编者按：网友拍的壮丽极光组图，在空间天气专家的眼里是描绘极光动态变化、涵盖种类丰富的科学资料；无独有偶，龙卷风考察也常常借助见证者拍摄的视频和图片还原灾害现场；小朋友和农民收集的冰雹，正协助北京大学物理学院张庆红教授课题组的科学研究活动，用于科学家进一步解析冰雹在云内的增长机制。放眼国际，美国的SKYWARN计划系统地培训龙卷风摄影爱好者观测龙卷风等极端天气现象，成为预警的重要一环。
这些实例表明，极光摄影师、龙卷风见证者和收集冰雹样本的公众不仅是科学成果的受益者，也是科学探索的参与者。通过收集一手数据、提供关键线索，大家正以切实行动走进气象科研领域。这种深度参与本身，也是一次生动而深刻的科普，让科学更加贴近生活，点燃更多人对自然的求知热情。
龙卷随手拍 科研正好用
乌云伴随着闪电，大量房屋屋顶和车辆被卷起；漫天碎屑随着龙卷的涡旋飞舞，越飞越高；一棵成年人展臂都抱不住的大树被风吹倒，大树主干被拧成了“麻花”……这些出自群众随手记录的龙卷风实况视频和照片，是调查和分析龙卷风灾害的重要资料。
2020年7月22日龙卷过后，响水县受灾现场。 图/王啸华
龙卷风，也称龙卷，是一种少见的局地性、小尺度、突发性强的强对流天气，其空间尺度很小，且生命史很短，较难被观测捕捉和记录，不确定性极大。这些特点使得气象观测站、雷达设备等很难直接观测到龙卷风，现场资料就显得尤为宝贵。
现场天气灾害调查中，必不可少的一环是走访目击者。“目击者拍摄的视频和照片通常是第一时间、近距离的，而且是多维度的，具有很强的科学参考价值。”广东省佛山市龙卷风研究中心首席黄先香介绍。“一系列图片中展示出来的细节都是对龙卷风定级的有力证据。”江苏省气象台台长王啸华表示，一方面，判断某次强对流天气是否为龙卷风的重要方法之一就是分析识别其雷达回波特征。如果在图片等影像资料中能清晰地看到“漏斗云”的特征，其被判定为龙卷风的可能性和确定性便可大大增加。另一方面，天气过程结束后的现场资料也能帮助气象工作者为龙卷风准确定级——大树折断的方式、“扒皮”的程度或者倒伏的方向、屋顶掀翻的情况、电线杆折断的情况、重物被吹走等情况都是重要参考。
“通过搜集群众拍摄的视频和照片，以及群众的所见所闻，还可以第一时间更为客观地掌握龙卷风的破坏场景，确定龙卷风发生的时间、地点、强度、生命史等等。”黄先香提到，一般龙卷风灾害发生后，为疏导交通、救助人员，灾害现场倒伏的树木、电线杆、铁塔等典型的灾害指示物很快就会被市政部门清理掉，等气象灾害调查人员到达时，往往不再是第一现场状态，失去了科学分析价值。因此，记录灾害发生第一时间场景的影像价值非常高，有助于确定灾害的发生时间、地点、灾情、风向、灾害路径的长度和宽度、漏斗云变化特征等。调查人员可以由此推断出龙卷风的生命史、强度分布等信息。这些详细的灾害调查资料与对应时刻和位置的天气雷达、卫星云图等气象探测资料进一步结合，就可以协助调查人员开展龙卷风风暴的环境条件、中尺度特征等分析。王啸华表示，搜集到这些图片和资料后，气象部门会根据龙卷风信息，与各类观测资料进行比对、归纳、分析，结合当时的天气形势、气象要素等，总结出龙卷风概念模型，并进一步推动相关技术研究。研究所得的成果，将在业务中深化应用，以更好地支撑龙卷风预报预警工作。
