《气象信息系统工程》课程教学大纲

1、气象信息系统工程课程教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）气象信息系统工程课程名称（英文）Meteorological Information System Engineering课程类别1：专业主干课程课程性质2必修授课语言3中文授课学期6学分2课程学时及分配总学时讲课实验课外322012适用专业计算机科学与技术教材马利等，气象信息处理与系统设计基础，清华大学出版社， 2017年11月第 1 版。授课学院计算机与软件学院先修课程大气科学概论后续课程课程简介课程基本定位：“气象信息系统工程”是一门专业主干课程。是计算机与气象相结合的理论和实践基础课程。核心学习结果：通过相关教学活动，帮助学生

2、理解气象信息表示方法、资料加工处理技术、处理方法、业务与规范、管理与服务、掌握GrADS软件的应用、使用Fortran语言进行气象信息加工处理等内容，提升学生计算机与气象相结合的应用能力。主要教学方法：围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讨论、 作业、 课内实验、课外阅读、听讲座等教学形式。大纲更新时间2020.8注：1.课程类别：选填“通识核心课/通识拓展课/通修课/学科基础课/专业主干课/专业选修课/专业实践/素质拓展”2.课程性质：选填“选修/必修”3.授课语言：选填“中文/双语/全英文或其他语种”二、课程目标序号课程目标（参考培养目标、毕业要求、课程定位）支撑毕业要求指标点1达成途径1

3、课程目标1：使学生了解气象资料种类，掌握常用气象资料的加工、处理方法，培养学生使用GrADS对气象数据进行处理的能力，让学生能在一个较高的层次上利用计算机处理气象应用中可能出现的问题。1.3 了解气象及国防相关知识，了解计算机专业知识、方法和技术在该领域的应用背景、发展现状和趋势；综合应用课堂讨论、 作业、 课内实验、课外阅读、听讲座等教学形式。2课程目标2：使学生了解气象信息系统现状及发展目标，掌握气象要素及对应的预报方法及相应的业务与规范、管理与服务为今后可能的技术应用做好必要的知识准备。7.2：了解信息化与环境保护的关系，能够理解和评价计算机专业工程实践对环境和社会可持续发展的影响综合应

4、用课堂讲授讨论、 作业、 课内实验、课外阅读、听讲座等教学形式。注：1.支撑毕业要求指标点：选填项。需要进行专业认证，有毕业要求指标点可参照的课程必填，无明确毕业要求指标点可参照的可不填。三、理论教学内容章标题教学内容学时思政融入点1学生学习预期成果2教学方式3课程目标第1章 气象信息系统现状概述教学内容：1. 气象信息系统的基本概念2. 气象信息系统现状3. 气象信息系统发展历程重点与难点：1. 重点气象信息系统的基本概念，气象信息系统的组成。2. 难点全国综合气象信息共享平台总体结构示意图3在讲解高性能计算机发展的历史时引入典型人物突出他们的贡献，通过对这些人物事迹的挖掘，可以更好地激发学

5、生的学习热情和培养学生的爱国情怀，以此教育学生为国争光。1. 理解资料库、程序库、图形图像库、预报员的基本定义。 2. 掌握资料库、程序库、图形图像库、预报员的作用。 3. 了解各级气象信息部门的业务部局。4. 了解目前气象信息系统的核心构成。5. 理解气象信息系统的组成。6. 了解通信网络的发展。7. 了解国内外预报工作平台系统介绍。8. 了解高性能计算机的性能。综合应用课堂讲授、讨论、 作业、 课外阅读、听讲座等教学形式。本章教学支持的课程目标为目标1和2第2章 气象要素预报教学内容：1.气象的基本要素。2.气象要素的预报方法。重点与难点：1.重点气象的基本要素、气象要素的预报。2.难点

6、气象要素的预报。1气象观测的先进人物1. 掌握大气的基本要素。2. 掌握降水、云雾、温度、风的预报方法。综合应用课堂讲授、 作业、课外阅读等教学形式。本章教学支持的课程目标为目标1和目标2第3章 常用气象资料教学内容1. 气象资料概述。2. 气象资料的处理技术。3. 气象资料产品研发。4. 气象资料存储管理和共享服务。5. 中国气象数据网重点与难点1.重点气象资料的种类、处理技术、数据库系统结构、布局与业务流程。2.难点气象资料处理技术。课内3介绍气象赛事引导学生参加各类竞赛，提高实践能力，为社会创造价值。1. 了解气象资料的定义。2. 掌握气象资料的种类。3. 掌握气象资料的处理技术。4.

7、掌握常用气象资料处理。5. 了解国内气象数据产品研发现状。6. 了解气象数据产品研发主要问题。7. 了解综合数据产品研发方向。8. 了解数据库系统结构。9.了解数据库系统布局。10.了解数据库系统应用实例。11.掌握数据库业务流程。综合应用课堂讲授、 作业、课外阅读等教学形式。本章教学支持的课程目标为目标1和目标2第4章 数据处理和显示的绘图软件GrADS教学内容1. GrADS及其软件包。2. GrADS的数据处理。3. GrADS的使用。重点与难点1.重点编写.Ctl和.gs文件。2.难点编写.gs文件。课内4+实验6以气象模式获国家科技奖为例 1. 理解各类数据格式的特点。2. 掌握Gr

8、ADS 处理 FNL 1.0X1.0（grib1）数据。3. 掌握.gs文件的基本内容。4. 掌握系统运行环境的参数设置和功能定义。综合应用课堂讲授、讨论、 作业、 课内实验、课外阅读、听讲座等教学形式。本章教学支持的课程目标为目标1和目标2第5章 Fortran95程序设计教学内容1.Fortran95简介2.Fortran语言的发展过程3.FORTRAN90/95语言源程序书写格式1. 4. Fortran基本数据类型5. 顺序结构程序设计6. 选择结构程序设计7. 循环结构程序设计8. 数组的定义与引用9. 数组的逻辑结构与存储结构10.数组的输入输出11. 给数组赋值12. 动态数组1

9、3. 子程序、实参、虚参等基本概念14. 外部子程序15. 实参和虚参之间的数据传递16.系统内部函数17.与子程序相关的应用 18.与GrADS相关的应用重点与难点1.重点自由格式的Fortran源程序的书写、各种数据类型、Fortran的字符集与保留字、输入输出语句的使用、IF语句、SELECT CASE语句、DO语句、DO While语句、数组的定义、初始化、数组元素的引用、二维数组的存储结构、数组程序设计方法、动态数组、子程序与外部子程序的区别、全局变量、2.难点自由格式的Fortran源程序的书写、循环条件的设置，循环的嵌套、动态数组、子程序与自定义函数的区别、子程序的编写课内9+实

10、验62015年，美国政府禁止本国企业向跟世界上最快的超级计算机相关的中国设施出口技术，中国的天河二号使用的就是英特尔的 Xeon众核处理器+Xeon Phi加速卡。美国的反制也让中国无法使用美国的软硬件。以此事件展开课程思政教育，核心技术要掌握在自己的手中才能不受制于人，用这些事件鼓励学生发奋努力。1. 了解Fortran语言提供的五类九种数据类型；2. 理解Fortran语言提供的五种内部基本数据类型的作用和性质；3. 掌握常用的保留字；4. 掌握可控格式的输出语句：PRINT语句和WRITE语句；5. 掌握可控格式输入语句READ语句的3中形式；6.掌握各种类型的格式控制符；7.掌握FOR

11、MAT格式说明语句；8.掌握单分支块IF结构、双分支块IF结构、多分支块IF结构、逻辑IF语句的相关概念、表示和用法；9. 理解并掌握带循环变量的DO循环的执行过程、循环自变量的变化过程；10. 掌握DO WHILE语句循环的书写格式、执行过程。11. 了解数组的作用及由来；12. 掌握用类型说明语句定义数组；掌握利用DIMENSION语句说明数组；掌握用类型说明语句DIMENSION语句定义数组；掌握数组元素的引用方式（下标法、数组片段法）；掌握数组名的特殊作用；13.了解二维数组的存储结构和逻辑结构的不同；14. 掌握一维数组、二维数组的逻辑结构及存储结构；15. 掌握使用DO循环输入输出

