“全球氣候變暖背景下的地理環境變化”試題設計

一、“云量影響下的南極海冰變化”試題設計

（一）題目選材

本試題素材源自武漢大學張騰的博士學位論文《南極海冰區域云一輻射通量變化及其氣候環境效應》一文。該區域的氣候特點是南極大陸約 90% 的面積常年被冰雪覆蓋，冰蓋平均厚度超過 2000m ，最大厚度超過 4500m 。區域內氣候季節差異明顯，分冬夏兩個季節，且有明顯的晝夜交替現象。冬季南大洋海冰面擴大，海冰可完全包圍住整個南極大陸并向外延伸 300～400km 夏季，有高達 90% 的海冰由于高溫融化，其面積縮小為 2×106km² 左右，其陸緣冰斷裂而形成的冰山則布滿海面，逐漸向低緯度海域擴散漂移[1]。

通過對1980—2015年期間南極地理不同時空尺度的云量變化及海冰面積的測量發現，云量的輻射效應對海冰面積變化產生差異化影響。具體而言，夏季，白晝時間長，大氣上界太陽輻射強，而云量增加導致大氣對太陽輻射的削弱作用增強，使得到地面的太陽輻射相對變少，進而導致地面溫度下降，海溫降低，海冰擴大。冬季，由于極夜時間長，大氣上界的太陽輻射弱，云量減少導致大氣對地面的保溫作用減弱，從而使得地面通過輻射冷卻降溫顯著，造成海水溫度下降，海冰面積擴大。

（二）命題設計

閱讀圖文資料，完成下列要求。（18分）

南極海冰主要有咸水冰（由海水直接凍結而成）和冰山（由陸源冰架斷裂而成）。研究發現南極地區云量波動較大；1980一2015年南極地區的海冰面積有增大趨勢，該地區的海冰面積受水溫、云量、洋流、冰川融化等因素共同影響。圖1和圖2分別示意1980—2015年期間南極地區海冰空間分布及云量變化。

圖1

圖2

（1）指出1980—2015年期間海冰分布區上空云量的年際變化特點。（4分）

（2）南極海冰區域冬季云量較夏季少，分析其原因并指出對海水溫度的影響。 （6分）

（3）推測在全球氣候變暖背景下，南極海冰面積依然增大的原因。 （8分）

參考答案：

（1）（4分）整體呈波動下降趨勢；（2分）冬季云量變化幅度大于夏季。（2分）

（2）（6分）原因：南極地區冬季晝短甚至極夜，海水溫度低，蒸發量少；（2分）冬季較夏季海冰凍結面積大，阻礙了海洋一大氣之間的水汽交換，使得冬季云量低。（2分）影響：海水溫度降低。（2分）

（3）（8分）冬季（南極地區夜長甚至極夜），云量減少，保溫作用減弱，洋面輻射冷卻降溫，海冰面積擴大明顯；（2分）夏季云量較大且年際變化穩定，云層對太陽輻射削弱（反射）作用強，到達地面的太陽輻射大幅減弱，（陽傘效應大于保溫效應），使海水水溫降低，夏季海冰消融量小；（2分）環繞南極的西風漂流和南極環流阻擋了高低緯度之間的熱量交換；（2分）氣候變暖，南極大陸冰川融化加劇，滑落入海致使海冰面積增大。（或冰山融化吸熱導致海水溫度下降，海水溫度更易達到冰點。）（2分）

（三）命題意圖

試題對應的課標有“運用圖表，分析海一氣相互作用對全球水熱平衡的影響”“運用世界洋流分布圖，舉例說明洋流對地理環境的影響”。以全球氣候變暖背景下1980—2015年南極地區的海冰面積卻有增大趨勢為主線，從不同的時空尺度綜合分析海冰面積變化的成因，以此考查學生的區域認知、綜合思維、人地協調觀等核心素養。

第1題，主要考查學生獲取、解讀地理信息的能力和比較時空差異的能力。解答該題要求學生能夠從總體上分析1980—2015年間的海冰分布區上空云量的整體變化，并通過對比不同季節的云量變化分析不同季節的云量變化差異。本題不僅能夠很好地考查學生的讀圖析圖能力及在不同時間尺度下描述和闡述地理事物特征的能力，還為第2、第3小題的解答提供了鋪墊和支架。

