海洋水文气象数据管理

海洋水文气象数据管理（精选4篇）

海洋水文气象数据管理 篇1

本科实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分。它在培养具有知识、能力、技能等综合素质的创新型人才方面有着理论教学不可替代的作用。实验教学示范中心的建设及管理为实验教学提供了重要的平台, 它为培养学生实践创新能力和提高实验教学质量起着全方位的推动作用[1]。

水文气象学是一门新兴的交叉学科, 既是应用气象学的一个分支, 又是水文学的重要组成部分。实践性强是水文气象学基础系列课程的显著特点之一, 教学中特别强调理论要与实践结合。作为亚洲第一所、世界第二所的水文气象学院, 国内没有现成的教学经验可借鉴, 只能参考相关专业和兄弟院校的办学经验, 探索一条培养水文气象复合人才的教育路子。针对过往相关专业的实验教学主要以封闭式实验为主、部分实验教学内容与时代脱节、缺少学科知识交叉渗透的实验教学平台、教师科研成果转化为实验教学内容的力度不够、学生积极性不高等问题, 以实验教学示范中心建设为契机, 以“培养能力、提高素质”为主线, 以培养创新型和应用型人才为目标, 构建了“一体化、三层次、多形式”水文气象学实践教学体系, 并在这一基础体系上进行科学有效的实施和管理。

1.“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的构建

1.1 实践教学体系构建思路。

实践教学与理论教学相辅相成、有机结合共同构成大学完整的教学体系[2]。实践教学体系构建的总体思路主要包括以下两个方面:

首先, 要明确目标。以“培养能力、提高素质”为主线, 以培养创新型和应用型人才为目标, 以强化实践能力为核心, 以学生为本, 实施人才标准的多样性和因材施教、个性化培养, 将实践能力和创新能力的培养贯穿于本科实践教学的始终。积极探索高等院校水文气象学实验教育教学规律, 形成专业特色突出、体系独立完整、管理科学、学生主体地位突出的实验教学体系。

其次, 要搭建平台和优化实践教学的内容。根据实践课程性质和内容分为基础实践教学平台 (基础课程实验模块和认知实习训练模块) 和专业技术实践教学平台 (课程设计、综合实习、毕业设计、科技竞赛和创新项目等模块组成) 。根据创新人才培养规律和实验课程之间的内在逻辑联系, 打破课程间的壁垒, 优化实践教学内容, 使课程间的内容有机融合, 互相促进。培养学生的基本操作和动手能力, 专业拓展和综合运用能力, 以及实践创新能力。

1.2 实践教学体系构成。

1.2.1“一体化”。

指服从实验目标, 以培养创新型和应用型人才为宗旨, 追求知识体系的完整。即打破课程间的壁垒, 所有的水文气象实践课统一管理、统筹安排, 把相关的实验知识、技术和方法有机地组织在一起形成一个完整的体系。

1.2.2“三层次”。

根据培养目标将实践教学分为基础性试验、综合应用型实验和实践创新型实验三个层次。第一层次, 基础性试验。主要是以基础实验课程为主体, 掌握基本操作技能为主, 培养低年级学生的认知能力、动手能力。如水力学实验中静水压强和静水总压力的测量、液流流态和液流阻力的测量, 水文测验中的流量、流速、水位等测量, 气象要素降水、蒸发的观测等。第二层次, 综合应用型实验。主要是以综合实验课程为主体, 旨在强化专业知识和应用技能, 培养学生初步设计能力和分析解决问题的能力, 常采用启发式教学。如临近和短时天气预报实习、水文预报课程设计, 水文水资源综合实习等, 要求学生通过所学的课本知识, 查阅相关文献, 设计实验流程, 围绕着理论、程序技术和研究思维三个环节展开进行实验。第三层次, 实践创新型实验。主要是以创新类实验项目为主体, 为设计、研发型实验, 旨在培养学生自主研究、科研创新能力, 常采用开放式教学。这里主要指高年级的学生申请的校级、省级和国家级的大学生创新项目, 在教师指导下的学生自主文献检索、设计实验方案、实施实验过程、总结和处理实验数据、撰写论文等环节, 充分体现了学生在教学活动中的主体地位和教师在教学活动中的主导作用的教学原则。通过开放式教学, 学生的实践能力得到了锻炼, 创新能力得到了提高, 促进了创新型和研究型人才的培养。

1.2.3“多形式”是指采取基本实验、综合实验和创新实验

相结合, 计划内学时与计划外开放实验相结合, 传统教学与现代技术相结合, 充分利用网络资源, 将实验操作与虚拟仿真实验相结合等, 并将室内试验与实践教学基地和基础人才培养基地有机结合;在形式上采用讲授式、启发式、自学式、开放式等多种形式有机组合的实验教学, 达到培养学生创新能力, 激发学生学习兴趣的最终目的。

“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的建立, 形成了由单一到综合, 由相对独立到有机融合的一个完整的实践教学新体系。学生的能力从实践动手能力、综合应用能力到科研创新能力得到了全面递进式培养[3,4,5,6,7]。

2.“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的实施与管理

2.1 优化实验教学, 探索多元化的教学模式。

水文气象学专业的课程主要是围绕水文和气象交叉学科的相关知识解决国民生产中的实际工程问题, 因此实践教学是整个培养计划中非常重要的组成部分。根据实践课程规划 (实验教材、实验大纲和实验项目的设计) , 优化实验教学主要包括以下几个方面:第一, 优化课程体系, 突出实验性教学。以课程综合化为突破口, 优化课程体系和教学内容。围绕加强实践能力培养, 修订教学计划和教学大纲, 构建新实验教学体系。第二, 多开综合性、设计性的实验来提高学生的独立创新、综合实践能力的培养。第三, 建立实训网络平台, 将网络资源和学习更好地整合, 将新的教学理念灌输到实际实践教学中。快速满足教学要求, 使实践教学更加优化。第四, 加强实习和实训, 提高学生职业能力。实习、实训是整个实践性环节的重要组成部分, 将实验教学活动与生产实践、社会服务、技术推广紧密结合起来, 提高学生的实践能力, 加强和实际生产实践的联系, 同时可以促进教师自身进行自我完善, 对课堂教学进行有益补充。

多元化的教学模式[8]主要包括以下几个方面:第一, 传统的实验室模式。在教师指导下, 在规定的时间到实验室进行集中实验。这种模式面向的对象主要是低年级的学生, 通过参加实验培养动手操作能力的一种实践教学模式。第二, 启发式的教学模式。注重个性培养和创新思维的训练, 鼓励学生开动脑筋, 提出不同的实践方案, 培养独立思考和综合运用能力。第三, 开放式的教学模式。主要采用分时段, 分层次的开放。低年级学生基础性实验实行双休日集中开放模式, 以巩固知识和技能为主, 有目的地引导学生进行提高操作技能的实验。高年级学生以综合性实验和研究型实验为主, 综合性实验采用研讨课的形式进行开放式实验教学。研究性实验主要是学生通过申请学院、学校、省级和国家级的大学生创新项目进行科学研究。学生在教师的指导下选出实验项目, 经查阅文献, 拟定实验方案, 中期答辩和结题汇报等层层过程, 充分利用周末、教学实践周和寒暑假, 在开放实验室进行实践并完成实验项目。通过一系列开放的实验过程, 培养了学生对前沿和热点问题的“提出—研究—解决”的兴趣, 培养了学生的思索能力、辨析能力和探索求知精神, 从实践上探索了基础科学人才培养的新模式, 推动了教学与科研的结合。第四, 以人为本的教学模式。以自主性为主要特点, 充分虑学生个人的兴趣和特长, 有针对性和目的地设计实验、科学研究和社会实践, 突出学生创造性、探索性能力和组织协调能力的综合培养。第五, 开放的实践教学基地模式。充分利用社会资源, 建立稳定的实践教学基地, 进一步加强本科学生在工程实践中的分析问题、解决问题的能力。比如学院与广西水文局建立了《水文测验》、《水文水资源综合实习》教学实习基地, 与安徽省六安市水文局建立了《水利工程》教学实习基地, 与天津市气象局、河北省气象局建立了《数值天气预报》、《临近和短时天气预报》实习基地。这几种实践教学模式要有机配合, 促进各类实验资源的互补与共享, 最终达到提高综合素质和创新能力的培养目标。

2.2 优化管理, 有效利用网络资源, 实现资源共享。

优化管理主要通过网络化管理来提高实验室的管理效率[9,10]。主要通过以下几个方面实现管理:第一, 实行网络预约制度, 仪器状态实行网络通报制度, 提高了仪器使用的效率, 也加强了仪器管理人员的工作责任心。第二, 实验耗材的购买也实行网络管理, 购买药品等耗材时, 需要网上申请, 经管理员批准后统一采购并登记入库、登记领用。通过耗材库查询, 学生可以快速、准确地找到药品, 方便互相调用, 做到资源共享, 节约实验室运行经费, 更能增强学生的节约意识。第三, 通过考勤系统提高出勤率。网站考勤功能每天记录了每位学生到实验室及离开实验室的时间, 提高了学生的组织性和纪律性。第四, 以网站展示实验结果加强学生的成就感。通过实验室网站将学生在实验中取得的良好实验结果、获得的奖励、发表的论文等进行展示, 给学生创造一个展示成绩的平台, 有助于加强学生的成就感。网站化管理真实记录了学生完成任务和教师检查指导的及时性, 加强了师生的工作责任心, 大大提高了许多环节的工作效率。

有效利用网络资源, 实现资源共享。主要包括:第一, 通过对实验过程进行实时录像, 将其网络化和视频化后, 为学生正确规范地使用仪器提供了一个培训的平台。通过网络资源共享, 应用计算机仿真技术和数码技术构建实验项目库, 方便学生了解学科前沿。学生在课前通过网络实验室观看实验视频, 对将要进行的真实实验进行预习, 其效果远远好于浏览讲义文字。从而提高了实验操作的规范性和实验结果的正确性。第二, 网络应用系统的建立, 方便了实验教学的开展。教师和学生利用积件库中的CAI课件, 视频库中的视听教材, 以及校园网上、Internet上的网络资源进行实验教学互动, 通过网络信息系统及时查询到实验室的有关信息和教学实验的操作技术, 下载自己所需要的资料, 也可以通过BBS论坛系统参与实验教学的讨论, 使教师和同学进行实时网上交流;学生将自己近期的研究计划、实验方案、实验数据及阶段结果及时上传到各自的科研文档中, 教师可以直接从网上读取并进行批阅, 提出建议, 及时了解某位学生的情况, 从而加强对学生的指导和管理。

2.3 建立科学的管理及完善的考核体系。

制定并逐步完善实验室的管理制度, 进行科学的管理。主要包括:制定工作条例, 明确各级职责, 使实验室建设与管理逐步规范;从实验教材选编、实验大纲制定 (实验课程的性质与任务、实验目的和要求、实验内容、实验报告的撰写、课程考核方式、实验成绩评定等) 和实验项目设计等实验教学多个环节明确目标和要求, 作为组织实验教学的依据。建立配套的管理制度, 实施有效的管理, 比如建立实验室的文件资料档案, 定期开展实验室工作评估和考评活动;学习和借鉴兄弟院校的好的管理模式, 充分利用和发挥实验室的功能和效益。

为提高实践教学质量, 应在实验教材的选编、实验大纲制定和实验项目的设计等等教学环节做出明确的规定。为了最大限度实现公平性, 调动学生的积极性, 激发学生的学习信心, 将建立一套完整、合理的实验评分规则。为了更好地调动教师的积极性和责任心, 使学生最大限度地受益, 将建立一套合理的教学效果评价体系。并实施多样化的考核模式, 它包括平时考核、实验理论考核和实验操作考试。通过学生和教师两套评价考核体系及多样化的考核模式有效提高实验课教学质量。

3. 结语

建立一个科学完整的实践教学体系是一项复杂的系统工程。水文气象学专业通过借鉴相关专业和兄弟院校的经验, 构建了“一体化、三层次、多形式”的水文气象学实践教学体系。并在这个体系基础上, 优化教学内容, 探索实施多元化的教学模式;优化管理, 有效利用网络资源来实现资源共享;进一步进行科学的管理和完善的考核体系。通过实践体系的构建和实施管理为学生搭建一个进行实践创新能力的平台, 使学生的实践动手能力、分析解决问题综合能力、创新能力得到训练, 整体素质得到提高, 为新时期创新型和研究型人才的培养进行有益的探索和实践。

摘要：以实验教学示范中心建设为契机, 以“培养能力、提高素质”为主线, 以培养创新型和应用型人才为目标, 构建了“一体化、三层次、多形式”水文气象学实践教学体系。并在这一体系基础上, 进行多元化教学模式的探索, 实现网络共享, 建立科学的管理和完善的考核体系, 为创新型和研究型人才的培养作了有益的探索与实践。

关键词：水文气象实验教学,实践教学体系,构建,实施与管理

参考文献

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[2]曹慧东, 杨颖, 郑伦楚.深化实践教学体系改革培养学生创新能力[J].中国高等教育, 2011 (11) :47-48.

