关于热力环流,这个细节常常被忽略

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关于热力环流,这个细节常常被忽略
发布日期:2025-05-21 12:36    点击次数:145

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作者:一直 | 排版:杳杳

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相关概念辨析

环流指的是大气、水等流体沿一定方向、一定路径循环运动的现象。因此,环流是一个宽泛的概念,地理中常见的环流包括大气环流和大洋环流;

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全球大气环流(左)和大洋环流(右)模式

图源网络

除了大尺度空间外,小尺度空间同样存在环流,如弯曲河道处的横向环流。点击可看大图

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河流横向环流与河道变化 | 图源网络大气环流是地球大气圈内不同规模的空气运动的总称。热力环流则是由于地面冷热不均而形成的大气环流,是大气环流的最简单形式。

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热力环流的形成过程由于地面是对流层大气的直接热源,当地面冷热不均,热的地面上方大气受热,而冷的地面上方大气遇冷,这就导致同一水平面上的大气冷热不均。

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由于热胀冷缩,受热的大气会膨胀,密度减小,做上升运动;遇冷的大气产生收缩,密度增大,受重力影响做下沉运动。于是,在冷热不均的地表上方出现了方向相反的大气垂直运动。

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热地面上方高空处由于受到下方气流的补充,气压升高;冷地面上方高空气流因向下流失,而气压降低;在高空,同一水平面上出现气压差。

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气压差使大气分子受到水平气压梯度力的影响,高空大气出现从高压向低压的水平运动。

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热地面因高空不断向冷地面上方输出空气,近地面气压降低;冷地面因高空有空气输入,近地面气压升高。在近地面的水平方向上也出现了气压差,导致近地面空气从高压区运动向低压区。

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经历了上述过程,热力环流最终形成。

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在学习热力环流时,一定要细致地把握其形成过程中的每一个环节,不能出现环节遗漏或各环节之间因果关系的倒置。

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热力环流形成过程总结在2024年的海南卷中就出现了一道看似简单,实则非常易错的题目:

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当看到图中甲乙两处分别为下沉和上升气流时,很多同学可能根据已形成的热力环流状况,而直接判断③>④、②>①,但A、C、D选项中并没有这两种答案;而同一地点高度越高气压一定越低,④<②,B选项也错误。究竟该选谁?关键就在题干中的一句“假设空气柱内气流没有水平位移”。因为没有水平位移,两个空气柱之间是没有气体交换的。所以即使乙地气流上升,地面以上整个空气柱内的气体数量并没有任何变化。而气压是指单位面积上所承受的空气柱重量,气体数量不变,重量也自然不会变,所以④处气压不会因为大气垂直运动而改变;③处也是如此。

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而这道题设定“甲、乙两地大气分布均匀”,所以③处和④处在“空气柱内气流没有水平位移”的前提下气压是相等的,故选D选项。

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但①②两处的情况就不太一样了。①处承受的是其上方大气的重量,但现在甲地大气下沉,①处上方的气体是向下流失的,故而①处气压会减小;乙地气流上升,②处上方大气得到了补充,重量增大,②处气压升高,所以气压①<②,A错误。

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热力环流的影响因素在理想的水平地面上方,地面的冷热不均导致近地面水平方向上的大气冷热不均,进而推动热力环流产生。如果继续追问:同一水平面上的不同地点,为什么会出现冷热不均现象,其影响因素有哪些?太阳辐射的时空分布不均由于地球的公转和黄赤交角的存在,地球上处于不同纬度的地区所接收的太阳辐射量存在时空差异。

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太阳辐射量的纬度分布 | 图源网络在太阳辐射的影响下,赤道和极地之间产生了非常显著的冷热不均。也正因如此,二者之间也会出现热力环流现象。如果不考虑其他因素,就会形成跨越半球的单圈环流。

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单圈环流示意图(北半球)| 图源网络当考虑到地球自转产生的地转偏向力后,单圈环流就不再成立,而是形成了三圈环流,并因此形成全球气压带风带。下垫面热力性质差异下垫面热力性质差异主要表现为比热容的不同。

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常见物质的比热容 | 图源网络

【比热容】指物体升高一定温度所吸收的热量。当升温幅度相同时,吸收热量更多的物体比热容更大;换句话说,热源一定的情况下,比热容大的物体升温更慢,降温也更慢。

世界上最大的大陆——亚欧大陆和最大的大洋——太平洋之间,就存在着非常显著的热力性质差异。不同季节,二者冷热状况不同,它们之间的热力环流也会发生季节性变化,于是形成亚洲季风环流,出现了显著的季风现象。不仅是海陆之间,在陆地内部更小的空间尺度中,下垫面差异带来的冷热不均也很常见。例如,沙漠中的绿洲因为水分更充足,所以比热容更大,白天地面升温更慢,气温比周围沙漠更低,这被称作“冷岛效应”。而由于两者地面冷热不均,绿洲和沙漠之间会形成热力环流。

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白天沙漠和绿洲间的热力环流冷岛效应在农业灌溉区、大型水体(如湖泊、水库)等地区也会出现。垂直方向上,大气距地面的远近同一高度的大气,离下方的地面越近,受地面温度的影响就越大,气温也更容易发生变化。例如,在山谷地区,就有可能出现这样的情况。一天中,伴随冷热状况的变化,热力环流方向也发生变化,于是形成山谷风。

