第二章 第一节 冷热不均引起大气运动.docx
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第二章第一节冷热不均引起大气运动
第二章 地球上的大气
第一节 冷热不均引起大气运动
目标定位
1.运用图示说明大气的受热过程。
2.通过实验说明热力环流的形成,并且能够用事实解释自然界中的热力环流。
3.运用图示解释风的形成。
4.结合物理上力的合成原理进行图文分析,形成跨学科综合分析能力。
核心点一大气的受热过程
由图可知:
(1)“太阳暖大地”:
太阳辐射能是地球最主要的能量来源。
太阳辐射在穿过大气层时,部分能量被吸收(臭氧和氧原子吸收大部分波长较短的紫外线,水汽和二氧化碳吸收一部分波长较长的红外线)和反射(云层和大颗粒尘埃反射作用较强);大部分透过大气层射到地面,地面因吸收太阳辐射能而增温。
(2)“大地暖大气”:
地面增温的同时向外辐射热量。
相对于太阳短波辐射,地面辐射是长波辐射,除少数透过大气返回宇宙空间外,绝大部分被近地面大气中的水汽和二氧化碳吸收,使大气增温。
(3)“大气还大地”:
大气在增温的同时,也向外辐射热量,既向上辐射,也向下辐射,其中大部分朝向地面,称为大气逆辐射,大气逆辐射把热量还给地面,在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量,对地面起到了保温作用。
方法技巧
图示法记忆太阳辐射、地面辐射、大气逆辐射与大气温度变化的关系
核心点二热力环流的形成与常见的热力环流
1.热力环流的形成
2.常见的热力环流
(1)海陆风
白天在太阳照射下,陆地增温快,气温比海上高,空气膨胀上升,高空气压升高,空气由陆地流入海洋;近地面,陆地形成低气压,海洋上空因有空气下沉,形成高气压,使近地面空气由海洋流入陆地,形成海风(如图a)。
夜间,陆地降温快,气温比海上低,空气冷却收缩,地面气压比海面高,使近地面空气由陆地吹向海洋,形成陆风(如图b)。
(2)山谷风
白天,山坡接受太阳辐射强,空气增温强烈,暖空气沿坡爬升,形成谷风(如图c);夜间因山坡空气迅速冷却,密度增大,因而沿坡下滑,流入谷底,形成山风(如图d)。
(3)城市风
城市人口集中,工业发达,居民生活、工业生产和交通工具消耗大量的煤、石油、天然气等燃料,释放出大量的人为热,因而导致城市气温高于郊区,使城市犹如一个温暖的岛屿,人们称之为“城市热岛”。
由于城市热岛的存在,引起空气在市区上升,在郊区下沉,下沉气流又从近地面流向城市中心,在市区和郊区之间形成了小型的热力环流(如下图),称为城市风。
思维拓展
热力环流是大气运动的一种最简单的形式,它是空气在立体空间的运动形式。
这部分内容的难点在于对垂直方向上气压分布的分析。
突破这一难点,需要牢记两点:
第一,垂直方向上气压随高度增加而递减;第二,“高气压”和“低气压”是指同一水平面相比较。
核心点三大气的水平运动
大气水平运动(风)的方向受水平气压梯度力、地转偏向力、 摩擦力的共同作用。
1.水平气压梯度力
(1)方向:
垂直于等压线,从高压指向低压。
(2)影响:
大气水平运动的原动力,既决定风向,又影响风速。
只受水平气压梯度力的作用,风向垂直于等压线并指向低压(这种风仅在空气质点做水平运动的初始状态存在)。
水平气压梯度力越大,风速越大。
如下图:
2.地转偏向力
(1)方向:
与风向垂直,北半球偏右,南半球偏左。
(2)影响:
只影响风向,不影响风速;北半球右偏,南半球左偏。