[3]赵云岭, 欧阳津, 申秀民, 蒋福宾, 黄元河.“一体化、三层次、多渠道、多模式”的化学实验教学改革[J].实验室科学, 2007 (06) :55-57.

[4]梁秀玲, 李琼生, 徐杜, 吴黎明, 李扬.“一主线、两平台、三层次”实践教学体系的构建与实施[J].实验室研究与探索, 2012, 31 (8) :304-307.

[5]张忠福.建立以能力培养为核心的实践教学体系[J].实验室技术与管理, 2011, 28 (2) :11-13.

[6]刘长宏, 王刚, 戚向阳, 等.以能力培养为主线建立三层次十模块实践教学体系[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (2) :81-82.

[7]王晓明, 易兵, 徐瑞宇, 等.基于创新、创业能力培养的新型实验教学模式的构建[J].实验室技术与管理, 2011, 28 (2) :15-16.

[8]花向红, 邹进贵, 向东.多元化实践教学模式的理论研究与实践探索[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (7) :114-117.

[9]张逸军.基于校园网的开放型实验管理系统的构建[J].中国现代教育装备, 2006 (7) :12-15.

[10]裘娟萍, 余志良.构建网络实验室促进微生物学实验教学与管理[J].微生物学通报, 2012, 39 (9) :1323-1327.

海洋水文气象数据管理 篇2

复杂电磁环境下分布式气象水文数据共享有多种策略,而现有的气象水文环境数据共享的解决方案,如全军气象水文网络等应用,都是基于传统的C/S模式实现的。传统C/S模式采用了集中式控制,比较成熟,对于数据共享具有良好的可控性,但是这种方式在复杂电磁环境下的恶劣战场环境中隐藏着诸多问题[1]:数据的提供者和使用者严格区分,数据提供者只是局限在个别节点上,不利于形成信息栅格,无法建立扁平的数据共享方式;数据集中在某个或某几个服务器上,单点“数据信息中心”在作战中容易成为敌人攻击的战略目标,一旦被摧毁,将导致整个系统的崩溃;系统控制权集中在服务器端,造成客户端对服务器端过度依赖,缺乏灵活性,无法适应灵活多变的复杂战场环境。

复杂电磁环境下一体化联合作战对数据共享网络系统的生存、运行性能等提出多种要求[1]:具有足够的健壮性和抗毁性,以保证能够在激烈的军事对抗环境中稳定地发挥性能;作战部队和各类保障单元能够通过卫星通信、移动通信及战术互联网等各种技术手段,迅速联入战时网络,获取“即需即联”的数据支持,实现端到端的“互联、互通、互操作”,使数据提供者和使用者密切协同、高度融合;能够为气象水文保障和辅助决策过程提供共享战场气象水文环境要素的多维数据信息的能力,无论是空中气象要素还是战场水文资料,实时探测数据还是历史数据,都应该包括在系统当中;在组织形式上要求能够在信息栅格上提供一种横向的、扁平的气象水文数据共享应用。通过分析这些要求,提出把对等网(P2P,Peer To Peer)技术应用于战时气象水文信息网络建设中,对等网能适应于复杂电磁环境下一体化联合作战需求。

1 一体化联合作战需求下对等网技术特性

与传统的分布式系统相比,对等网技术具有无可比拟的优势,同时具有广阔的应用前景。微软公司在新一代操作系统Windows Vista中也加入了P2P技术,以加强协作和应用程序之间的通信;美陆军在未来战斗系统(FCS)中已采用基于P2P技术的JXTA平台,用来在作战网络上检索和发现各种武器平台[2];美国诺思罗普·格鲁曼(Northrop Grumman IT)公司采用P2P技术用于组件现在和未来的通用作战图(COP)[2];挪威国防研究院采用P2P分布式技术构建网络中心指挥控制系统[3]。

P2P技术拥有C/S模式所不具备的一些特点,这些特点在某些方面能够更好地适应复杂电磁环境下一体化联合作战的特点和要求,具体如下:

1)P2P架构可以提供更为健壮的数据共享应用。复杂电磁环境下一体化联合作战对于数据共享应用最基本的要求,就是能够在激烈的战场环境下具有良好的抗毁性和健壮性。在大部分指挥系统遭到电子压制或物理打击后,由于P2P技术是将服务分散在各个结点上的,只要能够保证在局部区域的P2P服务器能够正常运行,仍能保证这一区域的信息交流正常进行,因此部分结点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。

2)P2P技术能够更灵活适应战场复杂多变的环境。在战场环境下,作战或保障单元会因为战场情况变化而频繁地进入和退出数据共享应用系统,P2P网络通常都是以自组织的方式建立起来的,能够根据网络带宽、结点数、负载等变化不断地做自适应式的调整,可以较好地适应节点的动态加入和退出。

3)在结构上,P2P技术强调的是整个网络中扁平的逻辑结构,它打破了C/S模式下纵向的组织结构,为数据应用提供了横向的、扁平的共享方式。这种方式恰好吻合了一体化联合作战中所强调的数据组织方式,即将气象水文数据分散在扁平的信息栅格的节点上。

4)基于P2P技术的数据共享可以提供海量的数据存贮。一体化联合作战中的气象水文数据支持要求数据是详尽的、全面的,数据量非常庞大。而P2P存储系统的存储容量是所有节点贡献出来的空闲磁盘空间的总和,且随着加入系统的节点数量线性增长,能够很好地满足和适应复杂电磁环境下一体化联合作战对海量气象水文环境数据存贮的要求。

5)P2P技术为用户提供了一个高性价比的数据集成和共享方案。使用P2P技术用户无需为建立一个大容量、高性能的存储系统而投入高额的资金购买专用服务器和路由器等设备,或租用高速网络通道,只需要利用现有的计算设备,将闲散的存储资源整合起来,就可以实现高质量的网络存储服务。

