從近三年高考題盤點熱力環(huán)流原理常見誤區(qū)
——以2020—2022年高考題為例

祝江艷

(廣東省廣州市第十六中學)

《中國高考評價體系》提出了“一核四層四翼”的高考評價體系,“一核四層四翼”是高考命題的理論依據和方向。從“一核四層四翼”內涵來看,高考已由傳統的“知識立意”“能力立意”命題理念轉向了以“價值引領、素養(yǎng)導向、能力為重、知識為基”的綜合評價理念。地理學科考查素養(yǎng)、考查能力多以一定的區(qū)域為背景,對該區(qū)域地理事物在特定情境下的現象或變化進行地理原理的考查。高中地理涉及的原理有大氣的受熱過程、熱力環(huán)流、水循環(huán)、洋流、巖石圈物質循環(huán)、河流侵蝕與河流堆積、地質構造等。熱力環(huán)流屬于其中的一個高頻考點,高考中常以真實情境為素材,對學生的地理學科核心素養(yǎng)及關鍵能力考查較充分。故筆者從近三年高考題考查方向盤點熱力環(huán)流原理常見誤區(qū)并提出相應的復習建議以供參考。

一、熱力環(huán)流原理概況統計

自然地理原理是地理學科的難點,也是高考高頻考點。下面就近三年來各省市高考題有關自然地理原理中熱力環(huán)流這一知識點的考查情況做一統計。

表1

人教版必修第一冊(2019版)第二章第二節(jié)對熱力環(huán)流這一知識點進行展示的案例有城市熱島環(huán)流和海陸風。案例介紹了基本的原理與現象,而沒有進一步討論區(qū)分這些現象發(fā)生的時間尺度、空間尺度以及可能產生的效應。從這幾年高考考查的內容來看,著重考查對原理進行實際的運用,既考查了一般規(guī)律,也考查了特殊現象。針對此特點筆者總結了熱力環(huán)流的常見誤區(qū)。

(一)熱力環(huán)流原理考查——海陸風

海陸風是小范圍小尺度的地理現象。近地面受海陸熱力性質差異影響較大,形成海陸風。高空受海陸熱力性質差異影響較小,不易出現海陸風,高空的風主要受大尺度大氣環(huán)流如三圈環(huán)流、季風環(huán)流等影響,因此海陸風又屬于局地環(huán)流。海陸風出現的時間尺度是小尺度,即有晝夜之分。

【例1】(2022年全國乙卷,9～11題)我國一海濱城市背靠丘陵,某日海陸風明顯。下圖示意當日該市不同高度的風隨時間的變化。據此完成9～11題。

9.當日在觀測場釋放一只氦氣球,觀測它在1千米高度以下先向北漂,然后逐漸轉向西南。釋放氣球的時間可能為

( )

A.1時 B.7時

C.13時 D.19時

10.據圖推測,陸地大致位于海洋的

( )

A.東北方 B.東南方

C.西南方 D.西北方

11.當日該市所處的氣壓場的特點是

( )

A.北高南低,梯度大 B.北高南低,梯度小

C.南高北低,梯度大 D.南高北低,梯度小

【答案】9.C 10.D 11.B

【解析】第9題考查點是能通過風向標來判斷風向。根據材料信息“1千米高度以下先向北漂,然后逐漸轉向西南”可推出,當時近地面風向由偏南風轉成東北風。從而結合圖推出是13時近地面的風。故答案選C選項。

【10題誤區(qū)分析】空間和時間尺度易分不清。易錯選A選項。同學們根據已學的知識——熱力環(huán)流原理可知此題考查海陸風,白天吹海風,夜間吹陸風。難點是不能從圖中獲取什么時間(時間尺度)什么高度(空間尺度)的風才能看成是海風,什么時間(時間尺度)什么高度(空間尺度)的風才能看成是陸風。

