大氣科學(xué)：做三次元的天氣之子

本文主角：大氣科學(xué)

講述人：氣象學(xué)小熊

適合人群：對(duì)自然科學(xué)和自然現(xiàn)象抱有興趣，并且比較擅長數(shù)學(xué)、物理等科目的同學(xué)

在電影《天氣之子》里，作為“晴女”的女主角陽菜雙手合十，穿過鳥居，虔誠地向上天祈禱，就可以隨時(shí)隨地獲得一片晴空。然而，這片天空有著比想象中更加復(fù)雜的奧秘，濫用能力的陽菜遭到了上天的懲罰，天氣因?yàn)殡S意改動(dòng)而逐漸失控，超強(qiáng)冷渦降臨在了盛夏的東京，史無前例地帶來了降雪；持續(xù)三年的大雨將東京灣逐漸淹沒……

這部電影或許很多同學(xué)都有看過，其中扣人心弦的劇情和引人深思的背后意義讓更多人對(duì)“天氣”“氣象”充滿好奇：天氣是否真的可以人為改變？電影里出現(xiàn)的極端天氣是否真的會(huì)發(fā)生？氣候變化對(duì)我們的日常生活又有怎樣的影響？

其實(shí)，真實(shí)世界里的“天氣之子”離我們并不遠(yuǎn)。收看新聞聯(lián)播后的天氣預(yù)報(bào)曾經(jīng)是不少家庭的傳統(tǒng)項(xiàng)目，如今人們外出爬山、打球、燒烤前免不了打開天氣軟件確認(rèn)一下會(huì)不會(huì)下雨，而提供著這些服務(wù)的“天氣之子”就是本文主角——大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)子。

什么是大氣科學(xué)？

大氣科學(xué)這個(gè)專業(yè)對(duì)于大多數(shù)人而言可能比較陌生，即使是聽說過的人也容易對(duì)這個(gè)專業(yè)產(chǎn)生誤解，很多人甚至以為它和地理是一回事。當(dāng)初，我回高中母校宣講的時(shí)候，老師還問我：“理科生能報(bào)這個(gè)專業(yè)嗎？”

作為一名大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)子，我理解的大氣科學(xué)是以數(shù)學(xué)、物理方法和模型以及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為手段，以最終盡可能精確預(yù)測天氣和氣候?yàn)槟康牡囊婚T自然科學(xué)。雖然開設(shè)大氣科學(xué)專業(yè)的院校不多，就讀于這個(gè)專業(yè)的學(xué)生也不多，但是以大氣科學(xué)為基礎(chǔ)的氣象卻是國家的基礎(chǔ)保障行業(yè)。我的天氣學(xué)原理老師曾經(jīng)說過：氣象就是一把鹽，看似好像沒什么用，但社會(huì)上的每一個(gè)行業(yè)都離不開最基本的天氣預(yù)報(bào)。小到一場毛毛細(xì)雨，大到席卷全國的寒潮天氣、東南沿海的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害，無一不對(duì)民眾生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、航空運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。

我在這里順便科普一下大氣科學(xué)與氣象學(xué)之間的關(guān)系：大氣科學(xué)是研究大氣的科學(xué)，而氣象學(xué)是關(guān)于天氣現(xiàn)象及其變化規(guī)律的一門學(xué)科。大氣科學(xué)有許多分支，比如氣候?qū)W、大氣物理學(xué)、大氣環(huán)境化學(xué)等。由于氣象學(xué)是大氣科學(xué)的主體，許多時(shí)候人們用更通俗易懂的“氣象學(xué)”來代指“大氣科學(xué)”。

上知天文，下知地理？

讓許多人說出一個(gè)歷史上有名的氣象學(xué)家的故事，估計(jì)除諸葛亮借東風(fēng)火燒赤壁之外很難再舉第二例。那么，成為一個(gè)真正的氣象學(xué)家，是否需要像諸葛亮一樣上知天文下知地理？大氣科學(xué)專業(yè)又有哪些專業(yè)課？

以我本科所就讀的南京信息工程大學(xué)為例，和其他理工科專業(yè)學(xué)子一樣，我們?cè)诖笠淮蠖r(shí)主要學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等數(shù)學(xué)課程和普通物理、流體力學(xué)等物理課程。不過，從大二開始，我們會(huì)逐漸接觸一些專業(yè)核心課程，比如天氣學(xué)原理和中國天氣。在這兩門課程中，我們能了解到經(jīng)典的氣象模型，如鋒面、氣旋；學(xué)會(huì)利用經(jīng)典理論模型去定性分析天氣，做出最簡單的天氣圖預(yù)報(bào)；能了解到我國最主要的天氣過程，如江淮梅雨、冬季的寒潮等。

