如何突破“熱力環流”難點

◇云南省紅河州石屏高級中學 樊偉

由于地面冷熱不均而形成的空氣環流，稱為熱力環流。熱力環流是大氣運動的一種最簡單的形式。熱力環流是學習其他大氣運動知識的基礎，對同學們來說也是大氣運動知識中的重點和難點知識。只有深刻理解和掌握了熱力環流的原理，才能為以后學習三圈環流、季風環流、氣壓帶和風帶、氣候類型等知識奠定基礎。同時，學習了熱力環流知識對現實生活也具有很多指導意義。例如，在城市規劃時，為了保護環境，就要研究城市風的下沉距離，將大氣污染嚴重的工業布局在城市風下沉距離之外，以避免工廠排放的污染物流向城區。

一、知識鋪墊——氣壓、等壓線與等壓面

在實際教學中，我發現有一部分學生之所以覺得熱力環流原理較難，主要原因是這部分學生沒有掌握氣壓、影響氣壓的因素、等壓線和等壓面等知識。等壓線是指在一定時間內把氣壓相等的點連接起來的線。等壓面是指氣壓相等的各點所組成的面。氣壓、影響氣壓的因素、等壓線和等壓面等知識是學習熱力環流原理的基礎知識。因此，在學習熱力環流原理之前，同學們應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，為學好熱力環流原理做好鋪墊。

那么，什么是氣壓呢？這就涉及物理知識了。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，就會使氣壓產生高低之分。在這里需要同學們特別注意的一點是氣壓的高低是對于同一水平面而言的。對不同水平面上氣壓高低的比較，必須以同一地點為前提。同一地點，高空氣壓總是低于近地面的氣壓，即同一地點，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交點處的氣壓分別為P1、P2，則P1=P2，P3>P1(P2)。

圖1

圖2

二、熱力環流形成過程——運用示意圖突破讀圖難點

由于黃赤交角等影響，太陽輻射能在全球各緯度分布不均勻。這樣一來，地球上有的地方獲得太陽輻射能較多，有的地方獲得的太陽輻射能較少，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動的根本原因。下面就來詳細解釋一下。

如圖3所示，當地面受熱情況是均勻的時候，空氣沒有上升和下降運動，圖中平行的線表示等壓面。在現實情況中由于空氣的流動，所以等壓面不是平行的，而是凹凸不平的。A、B、C表示三個地點。如圖4所示，如果A地受熱較多，B、C兩地受熱較少，那么A地近地面空氣就會膨脹上升，到上空聚積起來，上空的空氣密度增大，在海拔d的水平面上就會形成高氣壓。B、C兩地相對A地來說受熱較少，近地面的空氣就會因冷卻收縮下沉，上空的空氣密度減小，在海拔d的水平面上就會形成低氣壓。等壓面發生彎曲。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，在水平氣壓梯度力的作用下，近地面的空氣就會從B、C兩地流回A地，補充A地因上升減少的空氣，從而形成了熱力環流。

圖3

圖4

圖5

三、熱力環流的靈活應用

熱力環流現象在現實生活中普遍存在，如我們熟悉的海陸風、山谷風和城郊風都屬于熱力環流現象。

1.海陸風

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。如圖6所示，海洋和陸地的比熱容不同，導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。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。夜晚的情況正好相反，形成陸風。

圖6

2.山谷風

因山坡和谷地受熱不均勻而引起的局地日變化的風。如圖7所示。

圖7

3.城郊風

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