在水平气压梯度力的作用下,风速增大,地转偏向力也增大,当地转偏向力与水平气压梯度力大小相等,方向相反,即二力达到平衡状态时,风向与等压线平行不再偏转。
这种风仅在高空(摩擦力较小,忽略不计)存在。
如下图:
3.摩擦力
(1)方向:
与风向相反。
(2)影响:
既减小风速,也影响风向。
近地面的风在水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力的共同作用下,风向与等压线之间成一夹角。
当摩擦力、地转偏向力的合力与水平气压梯度力达到平衡(三力的合力为0)时,风向斜穿等压线。
如下图:
方法技巧
等压线图判读时注意的问题
(1)在等压线图上,确定任一点的风向。
①在等压线图中,过某点作等压线的垂线(由高压指向低压,并非一定指向低压中心),该方向为水平气压梯度力的方向。
②确定南、北半球后,面向水平气压梯度力方向向右(北半球)或向左(南半球)偏转30°~45°角,画出实线箭头,即为经过该点的风向。
如下图。
(2)根据等压面(线)的凸凹确定气压的高低。
①气压变化的基本规律:
气压随海拔高度上升而下降。
②若等压线向上凸(即向气压变低的方向凸),则表明该处气压比同一海拔高度上的其他地方高,反之则低(高低规律:
凸高为高,凸低为低),如下图。
在图上取一最大凸点A,过A点作一水平线(即代表一等高面),与其他一系列等压面相交,通过与各交点的值相比较可以看出,A处气压值最大(水平等压线的高低判断也符合规
律)。
类型1大气的受热过程和保温效应
读“大气的保温作用示意图”,完成下列问题。
(1)上图中A表示 辐射,B表示 辐射,C表示 辐射。
(2)由图可知,大气对地面之所以具有保温作用,就是因为大气吸收 使大气增温,同时又以 的形式把热量归还给地面的缘故。
(3)太阳辐射和地面辐射相对而言,辐射波长较长的是 。
(4)在寒冷的冬天,农民往往在麦田边燃烧大量的湿草来防御寒潮,试用所学知识解释其原理。
答案
(1)太阳 地面 大气逆
(2)地面辐射 大气逆辐射
(3)地面辐射
(4)燃烧湿草可产生大量的浓烟,它可以强烈吸收地面辐射,然后又以大气逆辐射的形式把部分热量返还给地面,从而使地面辐射热量损失减少,降温减慢,减少寒潮造成的损失。
解析 由图可以看出地面辐射的热量大部分被大气吸收,并以大气逆辐射的形式将部分热量返还地面,从而对地面起保温作用;天空中有云或烟雾,可以更多地吸收地面辐射,使大气逆辐射作用加强。
云层和大颗粒尘埃的反射作用最强,故多云的白天或者扬沙天气时,太阳辐射弱,气温较晴朗的白天稍低。
空气中的二氧化碳和水汽对长波辐射吸收强烈,其含量较大时,大气吸收的地面长波辐射较多,大气逆辐射增强,保温作用明显,故多云的夜晚比晴朗的夜晚气温稍高。
变式练习1
下图是“我国某地区两天的气温日变化曲线图”,读图回答下列问题。
(1)A、B两条曲线中,表示阴天时气温变化的是 。
(2)白天阴天,气温比晴天时较 ,这是由于 。
(3)夜晚阴天,气温比晴天时较 ,这是由于 。
(4)霜冻多出现在晴天夜里是因为__________________________________________。
答案
(1)B
(2)低 云的反射减少了到达地面的太阳辐射 (3)高 有云的夜晚,大气逆辐射更强,补偿了地面损失的热量 (4)晴天夜间大气逆辐射弱,地面降温幅度大
解析 云量的多少既影响大气对太阳辐射的削弱作用,也影响大气对地面的保温效应。
阴天时,白天大气对太阳辐射的削弱量大,夜晚对地面保温作用强,故昼夜温差小;晴天时,由于白天削弱量少,故气温高,而夜间逆辐射弱,故气温低,昼夜温差大,故夜间易发生霜冻。
类型2热力环流的形成及高低气压判断
下图为“北半球某地区上空等压面状况图”,读图分析回答下列问题。
(1)a、b两个等压面中数值较大的是 ,理由是 。
(2)在近地面,陆地与海洋比较,气压较高的是 。
(3)仅考虑热力因素,在图中画出海陆间的热力环流。
(4)此时,北半球为 季(节),判断理由是 。
答案
(1)b近地面空气密度大
(2)海洋(3)↑→↓
←
(4)夏 陆地为低压,仅考虑热力因素,低压是因为大气受热膨胀上升而产生的,所以陆地气温高于海洋,为夏季。
解析 本题主要考查学生对等压面知识的理解和应用。
由图可知与海洋对应的高空等压面下凹,近地面等压面上凸,然后结合“高高低低”规律,即等压面向“高”空弯曲,此处气压比同一水平面上其他各点“高”;等压面向“低”空弯曲,此处气压比同一水平面上各点“低”。
季节的判断需依据海陆热力性质的差异。
第
(1)题,同一地区地面与高空比较,总是近地面气压高于高空气压。
因为越往高空大气越稀薄,气压越低。
第
(2)题,解答该题要注意两点,一是可用“高高低低”规律,即等压面向“高”空弯曲,此处气压比同一水平面上其他各点“高”,等压面向“低”空弯曲,此处气压比同一水平面上各点“低”;二是高、低压的比较前提是同一水平面上的比较。
第(3)题,热力环流的绘画切入点是根据等压面知识找出近地面海洋、陆地何处气压低,何处遇热,何处受冷,进而根据热力环流四过程即受热不均→垂直运动→同一水平面气压差异→水平运动画出。
第(4)题,判断季节时,还应该理解海陆热力性质差异——海水热容量大于陆地,海水升温慢降温也慢,陆地则相反,这样冬季气温海洋高于陆地,夏季气温海洋低于陆地。
等压面图的判断
(1)无论高空还是近地面,等压面向上凸起的地方是高气压,等压面下凹的地方是低气压(可简化为“上凸高压,下凹低压”),因近地面与高空气压类型相反,故同一地区近地面与高空的等压面凹凸方向相反。
(2)在水平方向上,气流是从等压面上凸的地方(高压区)水平流向下凹的地方(低压区);在同一地点的竖直方向上,高空的高压也比低空的低压气压低。
(3)热力环流中,近地面温度较高的地点为低气压区。
变式练习2
下图是“某地高空等高面与等压面关系示意图”。
读后完成下列问题。
(1)图中点①至点⑤,气压最高的是 ,气压最低的是 。
(2)A、B两地受热的是 ,该地空气垂直运动的原因是 ;冷却的是 ,该地空气垂直运动的方向是 。
(3)用带有方向的箭头画出热力环流。
答案
(1)④ ⑤
(2)B 受热膨胀 A 下沉 (3)近地面由A流向B,高空由B地的高空流向A地的高空;垂直方向是A地下沉,B地上升。
图示如下:
解析 本题主要考查有关热力环流形成的知识。
解答本题的关键是从高空等压面的凸凹入手,逐步推理。
从图中可以看出在A地3000米高空附近等压面下凹,B地等压面上凸,B地高空的气压高于A地高空的气压(或④点气压大于③点气压,①、②、③三点气压相等,①点气压又大于⑤点气压,故④点气压大于⑤点气压),这说明A地空气下沉,B地空气上升,从而可以判断A地冷却,B地受热,高空气流从B地高空流向A地高空,近地面气流从A地流向B地。
类型3等压线图中风向的确定与风力大小比较
读“北半球近地面风向示意图”,分析回答下列问题。
(1)力的名称:
a ,c ,d
(2)a力的指向与等压线之间呈现什么关系?
,其方向由 指向 。
(3)若无d,只受a、c影响,b最终将与 平行。
(4)在实际大气中,b与等压线之间
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)水平气压梯度力 地转偏向力 摩擦力
(2)垂直于等压线 高压 低压
(3)等压线
(4)并不完全平行,而是有个交角
解析 从图中可以看出,箭头a是垂直于等压线,并且从高压指向低压,所以是水平气压梯度力。
箭头b是大气实际水平运动的方向(风向)。
由图可见,风向与等压线或水平气压梯度力(a)之间有一个交角,与地转偏向力(c)呈90°夹角,与摩擦力(d)的方向相反,在实际大气中,b同时受到三种力的作用,它与等压线斜交(北半球向右偏),假设b同时只受到水平气压梯度力和地转偏向力两种力的作用,b的方向将最终与等压线平行,不会继续右偏。
判断风向要注意以下几个要素:
(1)是高空还是近地面。
(2)是北半球还是南半球。
(3)等压线的数值是如何变化的。
(4)等压线的疏密程度与风力大小的关系。
变式练习3
读图,完成下列问题。
(1)图中甲点处的箭头表示甲点空气运动及受力状况,则各箭头分别表示:
A ,B ,C ,D 。
(2)该图分布在 (南、北)半球。
(3)画出图中乙点的风向。
(4)该气压系统为 (高、低)气压的一部分。
(5)甲、乙两地风力较大的是 。
答案
(1)水平气压梯度力 风向 地转偏向力 摩擦力
(2)南 (3)略(西北风) (4)高 (5)乙
解析 由图可知,A与等压线垂直,为水平气压梯度力,故B为风向;C与风向垂直,为地转偏向力;D与风向相反,为摩擦力。
相对于水平气压梯度力左偏,为南半球。
由A的方向可知,该系统为高气压的一部分(即高压脊)。
乙处等压线较甲处密集,风力较大。
1.近地面大气的直接热源是( )
A.地面辐射B.大气辐射C.太阳辐射D.大气逆辐射
答案 A
解析 大气对太阳辐射的直接吸收能力很弱,而对地面辐射的吸收能力很强,地面是近地面大气的直接热源。
2.关于热力环流的叙述错误的是( )
A.热的地方在近地面形成低压,高空为高压
B.在热力环流形成后,水平方向上气流由高压区流向低压区
C.热力环流是大气运动的一种最简单的形式
D.在热力环流系统中,气流不一定由高压流向低压
答案 A
解析 在热力环流系统中,在垂直方向上由于空气冷却,会出现由低压流向高压的现象。
热的地区不一定在近地面形成低压,如副热带地区。
3.下列辐射中波长最短的是( )
A.地面辐射B.太阳辐射C.大气逆辐射D.大气辐射
答案 B
解析 看波长的长短,可比较温度的高低,一般来说,温度越高,物体辐射波长越短。
4.下列四个箭头能表示北半球近地面风向的是( )
A.aB.bC.cD.d
答案 C
解析 根据风向是由高压区指向低压区,可判断C、D选项可能正确,又由于是北半球,在地转偏向力的作用下,风向右偏,故排除D,选C项。
由于城市人口集中,工业发达,释放出大量的人为热量,导致城市气温高于郊区,从而引起城市和郊区之间的小型的热力环流,称之为城市风。
读“城市风示意图”,回答5~7题。
5.市区与郊区相比,近地面( )
A.气温高,气压高B.气温高,气压低
C.气温低,气压低D.气温低,气压高
6.若在图中布局化工厂,为了减少城市风对市区空气的污染,应选择( )
A.甲B.乙C.丙D.丁
7.根据城市风的原理,今后城市造林的重点应该在( )
A.市区B.近郊区C.远郊D.农村
答案 5.B 6.C 7.B
解析 由于城市人口集中、工业发达,释放出大量的人为热,因此市区气温比郊区高,空气受热上升,近地面气压低于郊区。
近地面风由郊区吹向市区。
为了防止城市风把污染物带入市区,在只考虑城市风的前提下,新建化工厂应该布局在城市风环流之外。
