基于特定元素的大氣運(yùn)動(dòng)相關(guān)試題命制探析與實(shí)踐
——以浙江省普通高校招生選考科目考試中“探空氣球”為例

浙江 楊天逸

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》指出，高考題以真實(shí)問(wèn)題為背景，以真實(shí)問(wèn)題或任務(wù)為活動(dòng)場(chǎng)域。搭建真實(shí)情境與解決真實(shí)問(wèn)題是考查學(xué)生地理實(shí)踐力的試題所必備的條件之一。近年來(lái)，浙江省地理選考逐漸出現(xiàn)了以地理特色元素作為切入點(diǎn)的試題，如以“探空氣球”為背景考查真實(shí)大氣運(yùn)動(dòng)狀況?；谥苓叺乩憝h(huán)境選取特定地理元素展開(kāi)命題已成為教學(xué)、復(fù)習(xí)、備考的重要內(nèi)容之一。

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中明確指出地理實(shí)踐力是高中地理必備的核心素養(yǎng)之一。卷面評(píng)價(jià)是現(xiàn)階段對(duì)學(xué)生地理實(shí)踐力的主要評(píng)價(jià)方式。特定地理元素是培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力的切入點(diǎn)，結(jié)合特定地理元素，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，考查學(xué)生的地理實(shí)踐力已成為當(dāng)下命題熱點(diǎn)。浙江省普通高校招生選考科目考試借助“探空氣球”的運(yùn)動(dòng)特征和漂移軌跡構(gòu)建真實(shí)大氣運(yùn)動(dòng)情境，考查大氣環(huán)境相關(guān)知識(shí)。本文在剖析浙江卷“探空氣球”相關(guān)試題命題特征的基礎(chǔ)上，對(duì)真題進(jìn)行分析和歸納，并搜集相關(guān)素材進(jìn)行原創(chuàng)命題，最后針對(duì)真題得出命題總結(jié)。

一、探空氣球在浙江卷中的運(yùn)用剖析

特定地理元素是指與地理環(huán)境密切相關(guān)的事物與現(xiàn)象，包括了地理現(xiàn)象類，如煙囪煙型變化、水體顏色變化等；地理器材類，如探空氣球、地質(zhì)羅盤等；地理事物類，如巖石、湖泊等。這些地理元素在試題中扮演圖文采集者、情境創(chuàng)設(shè)者、信息引導(dǎo)者等角色，對(duì)試題的建構(gòu)起到重要作用。近年來(lái)浙江選考中多次出現(xiàn)以“探空氣球”為背景的大氣運(yùn)動(dòng)相關(guān)試題。

1.命題特征分析

“探空氣球”是一種將探空儀帶到萬(wàn)米高空，并測(cè)量不同高度的溫度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素的氣球。探空氣球受到溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等要素的影響在三維空間中運(yùn)動(dòng)，因此通過(guò)探究“探空氣球”可以反映大氣運(yùn)動(dòng)狀況。由圖1可知，“探空氣球”和高中大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)密切相關(guān)，高中大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)從空間尺度來(lái)看分為小尺度的熱力環(huán)流、中尺度的天氣系統(tǒng)和大尺度的大氣環(huán)流，而這些大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿κ遣煌瑫r(shí)空下溫度和氣壓的變化，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)速和風(fēng)向的變化?！疤娇諝馇颉钡倪\(yùn)動(dòng)也具有多維尺度，二維尺度中體現(xiàn)氣球移動(dòng)方向和速度的變化，三維尺度中體現(xiàn)移動(dòng)軌跡。試題通過(guò)不同尺度“探空氣球”的運(yùn)動(dòng)特征，反映大氣運(yùn)動(dòng)的狀況。

圖1 “探空氣球”與大氣運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)關(guān)系

對(duì)歷年浙江省考試題中以“探空氣球”為特定元素的試題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)：真題多以“探空氣球”運(yùn)動(dòng)的二維和三維特征為背景，并在天氣系統(tǒng)和大氣環(huán)流的尺度下進(jìn)行命題。涉及的大氣運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)集中在天氣系統(tǒng)的理解、風(fēng)向、風(fēng)速的判別以及氣壓場(chǎng)的判讀。試題通過(guò)圖文材料反映探空氣球的移動(dòng)方向、速度、位移軌跡等運(yùn)動(dòng)特征，引出風(fēng)向、風(fēng)速和天氣系統(tǒng)等大氣運(yùn)動(dòng)要素，題目總體難度較大。