P2P技术在灵活性、扩展性、健壮性及组织方式等方面,均符合一体化联合作战对气象水文数据共享应用的要求。

2 气象水文数据共享对等网应用系统构想

2.1 对等网应用系统概述

系统的基本思想是基于军地现有信息基础设施,在不影响现有各业务系统运行的前提下,建立新的以P2P组织方式的应用系统,将网络中所有拥有气象水文数据资源的计算机纳入到网络系统当中,其中包括大型机、工作站及个人计算机等,整合这些计算机上存贮的气象水文数据资源,形成一个扩展性好、高可靠、高性能、廉价的对等的分布式气象水文数据资源共享系统,并且可以通过该系统为上层应用提供数据支持。系统中的各数据源节点具有自治性,在实现数据共享的同时,每个数据共享应用仍保持自己的应用特性、完整性和安全性控制。用户可以通过本系统对这些异构数据源中的数据进行应用,如同操作一个单一的数据库系统一样。系统是现有数据共享应用的补充和扩展,它可以很好地兼容现有的数据共享系统。

2.2 系统数据共享模式特点

在一体化联合作战条件下的气象水文数据共享应用中,现有的气象水文共享应用仍然起着重用作用,是一体化联合作战中气象水文保障的主要数据来源。本文提出的系统是在现有应用基础之上构建的一种基于P2P技术的气象水文数据共享应用,是现有气象水文数据共享应用的补充和扩展。

本系统采用的是一种更为扁平的网状结构,拥有气象水文数据资源的计算机都可以自主地加入到系统当中。从数据的服务者和使用者这一角度来看,这些计算机都是平等的,不论这个计算机所处的位置是总部级、战区级还是台站级的,它们都平等地进行数据资源的发布和共享。数据的交换和共享操作是在任意2个节点之间直接进行的。

系统采用了分布式的P2P拓扑结构,将进入到系统中的节点分为边缘节点和超级节点。系统拓扑结构如图1所示,边缘节点可以是P2P网络中的任何一个节点,它为P2P网络提供最基本的资源,同时通过超级节点向整个P2P网络进行资源查询。将具有较多资源的相对比较稳定的计算机作为P2P网络中的超级节点,其作用除了为P2P网络提供资源之外,还要实现P2P网络中的资源信息索引,为与其连接的边缘节点提供服务。

系统数据是分散在网络中各个节点之上的,数据信息的发布与共享都是通过P2P网络来实现的,即请求者通过P2P网络找到数据信息的发布者,通过气象水文数据信息完成与数据持有者之间的数据共享。因此系统中的数据流向是从网络中的1个节点直接到另外1个节点,数据的流向始终是从数据的拥有者到数据的使用者,这样,可以认为系统的数据流向在逻辑上是“扁平的”数据共享应用。只要拥有气象水文数据的计算机都可以作为系统中的节点进入到系统当中,将自己所拥有的气象水文数据资源信息发布出来,使得整个系统的数据来源更加广泛。系统通过所依托的P2P网络获取数据。由于P2P网络是建立在应用层上的,因此具体的物理网络形式可以是多样的,其对于用户来说是不可见的,系统的数据来源是通过P2P网络提供的。

本系统用户对象的范围很广,可以是台站级、战区级或是总部级的任何一个气象保障单位,也可以是某个单兵或者某台数据终端,都可以通过网络进入系统获取所需的气象水文数据。

2.3 系统应用特性

广泛性:系统可以部署在网络的任一节点上,只要存在网络的地方都可以使用,可以为一体化联合作战中的气象水文保障单位、作战部队提供实时的数据支持。

经济性:系统可以运行在现有的网络环境和设备之上,无需再建立一套新的硬件设施,同时,该系统将数据分布在网络各个节点上,有效地利用了网络存储空间,降低了存储成本。

可靠性:系统降低了单点失败的可能性,当某一个或某几个节点遭到破坏时,由于数据资源是散落在整个网络中的,不会给系统带来毁灭性的灾难。

高效性:随着系统用户和数据拥有者的增加,系统的性能也会不断提升。当一种数据被其它节点共享并下载后,该数据将会在本地进行备份,并且将这一数据资源的信息发布出去,这样该数据就会拥有更多的数据源,使得对于较为流行和用户关注性较高的数据文件的搜索效率大大提高,保证了系统的可用性。

灵活性:系统每个节点即是数据消费者也是数据注入端,每个节点(尤其是机动、便携和手持终端)都可以通过增加探测设备,实现实地气象水文数据的采集与发布,同时也可以将气象水文数据信息发送到战场的最前端,为作战进行实时保障。

兼容性:可以将已有的气象水文数据共享系统的某一个客户端或服务器作为本系统中的Peer,为系统提供气象水文数据资源。可以很好地实现与现有系统的兼容,并且能够很好地利用现有的数据资源。

3 结语

战场信息空间是由传感器、交战和信息等网络组成,涵盖战场所有信息。它是指挥决策和作战行动的OODA(发现、锁定、决策、行动)能力的信息基础。信息网格技术则是战场信息空间的骨架,是军事气象水文信息化建设的发展方向。P2P带给我们的不仅仅是技术上的应用,更为重要的是对下一代分布式计算的启发,因此应该充分挖掘它在军事应用上的潜力,用于作为构建未来战场信息空间的关键技术之一。

P2P网络策略是一种战时状态下的特殊应用,不能简单地复制和代替平时的应用需求,可以作为现有气象水文数据网络的扩展和补充。作为本系统关键技术的气象水文数据资源共享元数据标准、气象水文数据的信息发布与搜索、P2P网络安全控制等问题还需要进一步深入探索。

摘要：当前气象水文数据共享主要采取传统C/S模式的集中式控制结构,存在灵活性、抗毁性低的缺点,为此提出把对等网(P2P)技术应用于战时气象水文信息网络建设中。介绍了基于现有军地信息基础设施,在复杂电磁环境下构建气象水文数据共享对等网的总体构想,目的是建立具有高度灵活性、扩展性、健壮性的对等网络,与现有集中式气象水文数据共享网络相辅相成,以谋求最大限度地生存并获取最大信息优势。

关键词：对等网,气象水文,数据共享,信息优势,复杂电磁环境

参考文献

[1]孙鹏.基于P2P网络的气象水文数据共享模型的研究[D].解放军理工大学,2007(6):17-19.

[2]Tommy Gagnes.Evaluating Peer-to-Peer Technology in the Future Battlespace[M].Rena:FI(Norwegian Defence Research Establishment),2003.

海洋水文气象数据管理 篇3

水文气象学是一门以气象学和水文学理论和方法为基础、以水文工程应用为导向, 运用气象学和水文学的基本原理和方法解决水文气象实际问题的新兴学科[1,2]。本着以“气象学和水文学内涵式结合, 以理论指导实践, 以需求引导创新”的原则, 根据当前阶段水文水利和气象等业务部门对高质量水文气象人才提出大量需求, 我国首个培养水文气象学本科生的专业在南京信息工程大学水文气象学院 (后文简称:我院) 应运而生, 但传统水文学课程已经不适应社会新的需求。 新的学科, 新的需求, 必然要求我们对传统水文课程进行改革。

水文测验、水文预报、水文与水利计算, 简称“测、报、算”, 是传统水文水资源专业的核心课程[3]。 水文测验学是研究如何正确、经济、迅速地测定各种水文要素的数量及其在时间和空间上的变化过程, 是水利类专业本科生的主干专业课程。 实践性强是水文气象学基础系列课程的显著特点之一, 在教学中特别强调理论要与实践结合。 水文测验实习是将理论课程付诸实际生产实践的, 从而使水文学本科生获得重要的专业技术训练的野外实践过程。 本文结合水文气象学的新学科特点, 以水文测验实习为例, 其实习目的和实习内容是根据水文与水资源工程专业学生的培养目标制定的, 直接照搬到水文气象学专业上, 不符合水文气象专业学生的培养目标。 笔者根据水文气象学的独特学科特点, 优化传统水文测验实习目标和内容, 使之更符合水文气象专业的培养目标, 进而培养具备扎实基础、 熟练水文测验技能专业背景的水文气象专业技术型人才, 为今后从事水文气象行业相关的水信息采集, 水文气象数据处理方面的工作打下基础。

二、水文气象学的必要性与独特性

水文气象学是我国、亚洲, 乃至全球的新兴交叉学科, 目前国际上只有俄罗斯、瑞典、英国、乌克兰四个国家拥有水文气象研究机构。 气象学与水文学长期以来处于割裂状态, 传统的水文学只研究降水落到地面之后的各种过程, 气象学则只关注降水在空中未降落之前的各种过程, 即水文学上不接天空, 气象学下不接地气, 二者之间“割裂性”使得很多社会实际问题不能有效解决。 随着社会进步与经济发展, 单纯的水文学或气象学已经不能满足实际发展的需要。而水文气象学作为纽带将水文学和气象学二者有机地、巧妙地结合起来, 同时是气象学和水文学发展的新亮点, 它使得气象学接地气, 使得水文学往上游端发展, 是理论与实际结合的典范。 其产生与人类社会对洪涝灾害现象的认知水平、抗御灾害的能力、科学技术的进步和社会经济的发展密切相关, 其内涵和研究的领域随之不断深化和发展。 俄罗斯的水文气象着重研究高纬度地带融雪和降雨产生的降雨-径流机理及应用; 美国的水文气象着重研究中低纬度的季风和热带气旋引起的降雨-径流机理及应用, 尤其是飓风引起的极端暴雨洪灾的分析、计算和预报。

水文气象学本科学生的培养, 既要考虑水文学与气象学知识的有机结合, 又要考虑其较强的实践性。 因此, 本学科的学生既要学习气象学的知识, 如天气动力学、动力气象学等, 又要学习水文学的知识, 如水文学原理、水文测验学等, 更要学习水文气象交叉方面的知识, 如水文气象学、水文气象集合预报等。 水文气象学的这种有机性和实践性, 要求教学过程要特别强调理论要与实践结合, 同时要求在水文学课程中渗透气象学知识, 在气象学课程中渗透水文学知识。

三、传统水文测验实习内容及存在的问题

水文测验学是水文气象专业的必修课程, 实践性强, 与具体生产业务密切相关, 其实习教学环节是培养水利学科应用型人才实践能力和创新能力的重要渠道, 是水利类教育教学的重要环节。 根据水文气象专业自身特色, 积极探索适合创新人才培养的水文测验实习模式具有重要意义。

水文测验实习的主要目的在于加强学生专业实践能力的培养, 提高学生的操作实践能力;通过水文测站的生产实践, 初步掌握测站的主要测验业务和技能, 并加深对水文测验理论的理解, 使学生将水信息采集和水文数据处理基本理论、 基本方法付诸实践, 进行基本水文测验专业技能训练。 要求学生通过在站实践, 增强对水文现象的感性认识, 掌握各种水文要素的观测及测验方法;通过观测、测验报表的填写和成果的计算等基本技能的训练, 结合教学、科研进行试验研究, 培养分析问题、解决问题的能力。 传统水文测验实习的主要内容包括水信息采集的野外仪器使用培训和实际水文数据处理两部分, 重点和难点在于培养和训练学生水文测验的基本技能, 具体包括以下几个方面: (1) 降水与水位观测及其资料整理; (2) 水准测量和大断面测量及技术:完成水准测量和河道大断面测量外业工作, 并完成相应的资料整理, 绘制大断面图; (3) 流速测验与测速垂线精简:完成流速测验, 并在保证流量计算结果精度的前提下, 采用最少的测速垂线数目, 并确定其在断面上的分布, 点绘全断面精简后的测速垂线位置图; (4) 流速脉动实验:通过流速脉动实验掌握流速脉动的特性、变化及分布规律, 推求流速误差与测速历时的定量关系。 (5) 测站资料整编:对实习测站年实际数据的分析、计算、定线、推流, 初步掌握受混合影响的水位流量关系的数据处理方法;悬移质泥沙数据处理的定线方法, 并进一步了解测验工作与数据处理工作的互相关系。

笔者结合在国外多年求学和教学的科研经验, 考虑不同的学科特色, 与国外水文测验实习方面比较, 传统水文测验实习主要存在以下几个问题。

1.实习方式老套, 死板照条, 不具有创新性:目前高校水文测验实习, 学生多根据具体的实习任务, 流水线式、按部就班地完成实习内容。 某些学生实习结束后都不清楚为什么要做这些测量, 这些测量的目的是什么, 测量出的结果怎样应用在实际生产中。 现存的实习方式不能实现预期实习目标。