而近郊区是城市风吹向市区的必经之路,若在近郊区植树造林,对于改善城市大气质量有很大帮助。
下图中各箭头及其代表符号①、②、③、④、⑤表示太阳、地面、大气、宇宙空间之间的热力作用,其中包括太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射、大气对太阳辐射的削弱作用(吸收、反射和散射)。
读图回答8~9题。
8.我国青藏高原的纬度比云贵高原高,但年太阳辐射总量比云贵高原大,其原因主要与图中的哪个因素数值大小有关( )
A.① B.② C.③ D.④
9.四川盆地与青藏高原纬度相当,但年平均气温比青藏高原高得多,其原因与图中的哪个因素数值大小有关( )
A.①B.②C.④D.⑤
答案 8.A 9.C
解析 第8题,从图中可看出①是大气对太阳辐射的削弱作用,②是太阳辐射,③是地面辐射,④是大气逆辐射,⑤是大气辐射。
青藏高原太阳辐射强主要原因是地势高、空气稀薄,从而导致大气削弱作用较小,使到达地面的太阳辐射较多。
第9题,四川盆地由于地势低,导致冷空气不易进入,暖空气与外界交换慢则气温较高;与青藏高原相比主要是地势不同导致大气密度、水汽含量等不同,则大气对地面的保温作用不同,具体说就是大气逆辐射的差异导致两地气温差异。
10.读“等压线图”(单位:
百帕),回答问题。
(1)假设此图是近地面等压线图,A处吹东北风,则A点位于 (南或北)半球。
(2)假设此图是高空等压线图,A处吹正南风,则A点位于 (南或北)半球。
(3)如果此图位于中国河南省,在不考虑摩擦力和地转偏向力的情况下,A点吹
风。
答案
(1)南
(2)北 (3)东
解析 由题目可以获得以下主要信息:
①在不同半球,不同地区风向不一定相同;②影响风向的因素有地转偏向力、水平气压梯度力、摩擦力。
解决本题的关键是分清三种力对风的具体影响。
第
(1)题,风是指大气的水平运动,其方向受三种力的影响即水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力。
当三种力平衡时,近地面风向与等压线成一夹角,北半球右偏,南半球左偏。
已知风向为东北风,逆向推理可知A点位于南半球。
第
(2)题,假设条件是“高空等压线”,因此可以不考虑摩擦力,根据已知风向同样可以逆向推理得知A点位于北半球。
第(3)题,解答的关键是排除定向思维的干扰,因为题干已说明不考虑摩擦力和地转偏向力,在
这个假设条件下,风向垂直于等压线由高压吹向低压。
2009年3月15日晚到16日晨,北京市区出现大雾,大部分地区能见度小于500米,有些地方的能见度只有几十米。
大雾严重影响了人们的户外活动。
据此回答1~2题。
1.初冬时节北京等地区时有大雾的原因是( )
A.昼夜温差减小,水汽易凝结,但风力微弱,水汽不易扩散
B.昼夜温差减小,水汽不易凝结,直接悬浮于大气中
C.昼夜温差较大,水汽不易凝结,直接附着在地面上
D.昼夜温差较大,水汽易凝结,且该季节晴朗天气多,有利于扬尘产生
2.白天的大雾天气使空气能见度降低的主要原因是( )
A.大雾削弱了地面辐射B.大雾对太阳辐射具有反射作用
C.大雾改变了太阳辐射的波长D.大雾增强了大气逆辐射
答案 1.D 2.B
解析 第1题,北京等地区深秋、初冬时节,晴朗天气多,昼夜温差大,并且降水少,扬尘较多,水汽易凝结,从而形成大雾。
第2题,白天的雾通过反射削弱了到达地面的太阳辐射,因而空气能见度较低。
3.下列四幅示意图中,正确的是( )
答案 D
解析 白天时,陆地增温快,气温比海上高,空气上升(近地面),陆地形成低气压,海洋上空因有空气下沉,形成高气压,使近地面空气由海洋流入陆地,形成海风,选项D正确。
4.等压线是某一水平面上气压相同各点的连线。
下列四幅等压线图中,P点所在位置风力最大的是( )
答案 C
