大气科学本科教学发展探索--以兰州大学为例

大气科学的本科教学应紧抓“双一流”建设的历史机遇,遵照国家相关战略布局,牢固树立“立德树人、以人为本”的人才培养理念,并结合学科特点提出加强思政建设、完善双语教学、紧盯学科前沿方向、进行互动教学、加强实践教学、准备线上课程等教学发展方向的探索。为国家培养有道德、有理想、有责任、有担当的社会主义建设者和接班人;为民族培养有家国情怀、民族大义、内外兼修的新时代人才;为社会培养理论扎实、业务过硬、有创新精神并且具备全球视野的大气科学的高层次人才。

卷积神经网络研究进展及其在大气科学中的应用

随着计算机技术和大数据的进步,深度学习尤其是卷积神经网络已成为处理网格结构大规模数据的主流技术,特别是在计算机视觉领域。卷积神经网络也开始应用于大气科学领域,针对多角度、多尺度的气象数据进行处理。本文综述了卷积神经网络及其在大气科学中的应用进展,总结如下:通过网络深度、宽度的优化和量级压缩,卷积神经网络的准确率和效率显著提升,成为计算机视觉任务的主流技术;卷积神经网络能高效处理气象数据,已应用于气象目标识别、极端事件检测、数值模式改进及干旱气象事件预报等方面,显示出良好的应用前景;卷积神经网络在大气科学中的应用尚处于探索阶段,且面临气象数据复杂、模型结构改进需求和可解释性差等挑战,需深入研究以推动其发展。

海洋科学概论课程的建设与探索——以兰州大学通识教育课程为例

海洋科学概论是一门多学科融合的综合学科,作为通识教育选修课面向兰州大学所有本科生开设。文章面对不同专业背景的授课对象,从课程内容设置、前沿知识渗透、不同学科切入点的探寻和教学模式四个方面对该课程的建设进行了实践与探索,重点在于对教学内容的梳理和课程深刻性的挖掘,摸索出了“通识教育”与“课程思政”相结合的途径,在自然科学与人文科学二者相融合以及丰富教学外延方面进行了有益尝试。

基于AERMOD2.2的兰州大学交通尾气污染模拟分析

以兰州大学校园附近两条主要交通干道排放的汽车尾气污染源成分中的碳氢化合物(NMHC)和氮氧化物(NOx)为研究对象,利用AERMOD2.2中的线源模式,模拟了两种污染物在兰州大学校园内的年均浓度贡献值。结果表明:兰州大学校园内接近线源的地方污染较严重,且两条主要交通干道受NOx的污染较大,受NMHC的污染较小。另外,介绍了不同线源模式的计算方法,并从气象资料预处理、背景图选取、方案控制和污染源设置等方面探讨了使用AERMOD2.2应注意的问题、重点和技术要点,以期为今后利用AERMOD模式预测具体线源上目标污染物对区域大气环境质量的影响提供参考和借鉴。

大气科学实验教学体系的建设与实践

大气科学专业以培养从事现代化气象业务和大气科学研究的综合性人才为目标,提升大气科学专业人才培养质量是当前的首要工作。建设大气科学教学实验室,改进实验教学体系的技术方案,改革创新教学实验方法与手段,对提高学生的专业技能和本科实验教学水平有着重要的意义。

大气科学专业人才培养中的“三·三”式课堂与实践教学模式

本文讨论了新时期大气科学专业课堂和实践教学的改革方向和内容,探索课堂理论教学和实践教学之间有机结合的途径,并论述了大气科学专业中专业实践内容和方法改革的操作性。

中美高校大气科学本科人才专业能力培养的比较与思考

深化教育教学改革、提高人才培养质量是世界一流学科建设的重要任务。本文针对以科罗拉多大学博尔德分校为代表的国外一流和以兰州大学为代表的国内一流大气科学专业,分析了课程模块化设置对专业能力培养的影响,发现专业能力提升应遵循“重视基础、强调实践、加强交叉、激发兴趣”的原则。结合兰州大学大气科学专业课程模块设置的不足,提出了课程体系优化及专业能力提升的思考和建议,助力其世界一流学科建设。

浅论大气科学发展趋势及大气科学人才培养

21世纪的中国既充满着巨大希望,又面临着严峻考验。21世纪的中国将进入一个现代化进程加速、综合国力不断增强的新时期。而这个新时期的到来需要以科技发展作基础。地球科学是基础科学之一。大气科学作为地球科学的重要组成部分。面临着一系列人类生存、发展的全球性、综合性重大问题。解决这些问题,要靠几代人艰苦努力,不断探索。因此大气科学人才培养是一个具有战略意义的重要问题。本文将就大气科学的发展趋势与特点、大气科学人才培养的几个问题作一初步讨论。

大气科学专业课程思政教学实践——以卫星气象学课程为例

“育人”先“育德”,如何通过课程思政的改革,在提高卫星气象学课堂教学质量的同时,培养学生思想道德素质,是目前高校大气科学专业亟待解决的问题之一。文章从兰州大学大气科学学院卫星气象学课程教学现状问题出发,结合卫星气象学课程的特点,以国家战略和实际应用为切入点,从传统的对气象卫星的介绍扩展到资源、海洋和对地观测卫星系统的介绍,融合人工智能和卫星遥感技术,深挖课程中众多数学公式和卫星红外遥感原理背后的中国元素,将思政元素融入专业课教学,激发学生学习动力;使用先进的教学方式,结合翻转课堂,建立切实有效的激励和评价机制,实现协同育人。

大气科学中数学物理方法课程教学内容体系构建的思考与探索

数学物理方法是大气科学专业本科二年级重要的专业基础课程。如何在大气科学专业需求背景下构建数学物理方法课程的教学内容体系是一个重要的课题。文章在论述数学物理方法课程教学内容的系统性构建基础上,重点强调傅里叶级数与数学物理特殊函数在解决大气科学相关的数学物理问题中的应用,特别是球函数在大气科学数值模式构建中的重要作用,旨在为学生搭建好数学物理基础理论学习与大气科学专业应用之间的桥梁。

高校大气科学专业Fortran语言程序设计课程教学改革探讨

计算机程序设计作为高校大气科学专业的重要基础课程,旨在培养学生应用计算机语言编程并解决大气科学领域实际问题的能力。在信息技术高速发展的今天,如何开展合理的课堂教学和有效的实践训练,以满足新时期国家和社会对大气人才培养的要求,是高校课程改革的主要目的。该文基于作者十几年教学实践的经验与思考,从编程语言和教材的选择、课堂教学方式、实践训练环节等方面,对目前大气科学专业程序设计课程教学中存在的问题进行探讨和总结,并提出具体的教学改革思路和方法,以期为完善课程体系建设、提高教学质量提供借鉴。

论“雨课堂”在大气科学专业课程混合式教学中的应用

本文以兰州大学大气科学专业本科生核心课程《天气学原理》为例,探讨了“雨课堂”在大气科学专业课程教学中的应用,主要介绍了“雨课堂”的主要功能和优势,从课前准备、课堂教学、课后学习三个方面入手,对“雨课堂”在《天气学原理》课程混合式教学中的应用进行了分析和探讨,并进行了教学中的应用效果分析和总结。基于“雨课堂”的教学模式整体效果优于传统教学模式。

Linux及程序设计在大气科学中的实验教学研究

为推动和落实新时代高等教育的高质量发展,完善实验课程在“双一流”高等院校中的课程体系建设,该文基于当前兰州大学大气科学专业(2020级和2021级)Linux及程序设计实验课程教学情况,从实验教学内容、随堂交流和观察及课后调查问卷等方面,分析实验教学效果和目前存在的问题,并针对教学中存在的问题提出相应的建议和改进方法,以期优化实验教学方案、提高教学质量,激发学生创新和综合实践能力,培养大气科学领域具有良好计算机应用技能的复合型人才。

Fortran语言在大气科学专业的教学与实践改革探讨

本文根据新时代大气科学专业人才培养中对Fortran语言的需求和应用,结合多年来对该课程的教学实践情况,论述了本专业Fortran程序设计课程在教学和实践方面的一些改革方向和内容,从教学内容、教学手段和方法、实践应用等方面提出了理论教学和实践教学中的一些具体教学改革措施,以提升教学效果,更好地适应兰州大学大气科学学院“双一流”学科建设的更高要求和新的挑战。

兰州冬季大气气溶胶光学厚度及其与能见度的关系

利用光度计资料,计算了兰州冬季大气气溶胶的光学厚度,并利用计算结果进一步得出了Angstrom浑浊度系数β和波长指数α,对计算结果的分析表明,兰州冬季气溶胶与历史同期相比,光学厚度较大,浑浊度较高,且多为大粒子。此外,本文还对气溶胶光学厚度与能见度进行了分析、拟合,二者的变化趋势正好相反,光学厚度与能见度之间近似呈指数递减的关系。

应用积分浑浊度仪研究兰州城市冬季大气气溶胶

利用积分浑浊度仪监测得到的散射系数和多波段光度计观测资料分析了兰州冬季大气气溶胶的一个个例的散射光学特征.用散射系数计算了后向散射比、不对称因子、单次反照率、波长指数等重要的辐射参数,为气溶胶辐射强迫研究以及气溶胶辐射强迫参数化方案提供了基础资料.在此基础上建立了一种适合利用散射系数反演气溶胶细微粒子谱分布的方法.

兰州市不同径粒大气颗粒物污染特征及气象因子的影响分析

空气污染程度与就诊率、呼吸道发病率及死亡率等有着密切的联系。兰州市在上世纪末曾被喻为卫星上看不到的城市,它的大气污染程度一直以来为人们所关注。利用2013年国家环保部公布的兰州市5个监测点（涵盖了4区1县）大气细粒子PM10及PM2.5的监测数据,针对全年的日均PM2.5与PM10质量浓度并结合了同期的气象因子进行分析研究,结果表明：春冬季为兰州大气中两种颗粒物的污染的高峰期（春季峰值为3月份,PM10及PM2.5质量浓度的月均值为309和103μg·m^-3,超标倍数为1.062与0.436;冬季峰值为11月份,PM10及PM2.5质量浓度的月均值为203和85μg·m^-3,超标倍数为0.353与0.7）,夏秋季为低谷（波谷为9月份,PM10及PM2.5的月均值为96和39μg·m^-3,均低于国家标准）。PM2.5与PM10质量浓度比值均在0.4与0.5之间,呈一定的线性关系,大气污染较轻。当温度在-3-0℃之间时,大气中PM2.5与PM10质量浓度变化较剧烈。露点温度高于-3.15时,使得PM10的质量浓度下降明显;当日均露点温度高于1.85时,PM2.5的质量浓度随着露点温度的增大而降低,说明湿沉降对着两种粒子的清除作用明显。降水对大气中的两种颗粒物均呈现清除作用,但是在降水后PM10质量浓度迅速回升,但PM2.5质量浓度却变化不大。风向偏西时,大气中细颗粒污染物浓度增加。风速的增加对PM2.5有一定的清除作用,但由于兰州市的地貌特征,使得大气中PM10的质量浓度增加。上述结果为兰州市大气污染的监测与治理及大气污染预报提供了重要的依据。

