天氣預(yù)報(bào)制作的“五部曲”——揭開神秘面紗演講人012025小學(xué)四年級科學(xué)下冊天氣預(yù)報(bào)制作流程介紹課件02目錄03為什么要學(xué)習(xí)天氣預(yù)報(bào)制作？——從生活需求到科學(xué)啟蒙01天氣預(yù)報(bào)制作的“五部曲”——揭開神秘面紗02關(guān)鍵技術(shù)與工具——藏在流程里的“科技密碼”03實(shí)踐與思考——做一次“小小氣象員”04總結(jié)：科學(xué)就在身邊，嚴(yán)謹(jǐn)鑄就精準(zhǔn)05為什么要學(xué)習(xí)天氣預(yù)報(bào)制作？——從生活需求到科學(xué)啟蒙為什么要學(xué)習(xí)天氣預(yù)報(bào)制作？——從生活需求到科學(xué)啟蒙作為一名從事氣象科普工作十余年的教育者，我常被孩子們問：“天氣預(yù)報(bào)是怎么‘變’出來的？”這個(gè)問題背后，藏著人類對自然規(guī)律的探索本能，也關(guān)聯(lián)著我們每一天的生活。1天氣預(yù)報(bào)與生活的“強(qiáng)關(guān)聯(lián)”四年級的同學(xué)們，你們有沒有過這樣的經(jīng)歷？春游前一天，媽媽盯著手機(jī)說“明天有雨，記得帶傘”；暑假里，爸爸看了臺風(fēng)預(yù)警后取消了海邊計(jì)劃；農(nóng)民伯伯根據(jù)天氣預(yù)報(bào)調(diào)整播種時(shí)間……這些場景都在說明：天氣預(yù)報(bào)是我們應(yīng)對自然、規(guī)劃生活的“科學(xué)助手”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國70%以上的公眾每天會查看天氣預(yù)報(bào)，它不僅關(guān)系個(gè)人出行，更影響農(nóng)業(yè)、交通、能源等國計(jì)民生領(lǐng)域——這就是學(xué)習(xí)它的現(xiàn)實(shí)意義。2科學(xué)思維的“啟蒙鑰匙”制作天氣預(yù)報(bào)的過程，本質(zhì)上是“觀察—記錄—分析—驗(yàn)證”的科學(xué)研究過程。比如，我們需要用溫度計(jì)測氣溫、用風(fēng)向標(biāo)看風(fēng)向，這是觀察能力；把數(shù)據(jù)整理成表格，這是數(shù)據(jù)處理能力；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)推測未來天氣，這是邏輯推理能力。這些能力，正是科學(xué)課要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。就像我?guī)W(xué)生做“簡易氣象站”時(shí)，有個(gè)孩子發(fā)現(xiàn)連續(xù)三天濕度上升后下雨了，他興奮地喊：“我也能預(yù)報(bào)小雨啦！”這種“發(fā)現(xiàn)規(guī)律”的喜悅，就是科學(xué)啟蒙的種子。06天氣預(yù)報(bào)制作的“五部曲”——揭開神秘面紗天氣預(yù)報(bào)制作的“五部曲”——揭開神秘面紗現(xiàn)在，讓我們正式走進(jìn)天氣預(yù)報(bào)的“制作工廠”。我曾在省氣象臺參觀時(shí)，看到預(yù)報(bào)員們盯著十多塊屏幕忙碌——他們的工作，其實(shí)可以拆解為五個(gè)環(huán)環(huán)相扣的步驟，就像搭積木，每一步都不能出錯(cuò)。1第一步：氣象觀測——給大氣“做體檢”要預(yù)報(bào)天氣，首先得知道“現(xiàn)在的天氣什么樣”。這就像醫(yī)生給病人看病，得先做血常規(guī)、拍CT。氣象觀測就是給大氣“做體檢”，需要從地面到高空、從局部到全球收集數(shù)據(jù)。1第一步：氣象觀測——給大氣“做體檢”1.1地面觀測：家門口的“天氣哨所”1你們學(xué)校的氣象角，可能就有地面觀測的“迷你版”。標(biāo)準(zhǔn)的地面觀測站會配備：2氣溫計(jì)（測溫度，注意要放在離地1.5米的百葉箱里，避免陽光直射）；3濕度計(jì)（測空氣濕潤程度，毛發(fā)濕度計(jì)最常見）；4風(fēng)向風(fēng)速儀（風(fēng)向標(biāo)指風(fēng)向，風(fēng)杯轉(zhuǎn)得越快風(fēng)速越大）；5雨量筒（下雨時(shí)接水，24小時(shí)后測量水的高度就是降雨量）。6我曾帶學(xué)生記錄過一周的地面數(shù)據(jù)，有個(gè)孩子發(fā)現(xiàn)：“晴天時(shí)濕度低，下雨前濕度突然升高！”這就是觀測的價(jià)值——從細(xì)節(jié)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。1第一步：氣象觀測——給大氣“做體檢”1.2高空觀測：探空氣球的“天空之旅”地面數(shù)據(jù)只能反映“地表天氣”，但云的形成、風(fēng)的變化都和高空大氣有關(guān)。