表1 歷年浙江省考試題中的“探空氣球”相關(guān)試題統(tǒng)計(jì)

2.經(jīng)典試題剖析

以“探空氣球”為特定元素的試題在浙江高考(選考)卷中共出現(xiàn)三次，分別為2016年6月浙江高考、2020年7月浙江選考、2021年6月浙江選考。試題均以“探空氣球”的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)入，考查大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)。

【例1】(2016年浙江省普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試，9,10題)圖2為探空氣球10天中隨氣流漂移路線圖，圖中數(shù)字所指的黑點(diǎn)為每天相同時(shí)刻的氣球位置。圖3為圖2的局部放大圖，圖3中虛線表示近地面空氣運(yùn)動(dòng)。完成9，10題。

9.下列路段中，探空氣球受水平氣壓梯度力作用最大的是

( )

A.③至④ B.④至⑤

C.⑥至⑦ D.⑨至⑩

10.圖中⑦、⑧兩點(diǎn)間近地面受

( )

A.暖鋒影響，吹西北風(fēng)

B.冷鋒影響，吹西南風(fēng)

C.暖鋒影響，吹東南風(fēng)

D.冷鋒影響，吹東北風(fēng)

【答案】9.A 10.B

【解析】本組題目以“探空氣球”三維運(yùn)動(dòng)特征的漂移路線為背景，考查風(fēng)的形成過(guò)程和天氣系統(tǒng)部分知識(shí)。第9題考查風(fēng)的形成過(guò)程。圖中實(shí)線為“探空氣球”在高空的漂移軌跡，且兩兩黑點(diǎn)之間時(shí)間間隔相同。因氣球在高空，摩擦力可忽略不計(jì)，故影響風(fēng)速大小的力僅為水平氣壓梯度力。結(jié)合上述分析，相鄰黑點(diǎn)之間移動(dòng)路程越長(zhǎng)，風(fēng)速越快，水平氣壓梯度力越大。通過(guò)比較各路段的距離可知，③至④距離最長(zhǎng)，故選A。

第10題考查鋒面氣旋中冷暖鋒的判讀。不同于常見(jiàn)的等壓線中鋒面系統(tǒng)的判讀，本題以探空氣球的漂移方向切入，指示周圍的風(fēng)向，并構(gòu)建了近地面—高空兩個(gè)氣壓場(chǎng)。如圖4所示，由圖中順時(shí)針輻合的近地面氣流運(yùn)動(dòng)狀況可知，在L處存在低壓中心，結(jié)合經(jīng)緯網(wǎng)可以判斷該地為南半球，且其西側(cè)⑦至⑧之間為偏南風(fēng)(從高緯吹向低緯)說(shuō)明存在冷鋒，其東側(cè)為偏北風(fēng)(低緯吹向高緯)說(shuō)明存在暖鋒，因此選項(xiàng)B符合題意。本題還存在高空氣壓場(chǎng)，結(jié)合探空氣球在⑦至⑨路段內(nèi)的漂移路徑可以發(fā)現(xiàn)，⑦至⑧之間先吹西風(fēng)，轉(zhuǎn)而吹偏南風(fēng)，⑧至⑨吹偏北風(fēng)，風(fēng)向在⑧處出現(xiàn)切變，高空風(fēng)向不受摩擦力影響，故其氣壓場(chǎng)如圖4中高空氣壓場(chǎng)所示，在⑧處存在高空槽。高空低壓槽和近地面鋒面氣旋的配置是氣象學(xué)解釋鋒面氣旋運(yùn)用到的經(jīng)典理論，在本題的材料信息中得到較好的體現(xiàn)。盡管題目未從該角度切入，但仍體現(xiàn)出了高考題的科學(xué)性和學(xué)術(shù)性。

圖4 探空氣球近地面與高空氣壓場(chǎng)配置

【例2】(2020年7月浙江省選考，24,25題)在中緯度地區(qū)五千至一萬(wàn)米高空盛行著波狀的西風(fēng)氣流。我國(guó)華北某氣象測(cè)站放飛探空氣球進(jìn)行大氣觀測(cè)，并記錄氣球從地面上升到萬(wàn)米高空時(shí)與氣象測(cè)站之間水平漂移距離，圖5為多年平均水平漂移距離統(tǒng)計(jì)圖。完成24，25題。

圖5

24.測(cè)站在冬季冷鋒過(guò)境后進(jìn)行了一次放飛氣球觀測(cè)，記錄氣球從地面上升到萬(wàn)米高空過(guò)程中的漂移軌跡。下圖最接近此次氣球放飛過(guò)程的地面投影軌跡是

