如何突破“熱力環(huán)流”難點(diǎn)

◇云南省紅河州石屏高級(jí)中學(xué) 樊偉

由于地面冷熱不均而形成的空氣環(huán)流，稱(chēng)為熱力環(huán)流。熱力環(huán)流是大氣運(yùn)動(dòng)的一種最簡(jiǎn)單的形式。熱力環(huán)流是學(xué)習(xí)其他大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)同學(xué)們來(lái)說(shuō)也是大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)。只有深刻理解和掌握了熱力環(huán)流的原理，才能為以后學(xué)習(xí)三圈環(huán)流、季風(fēng)環(huán)流、氣壓帶和風(fēng)帶、氣候類(lèi)型等知識(shí)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)習(xí)了熱力環(huán)流知識(shí)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活也具有很多指導(dǎo)意義。例如，在城市規(guī)劃時(shí)，為了保護(hù)環(huán)境，就要研究城市風(fēng)的下沉距離，將大氣污染嚴(yán)重的工業(yè)布局在城市風(fēng)下沉距離之外，以避免工廠排放的污染物流向城區(qū)。

一、知識(shí)鋪墊——?dú)鈮?、等壓線與等壓面

在實(shí)際教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)有一部分學(xué)生之所以覺(jué)得熱力環(huán)流原理較難，主要原因是這部分學(xué)生沒(méi)有掌握氣壓、影響氣壓的因素、等壓線和等壓面等知識(shí)。等壓線是指在一定時(shí)間內(nèi)把氣壓相等的點(diǎn)連接起來(lái)的線。等壓面是指氣壓相等的各點(diǎn)所組成的面。氣壓、影響氣壓的因素、等壓線和等壓面等知識(shí)是學(xué)習(xí)熱力環(huán)流原理的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，在學(xué)習(xí)熱力環(huán)流原理之前，同學(xué)們應(yīng)先深刻理解和掌握氣壓、影響氣壓的因素、等壓線和等壓面等知識(shí)，為學(xué)好熱力環(huán)流原理做好鋪墊。

那么，什么是氣壓呢？這就涉及物理知識(shí)了。氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力。影響氣壓的因素主要有海拔、大氣溫度、大氣密度等。在這些因素影響下，就會(huì)使氣壓產(chǎn)生高低之分。在這里需要同學(xué)們特別注意的一點(diǎn)是氣壓的高低是對(duì)于同一水平面而言的。對(duì)不同水平面上氣壓高低的比較，必須以同一地點(diǎn)為前提。同一地點(diǎn)，高空氣壓總是低于近地面的氣壓，即同一地點(diǎn)，海拔越高，氣壓越低。如下圖所示，圖1中甲地在海拔b水平面上的氣壓為Pb、在海拔c水平面上的氣壓為Pc，則Pb>Pc。在圖2中等壓面與海拔b交點(diǎn)處的氣壓分別為P1、P2，則P1=P2，P3>P1(P2)。

圖1

圖2

二、熱力環(huán)流形成過(guò)程——運(yùn)用示意圖突破讀圖難點(diǎn)

由于黃赤交角等影響，太陽(yáng)輻射能在全球各緯度分布不均勻。這樣一來(lái)，地球上有的地方獲得太陽(yáng)輻射能較多，有的地方獲得的太陽(yáng)輻射能較少，即地球上高低各緯度存在熱量差異。這種熱量差異是引起大氣運(yùn)動(dòng)的根本原因。下面就來(lái)詳細(xì)解釋一下。

如圖3所示，當(dāng)?shù)孛媸軣崆闆r是均勻的時(shí)候，空氣沒(méi)有上升和下降運(yùn)動(dòng)，圖中平行的線表示等壓面。在現(xiàn)實(shí)情況中由于空氣的流動(dòng)，所以等壓面不是平行的，而是凹凸不平的。A、B、C表示三個(gè)地點(diǎn)。如圖4所示，如果A地受熱較多，B、C兩地受熱較少，那么A地近地面空氣就會(huì)膨脹上升，到上空聚積起來(lái)，上空的空氣密度增大，在海拔d的水平面上就會(huì)形成高氣壓。B、C兩地相對(duì)A地來(lái)說(shuō)受熱較少，近地面的空氣就會(huì)因冷卻收縮下沉，上空的空氣密度減小，在海拔d的水平面上就會(huì)形成低氣壓。等壓面發(fā)生彎曲。如圖5所示，在上空，在水平氣壓梯度力的作用下，空氣便從氣壓高的A地流向氣壓低的B、C兩地。在近地面，A地空氣密度減小，形成低氣壓，B、C兩地因有冷卻下沉氣流流入，近地面空氣密度增大，形成高氣壓。這樣一來(lái)，在水平氣壓梯度力的作用下，近地面的空氣就會(huì)從B、C兩地流回A地，補(bǔ)充A地因上升減少的空氣，從而形成了熱力環(huán)流。

圖3

圖4

圖5

三、熱力環(huán)流的靈活應(yīng)用

熱力環(huán)流現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中普遍存在，如我們熟悉的海陸風(fēng)、山谷風(fēng)和城郊風(fēng)都屬于熱力環(huán)流現(xiàn)象。

1.海陸風(fēng)

因海洋和陸地受熱不均勻在海岸附近形成的一種有日變化的風(fēng)。如圖6所示，海洋和陸地的比熱容不同，導(dǎo)致海洋和陸地受熱不均勻。白天，陸地比海洋升溫快，溫度較海洋高，陸地近地面空氣受熱膨脹上升。陸地上空空氣聚積，與海洋上空相比陸地上空形成高氣壓，海洋上空形成低氣壓。在水平氣壓梯度力的作用下，陸地上空空氣向海洋上空流動(dòng)。海洋近地面受熱少，空氣冷卻下沉，近地面形成高氣壓。陸地近地面由于空氣垂直上升，近地面空氣密度小，形成低氣壓。這樣在水平氣壓梯度力的作用下，近地面空氣由海洋流向陸地,形成海風(fēng)。夜晚的情況正好相反，形成陸風(fēng)。

圖6

2.山谷風(fēng)

因山坡和谷地受熱不均勻而引起的局地日變化的風(fēng)。如圖7所示。

圖7

3.城郊風(fēng)

因城市和郊區(qū)受熱不均勻而引起的局部風(fēng)。由于城市化的快速發(fā)展，市區(qū)路面硬化和建筑越來(lái)越多，與林地和濕地較多的郊區(qū)相比，市區(qū)受熱增溫較快。市區(qū)空氣受熱膨脹上升，郊區(qū)空氣下沉。在高空，市區(qū)空氣流向郊區(qū)。在近地面，郊區(qū)空氣流向市區(qū)。