12、数组元素；掌握使用数组名或数组片段对数组进行输入和输出；掌握隐含DO循环的作用以及利用隐含DO循环对数组进行输入和输出；16. 掌握使用DATA语句赋初值；使用数组赋值符赋初值；17. 掌握动态数组的定义、内存分配和释放；18. 理解函数子程序和子例行子程序的不同点；19. 熟练掌握外部函数子程序、外部子例行子程序的定义、调用方式以及各自的适用范围；20. 理解数据传递的方式（地址传递和值传递）；理解变量的作用域等概念；21. 熟练掌握变量为虚参、为数组（非字符数组和字符数组）、为子程序名、为“*” 号时的各种虚实结合的数据传递方式；22. 掌握常用的内部函数的名称和使用方法；23. 理解并掌

13、握子程序应用；24. 读懂grads程序综合应用课堂讲授、讨论、 作业、 课内实验、课外阅读、听讲座等教学形式。本章教学支持的课程目标为目标1和目标2注：1.思政融入点：至少写3条，简述该课程教学中将思政教育内容与专业教育内容有机融合的知识点（下同）。 2.学生学习预期成果：描述学生在学完本节内容后应获得的知识、能力或素养水平（下同） 3.教学方式:包括讲授、讨论、案例、演示等，但不限于所列，根据课程实际需要列举四、实践（实验或实习）教学1编号实验或实习项目名称教学内容学时实验或实习类型2思政融入点学生学习预期成果课程目标1实验1：基础绘图命令的使用练习实验主要内容1)修改C:GrADS19d

14、atamodel.ctl文件2)维数环境设置3)画温度图，加标题4)画grid网格图5)流线形式绘制二维风场6)矢量箭头形式绘制二维风场7)风向杆形式绘制二维风场8)画高度场二维等值线图单色彩虹色(反)画虚线设定等值线线宽6设置样条插值光滑开关控制等值线的标记方式（off）设置等值线间隔2009)画高度场二维填色等值线图3. 重难点GrADS基本命令。2验证性美国intel断供浪潮CPU事件。浪潮是中国第一大、全球第三大服务器提供商，2020年Q1，浪潮占中国服务器37.6%的市场份额位居第一，占全球9.6%的份额位居第三。2020年7月2日，美国intel公司停止向浪潮集团提供X86架构CP

15、U，消息短短发出一个小时，浪潮的市值就蒸发了60亿，并一度跌停。虽然两天后，intel公司恢复了CPU的供应，但从中我们看到，我国需要有自主的CPU产品，只有这样，我们才不会被掐脖子。我们可喜的看到，近年来，以龙芯、申威、海思等为代表的国产CPU已经逐渐壮大起来，2020年6月全球超级计算机top500最新榜单中，国产神威太湖之光采用国产申威SW26010 260C 1.45GHz CPU，获得全球第4，中国第一的好成绩。以此案例展开思政教育，让学生明白关键技术的研究是国家科研实力体现，将这些科研成果与知识点讲授结合，可以让学生了解具体的科技创新过程，培养学生的创新意识和团队精神。grads快

16、速入门熟悉基础绘图命令的使用1、22实验2：一维图形各类参数设置综合实验 实验主要内容1)利用所提供的数据资料，绘制变量名为“r1”的单线图，要求标记符号为实心方框，颜色中蓝色，线条为短虚线并加粗。显示线并加粗设为红色。2)设置轴和轴颜色、线宽和字符大小；坐标轴的坐标从年间隔给年；只画垂直网格线，为一点线，颜色为绿色；轴坐标轴标尺的取值范围是：；不打印的标注画grid网格图。3)在图的顶部协商“”；在轴侧边写下“”作为坐标轴标注，在轴侧面写下“”作为轴标注；设置图注的颜色为兰色（）； 4)绘制时线条为实线，不加粗，线条标记符号为实心圆，线条为紫色，其他设置同；5)绘制一张“”、“”绘制在同一个

17、图上；6)分别将上述两个变量分别绘制直方图，设置间距、起始位置分别为从顶绘制、从底绘制、从的位置绘制，设置为黄色，为蓝色；7)其他图形设置同单线图设置；并最后将两个变量绘制在同一个直方图形上；3. 重难点坐标轴的设置、图注设置、的位置绘制。2设计性1)熟练掌握一维单线图基本绘图设置指令2)熟练掌握直方图基本绘图设置指令3)熟练掌握间距、起点等基本绘图指令的使用4)熟练掌握坐标轴基本设置命令的使用1、23实验3： 使用GrADS 处理 FNL 1.0X1.0（grib1）数据实验主要内容1）使用GrADS处理 FNL 1.0X1.0（grib1）数据，并画出各种距平图形。3. 重难点生成.ctl