( )

25.符合該測(cè)站萬(wàn)米高空冬、夏季氣球漂移方向及水平氣壓場(chǎng)的是

( )

【答案】24.A 25.B

【解析】本組題目以“探空氣球”作為特定地理元素，將探空氣球從地面到萬(wàn)米高空在風(fēng)的作用下形成的漂移軌跡作為切入口進(jìn)行命題。第24題考查風(fēng)向與天氣系統(tǒng)。由材料可知，“探空氣球”自地面上升至萬(wàn)米高空，其間風(fēng)向產(chǎn)生變化。根據(jù)題意，華北在冷鋒過(guò)境之后近地面應(yīng)受西北風(fēng)控制，故在近地面氣球上升過(guò)程中隨著風(fēng)向東南方向運(yùn)動(dòng)，因此軌跡在地面的投影為一段向東南方向延伸的曲線；隨著高度的上升，由材料可知，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲黠L(fēng)，故漂移軌跡轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l向東延伸的直線。選項(xiàng)A符合題意。第25題考查風(fēng)向與等壓線的關(guān)系。由材料可知，萬(wàn)米高空冬、夏季均為西風(fēng)，故選項(xiàng)A排除。選項(xiàng)C和D中風(fēng)向與等壓線的關(guān)系有誤，北半球地轉(zhuǎn)偏向力應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，故選項(xiàng)B符合題意。

【例3】(2021年6月浙江省普通高校招生選考科目考試，24,25題)位于鋒面上下的風(fēng)向往往存在明顯差異。圖6為我國(guó)東部地區(qū)兩測(cè)站位于冷、暖鋒面下方時(shí)﹐自下而上垂直方向不同高度測(cè)得的風(fēng)向、風(fēng)速變化圖。據(jù)此完成24，25題。

圖6

24.有關(guān)測(cè)站上空鋒面類型、鋒面位置、風(fēng)向變化的描述正確的是

( )

A.冷鋒距地面1.5～2.0千米鋒下西北風(fēng)，鋒上東南風(fēng)

1.技術(shù)進(jìn)步。從以往發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，城鎮(zhèn)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的升級(jí)都與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的高低以及新技術(shù)能否運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之中對(duì)產(chǎn)城融合的進(jìn)步與遲滯都密不可分?？萍歼M(jìn)步不但可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，尤其是工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步為城鎮(zhèn)化的發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)支撐，而且現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步也有利于城鎮(zhèn)人口、城鎮(zhèn)空間和城鎮(zhèn)功能的擴(kuò)散和延伸，以及城鎮(zhèn)發(fā)展合理規(guī)劃。

B.冷鋒距地面2.0～2.5千米鋒下東南風(fēng)，鋒上西北風(fēng)

C.暖鋒距地面2.0～2.5千米鋒下西南風(fēng)，鋒上東北風(fēng)

D.暖鋒距地面1.5～2.0千米鋒下東南風(fēng)，鋒上西南風(fēng)

25.與測(cè)站周邊近地面等壓線分布最接近的是

( )

A.① B.② C.③ D.④

【答案】24.D 25.C

【解析】本組以“探空氣球”探測(cè)的垂直方向風(fēng)向、風(fēng)速的變化為背景，考查天氣系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。第24題借助鋒面控制下風(fēng)向、風(fēng)速隨高度變化的極坐標(biāo)圖，考查學(xué)生對(duì)鋒面的理解。甲地近地面為東南風(fēng)，且鋒面位于我國(guó)東部，近地面主導(dǎo)南方暖濕氣流，故為暖鋒。隨著高度的上升風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，且在1.5～2.0 km處風(fēng)向、風(fēng)速明顯切變，根據(jù)材料給出的信息——“位于鋒面上下的風(fēng)向往往存在明顯差異”，可推斷在此高度存在暖鋒；乙地近地面為東北風(fēng)，主導(dǎo)北方干冷氣流，故為冷鋒。隨著高度上升，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為西北風(fēng)—西南風(fēng)，在2.0～2.5 km處風(fēng)向和風(fēng)速明顯切變，故在此高度存在冷鋒。

