小實驗、小課題"，理解預警邏輯，培養(yǎng)科學思維。以下是我?guī)ьI(lǐng)學生團隊探索出的"三階實踐模型"。1基礎(chǔ)層：搭建校園氣象觀測站這是實踐的"硬件基礎(chǔ)"。我們用3000元預算（主要來自學?？萍冀?jīng)費）搭建了包含六要素（溫濕度、氣壓、風速風向、降水量）的自動觀測站，具體步驟如下：設備選型：選擇性價比高的教育級儀器（如華云升達的校園氣象站），需注意傳感器精度（溫度±0.5℃、風速±0.3m/s）、數(shù)據(jù)傳輸方式（可選有線或LoRa無線）。安裝調(diào)試：風速儀需安裝在10米高度（避免建筑物遮擋），雨量筒需水平放置，四周無遮擋。我們曾因風速儀安裝過低（僅5米），導致數(shù)據(jù)比市站低2m/s，后來調(diào)整高度后誤差縮小至0.5m/s。數(shù)據(jù)記錄：建立《校園氣象日志》，要求學生每日8時、14時、20時記錄數(shù)據(jù)（與國家站同步），并拍攝云圖、記錄體感天氣（如"體感悶熱"對應高濕度）。堅持一年后，學生整理出《校園小氣候特征分析報告》，發(fā)現(xiàn)教學樓背陰處夏季氣溫比操場低1.2℃，這為學校規(guī)劃綠化提供了參考。2提升層：模擬預警與案例復盤有了觀測數(shù)據(jù)，我們嘗試"像預報員一樣思考"。具體分為兩步：歷史案例復盤：選擇本地近年氣象災害（如2021年學校所在區(qū)的暴雨內(nèi)澇），收集當日的氣象數(shù)據(jù)（包括觀測站數(shù)據(jù)、雷達回波圖、衛(wèi)星云圖），用Excel繪制"時間-降水量"曲線，分析"降水強度突變點"與"內(nèi)澇發(fā)生時間"的關(guān)系。學生發(fā)現(xiàn)：當1小時降水量超過30mm時，學校門口低洼處30分鐘后出現(xiàn)積水，這為"本地內(nèi)澇臨界值"提供了實證。實時模擬預警：在汛期（6-9月），學生團隊輪值"小預報員"，每天16時接收市氣象臺的24小時預報，結(jié)合校園觀測站數(shù)據(jù)（如午后濕度突增、氣壓下降），發(fā)布《校園氣象小貼士》。去年8月的一次實踐中，學生發(fā)現(xiàn)14時風速從2m/s升至5m/s，濕度從65%升至85%，結(jié)合雷達圖上的"塊狀回波"，提前2小時發(fā)出"可能有短時雷陣雨"的提示，最終驗證與實際降雨時間僅差10分鐘，學生們興奮地說："原來我們也能做‘預警員’！"3拓展層：跨學科融合與社會服務氣象預警實踐的終極目標是"服務社會"。我們嘗試將其與地理、信息技術(shù)、社區(qū)治理結(jié)合：地理視角：結(jié)合區(qū)域地形圖，分析"校園周邊易澇點"。學生用無人機拍攝校園及周邊1公里范圍的地形，用GIS軟件繪制高程圖，發(fā)現(xiàn)3處低洼區(qū)（如操場西南角、家屬樓后巷），并向?qū)W校提出"增設排水井、鋪設透水磚"的建議，其中2項被采納實施。信息技術(shù)：開發(fā)"校園氣象預警小程序"。學生用Python編寫數(shù)據(jù)接口，將自動站數(shù)據(jù)實時導入小程序，設置"暴雨預警閾值"（如1小時降水≥20mm），觸發(fā)后自動向班主任、住校生發(fā)送提醒。盡管功能簡單，但這是"從數(shù)據(jù)到應用"的重要嘗試。3拓展層：跨學科融合與社會服務社區(qū)服務：與社區(qū)合作開展"氣象科普進萬家"活動。學生制作《家庭防災手冊》，用漫畫形式講解"暴雨天如何判斷積水深度""臺風來臨前應檢查哪些設施"，并在社區(qū)廣場演示"用空瓶制作簡易雨量器"。一位參與活動的奶奶說："孫子教我看云識天氣，現(xiàn)在我出門前都要抬頭看看天。"04總結(jié)與展望：科技實踐的"育人價值"總結(jié)與展望：科技實踐的"育人價值"回顧整個實踐過程，我最深的感受是：氣象災害預警不僅是一門科學，更是一堂"生命教育課"。當學生們蹲在雨中校準雨量筒時，他們理解了"數(shù)據(jù)準確性關(guān)乎安全"；當他們的模擬預警幫助同學避開雷陣雨時，他們體會到"科學知識可以保護他人"；當他們看到社區(qū)奶奶用簡易雨量器記錄降水時，他們明白了"科技普及比技術(shù)本身更重要"。2025年的高中科技實踐，需要我們