18、和.idx文件。2验证性1) 利用GrADS处理 FNL 1.0X1.0（grib1）数据1、24实验4：数组的应用实验主要内容1）输入南京站2014年7月份31天的气温值，把高于平均温度的日期和气温值输出；2）已知某气象台站7月17日至7月21日每天4个观测时间（即02,08,14,20时刻）的温度观测值，要求编程实现下列功能：（南京2009.7.17-21日温度观测值见表5-10所示）（1）统计每天的平均温度。 （2）统计7月17日至21日总的温度平均值。（3）输出每日平均温度的最高值。（4）统计5天中每天4个观测时间的温度平均值。3. 重难点算法思路、输入输出方法、数组的用法、统计方法。

19、2设计性1）掌握算法思路；2）掌握输入输出方法；3）掌握数组的用法；3）理解统计方法。1、25实验5： 计算1月蒙古高压强度与中国160站气温的相关关系 实验主要内容已知：1951-2010年1月蒙古高压强度指数序列和1951-2010年中国160站逐月气温站点资料。计算：计算1月蒙古高压强度与中国160站气温的相关关系。要求以“*.dat”和“*.grd”两种格式保存1951-2010年1月蒙古高压强度与我国气温的同期相关数据3. 重难点分析问题，理清算法和程序，设计程序流程图并编写程序2综合性分析问题，理清算法，设计程序流程图并编写程序1、26实验6： GrADS综合应用根据实验5完成实验

20、主要内容1）使用GrADS对系统运行环境参数的设置，了解功能的部分定义，按照教科书P58-P74自行设计编写.gs文件。3. 重难点对.gs文件的编写。2综合性巩固GrADS对系统运行环境参数的设置，编写.gs文件。1、2注：1.此表可用于课内实践教学环节或某门综合实践课程2.实验类型：选填”验证性/综合性/设计性”；实习类型：选填“认识实习/生产实习/毕业实习”五、课程评价（一）考核内容、考核方式与课程目标对应关系课程目标考核内容课程目标在各考核方式中占比1实验成绩报告课程作业期末机考-基础知识期末机考-编程期末机考-综合应用课程目标1：使学生了解气象资料种类，掌握常用气象资料的加工、处理方

21、法，培养学生使用GrADS对气象数据进行处理的能力，让学生能在一个较高的层次上利用计算机处理气象应用中可能出现的问题。4章和5章气象信息处理和可视化90%50%10%90%90%课程目标2：使学生了解气象信息系统现状及发展目标，掌握气象要素及对应的预报方法及相应的业务与规范、管理与服务为今后可能的技术应用做好必要的知识准备。各章知识点中的基本概念、原理、方法和图10%50%90%10%10%合计100%100%100%100%100%各考核方式占总成绩权重（自行赋值）20%10%40%15%15%注：1. 课程目标在考核方式及占比：主要根据课程目标自行设计和制定多元化考核方式，表中所列仅为参考

22、（红色数据可删除）。但所列考核方式必须覆盖全体学生，可根据当学期具体教学情况酌情调整。2. 各考核方式占总成绩权重：根据课程实际情况对各考核方式占总成绩的权重予以赋值。（二）考核方式评分标准1课程作业和实验报告评分标准课程目标评分标准（分数段划分可根据课程需要自行设计）占比90-100（优）80-89（良）70-79（中）60-69（及格）0-59（不及格）目标1按时提交作业或报告，概念准确，验证结果正确，分析充分，论述清晰，层次分明。按时提交作业或报告，概念准确，验证结果大多正确，分析较充分，论述清晰，层次分明。按时提交作业或报告，概念基本准确，验证结果存在少量错误，分析不充分，论述基本清晰。介于中和及格之间未按时交作业或报告，概念欠准确，验证结果错误较多。60%目标2按时提交作业或报告，概念准确，计算结果正确，分析充分，论