凌鎮(zhèn)浩，李 磊，于瀟禹

（中山大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，廣東 珠海 519082）

引言

空氣污染（或大氣污染）指的是人為或自然排放的污染物質(zhì)進(jìn)入大氣，其濃度達(dá)到了一定水平并持續(xù)一定的時(shí)間，使大氣的成分、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)發(fā)生變化，影響了人體健康、擾亂和破壞了人類的正常生活環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)［1］?？諝馕廴臼悄壳拔覈?guó)面臨的最突出環(huán)境問題之一?？刂拼髿馕廴疚锏呐欧攀欠乐慰諝馕廴镜挠行緩?。然而，從人為與自然源排放后，污染物在大氣中的濃度也同時(shí)受多種物理與化學(xué)過程的共同影響。其中，氣象條件是影響空氣污染的“生消”與空氣質(zhì)量的最關(guān)鍵因素之一，其不僅能影響一次排放污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化與二次污染物的生成，亦能影響大氣污染物的擴(kuò)散、積累與傳輸。當(dāng)排放變化不大時(shí)，天氣過程的演變更是導(dǎo)致逐日空氣質(zhì)量變化的關(guān)鍵。另一方面，大氣污染物也對(duì)氣象有重要作用。如污染物（特別是顆粒物）可通過直接或間接輻射強(qiáng)迫影響氣象過程（包括大氣邊界層高度、溫度、濕度等天氣與氣候參數(shù)），進(jìn)而改變空氣污染所依賴的輸送和擴(kuò)散條件，同時(shí)影響污染相關(guān)的微觀化學(xué)過程。

因此，認(rèn)識(shí)與把握污染與氣象的相互作用規(guī)律，對(duì)有效控制空氣污染的危害、防治大氣復(fù)合污染和防災(zāi)減災(zāi)均有重要意義。作為大氣環(huán)境研究與應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域及近代大氣科學(xué)的重要分支，污染氣象學(xué)以污染物在大氣中的輸送、擴(kuò)散、清除與轉(zhuǎn)化為研究對(duì)象，運(yùn)用大氣科學(xué)原理與方法研究空氣污染物散布與氣象因子的相互作用關(guān)系，預(yù)測(cè)空氣污染物的濃度分布及其對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響?！拔廴練庀髮W(xué)”課程是大氣科學(xué)相關(guān)專業(yè)的重要課程，對(duì)于相關(guān)專業(yè)學(xué)生理解氣象與大氣環(huán)境的關(guān)系有重要意義，有助于他們未來在工作中為我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量提升提供更好的服務(wù)。

一、“污染氣象學(xué)”課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上的不足

目前，“污染氣象學(xué)”已成為環(huán)境與大氣科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生與研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要圍繞如何運(yùn)用氣象學(xué)原理，對(duì)空氣污染氣象學(xué)的核心問題做基本描述與基本理論處理［2］。因此，該課程的內(nèi)容涵蓋了：（1）空氣污染氣象學(xué)與大氣邊界層的基礎(chǔ)介紹（如問題的由來、研究方法與意義等）。（2）運(yùn)用氣象學(xué)原理研究空氣污染物散布的基本描述、基本理論、數(shù)學(xué)表達(dá)與數(shù)值模擬處理。（3）不同尺度污染物擴(kuò)散與空氣污染氣象學(xué)問題的研究處理。（4）污染氣象學(xué)的應(yīng)用處理?；谝陨蟽?nèi)容，要求學(xué)生掌握大氣擴(kuò)散的基本理論、大氣污染物的散布過程及污染氣象特征、影響大氣擴(kuò)散的因子、大氣擴(kuò)散的估算方法及其實(shí)際應(yīng)用，并可進(jìn)行大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)、大氣環(huán)境保護(hù)、政策管理以及空氣污染預(yù)警預(yù)報(bào)的工作。因此，“污染氣象學(xué)”是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程。