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制图 | 一直白天地面升温快,离地面近的大气,会吸收更多的地面辐射。相比同海拔自由大气(点A),山坡附近的(点B、C)气温更高,气流上升,气压低,吸引周围空气吹向山坡,形成谷风(左图中红色箭头)。夜晚,与同海拔自由大气(点A)相比,山坡附近空气(点B、C)受地面降温影响,气温更低,气流下沉,气压高,冷空气沿着山坡下滑,形成山风(右图中红色箭头)。

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这种现象在青藏高原更加显著:

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夏季高原季风示意图 | 冬季高原季风示意图夏季,相对于周围同高度的自由大气,高原面升温更快,气温更高,气流热胀上升,形成热低压中心,气流从四周流向高原面。冬季,相对于周围同高度的自由大气,高原面降温更快,气温更低,气流从高原面向四周辐散。人类活动除了一系列自然因素外,人类活动也会导致地面和大气的冷热不均。例如,城市建设过程中,人类铺设水泥、沥青等路面,减少了城区的植被和水体数量,都会降低城市地面的比热容,使城市气温更容易上升;城市中的交通运输、工业生产等活动也产生了大量热量,加剧了城市升温;同时,人类活动过程产生的尘埃和大气污染物还起到了保温作用,减少了城市在夜间的降温幅度。正因如此,城区的气温一般高于周围的郊区,产生城郊之间的热力环流,出现了“城市热岛效应”。

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热岛环流 | 图源网络

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不同尺度的热力环流对于前文提及的热力环流实例,可以按照不同空间尺度进行分类:

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需要注意的是,不同类型的热力环流并非独立存在,在很多时候它们可能产生关联。一般将影响一个区域的小尺度的风称为局地风,影响该区域的较大尺度的风称为背景风。当风向一致时,局地风和背景风可能相互叠加。例如,如高原季风的风向在冬夏季都与亚洲季风风向相同,因此对亚洲季风起到增强作用。再例如,山地周围的低地如果存在大型湖泊,该区域可能同时受到山谷风和湖陆风的影响。当局地风和背景风的风向不同时,也可能会产生相互干扰。

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  做完题再走~

下图中甲、乙两地的纬度相同,读图,完成下面小题。

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 参考答案与解析 

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(上下滑动查看)1. C【解析】由于对流层大气的直接热源是地面辐射,图中a处高于近地面,离地面越高,大气获得的地面辐射越少,则气温越低,C符合题意;a处气温比近地面气温低,与散射作用无关,排除A;对流层大气对太阳短波辐射的吸收能力弱,因此太阳辐射不是大气的主要直接热源,排除B;a处海拔高,空气密度小于近地面,大气的削弱作用相对较弱,因此当地的太阳辐射比近地面强,排除D。故选C。2. D【解析】题意表明,b处和a处处于相同海拔高度,空气的密度相似,大气对太阳辐射的吸收作用相似,大气获得的太阳辐射量相似,而且当地气温不取决于吸收太阳辐射的多少,排除A;图中显示,高原内部地形并不封闭,排除B;高原地区的降水不一定比同海拔高度的a处少,排除C;高原地表海拔高于a处地表,高原地表吸收太阳辐射后向外释放地面辐射,b处离地表近,地面传递给b处大气的热量多,而a处离地表远,到达a处的地面辐射少,因此b气温高于a处,D符合题意。故选D。天山北坡的天池山谷风典型,风速大。高山冰川形成的冰川风(冰川表面较稳定而下沉的冷却气流沿冰面向冰川前方运动,形成由冰川表面向冰缘地带吹送的风)对山谷风也产生一定影响。图1示意天山天池气象站周边区域等高线分布情况,图2示意该气象站某年7月27日6时到28日16时的气温变化。据此完成下面小题。

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3. 图2中:① 27日16时吹山风 ② 27日16时吹谷风   ③ 28日6时吹山风   ④ 28日6时吹谷风A. ①⑧  B. ①④C. ②③  D. ②④4. 冰川风对天池气象站附近山谷风的影响主要是:A. 加强了山风   B. 加强了谷风C. 削弱了山风  D. 改变了风向

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 参考答案与解析 

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(上下滑动查看)3. C【解析】根据所学知识可知,山谷风环流中,白天吹谷风,夜晚吹山风,据图可知,27日16时气温高,为白天,白天应吹谷风,①错误,②正确;28日6时气温低,为夜晚,夜晚应吹山风,③正确,④错误。综上所述,C正确,ABD错误。故选C。4. A【解析】在冰川地区,由于冰川表面上空气温度比谷中同高度空气温度低,冰川表面较稳定而下沉的冷却气流沿冰面向冰川前方运动,形成了由冰川表面向冰缘地带吹送的冰川风。冰川风与山风风向一致,对山风加强作用明显,对谷风有削弱作用,A正确,BC错误;冰川风对谷风有削弱作用,但不会改变谷风风向,D错误。故选A。岁末将至,新年开启。跨年之际,我们准备了一些福利,欢迎大羊羔和小羊羔们来领取。 本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报。

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