【解析】第10題,海陸風是近地面的風,具有晝夜風向變化的特征。據圖可知,1千米高度的風是以北風為主,晝夜風向變化小?？赏茰y高空的風受近地面的海陸熱力性質影響小,以大尺度的風系為主,所以,海陸風在此圖中空間角度主要參考海拔150米和500米高度處的風向。夜間到清晨陸地氣溫低,應該為高壓,此時近地面風向整體自北向南,說明陸地與海洋相比位置偏北。下午時段氣溫較高時(約13時到19時之間),近地面風從東或南方向吹來,此時陸地升溫快,為低壓,水體氣溫低,為高壓,近地面風從水體吹向陸地即從東或南的方向吹向陸地。綜上推斷陸地總體在水域的西北方向。故D選項正確,A,B,C選項錯誤。

【11題誤區(qū)分析】不能將海陸風與大尺度大范圍的氣壓場之間建立起關聯,導致錯選。

【解析】第11題要建立起海陸風空間尺度的觀念。大范圍氣壓場的氣壓梯度比較弱時,小尺度的局地環(huán)流明顯。材料中顯示該地某日海陸風明顯,說明大尺度風弱,小尺度的風明顯。由圖可知在高空1千米處偏北風勢力強,且風向變化小,說明當地氣壓場為北部氣壓高,南部氣壓低。故B選項正確,A,C,D選項錯誤。

【海陸風復習建議】建立尺度思想,區(qū)分空間尺度和時間尺度。大尺度的氣壓場較弱時,小尺度的局地環(huán)流明顯。海陸風是小尺度的風。時間尺度上,注意區(qū)分白天與夜晚,白天因陸地比海洋增溫快,近地面出現海風,夜晚產生與白天相反的熱力環(huán)流,故夜晚轉成陸風。

(二)熱力環(huán)流原理考查——城市熱島環(huán)流

城市熱島環(huán)流同樣是小尺度的熱力環(huán)流案例,當大尺度的環(huán)流弱即靜風或微風時,城市中心氣溫一般比郊區(qū)高;該熱島環(huán)流發(fā)生的條件是地表的冷熱差異,冷熱差異越大,環(huán)流越強盛。從時間尺度上看沒有明顯的晝夜或季節(jié)差異。

【例2】(2021年全國甲卷,7題)增加屋頂的太陽輻射反射率可以減小建筑物增溫幅度,降低城市氣溫,從而在一定程度上緩解城市熱島效應。據此完成7題。

7.下列功能區(qū)中,安裝高反射率屋頂對城市熱環(huán)境影響最大的是

( )

A.高密度居住區(qū) B.文教區(qū)

C.低密度居住區(qū) D.工業(yè)區(qū)

【答案】7.A

【7題誤區(qū)分析】學生易錯選D選項。認為工業(yè)區(qū)的城市熱島效果最強,原因是對熱力環(huán)流原理產生的條件沒有很好地理解。

【解析】第7題考查熱力環(huán)流原理——城市熱島環(huán)流。題目的設問是安裝高反射率屋頂對城市熱環(huán)境影響最大的地區(qū),即尋找城市熱島效果最顯著的地區(qū)。熱力環(huán)流是由冷熱差異引起的,某地與周邊的冷熱差異大則熱島效應明顯,熱力環(huán)流強盛,因此此題需要找出哪個地區(qū)的冷熱差異更大。工業(yè)區(qū)雖有廢棄物的排放,但由于工業(yè)區(qū)占地廣、樓層較低,易散熱,而高密度居住區(qū)人口密度大,排放的人為熱量多,不易散熱,所以,熱島效果最明顯的是高密度住宅區(qū)。答案選A選項。

【城市熱島環(huán)流復習建議】復習城市熱島環(huán)流時,注意引領學生明確熱島產生的條件、區(qū)分城市熱島空間尺度和時間尺度。城市熱島環(huán)流是由城市的熱和郊區(qū)的冷之間的氣溫差異引起的,城市與郊區(qū)的冷熱差異大則熱島現象明顯,熱力環(huán)流強盛。因城市熱島環(huán)流主要受人為因素影響,所以,在時間尺度上沒有晝夜之分。空間尺度上,城市熱島環(huán)流依然屬于是小尺度的現象。