然而，必須看到，現(xiàn)有課程內(nèi)容雖然涵蓋了空氣污染氣象學(xué)的基本理論及基礎(chǔ)應(yīng)用，但是作為一門具有較強(qiáng)實(shí)踐性的課程，過去的“污染氣象學(xué)”課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面存在一定不足，特別是在教學(xué)內(nèi)容以及課程設(shè)置上都缺乏觀測(cè)以及數(shù)值模型應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)的支撐，不利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解，也十分不利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題能力。因此，為了使學(xué)生牢固掌握大氣擴(kuò)散的基本理論及大氣污染物的散布過程、理論及應(yīng)用方法，并利用不同的氣象學(xué)原理，結(jié)合氣象、環(huán)境、大氣物理與大氣化學(xué)多學(xué)科交叉，提升學(xué)生應(yīng)用理論指導(dǎo)實(shí)踐、解決實(shí)際問題的能力，為培養(yǎng)我國(guó)理論與實(shí)踐結(jié)合、服務(wù)于氣象與大氣污染防控事業(yè)的專業(yè)人才，亟須構(gòu)建并優(yōu)化原有“污染氣象學(xué)”課程，將外場(chǎng)觀測(cè)、數(shù)值模擬應(yīng)用與理論相融合，形成新的污染氣象教學(xué)課程體系。

二、增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的基本思路

“污染氣象學(xué)”課程主要集中于從理論上詮釋大氣擴(kuò)散對(duì)污染物濃度分布的影響。目前關(guān)于污染氣象的研究主要是運(yùn)用外場(chǎng)觀測(cè)與數(shù)值模擬開展以下幾方面的工作：（1）基于天氣圖分析揭示氣象條件對(duì)污染物濃度及分布，特別是高污染事件發(fā)生的影響，并基于氣象參數(shù)與污染物濃度（或能見度）的相關(guān)性與多元線性回歸分析進(jìn)一步量化氣象條件對(duì)污染物濃度變化的影響（如通過能見度與不同高度假相當(dāng)位溫垂直差、溫度露點(diǎn)差、水平風(fēng)垂直切變、表面風(fēng)速的多元線性回歸結(jié)果解析了2013年1月中國(guó)東部超過2/3的霧霾天氣逐日變化的方差）［3］。在微觀分析方面，也有研究結(jié)合高時(shí)間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析氣象要素與污染物濃度的脈動(dòng)量，以量化污染物擴(kuò)散過程中其他作用對(duì)其濃度的影響，并識(shí)別關(guān)鍵的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)因子。例如，基于渦動(dòng)相關(guān)法測(cè)量不同污染物的干沉降通量及干沉降速率［4-5］。（2）利用數(shù)值模型，定量評(píng)價(jià)氣象條件對(duì)特定大氣污染物年際變化的貢獻(xiàn)。例如基于區(qū)域化學(xué)傳輸模型，LIU Y和 WANG T［6］量化分析了不同氣象參數(shù)對(duì)2013—2017年臭氧長(zhǎng)時(shí)間變化的影響。其中，風(fēng)場(chǎng)的變化是影響2013—2017年臭氧最大8小時(shí)平均濃度上升趨勢(shì)的最重要?dú)庀髤?shù)。另外，溫度的增加也會(huì)促進(jìn)生物源揮發(fā)性有機(jī)物排放的增加，從而導(dǎo)致更多臭氧的光化學(xué)生成。（3）通過實(shí)時(shí)外場(chǎng)觀測(cè)，剖析大氣污染事件形成不同過程中，氣象條件與污染物濃度的雙反饋?zhàn)饔?。例如，?dāng)PM2.5濃度積累到一定程度（如大于100 μg/m3）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致逆溫形成和邊界層低層相對(duì)濕度的增加，從而導(dǎo)致氣象條件進(jìn)一步往不利于污染物濃度降低的方向發(fā)展，并使PM2.5濃度在數(shù)小時(shí)后呈現(xiàn)“爆發(fā)性增長(zhǎng)”的現(xiàn)象［7-8］。通過綜合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合大氣成分實(shí)時(shí)在線觀測(cè)、地表通量和常規(guī)氣象觀測(cè)以及再分析資料和數(shù)值模擬，DING A J［9-10］發(fā)現(xiàn)了生物質(zhì)燃燒氣團(tuán)和城市、工業(yè)等人為污染的混合產(chǎn)生的高濃度、強(qiáng)輻射特性顆粒物可以導(dǎo)致當(dāng)日氣溫顯著降低和改變?nèi)諘兘邓畯?qiáng)度，并在此基礎(chǔ)上建立了混合污染導(dǎo)致氣溶膠-大氣邊界層-天氣雙向反饋概念模型。

可見，目前的研究將“污染氣象學(xué)”理論的數(shù)值計(jì)算與模擬應(yīng)用向?qū)嵉赜^測(cè)與數(shù)值模擬相互驗(yàn)證、氣象參數(shù)-污染物濃度相關(guān)性與多元線性回歸分析、氣象-污染雙反饋等多手段與多角度綜合分析拓展。因此，為進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提升其理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，應(yīng)基于“污染氣象學(xué)”理論基礎(chǔ)，結(jié)合目前主流和前沿的研究工作，設(shè)置外場(chǎng)觀測(cè)、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值模擬相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生：（1）驗(yàn)證“污染氣象學(xué)”中湍流發(fā)展與大氣擴(kuò)散理論，并深入了解污染與氣象的雙反饋?zhàn)饔?；?）了解目前“污染氣象學(xué)”的前沿研究和我國(guó)目前大氣污染防治工作的重點(diǎn)；（3）深入認(rèn)識(shí)污染氣象中常用的實(shí)地觀測(cè)的原則、儀器設(shè)備的原理與操作以及數(shù)值模式的運(yùn)行；（4）掌握基本的氣象參數(shù)以及污染物濃度數(shù)據(jù)分析方法。

在此基礎(chǔ)上，作為一門多學(xué)科融合的課程，在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)體系及設(shè)置教學(xué)內(nèi)容時(shí)，亦可考慮將“污染氣象學(xué)”的實(shí)驗(yàn)課程與其他相關(guān)課程結(jié)合，以豐富大氣環(huán)境與大氣物理相關(guān)專業(yè)課程體系的構(gòu)建，促進(jìn)學(xué)生往“寬口徑、厚基礎(chǔ)、個(gè)性化”的方向培養(yǎng)，并幫助任課教師教研相長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)能力的全面提升。例如，通過設(shè)置利用渦動(dòng)相關(guān)系統(tǒng)方法測(cè)量大氣污染物干沉降的實(shí)驗(yàn)，能同時(shí)加深學(xué)生對(duì)“污染氣象學(xué)”與“邊界層氣象學(xué)”中大氣湍流基本理論知識(shí)的理解，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解邊界層內(nèi)宏觀氣象要素的變化規(guī)律與大氣湍流的觀測(cè)、計(jì)算以及表示方法，深化對(duì)湍流譜結(jié)構(gòu)與譜特征的認(rèn)識(shí)，還能進(jìn)一步幫助學(xué)生理解大氣湍流的相關(guān)觀測(cè)、計(jì)算與表示方法。另一方面，實(shí)驗(yàn)課程也可融入相關(guān)專業(yè)院系的“第二課堂”人才培養(yǎng)體系中，以“本科生研究性學(xué)習(xí)”和“本科生入實(shí)驗(yàn)室”之類的計(jì)劃為載體，通過導(dǎo)師組結(jié)合科研項(xiàng)目實(shí)際需求設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在引導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目實(shí)施的同時(shí)，也可保證學(xué)生直接與科研前沿接觸，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并教育學(xué)生要有以專業(yè)知識(shí)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求、服務(wù)社會(huì)和地方的意識(shí)和格局，進(jìn)一步提升學(xué)生把課程理論成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際生產(chǎn)力、遇到科研難題時(shí)善于解決問題的能力。

三、“污染氣象學(xué)”實(shí)驗(yàn)建設(shè)實(shí)例

在綜合考慮“污染氣象學(xué)”課程內(nèi)容、教學(xué)目的以及學(xué)科特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，遵循上述思路，筆者已在中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院的“污染氣象學(xué)”教學(xué)實(shí)踐中，嘗試構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，并已取得初步成效。本節(jié)以部分選題為例詳細(xì)描述“污染氣象學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建。相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已依托中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院環(huán)珠江口氣候環(huán)境與空氣質(zhì)量變化野外觀察研究站順利開展。

（一）基于梯度塔觀測(cè)的氣象要素對(duì)大氣穩(wěn)定度及其分類的探討

大氣穩(wěn)定度通常指整層空氣的穩(wěn)定程度，其是衡量大氣湍流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是影響污染物擴(kuò)散的重要因素。例如，大氣層結(jié)不穩(wěn)定時(shí)，大氣湍流發(fā)展旺盛，對(duì)流強(qiáng)烈，有助于大氣污染物的擴(kuò)散，使大氣污染物充分稀釋，從而導(dǎo)致其濃度的有效降低。反之，大氣層結(jié)穩(wěn)定會(huì)抑制湍流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，使大氣污染物不易擴(kuò)散稀釋。一般而言，大氣穩(wěn)定度可分為穩(wěn)定、不穩(wěn)定以及中性平衡三種狀態(tài)。另外，Pasquill將大氣穩(wěn)定度分為A、B、C、D、E、F六個(gè)級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)強(qiáng)不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài)。劃分穩(wěn)定度級(jí)別的方法眾多，常用的分類方法有理查遜數(shù)法、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差法（風(fēng)向脈動(dòng)）、溫度梯度法、常規(guī)P-T與改進(jìn)P-T法、溫度梯度與風(fēng)速結(jié)合法等。然而，在運(yùn)用不同方法判斷大氣穩(wěn)定度時(shí)，所得到的結(jié)果往往不一致。因此，開展基于觀測(cè)的氣象要素進(jìn)行大氣穩(wěn)定度識(shí)別分類實(shí)驗(yàn)，能加深學(xué)生對(duì)大氣穩(wěn)定度分類及其判據(jù)的認(rèn)識(shí)，了解大氣穩(wěn)定度對(duì)大氣湍流發(fā)展的影響。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過研究站內(nèi)梯度觀測(cè)塔以及地面氣象站（如渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)）對(duì)常規(guī)的氣象要素，如溫度、風(fēng)、濕度以及太陽輻射進(jìn)行觀測(cè)，獲得不同高度如地面、10米、30米、50米與70米的觀測(cè)資料，利用理查遜數(shù)法、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差法（風(fēng)向脈動(dòng)）、溫度梯度法、常規(guī)P-T與改進(jìn)P-T法、溫度梯度與風(fēng)速結(jié)合法對(duì)大氣穩(wěn)定進(jìn)行分類。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)考察了大氣穩(wěn)定度的分類及其評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算方法，與大氣穩(wěn)定度對(duì)大氣湍流發(fā)展的影響等相關(guān)理論知識(shí)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容主要有：（1）熟悉渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的工作原理及相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取與分析方法；（2）熟悉梯度塔在大氣邊界層內(nèi)氣象要素觀測(cè)中的應(yīng)用；（3）掌握不同穩(wěn)定度分類方法及區(qū)別；（4）認(rèn)識(shí)不同下墊面氣團(tuán)影響下，垂直與水平穩(wěn)定度的差異；（5）掌握基于觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算大氣湍流強(qiáng)度（如湍強(qiáng)）的方法；（6）分析不同高度處溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、濕度場(chǎng)的日變化差異及影響因素。

（二）氣象要素的變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響分析

大氣邊界層結(jié)構(gòu)及其變化是影響空氣污染物濃度水平及擴(kuò)散分布的重要因素。因此，為加深學(xué)生對(duì)大氣邊界層內(nèi)氣象要素的變化如何影響空氣質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，有必要開展氣象要素與空氣質(zhì)量參數(shù)的同步觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依托中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院環(huán)珠江口氣候環(huán)境與空氣質(zhì)量變化野外觀察研究站進(jìn)行開展，利用風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射計(jì)測(cè)量不同高度的風(fēng)與溫度變化，同時(shí)結(jié)合地面主要大氣污染物（如臭氧與PM2.5）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建目前常用的量化指標(biāo)（如回流指數(shù)、垂直輸送指數(shù)與穩(wěn)定能量）以量化分析大氣邊界層結(jié)構(gòu)及其變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響。風(fēng)廓線雷達(dá)主要使用湍流對(duì)電磁波的散射作用進(jìn)行大氣風(fēng)場(chǎng)的探測(cè)。微波輻射計(jì)是一種用于測(cè)量物體微波熱輻射的被動(dòng)式的微波遙感設(shè)備，其可通過測(cè)量天線接收到的輻射功率來反演目標(biāo)物的亮度溫度，能基于其數(shù)據(jù)資料獲得大氣邊界層溫度、濕度場(chǎng)的垂直分布特征。通過分析風(fēng)廓線與溫廓線的垂直分布結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行邊界層高度的判定。