這時(shí)候，探空氣球就登場了！它帶著一個(gè)小盒子（探空儀），里面裝著氣壓、溫度、濕度傳感器，能升到3萬米高空（比飛機(jī)飛的還高！）。氣球最終會爆炸，探空儀靠降落傘落回地面，工作人員回收后還能重復(fù)使用。我第一次看放氣球時(shí)，看著它越飛越小，像一顆會“傳信”的星星，特別神奇。1第一步：氣象觀測——給大氣“做體檢”1.3衛(wèi)星與雷達(dá)：“千里眼”和“透視鏡”01地面和高空觀測是“點(diǎn)”，但天氣系統(tǒng)可能覆蓋幾百甚至幾千公里，這就需要“面”上的監(jiān)測。氣象衛(wèi)星（比如我國的“風(fēng)云”系列）在幾百公里外的太空“拍照”，能看清云的形狀、臺風(fēng)的“螺旋結(jié)構(gòu)”；天氣雷達(dá)（像一個(gè)大圓盤）發(fā)射電磁波，遇到雨滴、冰晶會反射回來，能“看”到幾百公里內(nèi)的暴雨、冰雹在哪里。0203042021年河南特大暴雨時(shí)，就是靠衛(wèi)星和雷達(dá)提前監(jiān)測到云團(tuán)異常，為搶險(xiǎn)爭取了時(shí)間。2第二步：數(shù)據(jù)匯總——給天氣“建檔案”觀測到的數(shù)據(jù)，就像散落的拼圖塊，需要集中到“數(shù)據(jù)中心”拼成完整的圖。我國有1200多個(gè)地面觀測站、120多個(gè)探空站、100多臺天氣雷達(dá)，加上全球氣象組織共享的數(shù)據(jù)（比如美國、歐洲的衛(wèi)星數(shù)據(jù)），每天會產(chǎn)生上億條數(shù)據(jù)！這些數(shù)據(jù)會通過專用網(wǎng)絡(luò)（比如氣象衛(wèi)星通信網(wǎng)）傳到中國氣象局的超級計(jì)算機(jī)，就像把全國甚至全球的“天氣日記”集中到一個(gè)大本子里。我在氣象臺見過數(shù)據(jù)接收屏，各種數(shù)字像瀑布一樣滾動，工作人員說：“數(shù)據(jù)晚到5分鐘，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可能降5%。”3第三步：數(shù)值預(yù)報(bào)——超級計(jì)算機(jī)的“天氣模擬游戲”有了數(shù)據(jù)，怎么推測未來天氣？這要靠數(shù)值預(yù)報(bào)——用數(shù)學(xué)公式“算”出天氣變化。簡單來說，就是把大氣運(yùn)動規(guī)律寫成方程（比如描述風(fēng)、溫度、濕度關(guān)系的“流體力學(xué)方程”），輸入當(dāng)前數(shù)據(jù)，讓超級計(jì)算機(jī)“跑”出未來幾小時(shí)到幾天的天氣。我國自主研發(fā)的“風(fēng)云”數(shù)值預(yù)報(bào)模式，每秒能進(jìn)行幾萬億次計(jì)算。舉個(gè)例子：要預(yù)報(bào)明天北京的天氣，計(jì)算機(jī)需要“模擬”從地面到高空60層大氣的運(yùn)動，每層分幾百萬個(gè)小格子，每個(gè)格子算一遍溫度、濕度、風(fēng)速……這工作量，相當(dāng)于全中國人同時(shí)做數(shù)學(xué)題，還要在幾小時(shí)內(nèi)完成！不過，數(shù)值預(yù)報(bào)也不是“萬能計(jì)算器”。比如，小范圍的雷陣雨可能因?yàn)椤案褡犹蟆北宦┑?，這時(shí)候就需要第四步——預(yù)報(bào)員的人工分析。4第四步：綜合分析——預(yù)報(bào)員的“腦力對決”數(shù)值預(yù)報(bào)給出的是“計(jì)算機(jī)答案”，但真實(shí)天氣更復(fù)雜。這時(shí)候，經(jīng)驗(yàn)豐富的預(yù)報(bào)員要當(dāng)“裁判”，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、本地地形（比如山區(qū)會影響風(fēng)的走向）、甚至“老經(jīng)驗(yàn)”（比如“朝霞不出門，晚霞行千里”）修正結(jié)果。我曾旁觀過一次暴雨預(yù)報(bào)會商：年輕預(yù)報(bào)員說：“數(shù)值模式顯示明天有大雨?！崩项A(yù)報(bào)員指著雷達(dá)圖：“看，云團(tuán)移動速度比模式算的快10%，而且本地上午濕度已經(jīng)90%，可能提前到上午下雨。”最后大家討論：“綜合判斷，上午10點(diǎn)開始降雨，累計(jì)雨量50毫米?！边@種“人機(jī)對話”，是天氣預(yù)報(bào)最有溫度的環(huán)節(jié)——機(jī)器提供數(shù)據(jù)，人賦予它“智慧”。5第五步：發(fā)布與更新——讓天氣信息“跑”得更快預(yù)報(bào)做好了，要讓更多人知道?，F(xiàn)在的發(fā)布渠道可多了：電視、手機(jī)APP、廣播、短信，甚至社區(qū)大喇叭。