2.实习内容陈旧, 一成不变, 未考虑具体学科特点:一直以来, 现在水文测验实习内容没有发生过大的变化, 笔者求学时如此, 为师时亦如此。 现有的水文测验教材反映的是陈旧、常规的测验内容和方法, 远远适应不了实际教学需要, 现代先进的测流、测深及水文气象自动测报系统等新理论、新技术、新方法都没有得到应有的反映[4]。 与国外高校相比, 我国大多数高校没有根据本校学科的特色, 制定相应的实习内容。 本课程应特别注重其实践性, 日本美国等国家院校, 水文测验实习的比重占50%左右[5], 而我国大部分院校的比重仅20%, 甚至更低。 相比而言, 我国水文测验教学没有侧重其实践性, 不利于培养学生理论联系实际能力和创新能力。

3.教学方法落后, 教学仪器陈旧, 考核方式单一:国内水文测验的教学主要以理论课和野外实习相结合的方式进行, 两者本身是相辅相成的关系, 但某些高校往往第一年安排理论课学校, 第二年安排实习课, 导致两者相互脱节;教学仪器陈旧, 课堂上不能展示最新的水文测验技术方法。 与国外相比, 国内水文测验实习主要以实习报告形式展示实习效果, 考核学生对实习内容的掌握程度。 这种考核方式不能合理地反映学生的实际水平, 也不能有效考查学生的创新能力。

四、新学科水文测验实习的挑战与改进

针对水文气象专业的独特性, 我院以实验教学示范中心建设为契机, 以培养能力、提高素质为主线, 以培养创新型和应用型人才为目标, 构建“一体化、三层次、多形式”的水文气象学实践教学体系[6], 并在这一基础体系上进行科学有效的实施和管理。 一体化是指把相关的实验知识、技术和方法有机地组织在一起形成一个完整的体系; 三层次是指将实践教学分为基础性试验、 综合应用型实验和实践创新型实验三个层次; 多形式是指实习实践的方式不拘一格, 室内、室外相结合, 讲授式、启发式、自学式、开放式等多种形式有机组合的实践教学。 在我院这种有机实践教学体系下, 针对我国水文测验学现存的问题, 结合水文气象学的具体特点, 并考虑我国水文测验发展的总体方向及现代化科学技术发展的趋势, 我院水文测验实习的改进措施如下:

首先健全水文测验实习内容, 在原有基础上增加气象学要素, 使之体现水文气象有机结合的特色, 如增加多时段降水、气温、风速、辐射、湿度及蒸发的观测, 分析气象因子与流量、蒸发的相关关系, 总结出对流量影响最大的一个或者一组气象因子, 这可以对河流流量的影响因素有更深刻的理解, 也可以更好地理解水文气象过程。

其次改进水文测验的实习实践形式。 野外实习之前采取理论讲解与视频演示相结合的方式, 让学生理解实习的方法和原理, 初步掌握实习的相关技巧; 到达具体实习场所, 再采取现场演示, 边讲边做、边做边讲, 与学生共同完成实习所要求的内容。 实习过程, 务必保证每一个学生亲自动手, 熟练掌握每一个实习内容。 同时要改变传统单一、填鸭式的实验形式, 增加开放式实验环节, 让每个学生或每个小组自己提出问题, 自己设计实验, 自己动手完成, 最大限度地激发学生的创新性。

此外, 要改变单一的考核评价方式, 采取实习报告与现场答辩相结合的考核方式。 传统实习报告的形式可以系统地、全面地考核学生是否了解实验的目的、意义, 是否掌握实验内容、实验方法, 是否理解每一个实验过程, 是否学会争取分析实验结果, 此方法具有全面性的特点。 但是传统报告的形式不能合理体现学生的创新能力和实际操作能力, 现场答辩可以直接考核学生的动手操作能力, 通过现场提问实验的关键过程, 考核学生的临场应变能力、学生对实验掌握的熟练程度, 答辩与提问相结合填补了传统实习报告的不足之处, 完善了水文测验实习的综合考核评价体系。

摘要：书本上的知识是死的, 实习时运用水文测验的理论知识, 更有机结合气象学的相关知识, 从水文测验的分析结果检验理论知识的合理性, 培养学生的动手能力和创新能力, 是水文气象学科下水文测验实习的全新阐述。本文根据水文气象学的独特学科特点, 优化传统水文测验实习内容, 使之更符合水文气象专业的培养目标。

关键词：水文测验,实习,水文气象学

参考文献

[1]杨文峰, 周辉, 李明, 等.水文气象预报研究述评[J].陕西气象, 2007, 5:14-18.

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[3]芮孝芳.水文学原理[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.

[4]张利平, 夏军, 许建民, 付小平.水文实验教学改革的研究与应用[J].长江职工大学学报, 2001, 18 (3) :36-38.

[5]康艳, 宋松柏, 王双银.水文测验类实验项目教学方法改革探索[J].实验实践教学, 2013, 31:145-146.

水文气象专业设置初探 篇4

一、水文气象专业设置的必要性

我国地处东亚季风区，特殊的地理气候条件导致水旱灾害非常严重，已成为国家经济发展的重要制约因素。洪涝、干旱、台风、山洪、泥石流等灾害多发，1949年以来已发生较大洪水50多次，发生较大范围的严重干旱17次[1]。灾害分布范围广，三分之二的国土面积可能发生各种类型、不同程度的洪水，大部分地区面临不同程度的干旱威胁，且洪涝、干旱造成的损失惨重。中国正处于经济快速发展阶段，经济的发展、财富的积累和人口的增加都需要更高的防洪抗旱安全保障，然而全球气候变化和人类活动影响的加剧将导致水旱灾害频率和程度增加，防洪抗旱和减灾形势更趋严峻。为有效地减轻洪涝旱灾损失，就必须在加强防洪工程建设的同时，不断完善非工程措施，对天气和气候极端事件做到早预测、早警报、早反应，进一步提高预测警报的时效性和准确率，以便有关部门及早制订相应的对策和措施，有效地规避或减轻水旱灾害。全球气候变化导致气温增高、海平面上升、极端天气和气候事件频发，不仅影响自然生态系统和人类生存环境，而且也制约经济发展和社会进步。中国实现经济社会可持续发展，需要应对气候变化及其对水资源的影响，其形势严峻，任务艰巨。研究制定适应和减缓气候变化对水资源影响的战略措施，特别要研究针对极端气象事件的有效适应措施，提高应对复杂条件下自然灾害的能力，在应对气候变化中实现水资源的可持续利用[2,3]。

