“臺(tái)風(fēng)”少年
——記“全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽”獲獎(jiǎng)?wù)咄魸?rùn)民

李婧華 王衛(wèi)丹

賽事信息：

全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽是由中國(guó)科協(xié)、教育部等多家機(jī)構(gòu)共同主辦的一項(xiàng)全國(guó)性的青少年科技競(jìng)賽活動(dòng)。大賽具有廣泛的活動(dòng)基礎(chǔ)，從基層學(xué)校到全國(guó)大賽，每年約有1000萬(wàn)名青少年參加不同層次的活動(dòng)，經(jīng)過(guò)選拔挑選出500多名的青少年科技愛(ài)好者、200名科技輔導(dǎo)員相聚一起進(jìn)行競(jìng)賽、展示和交流活動(dòng)。全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽還與國(guó)際上許多青少年科技競(jìng)賽活動(dòng)建立了聯(lián)系，每年都從大賽中選拔出優(yōu)秀的科學(xué)研究項(xiàng)目參加國(guó)際科學(xué)與工程大獎(jiǎng)賽（ISEF）、歐盟青少年科學(xué)家競(jìng)賽等國(guó)際青少年科技競(jìng)賽活動(dòng)。更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：http://castic. xiaoxiaotong.org/index.aspx

《氣象科技進(jìn)展》（以下簡(jiǎn)稱《進(jìn)展》）：請(qǐng)先介紹一下你自己。

我叫汪潤(rùn)民，是人大附中高三的學(xué)生。我很愛(ài)運(yùn)動(dòng)，平時(shí)經(jīng)常跑步。我對(duì)歷史比較感興趣，還參加了學(xué)校的歷史大學(xué)先修。我對(duì)心理學(xué)也很感興趣，學(xué)校里有心理咨詢室。心理老師說(shuō)去他那里的目的是“讓自己更了解自己”，其作用就是“讓自己看見(jiàn)自己的后腦勺”。當(dāng)我考試不好或者郁悶的時(shí)候，我會(huì)到那里去。我還體驗(yàn)過(guò)催眠，挺神奇的。通過(guò)與心理老師的交流，他們覺(jué)得我是一個(gè)很有自省能力的人。

《進(jìn)展》：你是如何接觸到氣象學(xué)的？如何產(chǎn)生這次競(jìng)賽的思想火花？

我是一名文科生，高一就開(kāi)始學(xué)習(xí)地理，很早就接觸到其中有關(guān)氣象學(xué)的概念。我平時(shí)也會(huì)關(guān)注一些與氣象相關(guān)的新聞，比如臺(tái)風(fēng)經(jīng)常襲擊東南沿海的報(bào)道。這樣結(jié)合起來(lái)，會(huì)產(chǎn)生一些疑惑。于是就查閱了相關(guān)資料，了解了我國(guó)抗擊臺(tái)風(fēng)的歷史。還整理匯編成一篇文章，題目是《我國(guó)抗擊臺(tái)風(fēng)歷史溯源》。我在地理課上學(xué)習(xí)過(guò)地轉(zhuǎn)偏向力，課上講過(guò)地轉(zhuǎn)偏向力的形成，于是我就考慮這個(gè)力會(huì)不會(huì)對(duì)臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑也產(chǎn)生影響，由此逐漸確定了選題方向。

【編者語(yǔ)】

2015年8月，在中國(guó)香港舉行的第30屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽上，來(lái)自人大附中的汪潤(rùn)民同學(xué)，憑借“臺(tái)風(fēng)渦旋北移過(guò)程科氏力偏差和內(nèi)力函數(shù)模型建立與分析”研究，獲得高中“地球與空間科學(xué)”組一等獎(jiǎng)（獲獎(jiǎng)?wù)n題論文詳見(jiàn)P53頁(yè)）。一位文科少年是如何對(duì)臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生興趣的？一位中學(xué)生該怎樣克服科研中遇到的種種困難？帶著疑問(wèn)，本刊特約編輯對(duì)汪潤(rùn)民及其2位指導(dǎo)老師進(jìn)行了專訪。