第2題，主要考查學生的區域認知和綜合思維能力，解答該題要求學生能夠從南極地區的晝夜變化特點和海氣相互作用的角度分析要素間的相互聯系和作用，并考查了海水的性質及其影響因素。該題是在第1題的基礎上進一步展開了因果關系的探討并為第3題的解題提供了支撐和鋪墊。

第3題，主要考查學生辯證思維能力和論證、探討地理問題的能力，該題的設問以全球氣候變暖為背景，但南極海冰面積卻依然增大這一事實向學生呈現出強烈的認知沖突。解答該題學生需要對不同時空尺度下的多因素、多要素進行研究，綜合分析海冰變化的原因。一方面需要考慮在不同季節云量變化對海冰的影響，另一方面要從南極海冰區外圍分析區域間相互聯系和影響，最后，南極海冰區內部的南極大陸海冰的融化和崩塌滑落也對南極海冰區海冰面積的擴大有促進作用[2]。

（四）試題解析

1.據圖2可知：該圖有三條曲線，一條為云量年均變化曲線，另外兩條為夏季、冬季不同季節的云量變化。總體上看，1980一2015年期間海冰分布區上空云量呈現波動下降趨勢；對比不同季節，1980—2015年期間夏季云量變化較小，總體平穩甚至有增大趨勢；而冬季云量變化較大，總體有降低的趨勢，因此冬季云量變化幅度大于夏季。

2.根據題1的解答及云生成條件的分析，南極海冰區會出現極晝極夜現象，尤其是冬季、夏季表現得尤為明顯。因此不同季節的溫度對海水蒸發和海冰的影響，都會進一步影響云的生成量。云量的多少通過海氣相互作用將會反作用于海水的溫度。

3.該題要從區域聯系和要素聯系的角度多因素綜合分析在氣候變暖的背景下海冰面積增大的原因，首先冬季云量減少對海面的保溫作用降低產生冷卻效應；夏季云量穩定甚至增加，反射太陽輻射增強，起到陽傘效應；海冰面積增大會提高太陽輻射反照率，對海冰面積擴大起到加強效應；另從區域聯系的角度分析南極海冰區外的西風漂流和南極環流都對高低緯度之間海水運動和熱量交換進行阻隔形成屏障；在南極海冰區以內由于氣候變暖冰架斷裂、冰山入海形成海冰或冰山消融后吸熱使海水溫度降低更易形成海冰。

二、“北極冰川消融對生態系統影響及緩解措施”試題設計

（一）題目選材

本試題素材源于黃菲等人在中國海洋大學學報上所發表的論文《北極高密集度冰區海冰的多時間尺度變化特征及其極端低值事件分析》。該研究表明北極海冰減退引起的北極放大效應可以波及全球氣候系統，甚至會影響到生態環境和人類活動[3]。

（二）試題設計

閱讀圖文資料，完成下列要求。

20世紀50年代以來，全球變暖明顯，這個現象與大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度變化密切相關。同期，北極海冰正在快速消退，對北極地區以及全球生態環境產生影響。

1.受全球氣候變暖的影響，據圖說出北極多年冰區發生的變化。 （6分）

2.簡述北極冰區變化對該地區生態環境產生的不利影響。（6分）

3.從海洋資源開發的角度，提出緩解全球氣候變暖的措施。 （4分）

參考答案：

1.（6分）多年冰區界限向北移動（向高緯度移動）；范圍變小；冰層厚度變薄；邊緣區域轉化為季節冰區。（任意答三點得6分）

2.（6分）氣溫升高，冰川融化對太陽的反照率下降，受放大效應影響氣溫會進一步升高，降水增多，當地生態環境發生變化（2分）；破壞了生態系統，生態平衡失調（2分）；動物死亡增加，生物多樣性下降等（2分）。

3.（4分）減少排放：開發海洋可再生能源（如浮動太陽能光伏發電、波浪發電和潮汐能發電）；增加吸收：保護沿海和海洋生態系統（如紅樹林、海草床和鹽沼）；發展海底碳儲存（將二氧化碳封存在海底）。（每點2分，三選二）