为解决上述种种水文气象事件，必须加强水文、气象学科之间的交叉和整合。气候变化带来的极端气候事件增加给水文气象发展带来了机遇和挑战，开展水文气象及其应用研究具有重要意义，因此水文气象专业的设置是当务之急。

二、水文气象专业社会需求情况分析

2008年7月17—19日的KALMAEGI（台湾地区译为“卡玫基”，大陆译为“海鸥”）台风，在台湾东部宜兰登录，18日在屏东、嘉义、南投、台南及高雄地区的实际降雨量皆超过1000mm。2009年8月8—10日莫拉克（Morakot）台风袭击我国台湾岛和大陆，2天雨量达到2327mm（台湾，屏东尾寮山），3天的雨量达到2777mm（台湾，嘉义阿里山），创造了中国暴雨的新记录[4]。这彻底改变了现有的对PMP估算的认识，这样罕见的特大暴雨是很难用常规的天气模式来模拟和解释的。诸如此类的极端强降雨事件给中国的水文气象研究人员带来极大的挑战：这样罕见的接近世界记录的大暴雨有没有可能再现？它出现的天气形势和气候背景是什么？如果莫拉克台风移动的速度再快一点，它有没有可能在福建的北部或是浙江的南部降下如此异常的暴雨？PMP估算时怎样来考虑有横向水汽入流时的情形？又如何来定量地考虑“源源不断”的水汽供应？当类似莫拉克台风袭击我国东南沿海大陆时，是否可能造成类似2005年8月底美国卡特里拉飓风（Hurricane Katrina）登陆美国新奥尔良时形成的特大洪涝灾害，对沿海城市造成巨大的破坏？我国沿海地区的防洪规划如何来应对这种新的挑战？这些问题都是水文气象工作者需要研究的问题，是水文气象研究的机遇也是挑战。结合中国地理水文气象的特殊性，研究PMP估算新方法，特别是资料稀少或短缺地区，是当前急需的事情。单靠水文学科或气象学科已无法培养出适用的人才，必须加强水文、气象学科之间的交叉和整合，因此对水文气象的人才需求尤为强劲迫切。

我国水能资源丰富，水电开发潜力、发展空间巨大。进入21世纪，面对环境保护和节能减排的新形势、新任务，水电作为清洁能源的发展优势更加突显。目前我国水电装机约2亿千瓦，西南水电开发比例只达到30%多，而发达国家已达70%～80%，北欧有的国家甚至达到90%左右，大型水电工程和核电站建设的防洪设计需要大量的既懂水文又懂气象的、能从事“可能最大降水（PMP）估算”的人才。此外，全国80%的大坝防洪设计标准需要重新计算。在中国和美国，大型水利工程和核电站工程的防洪设计标准、设计规范都规定了必须进行可能最大降水—可能最大洪水估算。同时也需要推求稀遇频率的洪水，这都是防洪设计标准研究的范畴，最新的研究方法都是通过水文气象途径来实现的。可是，实际工作中往往很难找到既懂水文又懂气象的合格人才，这是工程设计和管理部门最感头痛、也最需要的地方。

江河的防汛工作，过去使用水文预报和利用分蓄洪区，基本上可以防御较大洪水。在防洪形势严重时，也可以采取临时扒口和有计划的分洪来避免大提溃决的灾难局面的发生。可是现在由于分蓄洪区的人口越来越密集，工农业生产越来越发展，使用分蓄洪区的难度越来越大，扒口分洪的办法更难实施，因此就要更加重视暴雨洪水的预报工作。暴雨洪水的监测、预报和警报系统，特别是山洪预警预报系统，将是近几年来我们国家水文与气象最有前途的结合点之一，这也需要大量既懂水文又懂气象的人才。

近年来，每当夏季暴雨来袭，大城市屡成泽国，内涝问题成为近期困扰中国城市的燃眉之急。防涝成了每年夏季城市应急的“必修课”。如何治水，已经成为中国城市安全的新命题。城市内涝的防治和城乡防洪规划也需要水文气象人才[5]。

水文气象专业毕业后能够在全国水利部门各勘测设计（规划）院、核电建设部门、城建部门、环保部门、水利（文）局、各大流域机构、气象、海洋、民航、工程施工单位、中外合资公司、教育部门、部队等部门从事理论与应用研究、科技开发等工作，也可继续攻读该学科或相关专业研究生。据招生反馈信息，2010和2011年，各大水利水电勘测设计院招收的水文新人中懂气象的毕业生都得到优先录用。

三、水文气象专业主要研究方向

1. 水循环要素监测。

水循环要素监测主要是指在时间和空间上监测降水和蒸发等水循环要素的特征及其变化。降水监测包括降雨量、降雨强度（在降雪地区监测雪的覆盖面积和雪深）的监测。测定降雨量和降雨强度的方法，有直接测定（降雨用雨量器、雪深用量雪尺测量）和间接测定（雷达监测资料、卫星云图估算）两种。蒸发量监测是对某一地区水体表面蒸发量的观测，一般用蒸发器测定。由于蒸发器与实际水体的物理条件不同，蒸发器测的蒸发量均大于自然水面蒸发量，且随着器皿的形式、安装方式和不同季节而异。因此，必须通过实验求出蒸发器的折算系数，以此估算实际蒸发量。

2. 精细降水预报。

就降水预报而言，尽管水文气象学与气象学从观测本身上看没有什么不同，但要求不同。水文气象要求降雨预报的精细化，即降雨的落区、降雨的时程变化以及面上平均降雨。水文气象学的降雨（或融雪）预报是针对河道防汛、水库防洪、兴利调度以及工程施工的实际需要而进行的专业化预报。降雨（融雪）、洪水、洪灾三者既有内在联系又有本质差别。水文气象预报力图将大气环流等气象条件与水文特征紧密联系起来，把降雨的天气模型与洪水模型结合起来（在积雪地区则要考虑融雪率及其径流问题）。一般在进行降雨预报的同时，还根据河流流域地貌、流域水分状况、水利工程质量和标准以及降雨和径流的关系等因素，针对防洪要求做出未来暴雨、洪水可能发生地区的预报；鉴别和判断流域发生非常洪水的可能性；洪水发生后，预测洪水发展趋势以及库区来水预报等。为了提高暴雨落区、落点、落时预报的精度，当前已发展了一种以气象卫星、气象雷达、常规气象观测资料相结合的暴雨监视和短时预报（见天气预报），预报时效为几小时到十几小时，预报精度较高。它有可能将降雨预报和洪水预报完全结合起来，从而延长洪水预报时效并提高洪水预报精度[6]。

