资源简介

(共42张PPT)
第三单元 第7课
AI天气预报员
清华版（小学）
通
1
学习目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
教学目标
（1）了解天气预报的技术发展过程，知道人工智能预测天气的优势和不足。
（2）了解AI对传统天气预测方法的突破及其背后的原因。
（3）理解数据对于AI的重要意义。
02
新知导入
1、天气预报是预测未来天气现象的科学与技术。
02
新知导入
2、天气预报为什么重要？
日常生活：带伞、穿衣、旅行。
生产领域：农业种植、航空飞行、灾害预警。
02
新知导入
3、天气预测的方式：
从经验判断到依赖气象卫星、探测气球等现代观测工具。
02
新知导入
4、天气预报的发展：
从人工经验到AI处理海量数据，逐步提升精准度。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
古代的天气预报依靠观察自然现象和经验谚语预测天气。历史上，人们通过观察自然现象总结天气谚语，《三国演义》中“借东风”也是基于经验预测的艺术加工。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
案例1
“日晕三更雨，月晕午时风”，意味着日晕预示着夜晚会下雨，月晕则预示着午后会刮风。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
案例2
“雨后东风大，来日雨还下”，表示东风在雨后增强预示着第二天还会下雨。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
案例3
“朝霞不出门，晚霞行千里”则是说早晨的红霞预示着不宜出行，而傍晚的红霞则预示着天气将会晴朗。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
案例4
《三国演义》中诸葛亮"借东风"实为基于经验的艺术化天气预报描写，含有文学夸张成分。
03
新知讲解
1
古代的天气预报
动物行为如“蚂蚁垒窝要下雨”
植物现象如“棉花云，雨快淋”
节气如“立春”“惊蛰”等，是古人根据地球在黄道上的位置变化制定的，具有较高的科学性，对天气气候的预测预报具有较强的指导意义。
你还知道有哪些预测天气的谚语？
03
新知讲解
2
现代天气观测网络
现代天气预报是利用气象卫星、雷达和超级计算机驱动的数值模型，对大气状态进行定量预测的科学方法。
03
新知讲解
2
现代天气观测网络
现代天气预报与古代天气预报的区别。
（1）预测方法 ：卫星/计算机数值模型 vs 自然现象观察与谚语。
（2）预测精度 ：量化预测 vs 模糊趋势。
（3）预测范围 ：全球实时监测 vs 局部经验总结。
（4）科技依赖 ：超级计算机 vs 人力经验积累。
03
新知讲解
2
现代天气观测网络
现代天气预报的局限性：混沌性导致误差放大、极端天气突发难测、观测网络覆盖不均、地形干扰降水分布，以及技术认知尚存盲区。
03
新知讲解
2
现代天气观测网络
与天气预测相关的数据有哪些呢？
（1）温度。
（2）湿度。
（3）风力。
03
新知讲解
2
现代天气观测网络
全天候采集大量气象数据的高科技装备：
（1）地面气象观测站。
（2）地面气象雷达系统。
（3）高层大气观测系统。
（4）气象卫星系统。
地面气象观测站
地面气象雷达系统
高层大气观测系统
气象卫星系统
03
新知讲解
3
AI的崛起
数值计算法是气象学家们基于气象学规律来设计预测系统的方法。数值预报通过建立数学模型，利用计算机求解气象方程，预测未来天气变化。
03
新知讲解
3
AI的崛起
2、传统天气预报存在的问题 。
（1）规律局限性 ：气象方程仅在理想条件下成立，现实环境复杂多变，导致误差累积。
（2）数据融合困难 ：传统方法难以高效整合卫星、雷达等多源观测数据，影响预测精度。
03
新知讲解
3
AI的崛起
近年来，人工智能技术在天气预报领域的广泛应用，使人们看到了解决气象学终极问题的曙光。
AI模型通过学习大量的气象数据，能够快速识别天气模式，提高天气预报的准确率和效率。
03
新知讲解
3
AI的崛起
3、人工智能对天气预报的影响
（1）技术革新
AI通过海量数据学习直接预测天气，速度更快、精度更高，无需依赖传统物理方程。
03
新知讲解
3
AI的崛起
3、人工智能对天气预报的影响
（2）核心优势
AI擅长捕捉台风路径突变等非线性规律，并整合多源数据，弥补传统预报在混沌现象和数据碎片化中的不足。
03
新知讲解
3
AI的崛起
3、人工智能对天气预报的影响
（3）当前局限