第25題，要求學(xué)生根據(jù)24題中風(fēng)向的垂直分布特征，判斷近地面氣壓場(chǎng)狀況。解題的關(guān)鍵是讀懂材料中甲、乙兩處近地面的風(fēng)向。首先，根據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)，鋒面必定分布于低壓槽中，根據(jù)等壓線分布特征，圖②中乙地位于高壓脊，故排除圖②。其次根據(jù)上題判斷所得：甲地為東南風(fēng)，乙地為東北風(fēng)，圖①中甲地吹西北風(fēng)，故排除。圖④中乙地吹西南風(fēng)，故排除。圖③中甲地吹東南風(fēng)，符合題意。

二、“探空氣球”材料制作與原創(chuàng)試題設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)高考真題進(jìn)行剖析發(fā)現(xiàn)，獲取“探空氣球”數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)地理圖像是命題的關(guān)鍵。2016年6月和2020年7月浙江高考(選考)題使用了氣球漂移軌跡圖、2021年6月使用了風(fēng)向風(fēng)速極坐標(biāo)圖。此外，結(jié)合“探空氣球”的圖像挖掘出大氣運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的考點(diǎn)是命題的難點(diǎn)。筆者通過(guò)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)與相關(guān)文獻(xiàn)獲取探空氣球相關(guān)資料，借鑒高考真題的命制思路設(shè)計(jì)以下兩組試題。

【原創(chuàng)題1】探空氣球在空中的水平漂移距離由東西方向漂移量和南北方向漂移量合成而來(lái)(與風(fēng)向的合成類似)，下圖為我國(guó)某站點(diǎn)探空氣球漂移特征(單位:km)，圖7表示東西方向漂移距離(向東為正)，圖8為南北方向漂移距離(向北為正)。讀圖完成下題。

圖7

圖8

1.關(guān)于該站點(diǎn)5月份近地面風(fēng)向和萬(wàn)米高空風(fēng)向描述準(zhǔn)確的是

( )

A.東南風(fēng) 西風(fēng) B.西南風(fēng) 東風(fēng)

C.東南風(fēng) 東風(fēng) D.西南風(fēng) 西風(fēng)

2.符合該站點(diǎn)冬、夏季萬(wàn)米高空和近地面水平氣壓場(chǎng)的是

( )

A.近地面—冬季—① B.近地面—夏季—②

C.高空—夏季—③ D.高空—冬季—④

【答案】1.A 2.D

【解析】通過(guò)調(diào)查文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，王學(xué)忠等人的論文《探空氣球漂移特征及對(duì)三角形法計(jì)算散度的影響》中關(guān)于南京站的“探空氣球”漂移特征年內(nèi)變化圖較為適合用于命題。在選取圖像后，對(duì)原圖中的等值線進(jìn)行抽稀，去除不必要的標(biāo)注信息，并進(jìn)行重繪，使圖像簡(jiǎn)潔大方。本題組以“探空氣球”東西、南北向的漂移距離年內(nèi)時(shí)空變化為載體，考查學(xué)生對(duì)探空氣球運(yùn)動(dòng)特征與風(fēng)場(chǎng)、氣壓場(chǎng)關(guān)系的理解，考查學(xué)生綜合思維與地理實(shí)踐力。

第1題，結(jié)合圖文信息可以獲知，5月近地面東—西向漂移距離小于0，南北向漂移距離為0～2 km，說(shuō)明氣球總體向西北方向運(yùn)動(dòng)，因此5月近地面風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)；5月萬(wàn)米高空東-西向漂移距離為40～60 km，南—北方向漂移距離為-4km，因東-西方向的漂移量顯著大于南—北方向。漂移量，說(shuō)明氣球總體向東運(yùn)動(dòng)，因此5月萬(wàn)米高空風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)。選項(xiàng)A符合題意。

第2題，經(jīng)過(guò)第1題風(fēng)向合成方法的提示，結(jié)合圖文材料可知：選項(xiàng)A近地面—冬季應(yīng)為西北風(fēng)，而根據(jù)圖①中等壓線可知，該站點(diǎn)為東南風(fēng)，故排除；選項(xiàng)B近地面—夏季應(yīng)為東南風(fēng)，而圖②中等壓線數(shù)值較小說(shuō)明應(yīng)為高空氣壓場(chǎng)，且風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，故排除；選項(xiàng)C高空—夏季為西北風(fēng)，而圖③中等壓線數(shù)值較大說(shuō)明應(yīng)為近地面氣壓場(chǎng)，故排除；選項(xiàng)D高空—冬季為西南風(fēng)，圖④中等壓線數(shù)值較小，說(shuō)明為高空氣壓場(chǎng)，風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，故選項(xiàng)D正確。