但發(fā)布不是“一錘子買賣”，天氣可能變化（比如臺風(fēng)路徑突然偏移），預(yù)報(bào)員要滾動更新，比如“12小時(shí)預(yù)報(bào)”“逐小時(shí)預(yù)報(bào)”。我記得有次臺風(fēng)登陸前，預(yù)報(bào)員每2小時(shí)更新一次路徑，有位漁民說：“手機(jī)消息一響，我就知道臺風(fēng)又‘挪’哪兒了，心里踏實(shí)多了?！边@就是發(fā)布的意義——讓科學(xué)信息真正服務(wù)生活。07關(guān)鍵技術(shù)與工具——藏在流程里的“科技密碼”關(guān)鍵技術(shù)與工具——藏在流程里的“科技密碼”在剛才的“五部曲”中，有幾個(gè)“大功臣”值得單獨(dú)介紹，它們是天氣預(yù)報(bào)越來越準(zhǔn)的“秘密武器”。1超級計(jì)算機(jī)：天氣預(yù)報(bào)的“最強(qiáng)大腦”前面提到的數(shù)值預(yù)報(bào)，靠的是“天河”“神威”等超級計(jì)算機(jī)。2025年，我國氣象專用超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度將突破每秒1000萬億次（10^15次），相當(dāng)于10億人同時(shí)計(jì)算1萬年的工作量。有了它，我們能把“模擬格子”變得更?。ū热鐝?0公里縮小到1公里），預(yù)報(bào)雷陣雨的位置更準(zhǔn)。2智能觀測設(shè)備：從“人工”到“自動”的跨越以前，地面觀測要人工讀溫度計(jì)、記風(fēng)向，現(xiàn)在基本實(shí)現(xiàn)自動化。比如，自動氣象站能自動上傳數(shù)據(jù)，無人機(jī)能飛入臺風(fēng)眼“取樣”，激光雷達(dá)能“看”到10公里外的霧霾顆粒。我第一次用自動站時(shí)，還擔(dān)心“機(jī)器會不會出錯(cuò)”，后來發(fā)現(xiàn)它比人更穩(wěn)定——24小時(shí)不休息，讀數(shù)誤差不超過0.1℃。3大數(shù)據(jù)與AI：給預(yù)報(bào)“裝”上“學(xué)習(xí)能力”近年來，人工智能（AI）也加入了天氣預(yù)報(bào)。比如，用“深度學(xué)習(xí)”分析衛(wèi)星云圖，能提前識別龍卷風(fēng)的“漏斗云”；用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，能修正數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差。我曾看過一個(gè)AI模型，它“學(xué)習(xí)”了10年的暴雨數(shù)據(jù)后，預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降雨的準(zhǔn)確率比傳統(tǒng)方法高15%——這就是科技的進(jìn)步。08實(shí)踐與思考——做一次“小小氣象員”實(shí)踐與思考——做一次“小小氣象員”學(xué)完理論，我們來動手實(shí)踐！這是我?guī)W(xué)生做過的“簡易天氣預(yù)報(bào)”活動，同學(xué)們可以在家或?qū)W校試試。1實(shí)踐任務(wù)：制作“家庭氣象站”材料準(zhǔn)備：溫度計(jì)（電子或水銀）、自制風(fēng)向標(biāo)（用硬紙板剪箭頭，固定在吸管上）、雨量筒（塑料瓶剪去上半部分，標(biāo)記刻度）。步驟：每天7:00、14:00、19:00記錄氣溫、風(fēng)向、是否有降水；連續(xù)記錄一周，畫出“氣溫變化折線圖”；觀察數(shù)據(jù)，試著預(yù)報(bào)第二天的天氣（比如“連續(xù)三天升溫且濕度上升，明天可能下雨”）。4.2思考討論：為什么溫度計(jì)要放在百葉箱里？（避免陽光直射，測到真實(shí)氣溫）如果兩天的氣溫、風(fēng)向都很像，天氣會相似嗎？（可能，但還要看其他因素，比如云量）你覺得現(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)還有哪些不足？（比如局地小范圍天氣不準(zhǔn)，未來可以用更小的“模擬格子”改進(jìn)）09總結(jié)：科學(xué)就在身邊，嚴(yán)謹(jǐn)鑄就精準(zhǔn)總結(jié)：科學(xué)就在身邊，嚴(yán)謹(jǐn)鑄就精準(zhǔn)同學(xué)們，天氣預(yù)報(bào)的制作流程，就像一場“科學(xué)接力賽”：從觀測員的細(xì)心記錄，到計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算，再到預(yù)報(bào)員的智慧判斷，每一步都離不開嚴(yán)謹(jǐn)和創(chuàng)新。它不僅是“預(yù)測天氣”，更是人類探索自然規(guī)律的縮影。當(dāng)你們記錄氣溫時(shí)，