大氣不僅可以支持燃燒、供給呼吸,還能通過過濾紫外線、阻擋流星體等方式保護地球生命的安全。大氣是地球自然地理環(huán)境的重要組成部分,它在地理環(huán)境的發(fā)展演化中扮演著重要的角色,同時也對人類的生產、生活活動產生重要影響。
《地球上的大氣》一直是學業(yè)水平考試乃至高考的重中之重。而熱力環(huán)流作為大氣運動最簡單的形式,是學習大氣部分必須掌握的基礎地理原理。熱力環(huán)流中最具代表性的例子有海陸風、山谷風、城市風等,它們不僅影響地理環(huán)境的發(fā)展,也關乎人類活動,如熱島環(huán)流帶來的城市風,下沉氣流的位置是城市規(guī)劃中布局功能區(qū)的參考因素之一。所以,同學們在學習時務必理解、掌握這些環(huán)流形成的機制和過程。
在熱力環(huán)流中,熱量分布的差異如何形成高、低氣壓進而導致空氣的環(huán)流運動,是不少學生學習中的障礙。他們不能正確完成熱力環(huán)流的過程示意圖,分析不清楚熱力環(huán)流中氣溫、氣壓的對應關系,甚至簡單地記成:氣溫低則氣壓高,氣溫高則氣壓低。事實果真如此嗎?影響氣溫、氣壓高低差異的因素有很多,在熱力環(huán)流中,除了要考慮冷熱狀況差異,還要分析高空與近地面的差異,即海拔高度對氣溫、氣壓的影響?,F在我們通過一道常見例題來分析探究一下突破熱力環(huán)流慣性思維的簡單方法:
【例】 讀圖1“某區(qū)域等高面與等壓面關系示意圖”,回答下列問題。
(1)圖1中第①~第⑤點,氣壓最高的是 ,氣壓最低的是 。
(2)在圖1中用“→”畫出熱力環(huán)流。
同學們的錯誤普遍集中在把第④點判斷成氣壓最低,而第⑤點氣壓最高。只要這個判斷出錯,答案就不會正確。究其原因,是有些同學沒有真正理解近地面受熱不均后熱力環(huán)流的形成過程,空氣的運動如何影響等高面上氣壓的變化,影響了判斷。
此問題的突破點在于明確兩個對應關系,即海拔與氣溫的關系、海拔與氣壓的關系。
任一地點的氣壓值均隨海拔高度的升高而降低——氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力,在數值上等于單位面積上的垂直空氣柱所受到的重力(海拔越高,空氣柱越短)(如圖2)。正常情況下,一個地點的近地面大氣(對流層)氣溫均隨海拔高度的升高而降低——熱源是地面。
理想狀態(tài)下,同一海拔高度氣壓值應相等,等壓面分布應表現為自地面向高空平行分布且氣壓值隨海拔遞減(如圖3)。
而當太陽輻射分布不均時,即各地有冷熱差異,會導致空氣產生垂直方向的升降運動(如圖4)。
空氣一旦有了升降運動,必然影響到不同海拔高度上的氣壓值,于是,原理想狀態(tài)下(如圖3)同一海拔高度值相等、平行分布的等壓面,因A、B兩地空氣冷熱不均產生的升降運動而發(fā)生變化,同一等高面上的氣壓值將不再相等,原水平存在的等壓面因為氣壓值的變化而發(fā)生了彎曲(如圖5)。由于同一等高面上氣壓值有高低差異,水平方向上產生了從高壓區(qū)流向低壓區(qū)的空氣運動,形成熱力環(huán)流。
在此環(huán)流中,必須明確:
(1)氣壓與海拔的關系:任一地點,海拔越高,氣壓越低。A、B兩地的高空,無論氣壓值如何變化,均比其對應的近地面氣壓值低(如圖5)。圖中所標注的氣壓高、低差異,僅局限在同一水平面上比較。
(2)氣溫與氣壓的關系:熱力環(huán)流中并非冷的地方氣壓就高,熱的地方氣壓就低。實際情況應該是近地面受熱多的地方氣壓低,受熱少的地方氣壓高;高空的高、低氣壓值差異是由空氣的垂直升降導致的,因此不能斷定高空的低壓處氣溫高,高壓處氣溫低。
(3)氣壓與空氣運動的關系:氣流從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。此規(guī)律僅局限在同一水平面上,空氣由高壓流向低壓。圖5中空氣的垂直升降運動是由于受熱不均而致,非受水平氣壓梯度力的緣故。
同學們明確以上關系,即可掌握熱力環(huán)流運動形成中的基本原理。例題中圖1所示氣壓高低為:A>B>④>③=②=①>⑤,氣流運動狀況如圖6所示: