“熱力環(huán)流”原理教學(xué)過程中需要厘清的與等壓面有關(guān)的幾組關(guān)系

湖北 黃本濤 宋發(fā)剛

熱力環(huán)流是大氣運(yùn)動(dòng)最基本、最簡(jiǎn)單的形式，與生活關(guān)系密切，實(shí)用性強(qiáng)。同時(shí)，在熱力環(huán)流的原理教學(xué)過程中與等壓面相關(guān)的知識(shí)也是高中地理教學(xué)中的難點(diǎn)。本文結(jié)合筆者在高中地理教學(xué)實(shí)踐過程中遇到過的實(shí)際問題，簡(jiǎn)要分析總結(jié)了熱力環(huán)流教學(xué)過程中需要厘清的與等壓面有關(guān)的幾組關(guān)系，對(duì)學(xué)生更好地掌握運(yùn)用這一地理原理起到了一定的積極作用。

由于同一個(gè)水平面上冷熱不均，引起了大氣的垂直運(yùn)動(dòng)；大氣的垂直運(yùn)動(dòng)又使得近地面和高空分別在各自的水平面上出現(xiàn)了氣壓差異，產(chǎn)生了大氣的水平運(yùn)動(dòng)。大氣的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)一起構(gòu)成了熱力環(huán)流。熱力環(huán)流是大氣運(yùn)動(dòng)的一種最基本、最簡(jiǎn)單的形式，運(yùn)用熱力環(huán)流的原理可以解釋生活中的很多地理現(xiàn)象，比如海陸風(fēng)、湖陸風(fēng)、山谷風(fēng)、城市風(fēng)等，因而這一內(nèi)容一直是高中地理教學(xué)中的重點(diǎn)。受認(rèn)知水平和空間想象能力的局限，熱力環(huán)流原理在教學(xué)過程中與等壓面相關(guān)的知識(shí)一直是這部分教學(xué)中的難點(diǎn)。本文從以下幾個(gè)方面分析總結(jié)了熱力環(huán)流原理在教學(xué)過程中需要厘清的與等壓面相關(guān)的幾組關(guān)系，以期對(duì)教師和學(xué)生突破這一難點(diǎn)提供一定的幫助。

一、等壓面附近氣壓值高低的垂直分布與海拔的關(guān)系

等壓面是空間氣壓相等的點(diǎn)所組成的面。在垂直方向上，氣壓隨海拔的增加而降低。同一等壓面上所有的點(diǎn)的氣壓值相等；若某地位于某等壓面以上，則該地的氣壓值小于該等壓面上的氣壓值；若某地位于某等壓面以下，則該地的氣壓值大于該等壓面上的氣壓值。如下圖所示，①②③三點(diǎn)位于同一個(gè)等壓面上，氣壓值相等；⑤②④三點(diǎn)雖然位于同一等高面上，海拔相同，但是由于⑤點(diǎn)位于②地所在的等壓面以上，故⑤點(diǎn)的氣壓值應(yīng)該小于②地；由于④地位于②地所在的等壓面以下，故④地的氣壓值應(yīng)該大于②地。

二、等壓面彎曲方向與氣壓值高低的關(guān)系

假如地表受熱均勻，則同一水平面上氣溫相同，氣壓值也相同，等壓面與地平面平行。而現(xiàn)實(shí)中地面往往受熱不均，同一水平面氣溫不同，氣壓值也有了高低之分，這時(shí)等壓面也會(huì)發(fā)生彎曲。由下圖可知，不管是在近地面還是在高空，氣壓值高的區(qū)域等壓面向上凸起，氣壓值低的區(qū)域等壓面向下凹陷。

三、垂直方向上氣壓差值大小與垂直氣流運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系

地面冷熱不均不僅會(huì)造成水平方向上的氣壓差異，產(chǎn)生大氣的水平運(yùn)動(dòng)，還會(huì)在垂直方向上引起大氣的上升或下沉運(yùn)動(dòng)。據(jù)上圖熱力環(huán)流模式圖觀察發(fā)現(xiàn)，在垂直高差相同的情況下，AA′垂直方向上經(jīng)過的等壓面數(shù)量較少，即垂直方向上的氣壓差較?。籅B′垂直方向上經(jīng)過的等壓面數(shù)量較多，即垂直方向上的氣壓差較大。在熱力環(huán)流模式圖中，垂直方向上氣壓差較小的AA′處盛行上升氣流，垂直方向上氣壓差較大的BB′處盛行下沉氣流。

【例題1】地面冷熱不均造成水平方向上的氣壓差異，還會(huì)產(chǎn)生近地面與高空氣壓的區(qū)域差異，同時(shí)形成熱力環(huán)流。下圖為“某區(qū)域某時(shí)刻海平面與相應(yīng)6 000 m的高空氣壓差等值線圖”。據(jù)此完成下列問題。

1.若空氣中水汽含量較豐富，此時(shí)甲、乙兩地近地面的天氣狀況及成因正確的是

( )

A.甲：陰雨 盛行上升氣流

B.甲：晴天 反氣旋控制

C.乙：晴天 冷鋒過境

D.乙：陰雨 氣旋控制

2.此時(shí)，丙處近地面的風(fēng)向有可能為

( )

A.西風(fēng)或東風(fēng) B.北風(fēng)或南風(fēng)

C.東北風(fēng)或東南風(fēng) D.西北風(fēng)或西南風(fēng)

3.若甲、乙兩地同時(shí)出現(xiàn)霧霾，此時(shí)

( )

A.甲處有上升氣流，有利于霧霾擴(kuò)散

B.甲處風(fēng)力較小，霧霾持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

C.乙處風(fēng)力較小，霧霾持續(xù)時(shí)間短

D.乙處有下降氣流，有利于霧霾沉降

【解析】由圖可知甲處海平面與相應(yīng)6 000 m高空等氣壓差小于乙地，可推知甲地近地面氣壓較低、高空氣壓較高，乙地則相反(即近地面氣壓較高，高空氣壓較低)，所以甲地在垂直方向上盛行上升氣流；乙地盛行下沉氣流。在空氣中水汽含量較豐富的條件下，乙地晴朗(氣流下沉過程中增溫，不會(huì)形成降水)；甲地陰雨(氣流上升過程中降溫，冷凝成云致雨，形成降水)，故第1題正確答案為A。由于甲地近地面氣壓較低、乙地近地面氣壓較高。水平氣壓梯度力由高壓指向低壓，且與等壓線垂直，近地面還受到地轉(zhuǎn)偏向力與摩擦力的影響，風(fēng)向發(fā)生一定偏轉(zhuǎn)(南半球左偏、北半球右偏)，若該地位于北半球，則丙處近地面風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，若該地位于南半球，則丙處近地面風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，故第2題選C。乙地下沉氣流處，顆粒物被壓制在近地面，霧霾不易擴(kuò)散，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；甲地上升氣流處，顆粒物隨氣流上升擴(kuò)散，且一般伴隨降水，使得顆粒物沉降，所以霧霾持續(xù)時(shí)間較短，故第3題選A。

四、等壓面坡度陡緩與風(fēng)速大小的關(guān)系

在地面受熱不均的情況下，等壓面會(huì)變得高低起伏，不再與地平面平行。如何在空間中將等壓面的形態(tài)特征展現(xiàn)出來？這時(shí)，我們可以借助等高線來反映等壓面在空間的形態(tài)。在用等高線表示的等壓面圖中，等壓面坡度的陡緩可以用該等壓面上等高線的疏密程度反映出來，等高線越密集，等壓面的坡度越陡；等高線越稀疏，等壓面的坡度越緩。

等壓面的坡度陡緩與某一水平面(或等高面)上風(fēng)力的大小關(guān)系密切。如下圖所示，圖中兩個(gè)等壓面坡度較緩的一側(cè)與某一等高面的交線(即該等高面上的等壓線)越稀疏，水平氣壓梯度力越小，風(fēng)力越??；兩個(gè)等壓面坡度較陡的一側(cè)與某一等高面的交線越密集，水平氣壓梯度力越大，風(fēng)力越大。

【例題2】下圖為某地1 000 hPa和700 hPa的等壓面等高線圖(單位：m)。讀圖回答下列問題。

圖1

圖2

1.若該地等壓面的彎曲是由熱力環(huán)流引起的，則該地可能是

( )

A.夏季的湖泊 B.冬季的湖泊

C.白天的城郊 D.夜晚的城郊

2.若該地是南半球某地，則近地面風(fēng)力最大的風(fēng)向是

( )

A.東風(fēng) B.西風(fēng)

C.南風(fēng) D.北風(fēng)

【解析】據(jù)等壓面的海拔或氣壓值的高低可知，圖1為某地近地面的等壓面，且等壓面向下彎曲，近地面氣壓值較低；圖2為某地高空的等壓面，等壓面向上凸，高空為高壓。若該地近地面和高空的等壓面彎曲是由熱力環(huán)流引起的，則該地近地面溫度較周圍地區(qū)高，可能是城區(qū)或冬季的湖泊，故第1題選B。

若該地在南半球，由圖1可知，該地近地面1 000 hPa的等壓面在東南部最陡，綜合考慮水平氣壓梯度力，地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的影響，該地近地面東南部的風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)，故第2題選B。

五、等壓面上的等高線與風(fēng)向的關(guān)系

在近地面，大氣在水平運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)受到水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力三個(gè)力的作用，在三個(gè)力的共同作用下，風(fēng)向最終與等壓線斜交；在高空，大氣在水平運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)受到水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力兩個(gè)力的作用，在兩個(gè)力的共同作用下，風(fēng)向最終與等壓線平行。

在用等高線表示等壓面的圖中，任意一條等高線上所有的點(diǎn)海拔相等，氣壓值也相等(因?yàn)樵摰雀呔€就在等壓面上，氣壓值等于等壓面上的氣壓值)，所以等壓面上的任意一條等高線就是該等高線所在的水平面上的一條等壓線。