提到印象最深刻的龙卷风图片，黄先香告诉记者：“在调查2015年10月4日广东佛山EF3级龙卷风事件时，我们通过富安工业区群众拍摄的鱼塘上的龙卷风照片，找到了龙卷风初生时的幼小形态；通过群众在网上分享的行车记录仪拍摄的龙卷风照片，确定了龙卷风的行进轨迹；通过群众分享的视频，看到了龙卷风在穿越高楼时的低层漏斗云短暂消散的现象，以及龙卷风行进过程中的分叉现象。此外，家住高层的顺德居民还拍摄到了龙卷风鼎盛时期的视频，画面非常震撼，我们第一次清晰地看到了龙卷风漏斗云外围还有一条水平涡管围绕着龙卷风在旋转。这些来自民间的影像资料，弥补了气象探测设备的不足，对我们研究龙卷风主体涡旋以及龙卷风内存在的多个小尺度抽吸涡旋等很有帮助。”王啸华则想起了2020年7月22日发生在江苏省盐城市响水县的那场龙卷风。当王啸华与几位专家组成灾害调研小组赶到现场，开展灾情调查、龙卷风定级等工作。“我注意到了一张照片，一棵成年人展臂都抱不住的大树被风吹倒，在主干的地方出现了‘麻花’形状，这是典型的龙卷风受灾情形之一。”
除了有助于科学研究，龙卷风实况影像还有助于下游区域及早识别和预警龙卷风。黄先香介绍，2022年7月4日，佛山气象部门通过群众提供的影像资料确认三水区发生龙卷风后，与其下游的花都区气象部门密切联动，准确研判了超级单体风暴的移动路径和演变进程，助力花都及时发布了龙卷风预警。此外，王啸华表示，一些能够反映现场情况的图片、视频，也成为气象部门向公众开展科普解读的重要“工具”——这类资料能够直观地展现龙卷风等强对流天气的破坏性，让公众了解灾害、敬畏自然，提高防灾减灾意识和技能，科学防灾避险。(刘蕊）
拍摄极光 打开预报另一种思路
极光的发生与地磁活动联系紧密，而地磁场的变化则主要来自太阳爆发活动，因此，对极光现象的观测、记录和研究，有助于了解太阳物质能量与地球磁场、大气相互作用的过程。而极光现象这种能被人肉眼观看到的天象，也被称为研究空间天气事件的天然实验室。
极光、星空摄影师所拍摄的极光影像不仅仅是对自然的记录，也是拥有科研价值的观测资料。例如通过极光图片的色彩、形态与亮度，可以反推出对应高空中气体粒子的大致种类和分布；借助极光图片的拍摄地点、时间、镜头焦距、曝光参数等信息，可以复盘出极光出现的时间、地理纬度以及强度，对极光预报在这一区域的实际准确性做出判断，甚至可以据此绘制出一幅我国极光观测地点的全域图；有时摄影师还会无意间拍摄到一些未知的高空发光现象，比如稳定极光红弧和由高温高速粒子制造的狭长紫色发光条带。极光摄影师的拍摄工作正帮助科学家们解开这些现象背后的秘密。
2023年4月24日，戴建峰拍摄的新疆克拉玛依极光。 图/戴建峰
虽然极光发生的高度在百公里以上，能够覆盖很大一片地面区域，但是由于城市照明、日光和月光的影响，并不是每个纬度适合的地区都能看到极光。所以拍摄极光从来不是一件容易的事，效果最好的拍摄地点往往远离城市。这就要求一方面拍摄者要携带设备驱车几百甚至上千公里前往，并且做好野外过夜的准备；另一方面还要看天气条件是否配合。天气条件未达最佳，或者月亮高挂夜空，都会影响极光拍摄。用资深摄影师戴建峰的话说“想拍到满意的极光照就是蹲守加熬。”比如2023年4月24日，他在新疆克拉玛依拍摄到的绚丽极光，就是通过提前获取空间天气预报，了解到此地可能发生地磁暴活动，于是果断驾车出发，终于在穿越上千公里，连夜蹲守后，拍到了出圈儿的极光照！
这在当时是我国罕见用数码产品记录到的绿色极光。由于我国纬度较低，当出现较强地磁活动时，有机会看到一千多公里之外高空中的红色极光，但绿色极光发生高度一般不会超过200公里，所以它的出现，意味着绿色极光带已经距离我们只有几百公里，这大大超出人们以往的认知。这一情况也在提示我们，北半球磁极在向我国方向漂移，可以说，这幅红绿复合极光照片也让我们在极光预报方法上做出了一定程度的调整，让极光预报准确率进一步提升。
时间来到2025年，太阳已经达到第25活动周的峰值段并开始逐渐转低，这就带来了新问题——过去两年的极光预报方法面临挑战，比如相同强度的地磁活动中，出现的极光亮度与颜色与之前两年的观测记录是否相似呢？换句话说，之前预报强地磁暴后出现比较明显的极光，现在是要调整为弱极光，还是加强到非常明显的状态呢？这就需要广大的极光猎人来帮助我们——“捕获”极光，通过与过去几年的影像资料进行对比，共同探索答案了。（韩大洋）
收集冰雹 助力科学研究
5月13日傍晚，一场猛烈的冰雹穿过北京大街小巷，迅速成为热点。在关于冰雹的热烈讨论声中，科学家收集冰雹的信息格外引人注目。那是北京大学张庆红教授的冰雹课题小组发起的活动，邀请公众参与收集冰雹，协助课题组开展冰雹科学研究。目前，课题组已在国际权威期刊上发表数篇解析冰雹生长的研究论文。
冰雹，一种常与灾害联系在一起的固态降水物，对房屋、车辆、庄稼和室外行人都造成威胁。同时，这种强对流天气的产物也很难“捕捉”。要想准确预报冰雹在哪下、什么时候下，摸清其生长过程是关键。
正因为如此，张庆红教授的冰雹课题组开展了长期研究，而样本的收集却成了一大难题。冰雹课题组成员林翔宇说：“提前到下冰雹的地点蹲守几乎不可能。”于是，课题组发起了“冰雹换玛瑙”活动，借助公众力量积累冰雹研究样本。课题组选择玛瑙作为回礼，蕴含着一份巧思——冰雹的分层记录了其高空成长历程，而玛瑙的横切面则展示出类似的环状纹带，那是地质活动在它身上留下的印记。
课题组发给志愿者们的玛瑙纪念品。 受访者供图
从山东潍坊的蔬菜大棚，到宁夏的戈壁滩边，再到福建海边村庄……林翔宇和同门多次专程前往上述地区，将南北方不同区域的冰雹从百姓家的冰箱转存到移动冰箱里，带回北京，进入课题组实验室。冰雹被切割成薄片，一片片冰雹在试剂瓶中逐渐融化，溶液则被送入各种检测仪器中。冰雹生长过程中的各种气象条件和环境因素被一步步推断出来，冰层的水汽来源对应特定海拔的温度、氢氧同位素特征，可用于反推冰雹在天空中的位置和轨迹。
课题组收集到的冰雹。 受访者供图
保持对未知的好奇和探寻，是捡冰雹的孩童和这群科研工作者的共同点。“北京5月13日的冰雹过后，有20多名志愿者联系了我，其中有不少小朋友。”林翔宇说，小朋友们通常会约定放学后或周末时段取冰雹样本，因为这样可以多问几个问题——冰雹怎么生成、长大的？收集冰雹可以用来干什么？而林翔宇也会借此机会展开冰雹科普，耐心地一一解答充满天真好奇的问题。
“冰雹换玛瑙”的活动长期开展，课题组欢迎更多志愿者收集提供冰雹样本。林翔宇提示，收集样本首先要注意安全，如果冰雹大小为直径一两厘米，建议打伞前往；如果冰雹太大，一定要等冰雹停了再收集。收集方法上，要注意收集干净、完整的冰雹，大小体积的冰雹都可以多多收集，这是因为大小冰雹的成因和生长机制有所不同。收集好样本密封保存，记录精确到分钟的收集时间，以便研究人员与同一时段雷达资料进行对比。收集好样本的志愿者可以通过邮箱——hailstorm-pku@pku.edu.cn联系课题组（邮件请附上您的联系方式并注明“冰雹样本提供”），接下来等待课题组成员上门来取即可。（刘蕊）
锋评：公众参与科研，正当其时
好奇接住的一颗冰雹可以帮助破解强对流天气的生消机制，随手拍下的昆虫可能填补物种空白，网络上的吐槽就能引发关于霉菌研究的新思路……万能的互联网、迅捷的信息传播，正在让越来越多的公众力量参与到科学研究中来。
公众力量作为科学研究的一种重要补充力量，可以打破时空局限，提高线索搜集效率，甚至提供新的研究视角。科研工作大多有着较强的专业壁垒，普通人往往可望不可及。但近些年，越来越多的科研工作中出现了公众的身影。这是因为，专业科研团队人员有限，人力物力不足以支撑其完成线索收集，存在一定的时空局限性。在此背景下，公众的强大力量得以发挥。
