物理在地理氣象中的應用

邱菊紅

中學物理新課標要求物理老師的教學，能夠打破學科界限，加強學科聯(lián)系.中學物理與地理是兩門聯(lián)系比較密切的學科.物理知識能加深理解、掌握地理知識，地理知識又為物理知識提供事實證明.為此筆者整理了地理中與物理有關的內(nèi)容跟大家交流.

一、氣壓帶與風帶

圖1所示是地理上五條理想的氣壓帶與六條風帶：假定當?shù)厍虮砻鏋槔硐霠顩r時，即整個地球表面物質(zhì)均勻、平坦，假定地球沒有繞太陽的公轉(zhuǎn)，太陽一直直射赤道時，在地球上會出現(xiàn)圖中所示的風帶與氣壓帶，出現(xiàn)這種情況完全可以用物理知識來解釋.

太陽直射赤道后，赤道表面的空氣受熱膨脹最明顯，因此形成以氣流上升為主的赤道低氣壓，地面上，南、北30°附近中緯度的空氣流向赤道，這樣，南、北30°附近形成以下沉氣流為主的副熱帶高氣壓.

對于副熱帶高壓靠向赤道的位置，地面上存在流向赤道的氣體，由于地球自轉(zhuǎn)的影響氣流向西偏轉(zhuǎn)，這是為什么呢？

假定從地球的北極向赤道A發(fā)射一火箭，如圖2：由于地球自西向東轉(zhuǎn)時，不同緯度轉(zhuǎn)動的線速度不同，極地自轉(zhuǎn)的線速率為0，[TP4CW19.TIF，Y#]而赤道的線速率約為450 m/s，從極地射向A的火箭在飛向A的過程中，A已經(jīng)離開了原來的位置，由于火箭的慣性，結(jié)果將命中A后面的B點.在赤道處，以地面為參照物你會看到從極地發(fā)射來的火箭，是從東北方向飛來的.同樣的道理，從南、北30°附近流向赤道的地表空氣流，也偏向西，從而形成信風帶.

在南、北緯30°附近的副熱帶高壓的兩側(cè)到南、北緯45°附近，地面附近形成流向高緯度的空氣流，地面附近的這層氣流受地球自轉(zhuǎn)影響，變?yōu)榕c地球自轉(zhuǎn)方向一致的西風帶，這樣在南、北緯60°附近就會出現(xiàn)以上升氣流為主的低氣壓，即副極地低氣壓帶.而極地則形成了極地高氣壓帶.在極地高氣壓帶與副極地低氣壓帶之間形成的是東風帶.在大學物理、地理中，由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的力稱為科里奧利力.這是地面氣流方向偏離正南、北方向的原因.

二、洋流與氣候

實際上，由于海陸位置分布的關系，地面上出現(xiàn)了復雜多樣的各種氣候類型，在這些不同的氣候類型中，又有幾種氣候類型與海洋的洋流有關.

其實海面上穩(wěn)定的風向使得海水在風的吹送下形成了洋流，在赤道兩側(cè)中低緯度，北半球的洋流沿大洋四周順時針環(huán)繞，著名的如北太平洋環(huán)流，南半球沿逆時針環(huán)繞流動，如南太平洋環(huán)流.從低緯度流向高緯度的是暖流，從高緯度流向低緯度的是寒流.高緯度地區(qū)也是由于穩(wěn)定風的作用，形成它特有的洋流.如圖3.

如果觀察南半球上的澳大利亞的東海岸與秘魯西海岸，同處于南緯30°，在海岸氣候類型中，一個是屬于亞熱帶季風濕潤氣候，而秘魯海岸則屬于溫帶沙漠氣候.究其原因，澳大利亞東海岸受到低緯度流向南方的暖流影響，由于水汽的蒸發(fā)，暖流給所流經(jīng)的周邊地區(qū)帶來溫暖充沛的水汽，從而成暖濕氣候；而秘魯?shù)奈骱０秳t受到高緯度流來的寒流的影響，寒流使得流經(jīng)地區(qū)干燥寒冷，從而出現(xiàn)了海邊的沙漠氣候.

位于地中海西端的直布羅陀海峽處，存在著一種因海水密度變化而產(chǎn)生的洋流，被稱為密度洋流.由于地中海位置處于北緯30°～40°之間，特別是到了夏天，處于副熱帶高壓控制，海水的蒸發(fā)量特別大，使得海平面下降，海水密度增大，直布羅陀的海洋表面就有海水從大西洋向東流向地中海的表面，在海洋表面相平的情況下，由于地中海海水的平均密度比較大，壓強也大，直布羅陀海底的海水就從地中海向西流向大西洋.

三、海陸分布與季風的形成

如果你再研究亞洲及北美的東南位置，你就會發(fā)現(xiàn)哪里存在大片的季風區(qū)，這又是怎么會事呢？由于亞歐大陸及北美大陸基本處于北緯20°與60°之間，而它們的東南方向分別是太平洋及大西洋，每年3月以后，太陽的直射點移向北半球，使得北半球以吸熱升溫為主，由于海水的比熱容比陸地砂石的比熱大，使得大陸的溫度升高比海洋來得快，大陸上以上升氣流為主形成低氣壓（蒙古低壓最為明顯），而相對海洋表面氣溫低，以下沉氣流為主形成高氣壓，大氣從海洋流向陸地，形成東南季風，直致每年的9月.如圖4是東亞地區(qū)一月與七月的氣壓與風向圖.

每年9月以后，太陽的直射點南移，使得北半球以放熱降溫為主，由于海水的比熱容比陸地砂石的比熱容大，使得大陸的溫度降低比海洋來得快，大陸氣溫低，以下沉氣流為主形成高氣壓（蒙古高壓最為顯著），而相對的海洋表面氣溫高，以上升氣流為主形成低氣壓，大氣從陸地流向海洋，形成西北季風，直致每年的3月.這就是世界上兩大季風區(qū)形成的原因.

我們常說物理來自于生活，物理必須服務于社會的發(fā)展.物理學是一門以實驗為基礎的基本學科.她與化學、生物、地理等學科有著千絲萬縷的聯(lián)系.作為物理教師必須知道相關的內(nèi)容，能豐富自己的物理教學內(nèi)容與手段；對學生能將學科相聯(lián)系起來學習，豐富學習內(nèi)容，為今后的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎.