源起菲律賓以東的赤道太平洋，流經中國臺灣，穿過吐噶喇海峽，沿日本列島南面的海域向東北蜿蜒，此為全球第二大暖流——日本暖流，而其又因水色深藍似黑色得名為「黑潮」。

黑潮從我國臺灣東側流入東海，冷暖兩種性質不同的水團相遇產生了海溫劇烈變化的過渡帶，稱之為「鋒」。鋒區兩側的海溫差異大，對于區域海霧，低云，降水的形成及風暴的發生發展均有影響。

「黑潮」、「鋒」，看似陌生卻與我們的生活息息相關，也是部分氣象研究者成年累月投入其中的事業。劉敬武副教授是中國海洋大學海洋與大氣學院的研究生導師，主要從事東海黑潮對天氣和氣候的影響、海霧和低云等研究工作。

昨日因成今日果，前人栽樹后人涼，一邊是自己的氣象科學研究，一邊指導的學生，劉老師說「現在的人一定要比前人看得更遠，走得更遠」。以下是劉敬武老師與和鯨之間關于他的研究、經歷、思考的對話——

01：平凡之路

隔行如隔山，氣象領域很多名詞是非氣象專業的人讀起來覺得是陌生甚至晦澀難懂的，但氣象研究的卻是最貼近我們生活的風雨雷電、霜雪露霧。

「很多氣象研究的結果還是很符合我們常規認知的。」劉老師說。打個比方，在沿海地區，海霧、海霧入侵陸地都是十分常見的自然現象。斜月沉沉藏海霧，以海霧為例，劉老師先與我們進行了分享。

「海霧有時會順著風平流到陸地上，當然也不可能特別深入。受到海霧入侵影響比較大的是在美國西海岸和秘魯太平洋沿岸，雖然海霧不是降水，但是能給當地的一些動物植物提供寶貴的水源。在我們國家沿海海霧也比較多的，特別是在黃海，最主要影響的就是沿岸的交通，還有港口附近船舶的航行等等。

對于海霧入侵的影響因素，我們做了一些研究。發現最主要的因素是海陸的溫差和濕度差，還有向岸風的強度，當向岸吹的風更強，會影響得更多一些。這些結果都還是比較符合我們日常認知的。」

海霧，圖源自網絡

當然，海霧入侵只是很小的一個例子，而關于自己的科研之路，劉老師說跟其實跟大多數從事科研的人是一樣的，都是一些標準動作，從參加導師的項目，到申請青年基金，再到面上基金。當被問到哪個是其印象最深刻的，劉老師卻給出了一個我們意料之外的回答。

青年基金

「對我來說印象比較深刻的可能是最開始的青年基金，因為那是第一次自己申請。

印象比較深刻首先是因為在申請過程中還是費了很大的力氣。我記得大年初二我就又開始繼續修改基金的申請書了，因為基金申請的截止時間是3月份，導致我們年過的都不是很輕松。

這個青年基金的項目是關于東海黑潮鋒的。東海黑潮鋒是一個存在著很大的海溫度梯度的地方，它是距離我國最近的強海洋鋒，大概十幾年前人們在衛星資料里發現海洋鋒上空是天氣尺度系統劇烈的區域，如海上強風、爆發性氣旋和降水均在海洋鋒附近發生劇烈的變化，后來的模式研究也表明海洋鋒還會深刻影響其上下游的天氣和氣候。我當時研究的內容主要是東海黑潮鋒對邊界層和低云的影響，邊界層的響應是海洋鋒這個下墊面熱力強迫的首個環節。

除了申請比較困難，研究過程當中比較難的是缺乏數據的支撐，因為在海上相對來說觀測數據是比較少的。陸地上有氣象站點的探空觀測資料，但海上幾乎沒有，只能分析一些對臨近島嶼的觀測，另外我們組織學生進行海上調查，釋放了成百上千個探空氣球，使用這些來之不易的海上觀測資料與衛星資料進行相互印證，最終刻畫出東海黑潮鋒影響邊界層和低云的物理圖像」

近些年，人類向海洋進軍的步伐加快，對于海洋的探索不斷加深。而隨著科學技術的發展，是否供研究者們進行分析的觀測資料也會相應增多，劉老師表示，這可以從兩個方面來看。

「科技發展是一方面，另一方面是要有積累數據的意識。科考船是科研人員對海洋進行綜合科學考察和資源調查的重要工具，不僅有出海跑船的壓力，還要與實驗室能夠緊密結合。近幾年，國內的好幾個高校也都慢慢有了自己的科考船，規模更大，功能更加完備，很多學生在研究生期間，甚至是本科期間就會跟著科研人員一起出海測量采集數據；另外，隨著海上航運的不斷增加，如果能夠在商船上對海洋和大氣有一些基本的觀測，會顯著增加觀測的體量。

中國海洋大學海洋氣象系的學生在調查船上釋放探空氣球

預報為出口

氣象數據是開展科學研究和各類氣象服務的基礎。在氣象領域，預報幾乎是所有研究的最終目的。而由于對海上大氣邊界層認識的不足，使得海上的數值預報的技巧與陸地上存在著較大的差距。

「關于數值模式，因為我主要研究的是海氣邊界層，我可以在這個相對小的領域來談一談。

預報是幾乎所有研究的出口，因為氣象學是個偏應用方面的專業，最終還是要指導預報的，因此模式的進步是非常重要的。但是在海上，尤其是在邊界層的參數化方案上其實是差很多的，比如說將數值模式的表現和一些少量的觀測數據進行比較，數值模式表現的還是差很多，這說明海上和陸地上還是有非常大的差距。所以以后海上的數值模擬，我覺得是一個非常好的發展方向，至少在這個方面是可以大幅提高的，它需要對海上大氣中物理過程的更深入理解。

如果想提高在海上預報的準確率，就需要要提高數值模式在海洋上的預報技巧。海洋與陸地上空大氣最直接的不同是下墊面熱力和動力性質的差異，這進一步導致直接受下墊面性質控制的邊界層明顯不同。比如，在高壓控制的陸地上空的大氣邊界層層結常常呈現出非常顯著的日變化，但海上大氣邊界層的日變化非常弱，這是因為海洋的熱容很大，海溫日變化很小。根據前人的研究，海上大氣邊界層的日變化多源自于云層吸收太陽短波輻射的日變化、上游陸地加熱的日變化、海陸風等。相對于陸地，海洋上空的大氣邊界層中有著更豐富的水汽，所以與水汽有關的相變、輻射和湍流等過程更加重要。」

無論是數據的積累還是模式的進步，都不是一朝一夕的事情。氣象研究是為了對我們生活的地球有更好的理解，從海洋到大氣，走平凡之路，一步一腳印，時間會給出答案。

02：傳道受業

師者，傳道受業解惑也。對學生來說，無論是科研思路的訓練還是科研基礎能力的培養，導師都是一個引路人的角色。對于初涉氣象科研的研究生們，在數值模式研究上，劉老師依據自己的角度和觀察給出了中肯的建議。

思和學

「這方面我有帶的學生的一些經驗吧。我的學生他們都很努力，轉了很多個例，嘗試調整了很多方案，但是比較少去思考這么調整以后模式的表現為什么不一樣了，可以說動手是夠的，思考需要更多一些。

在這一點上，我覺得關鍵是要多問幾個為什么，因為很多同學是為了轉模式而轉模式。這就是思和學的問題。有一部分的研究生可能只是完成了從學到學會的這個過程，但沒有完成從學會到思考，然后改進實驗方案，證實自己的想法這么一個閉環。當然要這一套完成肯定是比較困難，但是想要在氣象數值模式上，在氣象領域走得更深入，就要努力思考，讓思和學相輔相成。」

疫情期間劉教授線上備課

圖源：中國海大海氣學院公眾號

先上手

為了能讓學生有更好的學習體驗，在研究的過程中有更多思考，劉老師也在不停探索一些新穎的教學工具和教學方法。去年疫情期間，大學里都采用線上授課，劉老師在其教授的《大氣物理學》課上設計了一套由淺入深的 Python 程序給到學生進行學習。

「疫情期間的線上可以說是一個契機。上完課我找學生私下了解一下，也算做個課調，學生們覺得課程難度比較大。這是可以理解的，他們一般接觸計算機語言也就一年半的時間，讓學生在這么短的時間里用程序去完成一些任務，確實會比較困難。

鑒于這個情況，后續我降低了題目難度，減少了題目的數量。在大概半年前，我了解到了Jupyter Notebook，后來又了解到了ModelWhale，我發現這其實是一個很好的教學工具，一方面免去了裝包的麻煩，學生可以不用那么復雜地配置編程環境，另一方面也不用那么長的程序段落，可以根據Markdown文字的引導編程，更便于達到我們的課想要的教學效果。

這也給了我一些啟示。引導學生上手是最重要的。只要能上手，哪怕后面難度慢慢上來，也容易克服。比如學生花很長時間安裝程序包不成功，那就會產生很強的挫敗感，這個會形成很強的負面反饋，導致他們不愿意繼續學了。所以我也一直在探索，用不同的方法和工具引導他們可以輕松起步。」

03：和鯨 Workshop

劉敬武副教授受邀擔任12月6日和鯨舉辦的線上公益培訓活動 Python 氣象海洋數據分析 Workshop 第一期的導師。關于 Workshop ，劉老師選擇了“如何精確計算抬升凝結高度”作為主題，如此選擇，劉老師也給出了自己的原因。

「選擇這個主題，有兩個方面的原因。

最主要的原因是我希望給大家展示，用 Python 這個程序語言，在 Jupyter Notebook 上，可以基于別人寫好的工具包和算法，非常準確地計算一些物理量。

抬升凝結高度（LCL）這個物理量在氣象領域是很重要的，它是數值模式中是一個重要的參量，也是判斷大氣垂直穩定度的必要參數。但國內本科教學中不講如何精確計算抬升凝結高度，因為這個物理量在物理上很簡單，但是計算起來卻比較復雜。

還有就是，抬升凝結高度的算法本身也在不停地改進。我覺得對一個簡單的物理量能有不停的深入的發展，也可以引導學生有更深入的思考，這也是我前面說過的思和學的交互。」

劉敬武老師生活照

2003年，在中國海洋大學，劉老師與大氣科學結緣； 2011-2014，劉老師遠赴美國，師從當時在美國夏威夷大學，現在加利福尼亞大學圣迭戈分校的謝尚平教授深耕氣象領域；2014年，劉敬武老師博士畢業，回到中國海洋大學擔任海洋與大氣學院副教授。

人就是在不停地轉換角色中成長，充實自我，也見證著時光的變遷。談到國內在專業環境和研究環境上的變化，劉老師說那可是天翻地覆的。

「我是07年開始讀研究生的，那個時候，我們對國外的資料或者是文章接觸得都相對較少，也不容易獲取。當時在我研究方向上最經典的是《Nature》上的文章，我記得我還到圖書館去借 《Nature》雜志在圖書館復印。而現在，很多學生可以直接在移動設備上，比如IPAD上閱讀高質量的PDF文檔。

老一輩的氣象學家們的思考是很深邃的，但是畢竟沒有現在的條件好、也沒更多的前人研究的基礎。時代是在進步的，現在的學生一定會比前人看得更遠、走得更遠。」

從踩著前人的腳印前進到趕過前人走得更遠，要不斷探索更新的道路。

感謝劉教授帶給我們的分享。

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