解析 风力大小与等压线疏密程度有关。
本题等压线疏密程度一样,且比例尺相同,则等压线气压差越大,等压线越密集,风力就越大。
下图示意某一等高面。
M、N为等压线,其气压值分别为PM、PN,M、N之间的气压梯度相同。
①~⑧是只考虑水平受力,不计空气垂直运动时,O点空气运动的可能方向。
回答5~7题。
5.若此图表示北半球,PM>PN,则O点风向为( )
A.⑥或⑦ B.②或⑥ C.④或⑧ D.③或④
6.若此图表示高空等高面,PM A.③或④B.②或⑧C.③或⑦D.⑥或⑦ 7.近地面,空气作水平运动时,所受摩擦力与地转偏向力的合力方向( ) A.与空气运动方向成180°角B.与空气运动方向成90°角 C.与气压梯度力方向成90°角D.与气压梯度力方向成180°角 答案 5.A 6.C 7.D 解析 第5题,本题组考查了风向在不同情况下的判定及影响因素。 要求从多角度考虑问题、分析问题。 第5题,若此图表示北半球,PM>PN,则O点风向应考虑两种情况,近地面为⑥,高空由于忽略摩擦力的作用,风向向右偏转至与等压线平行,即为⑦。 第6题,高空空气不考虑摩擦力,所以风向应与等压线平行。 由于不确定此图所在半球,所以在北半球高空应为③,在南半球高空应为⑦。 第7题,在近地面,水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力共同影响风向和风速。 两力的合力与另一力的方向成180°角。 8.我国四川盆地是有名的雾区,重庆冬季无云的夜晚或早晨,几乎80%是雾日,有时终日不散,有“雾都”之称。 根据下述 资料,结合所学知识,回答 (1)~(4)题。 资料一 雾是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶,使水平能见度小于1千米的现象。 雾多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间或清晨。 资料二 辐射雾与平流雾的比较 概念与特征 形成条件 辐 射 雾 是由地面辐射冷却,使近地面大气降温而形成的雾。 多出现在冬半年晴朗、微风的夜间和清晨。 ①近地面空气中水汽充沛;②地面辐射使近地面气温降低,利于水汽凝结;③风力弱,近地面大气稳定,水汽积存下来;④有充足的凝结核。 平 流 雾 暖而湿的空气作水平运动,经过寒冷的地面或水面,逐渐冷却而形成的雾。 海洋上四季皆可出现。 ①下垫面与暖湿空气的温差较大;②暖湿空气的湿度大;③适宜的风向(由暖向冷)和风速(2~7m/s);④大气稳定。 (1)辐射雾和平流雾中,具有明显季节性特征的是______________雾。 (2)海洋上暖湿的空气流到冷的洋面上,一般形成______________雾。 (3)气象谚语“十雾九晴”中的“雾”一般指____________雾。 (4)重庆的雾大多属于辐射雾还是平流雾? 分析形成原因。 答案 (1)辐射 (2)平流 (3)辐射 (4)辐射雾。 形成原因: ①位于我国的湿润区(位于河流交汇处),水汽充足(空气湿润);②夜晚地面辐射强(夜晚温度低或夜晚降温快);③位于四川盆地,空气比较稳定(近地面水汽积存);④城市附近尘埃多,凝结核多。 解析 (1)从表格“概念与特征”一栏可以得出结论,辐射雾“出现在冬半年”,平流雾“海洋上四季皆可出现”。 (2)(3)两题,根据两种雾的概念可以得出结论。 (4)重庆位于四川盆地,盆地地形黑夜或早晨多形成逆温,地面温度低,水汽遇冷后凝结成雾,显然属于辐射雾。 把重庆所在的区域特征与表格中的“形成条件”结合起来,进行恰当的描述即可。
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- 第二章 第一节 冷热不均引起大气运动 第二 冷热 不均 引起 大气 运动