【原創(chuàng)題2】探空氣球在空中的水平漂移距離由東西方向漂移距離和南北方向漂移距離合成而來(lái)(與風(fēng)向的合成類似)。圖9為華北某站點(diǎn)探空氣球測(cè)得的氣溫垂直分布與氣球累計(jì)水平漂移距離(單位:km)，漂移距離向東、向北為正，向西、向南為負(fù)。圖10為氣球自地面到高空漂移軌跡在地面的投影圖。讀圖完成下題。

圖9

圖10

3.探空氣球上升速度最慢的高度區(qū)間為

( )

A.43～572 m B.1 076～1 307 m

C.1 620～1 744 m D.3 649～3 754 m

4.測(cè)站對(duì)探空氣球自地面到高空的漂移軌跡進(jìn)行記錄，圖9中四條曲線最接近此次氣球放飛過(guò)程的地面投影軌跡是

( )

A.① B.② C.③ D.④

【答案】3.B 4.A

【解析】探空氣球數(shù)據(jù)是本組題目命制的核心，通過(guò)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)獲取2021年7月26日鄭州站的探空氣球數(shù)據(jù)，包括氣球東—西漂移距離、南—北漂移距離、氣溫、氣壓、高度、風(fēng)速風(fēng)向等數(shù)據(jù)。對(duì)各高度下的氣溫、東—西方向漂移距離和南—北方向漂移距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖，得到圖9氣溫與累計(jì)漂移量隨高度變化圖。本組題以圖為載體，考查學(xué)生大氣垂直分層與大氣的水平運(yùn)動(dòng)部分知識(shí)，考查綜合思維能力。

第3題，探空氣球在對(duì)流層內(nèi)受到對(duì)流作用做上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流作用越強(qiáng)，上升速度越快，若遇逆溫層，對(duì)流作用弱，氣球上升速度慢。讀圖9可發(fā)現(xiàn)，探空氣球在上升過(guò)程中選項(xiàng)A、C、D所代表的高度區(qū)間內(nèi)，溫度隨著高度上升而下降，呈現(xiàn)“上冷下熱”的溫度垂直分布，有助于對(duì)流運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，氣球上升速度較快。而選項(xiàng)B所指的1 076～1 307 m高度區(qū)間，溫度隨著高度上升而上升，呈現(xiàn)“上熱下冷”的溫度垂直分布，抑制對(duì)流運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，氣球上升速度較慢。

第4題，結(jié)合圖9中東—西向和南—北向累計(jì)漂移距離推理出探空氣球在上升過(guò)程中風(fēng)向的垂直變化是解題的關(guān)鍵。結(jié)合文字信息和圖9可知：43～1 307 m高度區(qū)間，氣球在東—西方向上和南—北方向上的累計(jì)漂移距離均為負(fù)數(shù)，且絕對(duì)值逐漸增大，說(shuō)明該區(qū)間氣球向西南方向漂移；1 307～1 620 m高度區(qū)間，氣球南—北方向累計(jì)漂移距離為負(fù)數(shù)，且絕對(duì)值保持遞增，而東—西方向累計(jì)漂移距離絕對(duì)值減小，說(shuō)明該區(qū)間氣球漂移方向由西南轉(zhuǎn)向東南；1 620～3 847 m高度區(qū)間，氣球在東—西方向和南—北方向的累計(jì)漂移距離均為負(fù)數(shù)，且絕對(duì)值保持遞增，說(shuō)明該區(qū)間內(nèi)氣球向西南方向移動(dòng)。綜上，氣球漂移軌跡應(yīng)為西南—西北—西南，故選項(xiàng)A符合題意。

三、面向真題的試題命制總結(jié)

1.元素選取與素材處理

通過(guò)以“探空氣球”為特定元素的命題過(guò)程可以看出，特定地理元素是試題的主心骨，起到引導(dǎo)、深入、挖掘整題的作用。選取特定元素時(shí)，需遵守貼近學(xué)生生活且蘊(yùn)含一定的地理原理的原則。特定地理元素轉(zhuǎn)為題目真實(shí)情境需要命題者根據(jù)高中地理知識(shí)體系進(jìn)行精簡(jiǎn)與挖掘，如刪減關(guān)于“探空氣球”的簡(jiǎn)介，突出“探空氣球”的漂移運(yùn)動(dòng)特征等。用多樣的圖表展示真實(shí)情境，關(guān)于“探空氣球”的漂移軌跡除了用曲線圖，還可用極坐標(biāo)圖。

2.設(shè)問(wèn)措辭與考點(diǎn)映射