《進(jìn)展》：在準(zhǔn)備過(guò)程中遇到了哪些意想不到的困難呢？

研究之初，我看了有關(guān)氣象和臺(tái)風(fēng)方面的專業(yè)書(shū)籍之后，感覺(jué)太難了，甚至一度有想放棄的想法。指導(dǎo)老師給了我鼓勵(lì)，認(rèn)為我對(duì)物理知識(shí)掌握得特別快。我自己研究公式推導(dǎo)，有時(shí)一天都弄不出什么頭緒。剛開(kāi)始的研究想法是做成臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)，把我研究的這個(gè)內(nèi)力加進(jìn)去，模擬一個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑，但是這個(gè)項(xiàng)目太簡(jiǎn)單也過(guò)于理想化。另外，在論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，如何對(duì)內(nèi)容進(jìn)行完善，同時(shí)要展示得更豐富，剛開(kāi)始都很困難。另外，我完全沒(méi)有科技論文的寫(xiě)作經(jīng)驗(yàn)，剛開(kāi)始我寫(xiě)的論文更像是科普讀物，所以最初的文章直接被指導(dǎo)老師全盤(pán)否定。我又按照科研論文的寫(xiě)作要求重新寫(xiě)了一遍。整個(gè)暑假，我把論文修改了十幾二十遍。

《進(jìn)展》：談?wù)剠⒓尤珖?guó)創(chuàng)新大賽的心得？

比賽全程共7天，比賽的第一天布展。有兩天是公眾答辯，就是公眾來(lái)參觀，并向其介紹成果，這部分不會(huì)影響成績(jī)。第三天是專家答辯，共有8個(gè)專家來(lái)審地球與空間科學(xué)的項(xiàng)目，每人有10分鐘時(shí)間介紹自己的課題，之后專家會(huì)問(wèn)一些問(wèn)題。有位專家看到我的課題說(shuō)，我關(guān)注你很久了，你的研究絕對(duì)是錯(cuò)的。我向他解釋，我的研究是在理想情況下的簡(jiǎn)化情形。大賽期間還舉行了科技創(chuàng)新講座，邀請(qǐng)了院士專家分享他們的人生經(jīng)歷。其中有一位專家提到，不創(chuàng)新就會(huì)落后，以此來(lái)激勵(lì)他自己追逐科學(xué)夢(mèng)。

指導(dǎo)教師李英（中國(guó)氣象科學(xué)研究院）：

一開(kāi)始聽(tīng)說(shuō)一個(gè)高中生對(duì)臺(tái)風(fēng)感興趣，想要做一點(diǎn)臺(tái)風(fēng)研究，非常吃驚！因?yàn)榕_(tái)風(fēng)研究需要深厚動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，一般碩士或博士階段才開(kāi)始。中學(xué)階段所學(xué)的三角函數(shù)以及物體受力分析等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，可以對(duì)臺(tái)風(fēng)做一些簡(jiǎn)單的受力分析，來(lái)了解臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)原理。但對(duì)于汪同學(xué)，臺(tái)風(fēng)還是很陌生的，需要通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)來(lái)了解臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)。這對(duì)課業(yè)繁忙、即將高考的學(xué)生不是件容易的事。另外，科研還涉及不少計(jì)算和做圖，也都比較耗費(fèi)時(shí)間。但他最終克服困難堅(jiān)持下來(lái)了?？偟貋?lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究涉及到物理、數(shù)學(xué)、地理等知識(shí)的綜合運(yùn)用，沒(méi)有一點(diǎn)恒心和毅力很難完成。他的研究對(duì)認(rèn)識(shí)臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也有參考價(jià)值，并且榮獲“全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽”一等獎(jiǎng)，這也是對(duì)他執(zhí)著追求精神的嘉獎(jiǎng)。

整個(gè)研究和寫(xiě)論文的過(guò)程，對(duì)邏輯思維有一定的訓(xùn)練。論文完成后，我感覺(jué)將這些邏輯思維應(yīng)用到學(xué)習(xí)中，思路會(huì)更加清晰。通過(guò)研究臺(tái)風(fēng)，也使我對(duì)地理這門(mén)課有了更多的了解。另外，在整個(gè)研究過(guò)程中，從畫(huà)圖到使用各種軟件，對(duì)我有很大的幫助，使我知道了科技論文該如何撰寫(xiě)，也了解了研究一個(gè)課題從選題到結(jié)題的整個(gè)過(guò)程，這對(duì)以后的科研有很大幫助。

指導(dǎo)教師范克科（人大附中）：

青少年科技俱樂(lè)部是在“為明日的杰出科學(xué)家創(chuàng)造機(jī)遇”的指導(dǎo)思想下，通過(guò)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，將愛(ài)好科學(xué)的學(xué)生引導(dǎo)到科學(xué)的道路上。這不僅是一個(gè)開(kāi)闊視野的機(jī)會(huì)，同時(shí)也通過(guò)科學(xué)考察，讓學(xué)生們能夠進(jìn)行真刀真槍的科研訓(xùn)練。科研實(shí)踐的訓(xùn)練一方面對(duì)學(xué)生的科研興趣是個(gè)培養(yǎng)，另外每一件事的成功，都會(huì)經(jīng)歷很多次的碰壁，這對(duì)學(xué)生們做人、做事也是一種磨煉。他們這一代人碰到困難就容易繞著走，在科研上找不到成就感就不做了。像汪潤(rùn)民這樣堅(jiān)持到最后很不容易，因?yàn)檎n外的科研實(shí)踐要占很多時(shí)間，在自己感興趣的方面敢于投入時(shí)間，體現(xiàn)了一種對(duì)興趣愛(ài)好的持續(xù)力。

《進(jìn)展》：未來(lái)的學(xué)習(xí)和研究方向是什么？

目前我還沒(méi)有想好，我認(rèn)為研究一個(gè)課題需要特別濃厚的興趣。盡管我是文科生，但我現(xiàn)在對(duì)臺(tái)風(fēng)、心理學(xué)、哲學(xué)和歷史都有一定的興趣。我在參加北京市青少年科技創(chuàng)新大賽的時(shí)候，“天宮一號(hào)”總工程師歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士在他的講座中提到“我們要學(xué)習(xí)全人類的知識(shí)”。所以，我覺(jué)得以后不管研究哪個(gè)方面都要博覽群書(shū)，學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，不要把文、理刻意地割裂開(kāi)。

（作者單位：中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

圖6 半徑500km臺(tái)風(fēng)不同徑向風(fēng)速內(nèi)力分量隨緯度變化Fig. 6 The different tangential wind speed changing with latitude in a 500 km radius typhoon

差簡(jiǎn)化函數(shù)模型，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步導(dǎo)出整個(gè)臺(tái)風(fēng)內(nèi)力隨緯度、半徑與風(fēng)速變化三影響因素的“量化”模型。

2）通過(guò)導(dǎo)出的科氏參數(shù)差函數(shù)計(jì)算分析，表明臺(tái)風(fēng)內(nèi)力隨緯度增大而變小，緯度一定時(shí)，臺(tái)風(fēng)半徑越大參數(shù)差就越大。

3）臺(tái)風(fēng)內(nèi)力大小與臺(tái)風(fēng)所在緯度，臺(tái)風(fēng)半徑所跨緯度以及徑向風(fēng)速、切向風(fēng)速有關(guān)。方向由切向風(fēng)速和徑向風(fēng)速之比決定。

影響臺(tái)風(fēng)路徑有多種因子，本文是在諸多假設(shè)條件下，僅就臺(tái)風(fēng)自身渦旋內(nèi)力與緯度關(guān)系所作的簡(jiǎn)單定性分析，關(guān)注臺(tái)風(fēng)南北兩個(gè)端點(diǎn)受地轉(zhuǎn)偏向力影響所形成的內(nèi)力而建立臺(tái)風(fēng)內(nèi)力簡(jiǎn)化函數(shù)模型。未來(lái)研究中，可進(jìn)一步考慮多影響因素，關(guān)注臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)在水平和垂直方向變化，運(yùn)用氣象及數(shù)學(xué)方法，求整個(gè)臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)空氣質(zhì)點(diǎn)所受科氏力的總和，以獲取整個(gè)臺(tái)風(fēng)內(nèi)力的數(shù)值。

致謝：感謝中國(guó)氣象科學(xué)研究院李英研究員、中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院王邦中副院長(zhǎng)、王寅鈞博士對(duì)本文構(gòu)思、寫(xiě)作和計(jì)算方法等的悉心指導(dǎo)；感謝徐祥德院士對(duì)本文的研究思路給予很有學(xué)術(shù)價(jià)值的啟示；感謝中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)范克科等老師的熱情幫助。

圖7 半徑500km臺(tái)風(fēng)不同風(fēng)速下內(nèi)力隨緯度變化Fig. 7 The internal force changing with latitude at different wind speed in a 500 km radius typhoon

[1]史春偉. 自然界的大氣與天氣. 合肥: 安徽師范大學(xué)出版社, 2012.

[2]王民. 地理必修第1冊(cè). 北京: 中國(guó)地圖出版社, 2007.

[3]徐祥德, 李澤椿, 柳崇健, 等. 地球大氣中的渦旋. 北京: 科學(xué)普及出版社, 2012.

[4]于系民. 氣象萬(wàn)千·臺(tái)風(fēng). 北京: 氣象出版社, 2007.