天氣分析與網路教學

江火明 主持

(A)天氣分析

  台灣地區冬半年主要受到高鋒及冷氣團的發展與移動,引發鋒面的南移過 境的影響至強烈的冷氣團向南潰流的寒潮暴發;入夏之初受到西南氣流引發之 滯留鋒(即梅雨鋒)的影響,造成連續性降水,偶有豪大雨的出現帶來嚴重的 災害;夏季裡,主要受到熱帶天氣系統與副熱帶太平洋高壓的主宰,經常有颱 風的侵襲。

  為了瞭解天氣系統的演變過程,利用觀測資料(地面測站、探空站、雷達 、衛星......等)之診斷分析,以及數值模擬的技巧,都是重要的研究工具。 在診斷分析方面,除了基本的運動學參數之分析外,本主題尤其注意動量平衡 、能量收支、位渦與濕位渦分析、位渦反演應用、次環流場、穩定度(熱力穩 度、綜觀尺度、動力穩度、鋒面穩度、中尺度動力穩度......)等的分析;數 值模擬之方面,簡單的淺水方程模式之外,還利用加拿大多倫多大學之「三維 流體靜力平衡數值區域模式」,以及Penn State/NCAR的中尺度模式(MM5)來 做模擬研究與分析。

  至於研究主題,從中高緯度的冷氣團動態、寒潮冷鋒的特性、鋒生過程、 滯留性鋒面帶的動力分析、梅雨鋒之穩定度探討、鋒面帶受台灣地形阻擋之變 形、台灣東部焚風現象、鋒前暖區低層噴流、位渦反演技術的應用......等。

  近年來,已完成的研究如下:

(1) 大氣中鋒生模式之研究。
(2) 台灣地區滯留性鋒面之研究。
(3) 台灣地區鋒面帶特性與地形效應之研究。
(4) 四維氣象資料同化的數值實驗。
(5) 冬季極地冷氣團特性的等熵分析。
(6) 地形對理想鋒面影響的數值模式探討。
(7) 東亞地區寒潮爆發過程之等熵分析。
(8) 鋒生過程之四維資料同化的數值實驗。
(9) 位渦分析反演原理在梅雨鋒面氣旋發展的研究。
(10) 台灣東部地區焚風的研究。
(11) 氣象資訊與火災防救之應用研究。
(12) 台灣與大陸華南地區梅雨鋒的條件對稱不穩度分析。

(B)網路教學

  由於天氣的資訊普遍地進入民眾的生活中,更加深了中學生對大氣科學教 育的迫切性。在已有中學地球科學課程中,雖有大氣科學的資料,但限於篇幅 以及缺乏本土化的天氣資訊,造成教學的困擾,無法滿足學生利用實際觀測資 料,做分析討論的實習,進而培養學生獨立思考、發掘問題、解決問題的能力 。

  我們從本土化的天氣災害與天氣現象以及全球性的熱門問題,如:颱風、 寒害、豪雨、焚風、濃霧、海陸風、酸雨以及大氣環境氣候變遷等議題,配合 本校教育學程中心、資管所以及地科所、地質所合作,針對上述的各種主題, 利用網際網路及相關通訊技術,發展出 (1) 合作式與專題式學習 (Cooperation and Project Base Learning )之教學活動模式;以及 (2)知識分享庫之建立 ( Sharable Knowledge Depository ) 。協助提升中學地球科學師資素養,以 及激發學生的學習動機,經由專題研究與合作討論的過程,增進對大氣科學的 教學品質。

  專題合作式學習的設計精神,主要注重 (a)學習者為中心; (b)動手做之中 學習; (c)互助學習; (d)科學家的角色。依據上述的四個要件,在網際網路教 學系統中,將專題學習活動分為五個學習階段。

(1) 選定主題
  學習者根據自己的興趣與需求,對設定好的大議題,選定小主題。

(2) 產生假設
  學習者具有同樣興趣之同好(在教學過程中可分為甲、乙、丙、丁、戊組) 。開始針對小主題基於既有知識,討論並交流意見,訂定暫時性的假設以及資 料搜集的策略,以便在第三階段中,著手搜集資料。

(3) 搜集資料或證據
  各組的學習者,針對第二階段所建立的假設,變因相近者重組為專家研究 組(如:A、B、C、D、E),尋求支持的資訊,不同組者亦可因論點不同而尋求 否定該組假設的資訊。這些資訊可透過網際網路查詢,或自行設計實驗或理論 證明之(或反證之),也可以在計劃工作人員所建立的學習資料庫上思考獲得 。

(4) 分析、推理資料與做出判斷
  研究小組針對相同變因的問題,互相討論,從網路資源中尋求分析推理的 資訊,以產生一套整合性的理解 。

(5) 撰寫報告及研究評估
  研究小組成員再返回原來的甲、乙、丙、丁、戊組,依各自著重不同的變 因,而發展成一份整合性報告,這份報告將獲得同學、師長及專家的回饋,最 後整理成最精闢的成果,發表於『知識分享庫中』。

  『知識分享庫』以收集『專題式學習活動』之各組研究成果為主。並保留 學習者在學習過程中所有思路之軌跡為原則。各種想法留給以後閱讀者參考。

  我們的網址: http://140.115.80.145/

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