而在这个通讯发达、信息传播飞快的时代，保证公众力量被广泛吸引参与到科研活动中，能正确利用并得以规范，仍需有效引导。
不同于一般意义上的科普，这里的公众不再仅限于科学传播、科学普及的受众，他们同时会是科学研究的参与者、科学普及的贡献者，比如通过提供线索，推动科研突破。这其中的关键是要积极引导群众参与。人类对于未知事物存在好奇心，这是开展科学创新研究的原动力。科研团队要珍视民众的好奇心，积极开展科普宣传活动，拉近与群众距离，激发群众参与科学的热情；此外，还应设立透明公开的参与渠道，降低参与门槛。
其次，还应充分尊重线索提供者，例如追踪汇报线索的应用成效，颁发奖励证书或感谢信等，增强互动和参与感。例如，北京大学“以玛瑙换冰雹”活动，就很好地体现了研究团队对公众的尊重和对线索的珍视，这才吸引了媒体竞相报道和群众广泛参与。
普通民众参与科学研究的风潮背后，也存在着一些不足甚至隐患。
首先，现有公众参与的科研多停留在线索收集阶段，缺乏成体系的利用渠道，其效益和潜力有待进一步挖掘。
其次，公众科学虽被冠以科学之名，但并不具备科学所必需的严谨性。一方面，公众未经过专业培训，更多的是出于一腔热血，观测、取样、保存手段并不专业，提供的线索存在不规范、被污染、要素不全等问题，难以直接应用于科研；其次，部分网民出于猎奇或追求热度心理，上传来源不明的线索甚至伪造线索，污染数据库甚至误导研究方向。
因此，科研机构在征集线索时，应以通俗易懂的语言表述正确的记录方式，并强调数据严谨真实的重要性，引导公众形成对科学的敬畏感。对于特殊区域中有热情且有条件深度参与公众科学的群众，可以通过开展专题培训讲座、建立社团等方式，更好地提升民众获取线索、记录线索、保护线索的能力，提高线索可用性。在使用民众提供的线索时，也应该仔细甄别，交叉验证，保证数据真实、结果可靠。
科学不仅是科学家的问题，也绝不应止步于科普的单向输出。向群众收集科学线索，也让群众受益于研究成果，在这一过程中，科学打破时空桎梏，实现科研与公众的双向奔赴。
记者手记：民众是科技创新的受惠者也是参与者
整个采访下来，记者真切感受到公众参与气象科学研究活动所展现出的价值和活力。从冰雹样本难求、实验难以开展到集齐南北中西数百次冰雹过程的样本，发动公众力量协助开展科研的效果令人印象深刻。
气象科研新样貌的展现，离不开科研工作者“以人为本”的初心和公众的共同努力。正如“让研究更接地气”这一理念所体现的初心一样——“ 最初，科研主要采用计算机模拟方式，研究冰雹的形成、运动及与环境的相互作用，本质上是和数字打交道，并不清楚真实的云里在发生什么。”没过多久，课题组导师、北京大学教授张庆红决定，要收集冰雹，从实际样本出发来做实验，与模拟结果相对照。本着研究清楚冰雹是怎么在云层里生成的以提升冰雹预报能力达到降灾减损的初心，才有了玛瑙换冰雹的创意。贵州毕节沙土镇的农民、福建省福州市的茶农，为课题组收集了几袋子冰雹，存好放入冰箱。
收集冰雹样本、拍摄龙卷风和极光照片的志愿者们可能不清楚这些资料在实验室将经历什么，但以这种方式参与科研活动，一颗与科学相连的种子也就此种在心里。收集冰雹的小朋友会特意约定晚上或周末来取样本，因为这样就有时间问课题组的林翔宇：“这些冰雹是用来干什么的？冰雹是怎么长出来的？”在林翔宇的耐心细致的讲解中，科学和科普两翼齐飞仿佛有了一行生动注脚。这种深度参与本身，就是一次生动且深刻的科普——点燃对自然的求知热情，在真实的探索中理解科学。
在冰雹小组的帖子评论区，网友们也纷纷留言“现在我也知道下冰雹的时候记得留样本给研究者了”。是的，之后若再遇到特殊天气，可能会有更多人有意识地保存样本或主动记录，为科学研究贡献力量。（刘蕊）
（责任编辑：曹锐怡）