回流指數(shù)（RF）最早由Allwine和Whiteman提出，指的是氣團(tuán)有效移動(dòng)距離與實(shí)際移動(dòng)距離的比值，主要是基于風(fēng)向風(fēng)速的變化量化分析氣團(tuán)的水平移動(dòng)對(duì)空氣質(zhì)量的影響?；亓髦笖?shù)越大說明有效距離越接近實(shí)際距離，表明氣團(tuán)在相同的平均風(fēng)速下移動(dòng)了更遠(yuǎn)的距離，水平風(fēng)對(duì)空氣污染物的輸送更有效。另外，在垂直方向上，可用大氣垂直輸送指數(shù)（VTF）量化分析氣流垂直方向運(yùn)動(dòng)對(duì)污染物濃度的影響。大氣垂直輸送指數(shù)為氣團(tuán)在垂直方向上有效移動(dòng)距離和實(shí)際移動(dòng)距離的比值。因此，基于觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以獲得特定時(shí)間內(nèi)氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際距離、有效距離以及實(shí)際位移方向，從而計(jì)算回流指數(shù)與大氣垂直輸送指數(shù)。

基于微波輻射計(jì)測(cè)量的溫廓線數(shù)據(jù)，可以計(jì)算不同高度顯熱能的差異，以表示氣團(tuán)在不同高度間運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定能量，其可用于衡量低層大氣層結(jié)的穩(wěn)定程度，進(jìn)而評(píng)估大氣邊界層內(nèi)的垂直擴(kuò)散能力。在此基礎(chǔ)上，通過分析污染物濃度與穩(wěn)定能量的關(guān)系，可量化分析大氣邊界層垂直擴(kuò)散能力對(duì)污染物濃度的影響。

通過以上觀測(cè)實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析方法，可以幫助學(xué)生：（1）熟悉風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射計(jì)的工作原理；（2）熟悉風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)資料的獲取及處理方法；（3）熟悉主要大氣污染物（如臭氧與PM2.5）的在線測(cè)量方法及原理；（4）掌握利用風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)資料，確定大氣邊界層高度，分析垂直方向上風(fēng)廓線與溫廓線的特征及其變化的方法；（5）掌握利用常規(guī)氣象參數(shù)與大氣污染物濃度量化分析氣象要素對(duì)大氣污染物濃度影響的方法。

（三）基于渦動(dòng)相關(guān)方法的大氣污染物垂直通量觀測(cè)

沉降是大氣污染物的一個(gè)重要去除途徑，包括了干沉降與濕沉降。其中，大氣干沉降是指無降水條件下，大氣中的污染物受湍流運(yùn)動(dòng)影響被下墊面吸收，形成向地面遷移的過程［11-12］。渦動(dòng)相關(guān)法最早由Swinbank提出，其主要是基于觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取各物理量的湍流脈動(dòng)值以計(jì)算湍流通量的方法［13-14］。在運(yùn)用該方法進(jìn)行大氣污染干沉降測(cè)量計(jì)算時(shí)，主要包括兩個(gè)方面：（1）基于流體力學(xué)與微氣象學(xué)原理，利用觀測(cè)儀器對(duì)各物理量（三維風(fēng)速、污染物濃度）進(jìn)行高頻的測(cè)量并獲取其湍流脈動(dòng)量；（2）計(jì)算大氣湍流運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的三維風(fēng)速和污染物濃度脈動(dòng)的協(xié)方差計(jì)算該物理量的湍流通量，以此測(cè)量污染物垂直方向上的質(zhì)量通量交換。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)氣象要素與污染物濃度（如O3、CO2、SO2與揮發(fā)性有機(jī)物等）進(jìn)行高分辨率觀測(cè)，通過計(jì)算獲得這些污染物的垂直通量，原理如下式：

式中，x為污染物的濃度，w為風(fēng)的垂直分量。x′與w′分別為風(fēng)的垂直分量與污染物濃度的脈動(dòng)值。′指的是兩者的乘積于一段典型時(shí)間內(nèi)的平均值（如30分鐘）。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)考查了大氣邊界層湍流及其形成的理論基礎(chǔ)，也契合理論課程內(nèi)容探究了湍流的發(fā)展對(duì)污染物散布的影響，幫助學(xué)生：（1）深入認(rèn)識(shí)湍流的測(cè)量與表示方法，并了解大氣湍流的主流測(cè)量方法及湍流觀測(cè)儀器的基本工作原理；（2）掌握渦動(dòng)相關(guān)法進(jìn)行物理量通量觀測(cè)計(jì)算的原理及適用范圍；（3）掌握常規(guī)氣象參數(shù)如溫度、濕度、風(fēng)速脈動(dòng)，以及污染物濃度脈動(dòng)量的獲取及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法（如野點(diǎn)剔除、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)等）；（4）掌握湍流水汽通量、熱量通量與污染物垂直通量的計(jì)算方法，并分析其污染物垂直通量的時(shí)空變化特征。

