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地球上任何地方都在吸收太阳的热量,但是由于地面每个部位受热的不均匀性,空气的冷暖程度就不一样,于是,暖空气膨胀变轻后上升;冷空气冷却变重后下降,这样冷暖空气便产生流动,形成了风。 
风就是水平运动的空气,空气产生运动,主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区,太阳高度角大,日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高;再高纬度地区太阳高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了南北之间的气压梯度,使空气作水平运动,风应沿水平气压梯度方向吹,即垂直与等压线从高压向低压吹。
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地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转,南半球向右偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转偏向里的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。
实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘陵、山地却磨擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此,风向和风速的时空分布较为复杂。
在有海陆差异对气流运动的影响,在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间(冬季)时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风。
在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向,前者称为谷风,后者称为山风。这是由于白天山坡受热快,温度温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气交快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风。
此外,不同的下垫面对风也有影响,如城市、森林、冰雪覆盖地区等都有相应的影响。光滑地面或摩擦小的地面使风速增大,粗糙地面使风速减小等。
在气象上,风常指空气的水平运动,并用风向、风速(或风力)来表示。风向指风的来向,一般用16个方位或360度来表示。以360度表示时,由北起按顺时针方向量度。风速指的是单位时间内空气的行程,常以米/秒、公里/小时、海里/小时来表示。1805年,英国人F.蒲福根据风对地面(或海面)物体的影响,几经修改后,得出了风力等级表。
大气运动是有规律的,全球性的有规律的大气运动,就是大气环流。大气环流使高低纬度之间,海陆之间的热量和水汽得到交换,调整了全球的水热分布,对全球的热量平衡和水量平衡有重要作用。在大气的运动过程中会形成风带和气压带,而风带和气压带是对各地天气变化和气候形成的重要因素。
一、单圈环流的形成过程 在不考虑地球自转、公转、海陆差异、地形高低起伏等因素的情况下,赤道与极地之间的单圈环流是怎样形成的?赤道与极地处的对流层厚度是否一样?为什么?假设地球不自转,地表性质均一,太阳直射赤道。此时,引起大气运动的因素是高低纬度之间的受热不均。因而在终年炎热的赤道地区,大气受热膨胀上升;在终年严寒的两极地区,大气冷却收缩下沉。这样,在高空,赤道形成高气压,气压梯度力的方向指向极地,大气由赤道上空流向两极上空。在近地面,赤道形成低气压,两极形成高气压,气压梯度力的方向指向赤道,大气由两极流回赤道。因此,在北半球,赤道和极地之间形成了单圈闭合环流如图1和图2。
二、三圈环流的形成过程 由于地球的自转,假设地表性质均一,太阳直射赤道,则引起大气运动的因素是高低纬之间的受热不均和地转偏向力。从北半球来看,赤道地区上升的暖空气,在气压梯度力作用下,由赤道上空向北流向北极上空(南风),受地转偏向力影响,由南风逐渐右偏成西南风,到30°N附近上空时偏转成了西风,来自赤道上空的气流,不能再继续北流,而是变成自西向东运动。由于赤道上空的空气源源不断地流过来,在30°N附近上空堆积,产生下沉气流,致使近地面气压升高,形成副热带高气压带。近地面,在气压梯度力作用下,大气由副热带高气压带向南北流出。向南的一支流向赤道低压,在地转偏向力影响下,由北风逐渐右偏成东北风,称为东北信风,东北信风与南半球的东南信风在赤道附近辐合上升,在赤道与副热带地区之间便形成了低纬环流圈。在近地面,从副热带高气压向北流的一支气流,在地转偏向力的作用下逐渐右偏成西南风即盛行西风。从极地高气压带向南流的气流(北风),在地转偏向力影响下逐渐向右偏形成东北风,即极地东风。较暖的盛行西风与寒冷的 极地东风在60°N附近相遇,形成锋面(极锋)。暖而轻的气流爬升到冷而重的气流之上,形成了副极地上升气流。上升气流到高空,又分别流向南北,向南的一支气流在副热带地区下沉,于是在副热带地区与副极地地区之间构成中纬度环流圈;向北的一支气流在北极地区下沉,于是在副极地地区与极地之间构成了高纬度环流圈。由于副极地上升气流到高空便向南北流出,致使近地面的气压降低,形成了副极地低气压带。同理,在南半球同样存在着低纬、中纬、高纬三个环流圈(见图3)。因此,在近地面,全球共形成了7个气压带,6个风带(展示图4)。在此基础上,教师进一步对气压带进行特性、成因等的对比(见图5),从而可促进学生对风带、气压带的理解。