(三)熱力環(huán)流原理考查——綠洲風

綠洲風是小區(qū)域背景下的熱力環(huán)流現象,此熱力環(huán)流產生的條件是沙漠和綠洲之間存在冷熱差異。一般情況下,沙漠和綠洲之間的冷熱差異呈現晝夜變化,因此,沙漠與綠洲之間會出現晝夜不同,風向不同的特征。從季節(jié)上來看,在特殊的季節(jié)特殊的地區(qū),沙漠與綠洲之間的冷熱差異不會出現晝夜的差異。

【例3】(2020年全國卷Ⅱ)對我國甘肅某綠洲觀測發(fā)現,在天氣穩(wěn)定的狀態(tài)下,會季節(jié)性出現綠洲地表溫度全天低于周邊沙漠的現象。下圖呈現該綠洲和附近沙漠某時段內地表溫度的變化。據此完成7,8題。

7.導致綠洲夜間地表溫度仍低于沙漠的主要原因是綠洲

( )

①白天溫度低 ②蒸發(fā)(騰)多

③空氣濕度大 ④大氣逆輻射強

A.①② B.②③

C.③④ D.①④

8.這種現象最可能發(fā)生在

( )

A.1—2月 B.4—5月

C.7—8月 D.10—11月

【答案】7.A 8.C

【7,8題誤區(qū)分析】在沙漠和綠洲之間的過渡帶,由于沙漠和綠洲地表水熱差異,形成了沙漠和綠洲之間的局地環(huán)流,出現了“綠洲風”。白天,沙漠氣溫高于綠洲,風由綠洲吹向沙漠。夜晚,沙漠氣溫低于綠洲,風由沙漠吹向綠洲,具有晝夜風向不同的特征。而此題,不符合綠洲風的一般規(guī)律,因此會產生疑惑從而陷入誤區(qū)。

【解析】第7題需要從圖獲取到信息,探究沙漠氣溫全天高于綠洲的原因。

圖中橫坐標和縱坐標顯示,由于沙漠白天溫度較綠洲高很多,夜間雖然沙漠降溫幅度快于綠洲,但還是會出現綠洲夜間地表溫度低于沙漠的現象,①正確;綠洲地表較濕潤,蒸發(fā)(騰)多,吸收熱量多,會使綠洲夜間降溫較快,②正確。

【解析】第8題通過讀該圖的縱坐標得知,綠洲地表溫度全天低于周邊沙漠,縱坐標中沙漠15時左右的地表最高溫已達40℃左右,故最可能發(fā)生在北半球夏季7—8月,C選項正確。

【綠洲風復習建議】注意區(qū)分空間尺度和時間尺度。綠洲風是局部地區(qū)出現的小尺度現象。時間尺度上變化較大,一般情況下,晝夜不同,風向不同。但是在特殊的時間即夏季,沙漠白天溫度較高,夜間綠洲蒸發(fā)(騰)較多,沙漠與綠洲之間的冷熱差異不易出現晝夜交替的現象。

(四)熱力環(huán)流原理考查——山谷風

人教版必修第一冊(2019版)第36頁,對大氣熱力環(huán)流的定義是“由于地面冷熱不均而形成的空氣環(huán)流,稱為大氣熱力環(huán)流。它是大氣運動的一種最簡單的形式”教材給出的案例有城市熱島環(huán)流和海陸間大氣熱力環(huán)流。常用的教輔資料一般會拓展熱力環(huán)流的案例——山谷風。雖然教材中沒有涉及此內容,但在近幾年的高考題中考查的較多。

【例4】(2021年廣東卷,12題)輻射逆溫是低層大氣因地面強烈輻射冷卻導致氣溫隨高度增加而升高的現象。黃河源地區(qū)位于青藏高原腹地,平均海拔4 000多米,冬季輻射逆溫現象多發(fā)。據此完成12題。

12.冬季易加強輻射逆溫的地形是

( )

A.山峰 B.平原

C.谷地 D.丘陵

【答案】12.C

【12題誤區(qū)分析】學生易根據材料所給輻射逆溫的概念誤認為地面輻射冷卻快的地方易加強地面輻射逆溫而誤選A選項。甚至有同學會提出如谷地會有山谷風,有環(huán)流存在會減弱逆溫這樣不準確的理解。