大二下學(xué)期到大三這期間的專業(yè)課程則讓我們感受到了大氣科學(xué)的硬核所在，比如動(dòng)力氣象學(xué)這門課程以數(shù)學(xué)公式為語言，從牛頓第二定律出發(fā)，一步一步構(gòu)建描述大氣運(yùn)動(dòng)的各種方程組，無論是天氣圖上彎彎曲曲的Rossby波，還是會(huì)帶來狂風(fēng)暴雨的臺(tái)風(fēng)，我們都可以在這門課里找到這些系統(tǒng)遵循的原理。這些由嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)、物理方程定量描述的理論不僅使得大氣科學(xué)在地球科學(xué)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，也使得人類自古以來夢寐以求的預(yù)測天氣成為可能。

大三之后的課程則與個(gè)人的專業(yè)方向和興趣有關(guān)，有志于深入研究大氣動(dòng)力學(xué)理論的同學(xué)會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)高等動(dòng)力氣象等課程；喜歡氣候的同學(xué)可能會(huì)進(jìn)一步了解海洋對(duì)于全球氣候的影響，補(bǔ)充學(xué)習(xí)物理海洋學(xué)方面的知識(shí)；對(duì)大氣污染感興趣的同學(xué)會(huì)選修大氣化學(xué)和污染氣象學(xué)等課程。

當(dāng)然，除了上面提到的課程，編程也是大氣科學(xué)學(xué)子本科期間繞不開的一座大山。畢竟現(xiàn)代的天氣預(yù)報(bào)和大氣科學(xué)理論研究是建立在數(shù)值模式的基礎(chǔ)之上的，沒有編程技能只能紙上談兵。我們所在的學(xué)院會(huì)在不同學(xué)期安排C語言等計(jì)算機(jī)課程，為了應(yīng)對(duì)未來的工作和研究，自己可能還需要自學(xué)Python等編程工具。

總的來說，大氣科學(xué)專業(yè)的課程既有趣，又時(shí)常讓人覺得頭禿。背后有埋頭苦推方程的艱辛，也有書背不完的煩惱。但在認(rèn)真“修煉”四年后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己“無所不能”，既有著不錯(cuò)的數(shù)理基礎(chǔ)，又可以使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題。等到那一天，再來回顧本文開頭提到的幾個(gè)問題，相信大家會(huì)有自己的思考和答案。

腳踏實(shí)地，仰望天空

理學(xué)的專業(yè)性質(zhì)決定了這是一個(gè)需要深造的學(xué)科，正因如此，絕大部分大氣科學(xué)學(xué)子在完成本科學(xué)業(yè)后會(huì)繼續(xù)讀研。以南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院為例，近年來其學(xué)生讀研深造率均超過百分之五十，畢業(yè)生去處除了各大高校，還包括許多研究所，如中國科學(xué)院大氣物理研究所。我目前正于自然資源部第二海洋研究所攻讀碩士研究生，期望能為臺(tái)風(fēng)的發(fā)生發(fā)展理論做出貢獻(xiàn)。

目前來看，大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)子的畢業(yè)去向一般是各省市氣象局、海洋局、空管局等機(jī)構(gòu)和航空公司。和我本科同屆的同學(xué)中，就有進(jìn)入廣東某縣氣象局、民航華東空管局和軍隊(duì)氣象保障部門的，也有少部分同學(xué)轉(zhuǎn)行到其他行業(yè)。該專業(yè)碩士畢業(yè)生則有機(jī)會(huì)進(jìn)入省市級(jí)氣象局或中國氣象局的一些下屬研究機(jī)構(gòu)，當(dāng)然各地區(qū)人才競爭程度不盡相同。近些年來，隨著一些商用氣象公司的崛起，有許多同學(xué)選擇去氣象公司做氣象工程師，而一些能源公司（如風(fēng)電公司、物流公司）也會(huì)招一些氣象工程師為自己保駕護(hù)航。不管在哪工作，我們的任務(wù)一般都是利用所學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)里的數(shù)值模式，對(duì)未來的天氣或者氣候做出自己的判斷。

當(dāng)然，大家在碩士畢業(yè)后可以繼續(xù)攻讀博士，從事大氣科學(xué)科研工作，成為一名真正的“氣象學(xué)家”，畢業(yè)后除上述選擇以外，可以到中國氣象局和各大高校、科研院所工作。

學(xué)長體驗(yàn)：

學(xué)習(xí)大氣科學(xué)這個(gè)專業(yè)期間，我除了掌握到了專業(yè)知識(shí)，更多地學(xué)到了一種解決問題的方法。即不管遇到什么問題，我都可以像分析一個(gè)氣象問題那樣，先抓住主要矛盾簡化問題，再建立一個(gè)清晰的模型或者框架，最后利用自己所學(xué)的知識(shí)解決它。

客觀來說，大氣科學(xué)專業(yè)偏理論，較冷門，不好學(xué)，沒快錢賺。選擇專業(yè)時(shí)如果以賺錢為目的，那么它的性價(jià)比非常低下。但是從另一方面看，大氣科學(xué)專業(yè)的對(duì)口就業(yè)率高，對(duì)口就業(yè)的氣象局一般比較穩(wěn)定，工作環(huán)境也不錯(cuò)，因此如果你數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)比較好，也比較靜得下來，這個(gè)專業(yè)是值得考慮的。