需 长期高质量数据 训练，对欠发达地区适用性较低。AI的“黑箱”特性使气象学家难以理解其预测逻辑， 影响灾害预警决策 。
03
新知讲解
3
AI的崛起
3、人工智能对天气预报的影响
（4）未来方向
结合物理方程与AI学习，华为Pangu-Weather已尝试此路径。利用物联网设备（如气象无人机）的实时数据，动态更新模型参数。
03
新知讲解
3
AI的崛起
2023年7月，《自然》杂志刊登了华为公司的一项新研究，即华为“盘古”AI大模型通过39年全球气象数据训练，在准确性和速度上超越传统数值预报，台风路径预测更接近实际轨迹。
盘古大模型预测台风康妮的轨迹
03
新知讲解
3
AI的崛起
AI天气预报性能虽持续提升，但"黑箱"特性导致决策过程不透明，可能影响关键天气预测的可信度。
03
新知讲解
3
AI的崛起
"黑箱"特性指AI模型的内部决策逻辑不可追溯，输入数据与输出结果间缺乏人类可理解的因果关系。
03
新知讲解
爱
思
考
思考——如何才能突破AI预测天气的局限性，让天气预报更加精准？
AI + 数值计算 = 精准天气预报
数值预报基于物理过程，能够提供可解释的预报结果；AI则利用数据驱动，提高预报的计算速度和精度。
两者的结合可以实现优势互补，为气象预报提供更全面、准确的解决方案。
03
新知讲解
爱
思
考
总结 ：AI是突破学科瓶颈的利器，但需平衡技术创新与可控性，未来将成为各行业的“智能伙伴”。
04
课堂练习
一、判断题。
1、古代天气预报谚语“朝霞不出门”说明早晨出现红霞预示晴天。（ 　）
2、数值计算法能完美模拟现实中的所有气象变化。（　 ）
3、AI天气预报完全不需要任何气象学知识。（ 　）
4、“盘古”模型可以准确预测台风路径。（　 ）
5、气象无人机属于传统观测设备。（　 ）
×
×
×
√
×
04
课堂练习
二、选择题
1、现代天气预报相比古代的进步不包括（ ）
A. 使用卫星数据 B. 依赖超级计算机 C. 完全取代人工经验 D. 全球实时监测
2、AI预测天气的核心优势是（ ）
A. 无需任何数据 B. 处理海量复杂数据 C. 100%准确预测 D. 完全替代气象学家
3、“黑箱”问题指（ ）
A. AI模型体积过大 B. 决策逻辑不透明 C. 只能在夜间使用 D. 需要黑色外壳
4、华为“盘古”模型的关键突破是（ ）
首次实现天气预报 B. 预测速度和精度超越传统方法
C. 无需计算机支持 D. 仅使用古代气象数据
C
B
B
B
04
课堂练习
三、填空题
1、古代天气预报主要依靠观察___ ___和总结谚语（如"朝霞不出门"）。
2、现代天气预报使用___ ___和超级计算机进行数值预测。
3、AI天气预报模型"盘古"由___ ___公司研发，其预测速度比传统方法快1万倍。
4、AI的"___ ___"特性指其决策过程难以被人类理解。
5、气象卫星和地面雷达属于___ ___数据采集设备。
自然现象
气象卫星
华为
黑箱
现代
05
拓展延伸
1、人工智能的应用领域。AI广泛应用于制造、医疗、金融、农业、交通等十大领域，推动各行业智能化升级。
05
拓展延伸
2、气象卫星发展史 。1960年TIROS-1首颗气象卫星发射，现代风云四号等卫星可实现每分钟拍摄高清云图，监测台风、雾霾等。
05
拓展延伸
3、物联网在气象中的应用有：智能气象站、无人机、船舶浮标构成“空天地海”一体化监测网，实时回传温湿度、气压等数据。
05
拓展延伸
4、全球气象合作组织 。世界气象组织（WMO）协调各国共享数据，中国贡献“一带一路”沿线国家气象站观测资料。
06
课堂总结
1
古代的天气预报
2
现代天气观测网络
3
AI的崛起
4
完成课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
AI天气预报员
07
板书设计
AI天气预报员
1、古代的天气预报
2、现代天气观测网络
3、AI的崛起
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、AI天气预报又快又准，但长期依赖是否会导致人类气象学家技能退化？我们应该如何平衡AI辅助与人工经验的关系？
08
课后作业
1、AI天气预报又快又准，但长期依赖是否会导致人类气象学家技能退化？我们应该如何平衡AI辅助与人工经验的关系？
（1）人机协作 ：AI处理海量数据，人类负责结果校验与策略调整。
（2）技能培训 ：气象学家需掌握AI工具原理，同时保持传统分析能力。
（3）职责分工 ：AI用于常规预报，人类专注极端天气等复杂场景研判。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