兰州市大气污染对人体呼吸系统疾病的影响

通过分析2001-2005年兰州市呼吸系统疾病日就诊人数和主要大气污染物的年变化特征,采用时间序列的半参数广义相加模型,在控制人群的长期趋势、节假日效应、星期几效应和气象要素等混杂因素的基础上,定量分析了不同季节兰州市主要大气污染物质量浓度变化与呼吸系统疾病日就诊人数之间的关系.结果表明,兰州市夏、秋季人体呼吸系统疾病受气温、气压等气象要素和其他因素的影响较大,冬、春季受大气污染物的影响较显著,研究兰州市大气污染对人体呼吸系统疾病的影响以冬、春季为主.冬季3种污染物对人体呼吸系统疾病均有一定的影响,春季SO_2和NO_2的影响更明显,当SO_2质量浓度增加10μg/m^3时,呼吸系统疾病影响较大的人群入院人数的相对危险度(RR)依次为:全人群1.015(1.005~1.025),男性1.015(1.001~1.028),<60岁人群1.028(1.011~1.046);当NO_2质量浓度增加10μg/m^3时,影响较大人群人院人数的RR依次为:全人群1.039(1.014~1.066),女性1.050(1.009~1.094),≥60岁人群1.038(1.00l^1.075).兰州市大气污染对人体呼吸系统疾病的影响冬、春季比较显著;冬季3种污染物均有一定的影响,春季SO_2和NO_2对人体呼吸系统疾病日入院人数影响较明显,且冬、春季污染物对人体呼吸系统疾病影响的滞后效应具有一定差异;呼吸系统疾病在冬季时3种污染物均是≥60岁的人群比<60岁的人群敏感,女性比男性敏感;春季时,女性和≥60岁的人群对NO_2敏感,男性和<60岁的人群对SO_2敏感.

兰州市冬季大气颗粒物的污染特征分析

利用兰州市冬季大气颗粒物Anderson分级采样器和石英分级采样器的资料,采用改进的三次样条插值方法分离出PM2.5,研究兰州市PM2．5,PM10的污染水平、PM2．5占PM10和TSP的比例,并比较兰州市PM2．5和PM10在国内的污染水平．结果表明:兰州市冬季PM2．5和PM10的污染严重, PM2．5在大气颗粒物中的质量浓度相对很高,PM2．5的污染和危害值得重视．

兰州城区大气污染对呼吸系统疾病日住院人数的影响

为了探讨兰州城区大气污染对居民呼吸系统疾病日住院人数的影响,收集2004年1月1日—2007年10月31日兰州城区每日空气污染指数(API)、气象(日均气压、气温、气湿、风速和降水量)资料,以及同时段的居民呼吸系统疾病住院数据,选用广义相加模型(GAM)的Poisson回归,利用非参数平滑函数控制长期趋势、星期效应、气象因素的基础上,研究大气污染对居民呼吸系统疾病日住院人数的影响,并按性别、年龄和呼吸系统疾病类型进行分层分析。结果表明,研究当日API上升1个四分位间距(48个单位)时,当日总的呼吸系统疾病住院人数增加5.50%(95%CI 4.03%～6.99%),并且这种影响具有一定的滞后效应。男性在API上升滞后第1d RR值最高,为1.058 3(95%CI1.039 7～1.077 2),女性则在API上升当日RR值最高,除滞后第3 d和第4 d,其他滞后各天RR值均低于男性。API上升对16～64岁人群的影响只在当日和滞后第1 d有意义,对≤15岁者和≥65岁者有显著的滞后效应,以滞后第5 d和第4 d RR值最高,分别为1.063 6(95%CI 1.043 4～1.084 1)和1.047 6(95%CI 1.017 6～1.0786)。API上升当日肺炎和上呼吸道感染(URTI)患者日住院人数增幅最大,RR分别为1.059 5(1.040 7～1.078 7)和1.056 0(1.030 6～1.082 1),肺炎患者日住院人数滞后效应高于URTI。研究表明,大气污染可增加居民呼吸系统疾病住院人数,并对不同性别、年龄和呼吸系统疾病类型的影响存在差异。