（三）命題意圖

本大題以 1988～2017 年北極地區多年冰區和季節冰區分布為命題材料，試題對應的課標有全球變暖對自然環境的影響；自然環境的整體性和差異性；生態脆弱區的綜合治理；海洋資源的開發和保護等相關內容（知識點），考查學生對材料解讀與分析能力、有效信息的提取能力、綜合解決問題的能力等來提高學生相關知識的遷移應用素養。

第1題，主要考查學生獲取、解讀地理信息的能力、對比分析問題的能力。解題時要求學生能從圖中判讀北極冰區中多年冰區和季節性冰區的空間分布。判讀在全球氣候變暖條件下北極冰區中不同類型冰區的空間如何變化，并具體表述多年冰區的界線的移動方向、范圍變化、冰層厚度的變化。

第2題，主要考查學生的區域認知和綜合思維能力，解答該題時要求學生能夠從整體性的角度綜合考慮北極冰區消融對氣候、對生物及對生態環境的影響。本題重點是學生能夠從冰川對太陽輻射的反照率變化分析氣溫升高后形成的“北極放大效應”促使氣溫進一步上升及冰川的進一步消融。冰川融水增多進而造成降水量的變化，進而使生物多樣性和生態系統發生整體變化。

第3題，主要考查學生辯證思維能力及解決實際問題的能力，解題時需要學生綜合運用所學知識思考海洋資源開發的類型及其開發帶來的不利影響。能夠從辯證的角度、要素的角度、可持續的角度、空間的角度及資源類型的角度綜合思考資源開發過程中如何趨利避害，最大程度地降低溫室氣體的排放，從而實現可持續發展。

（四）試題解析

1．由材料可知，全球氣候變暖導致北冰洋多年冰區的邊界向北移動，即向更高緯度的地區擴展。由于氣候變暖，北冰洋冰區的范圍變小。氣候變暖導致北冰洋的冰層厚度減少。使得北冰洋冰區的邊緣地區逐漸轉化為季節冰區。

2.全球氣候變暖導致北冰洋冰區的氣溫升高，這對當地的生態環境造成了巨大影響。冰區的變化破壞了北冰洋的生態系統。冰融化和冰層減少影響了許多生物的棲息地和食物鏈。氣候變暖導致的冰融化和冰層減少使得動物面臨更加艱難的生存條件。

3.緩解全球氣候變暖，需要從增加碳匯和減少碳排兩個角度著手分析。根據設問中的限定條件，對于海洋資源開發而言要降低海洋不可再生資源及化石能源的開發和利用，提高可再生和低碳排能源的開發利用，可以具體寫出海洋中可開發利用清潔、低碳排能源如浮動太陽能光伏發電、波浪發電、溫差能和潮汐能發電等。從碳匯的角度，要減少對沿岸和海底植被的破壞，加強海洋生態系統的保護。同時，可以加大海底空間資源開發，通過碳封存技術將二氧化碳封存后儲存在海底。

三、“全球氣候變暖對干旱地區綠洲效應的差異化影響”試題設計

（一）試題選材

該組試題素材源于侯文兵等在干旱區研究發表的論文《近20a河西地區綠洲效應時空變化特征及歸因分析》中的研究成果。該研究結果表明2000一2020年期間，研究干旱地區綠洲效應強度季節變化上在春、夏、冬季均呈增大趨勢，秋季呈減小趨勢。在晝夜變化上白天與夜間相比，總體綠洲效應呈增大趨勢，但強度較夜間更大，最強為夏季，增加1.43℃。夜間春、夏、秋季變化總體也呈增大趨勢，但強度較低。其中2010年冬季夜間出現微弱的綠洲“暖島效應”[4]。

（二）試題設計

綠洲在干旱環境中所表現出來的一系列獨特的小氣候特征，統稱其為“綠洲效應”。因綠洲低于或高于相鄰地區的地表溫度而表現出冷島效應或暖島效應。下圖為我國河西走廊地區荒漠與綠洲間近20年來不同季節在白天和晚上的綠洲效應強度變化。據此回答 1～2 題。

單位：℃ 單位：℃

1.由圖1可知，近20年來冷島效應的變化及可能原因是

A.變強，大量植樹種草B.變弱，大量植樹種草C.變強，全球氣候變暖D.變弱，全球氣候變暖

2.由圖2可知，冬季夜間綠洲效應較弱甚至出現正值的原因是

A.綠洲降溫時間較短B.綠洲降溫時間較快C.荒漠降溫時間較短 D.荒漠降溫時間較快

（三）命題意圖

干旱地區由于水分條件的改善形成綠洲。綠洲和荒漠間由于比熱容的差異導致升溫、降溫的速度和幅度不同常造成綠洲效應。在教學中我們常考查的是綠洲的“冷島效應”。而本題根據研究成果發現，河西走廊地區的綠洲在不同的時間尺度下會表現出“冷島效應”和“暖島效應”兩種類型。具體來看，在2000年、2010年和2020年三個不同年份中的白天，在各季節當中綠洲總體比周圍地區溫度偏低即表現為“冷島效應”。且從三個年份的變化看“冷島效應”有增強的趨勢，若大規模植樹種草會導致區域間差異變小，而全球氣候變暖會使荒漠升溫更為明顯，尤其是夏季使得綠洲所形成的“冷島效應”變強。在夜間，三個年份除了冬季外都依然表現為綠洲比周圍荒漠氣溫偏低的現象。而在冬季綠洲的“冷島效應”較弱甚至在2010年表現為“暖島效應”。原因是冬季晝短夜長，加之荒漠地區降水量偏少，使得缺乏積雪覆蓋的荒漠在夜間因輻射冷卻降溫而造成氣溫明顯低于綠洲地區。因此，綠洲在冬季夜間出現比荒漠氣溫偏高的現象。

（四）試題解析【答案】1.C2.D

【解析】1.根據圖文材料可知，圖1中白天2000年到2020年在不同季節綠洲效應強度負值絕對值變大，冷島效應變強。而大規模植樹種草會造成綠洲和荒漠之間的溫差變小，綠洲的冷島效應減弱；全球氣候變暖會使荒漠升溫幅度更大，綠洲的冷島效應增強，故選C。

圖2中冬季夜晚綠洲效應較弱甚至在2010年出現正值，說明冬季夜間綠洲與荒漠間溫差較小，甚至綠洲比周邊荒漠溫度高。冬季夜間降溫時間對于綠洲和荒漠相同故排除A、C。在冬季，荒漠相比綠洲地表裸露尤其在綠洲降雪后，荒漠因缺少積雪覆蓋，夜間受地面輻射冷卻降溫明顯，使得綠洲溫度較荒漠高，故選D。

結束語

近200年來，由于人口的激增和經濟的快速發展，人類已向空氣中排放了大量的溫室氣體。加之人類活動使土地利用狀況發生改變，大量植被被破壞，且土壤、海水等地理環境的變化將植被、土壤、海洋中儲存的碳以二氧化碳的形式釋放到大氣中，促使溫室效應增強，氣溫波動上升。截至當前，氣溫總體比工業革命前上升了 2^°C 以上。氣溫升高對自然環境和人類社會都產生了不同層面的影響，尤其對生態脆弱區影響更為強烈。兩極地區、高海拔地區及干旱地區因其敏感性和脆弱性對氣候變暖響應迅速且表現顯著，成為科研人員的重點考察和研究區域。不同區域因其地理環境的特殊性和復雜性在不同的時空尺度下對氣候變暖表現為不同的正反饋和負反饋效應。本文旨在通過不同地理學者的研究結果來構建氣候變暖背景下對兩極地區冰川面積變化以及干旱地區冬夏不同季節產生的不同綠洲效應影響的認知沖突，從而考查學生相關地理知識和地理效應。

參考文獻

[1]張騰.南極海冰區域云一輻射通量變化及其氣候環境效應[D].武漢：武漢大學，2020

[2]王云鶴.南極冬季云量異常對海冰變化調控研究[D].北京：中國科學院大學（中國科學院海洋研究所），2020.

[3]黃菲，孫治宏，王宏.北極高密集度冰區海冰的多時間尺度變化特征及其極端低值事件分析Ⅲ.中國海洋大學學報（自然科學版），2021，51（2）：1-9.

[4]侯文兵，李開明，黃卓.近20a河西地區綠洲效應時空變化特征及歸因分析Ⅲ干旱區研究，2023，40（12）：2031-2042.

本文系市教育科研規劃課題 （2024年度資助）“地理實踐力培養視角下的地理實驗課程設計與實施”（項目編號：2024ZHGHKT245）成果。