3. 可能最大降水。

PMP是指特定流域范围、一年内一定历时可能的理论最大降水量。这种降水量对于大型水利枢纽的设计运用是十分重要的。一般这些工程要采用可能最大洪水（PMF）作为保坝标准。推求可能最大洪水的方法之一，是先确定可能最大降水。确定可能最大降水的方法很多，概括起来有两种：一种是暴雨（或融雪）频率分析，也就是把年极值降雨当作随机事件来处理，即根据实测的和调查的暴雨（或融雪）资料，推算出极为稀遇频率的降水量，一般称为统计学方法。另一种是成因分析方法，即根据形成暴雨的基本因素──水汽和动力条件，拟订合理的模式，使这些影响因素的指标极大化，取其在气象上所能接受的物理上限值，然后将这些指标组合在一起，构成更严重的、但在气象上和水文上可接受的时序，推估可能出现的最大暴雨量。此外，还有暴雨移置法等[7]。

4. 防洪设计标准。

水文气象分区线性矩法是目前世界上最先进的通过水文气象途径对水文气象极端事件进行分区频率计算的方法。美国NOAA于上世纪90年代中期首先采用这种途径对降雨极值进行频率分析，确定防洪设计标准，并定位国家标准。

5. 水文气象集合预报和流量概率预报。

这是一种考虑了降雨不确定性的水文—气象耦合的动态数值预报系统，它综合应用了水文学和气象学的理论通过改变不同的初始条件去模拟各种可能的未来天气情势，以概率的形式考虑了预报的不确定性，以提高降雨预报的精度和预见期。另外，考虑了某地某时段的历史降雨的统计特性，结合当时的天气形势，推测当地未来一段时间可能的降雨情势，再结合水文学原理，做出河流流量预报及其变化范围，这就是河流流量的概率预报。以上这些都是水文气象学研究的新领域[8]。

四、南京信息工程大学独特的资源优势

经过长期的积累与发展，南京信息工程大学（原南京气象学院）形成了以大气科学为核心的学科体系，具有独特的学科优势和资源体系。南京信息工程大学具有“气象人才”摇篮的美誉，在大气科学方向具有雄厚的实力，气象学学科1981年建立硕士授予点，1988年被评为中国气象局重点学科，1993年获博士学位授予权，1998年设博士后科研流动站，2002年被评为国家级重点学科。长期以来，学校为我国乃至世界各国输送了大批的气象技术专业人才，很多毕业生成为各级气象部门的业务和科研骨干。

为充实大气科学的学科体系，适应经济社会发展需要，发挥学科交叉优势，本校于2009年10月17日成立了应用水文气象研究院，特聘原美国NOAA水文气象设计研究中心首席统计水文学家林炳章教授回国主持研究院的工作，依托本校大气科学学科的学术优势，开拓了南京信息工程大学在水文气象研究领域的深度和广度。成立两年来，应用水文气象研究院得到了迅速的发展。目前世界上只有4个水文气象研究中心，分布在俄罗斯、瑞典、英国、乌克兰。南京信息工程大学应用水文气象研究院（AHMRI）是国内第一家以水文气象学为主攻方向的专业研究和教育机构。

面对当今世界一流大学群雄奋起的局势，我校积极开拓，勇于进取，敢于争先，树立了“建一流特色重点大学”的发展目标。在这一发展目标的指引下，我校水文气象方向，依托大气科学专业雄厚的科技资源和学术优势，在现有学科特色和优势的基础上，努力推进水文气象交叉学科的发展，通过构建合理的课程体系，努力培养从事水文气象事业的应用人才。

我校大气科学学院师资力量雄厚，现有教职工137人，其中专任教师92名，专职实践教学人员25名，专任教师中具有正高级职称的23人、副高24人，博士生导师18人，硕士生导师28名，有博士学位的64人，40岁以下教师博士化程度达100%。学院另有海内外兼职教授60余人。教师中享受“国务院政府特殊津贴”4人、“国家有突出贡献中青年专家”2人、入选“国家百千万人才工程”5人、江苏省“333跨世纪学术、技术带头人培养工程”6人、江苏省“青蓝工程”11人、“江苏省教学名师”1人。应用水文气象研究院（AHMRI）现有专任教师15人，其中教授2人，副教授2人，博士后2人，博士9人，是一支研究力量雄厚、学科结构合理、年轻有后劲、教学科研能力强的优秀队伍。目前，水文气象专业方向的师资、管理队伍建设已具初步框架。在未来3年内，预计引进优秀博士8～10人，届时研究院专任教师规模增至25人左右。同时，大气科学学院在大气相关学科方面师资雄厚，可以提供相关学科教学必要的支援。这些均为水文气象专业设置奠定了良好的基础办学条件。

另外，大气科学学院设有教学科研型气象台和气象灾害省部共建教育部重点实验室，这为水文气象专业实践教学环节提供了良好的平台。应用水文气象研究院出面组建了一支“水文气象防洪减灾海外学术团队”，承接了两项水利部公益性行业专项项目和香港地区“可能最大降水估算前期可行性论证”研究项目，主导并联合河海大学、南京水利科学研究院、同济大学、长江水利委员会水文局等单位，共同申报了国家“十二五”科技支撑项目。在水文气象领域已有一定的研究基础，取得了良好的科研成果。南京信息工程大学在国内率先成立水文气象（方向）本科专业，成为中国首家培养水文气象专业本科生的高校。

参考文献

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[4]尹茂祥.莫拉克台风重创台湾[J].两岸关系,2009,(09):12-13.

[5]http://news.qq.com/a/20100712/001008.htm

[6]王艳兰.2007年6月7日大暴雨定量降水精细化临近预报初步探讨[J].气象研究与应用,2007,(S2).

[7]王国安.可能最大暴雨和洪水计算原理与方法[M].北京:黄河水利出版社,1999.