除基于觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，“污染氣象學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程也可在儀器設(shè)備條件具備的條件下，結(jié)合外場(chǎng)觀測(cè)與數(shù)值模擬開展與研究前沿或研究熱點(diǎn)相契合的綜合性實(shí)驗(yàn)，如探究大氣污染與氣象的雙反饋?zhàn)饔玫木C合實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步拓展學(xué)生知識(shí)面以及考查學(xué)生多種理論實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)效果。

四、課程內(nèi)容優(yōu)化帶來的效果

學(xué)生的課程反饋及評(píng)價(jià)結(jié)果表明，經(jīng)過課程優(yōu)化后，學(xué)生在“污染氣象學(xué)”課程學(xué)習(xí)以及參與科學(xué)研究性學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出更大的關(guān)注和興趣。在課程展示、課程論文、課程考核開放式題目回答以及研究性學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生開始關(guān)注：（1）具體的科學(xué)問題與哪些理論和原理相關(guān)；（2）這些科學(xué)問題是否屬于當(dāng)前的熱點(diǎn)，是否滿足國(guó)家的需求；（3）如何運(yùn)用理論與原理解決這些問題。這些關(guān)注與興趣大大激發(fā)了學(xué)生的熱情與自主性。根據(jù)中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院2017級(jí)與2018級(jí)近200 名本科生的課程反饋以及考核結(jié)果統(tǒng)計(jì)，有將近80%的學(xué)生在課程展示及課程論文環(huán)節(jié)，選題更關(guān)注：（1）當(dāng)前我國(guó)面臨的大氣污染問題；（2）污染氣象研究手段與技術(shù)，如觀測(cè)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展；（3）如何運(yùn)用污染氣象原理及理論詮釋氣象要素對(duì)我國(guó)大氣復(fù)合污染的影響以及如何運(yùn)用這些原理及理論指導(dǎo)我國(guó)大氣污染問題的防治；（4）相關(guān)的占比比往屆沒有參與課程優(yōu)化的學(xué)生平均占比高出了近40%，表明認(rèn)識(shí)理論、原理及運(yùn)用理論解決實(shí)際的能力有了顯著提高。另外，學(xué)生對(duì)污染氣象相關(guān)儀器設(shè)備的原理及應(yīng)用也有了更深入的理解。在研究性學(xué)習(xí)中選擇污染氣象以及大氣污染相關(guān)研究的學(xué)生占比比2016級(jí)高出了30%（包含一部分原計(jì)劃選擇大氣科學(xué)其他領(lǐng)域作為研究生以及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的，其選題更多的是從興趣與熟悉更多交叉學(xué)科角度出發(fā)），表明更多的學(xué)生敢于拓展自己的研究興趣，對(duì)大氣領(lǐng)域的分支及交叉學(xué)科有了更多關(guān)注。

五、總結(jié)與展望

本文對(duì)“污染氣象學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容中的不足進(jìn)行了梳理，指出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的缺乏是過往“污染氣象學(xué)”教學(xué)體系中的不足之處。在此基礎(chǔ)上，本文提出了在“污染氣象學(xué)”中增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的思路，并結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐給出了課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建設(shè)的實(shí)例。

總體而言，“污染氣象學(xué)”是一門具有較強(qiáng)應(yīng)用性的課程。因此，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，必須從多方面著手開展與理論知識(shí)點(diǎn)、當(dāng)前研究熱點(diǎn)與前沿相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，方能有效幫助學(xué)生深化對(duì)“污染氣象學(xué)”理論及其運(yùn)用的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生多課程理論知識(shí)的融會(huì)貫通。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需在加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究能力方面著手，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的能力，幫助其將所學(xué)的知識(shí)融合和應(yīng)用到實(shí)際工作與國(guó)家需求中，進(jìn)而培養(yǎng)出掌握專業(yè)知識(shí)、勇于創(chuàng)新、能科學(xué)服務(wù)于國(guó)家大氣環(huán)境污染防治工作的復(fù)合創(chuàng)新型人才。