【解析】此題主要考查地形對輻射逆溫的影響。教輔資料對山谷風的介紹一般為白天吹谷風,夜晚吹山風,而對時間尺度上的季節(jié)差異少有深入研究?！稓庀髮W與氣候學》(第二版)第197頁,對山谷風發(fā)生的時間有詳細分析:就季節(jié)而言,冬季山風比谷風強。冬季由于坡地近地面空氣冷卻,冷空氣沿斜坡地形沉入谷底或盆地,對谷地而言,底部氣溫低易形成逆溫,冬季的山風強,會增強輻射冷卻作用而加強谷地逆溫效應,故C選項正確。

山峰被周圍大氣包圍,山峰與大氣的接觸面小,山峰地面溫度降低,對周圍大氣影響較小,不易形成逆溫,A選項錯誤。平原地形平坦開闊,冬季易受冷空氣影響而多大風,大氣流動性強,不易形成逆溫,B選項錯誤。丘陵海拔較低,地形起伏平緩,空氣流動性也較強,不易形成逆溫,D選項錯誤。

【例5】下圖示意我國太行山某谷地的山風。據此完成第1題。

1.此時

( )

A.山谷氣流穩(wěn)定 B.山頂氣壓較山谷高

C.山坡升溫較快 D.谷地可能有降水

【答案】1.D

【1題誤區(qū)分析】學生易錯選B選項,錯認為山谷風就等同于熱力環(huán)流,山頂氣流下沉,形成高壓,山谷氣流上升,形成低壓,山風由高壓吹向低壓,所以,山頂氣壓較山谷高。

【解析】此題的考點是山谷風。熱力環(huán)流是氣流運動最簡單的形式,山谷風是在熱力環(huán)流疊加地形的共同影響下形成的。所以,在解釋這道題的時候,需要用上大學教材《氣象學與氣候學》(第二版)第197頁所介紹到的山谷風的形成原理“夜間,由于山坡輻射冷卻降溫,反使山坡氣溫比谷中同高度自由大氣的溫度低,密度較大,上空出現自谷地指向坡地的氣壓梯度力,低層出現自坡地指向谷地的氣壓梯度力,因而,上層空氣自谷地流向坡地,低層山坡上的冷空氣沿坡下滑,流入谷地,形成山風?！?/p>

同一水平面才有高壓、低壓之分,所以,山頂氣壓較山谷低。谷地垂直方向上氣流上升,可能有降水,故D選項正確。

【山谷風復習建議】將大學教材與中學教材有機融合。

熱力環(huán)流是一種最簡單的理論概念,僅有這點概念難以解決考試中出現的真實情景問題。山谷風是局地出現的在熱力環(huán)流的基礎上疊加地形的影響而出現的風。在時間尺度上山谷風還具有晝夜差異和季節(jié)差異,比如,冬季山風比谷風強,易加強輻射逆溫。因此,我們在案例選取過程中建議將大學教材與中學教材進行有機融合。

筆者查詢了兩本大學教材分別是《自然地理學》第三版,劉南威主編,科學出版社和《氣象學與氣候學》第二版,姜世中主編,科學出版社。這兩本對熱力環(huán)流沒有給出獨立的概念。前者《自然地理學》第140頁,把海陸風、山谷風和焚風歸納為小范圍的局地環(huán)流。后者對山谷風的概念有詳細的解析,特別從空間尺度和時間尺度對山谷風的產生進行了詳細地解析。山谷風的時間尺度分為一天和一年,山風和谷風的強弱有差異。

中學教學任務重,課時緊張,一線中學教師在教學過程中需要將時間合理分配。地理學科核心原理易多講深講,使得學生能融會貫通,將原理運用到不同地理情境下解決不同的地理問題,若原理沒有學通透,則學生容易出現“學了就會,再做題還是不會”的場景。高中教材展示了地理最基本的原理,若地理作為選擇性學科科目,則高考對學生的能力要求比較高,一線老師可以選擇性地參考大學教材對地理原理的概念進行適當地拓展,以便學生能更好地理解原理、明確原理產生的條件、產生的影響以及最后能運用原理解決實際地理問題。

(五)多種中小尺度熱力環(huán)流疊加及其影響

【例6】(2022年廣東卷,5題)汞是一種易揮發(fā)的重金屬元素,大氣汞主要以氣態(tài)形式存在。南嶺周邊省區(qū)是我國重要的有色金屬冶煉企業(yè)分布區(qū)。在南嶺國家森林公園某山頂附近監(jiān)測得知,該地大氣汞含量日變化明顯,最高值在午后出現;秋冬季比夏春季大氣汞含量高且變幅大。據此完成5題。

5.導致該地大氣汞含量在午后出現最高值的原因是午后

( )

①對流雨多發(fā) ②谷風環(huán)流較強

③植被蒸騰較弱 ④地面蒸發(fā)旺盛

A.①② B.①③

C.②④ D.③④

【答案】C

【5題誤區(qū)分析】學生在復習中對熱力環(huán)流的原理進行了一定程度的掌握,不能從山谷風的時間尺度上,如一天中山風與谷風的差異,甚至一年中,不同季節(jié)谷風與山風的強弱差異上來進行區(qū)分。

【解析】山谷風與上升氣流疊加,午后谷風強,上升氣流強,將汞金屬帶上山頂,午后含量最大。從時間尺度上看,谷風在午后風力最強,把山谷底地的污染物帶到南嶺山頂。

【例7】(廣州市2022屆高三12月調研)(節(jié)選)閱讀圖文材料,完成下列要求。

北京市密云水庫西、北、東三面環(huán)山,面積約為180 km2,對周邊地區(qū)的氣候影響顯著。在山谷風和湖陸風的共同作用下,水庫南北兩側風速存在差異。隨著南水北調的實施,密云水庫蓄水量增大。下圖示意密云水庫位置。

分析白天密云水庫北側風速大于南側的原因。

【誤區(qū)分析】分不清山谷風,不清楚白天的湖陸風是怎樣的風向,不清楚該地的山谷風是如何分布。不會建立空間思維并繪制出在該區(qū)域的山谷風的具體時空分布。兩個不同尺度熱力環(huán)流的疊加更不能很好建立區(qū)域特征認知。

【參考答案】白天,庫區(qū)吹谷風和湖風。在水庫北側,谷風與湖風方向一致,自南向北,相互疊加,風速大。在水庫南側,谷風與湖風方向相反,部分相互抵消,風速小。

【解析】此問是考查山谷風與湖陸風疊加對風速的影響。學生應先繪制出相應的圖(如圖),搞清楚該區(qū)域的相應的時間上對應的事物。水庫的北側吹湖風,與谷風方向一致,疊加,導致風速大;水庫的南側吹湖風,但與谷風的方向相反,相互抵消,風速小。

【復習建議】遇到多種不同時空尺度熱力環(huán)流疊加的情況,首先把該區(qū)域的不同尺度的熱力環(huán)流情況繪制出來,再分別討論疊加的情況以及疊加的效果。熱力環(huán)流在實際的生活中產生的現象較復雜,所以,需要同學們“具體問題、具體分析”,依據實際地點和實際問題展開原理的運用。

二、備考建議

(一)明確目標,找準方向

根據《普通高中地理課程標準(2017年版2020年修訂)》及高考考查強度,清晰列出熱力環(huán)流部分的具體學習目標:(1)理解掌握熱力環(huán)流的形成原理;(2)運用熱力環(huán)流的相關原理,產生的現象及產生的影響。

(二)回顧知識,夯實基礎

在講述原理時需要明確原理成立的前提條件,借鑒參考大學教材,適當進行原理的拓展與豐富。

(三)溫故知新

溫習舊知識、舊習題。借助繪制圖形,善于對相關知識點題型進行總結梳理。

(四)精心挑選題目,精講精練,講練結合

題目的挑選以經典題目和近3年的高考題目為指向標。精練的過程中指導學生找出關鍵信息,明確考點,再調用教材知識,注意區(qū)分時間尺度和空間尺度,注意區(qū)分一種現象還是多種現象的疊加,明確原理發(fā)生的時間、地點以及產生的影響。