三、风带气压带的季节移动 在实际中太阳是随季节变化而南北移动,导致气压带和风带在一年内也作周期性的季节移动。就北半球来说,大致
是夏季北移,冬季南移。由于气压带、风带在一年内有规律地南北移动,从而使同一地区在不同季节出现完全不同的天气和气候(见图6)。
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四、海陆分布对气压带的影响 由于海陆分布等影响即海陆热力性质的差异,7月份,大陆增温快,形成低气压,同纬度的海洋增温慢,水温低于陆温相对形成高气压;1月份,大陆降温快,形成高气压,同纬度海洋降温慢,水温高于陆温相对形成低气压。由于北半球的陆地面积比南半球的陆地面积大,而且海陆相间分布,对气压的影响尤为显著,使纬向的气压带被分裂为一个个的高、低气压中心。其中7月份,副热带高压带被亚
洲低压切断,只保留在海洋上,形成夏威夷高压和亚速尔高压;1月份,副极地低压带被亚洲高压切断,只保留在海洋上,形成阿留申低压和冰岛低压。南半球的海洋面积占绝对优势,纬向的气压带比北半球明显,特别是30°S以南的地区,气压带基本上呈带状分布(见图7)。
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五、季风环流 在亚洲,由于冬夏海陆上的高低气压中心势力强,范围广,它们随季节而南北移动,因而在亚洲东部、南部形成了大范围地区的盛行风随季节而有规律地显著改变方向的风,即季风(见图8、图9)。季风环流也是大气环流的一个组成部分,由于南北半球海陆分布及其面积的不平衡性,致使全球大气运动复杂化,大部分地区存在着气压带、风带的分布规律,而在亚洲东部、南部则存在着季风环流现象。
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亚洲东部的季风环流最为显著,主要是它地处世界最大陆-亚欧大陆与世界最大洋-太平洋之间,海陆热力性质差异极大,冬季,由于赤道低压移到赤道以南,南亚受冬季形成于亚欧大陆的亚洲高压影响,吹东北季风,因冬季风远离源地,故势力较弱;夏季,由于太阳直射点北移,气压带、风带随之北移,赤道低压与形成于亚欧大陆的印度低压连成一体,南半球东南信风越过赤道,在地转偏向力影响下右偏形成西南季风,由海洋吹向陆地,会带来大量水汽并形成丰沛降水。可见南亚季风是海陆热力性质差异与气压带、风带的季节性移动共同影响下形成的(见图10)。
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六、知识的逻辑联系在学习有关知识以后,针对学生存在的知识缺漏进行知识的网络化和系统化(见图11),从而可帮助学生进一步深入理解和掌握知识,并能够促进学生思维水平的提高。
风级和符号 名称 风速(米)* 陆地物象 海面波浪 浪高(米)
0 无风 0.0-0.2 烟直上 平静 0.0
1 软风 0.3-1.5 烟示风向 微波峰无飞沫 0.1
2 轻风 1.6-3.3 感觉有风 小波峰未破碎 0.2
3 微风 3.4-5.4 旌旗展开 小波峰顶破裂 0.6
4 和风 5.5-7.9 吹起尘土 小浪白沫波峰 1.0
5 劲风 8.0-10.7 小树摇摆 中浪折沫峰群 2.0
6 强风 10.8-13.8 电线有声 大浪到个飞沫 3.0
7 疾风 13.9-17.1 步行困难 破峰白沫成条 4.0
8 大风 17.2-20.7 折毁树枝 浪长高有浪花 5.5
9 烈风 20.8-24.4 小损房屋 浪峰倒卷 7.0
10 狂风 24.5-28.4 拔起树木 海浪翻滚咆哮 9.0
11 暴风 28.5-32.6 损毁普遍 波峰全呈飞沫 11.5
12 飓风 32.7- 摧毁巨大 海浪滔天 14.0
注:本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值
关于海陆分布对大气环流的影响的教学分析
“海陆分布对大气环流的影响”是在了解了气压带和风带的基础,将理想状态,不考虑地表的高低起伏和海陆分布等形成的大气环流进一步复杂化,当考虑海陆分布的影响后,原有的气压带和风带的分布会有所改变,因为海陆之间的热力差异,会影响到海陆的气压分布,特别是对于北半球来说,这种影响体现的特别突出。冬季时北半球陆地是冷源,在大陆中心地区形成高气压中心,副极地低气压带被这个冷高压切断使其仅保留在海洋上;夏季北半球大陆是热源,升温速度非常快,因而在陆地内部形成低压中心,将副热带高气压带切断,仅保留在海洋上。这种高低气压的分布特点教材通过一、七月份海平面等压线分布图展现出来,有利于学生阅读掌握。由于这种高低气压的存在,因此在不同季节,陆地和海洋之间产生了水平气压梯度力,在水平气压梯度力和地转偏向力、摩擦力的共同影响下,就会出现随季节改变风向的风,这就是季风的形成。应该明确的是季风环流也属于大气环流的一部分,通过知识间的相互关联,可以了解季风形成的原因主要是海陆热力性质的差异,但也有例外,南亚的夏季风其形成,是由于南半球的东南信风过赤道右偏形成西南季风,即由于气压带和风带季节移动而形成的,因此形成季风环流的因素应该由两个,海陆热力性质的差异和气压带和风带的季节移动。季风环流的知识教材配备了相应的图像,使学生能够更直观的理解这部
分知识。
关于海陆分布对大气环流影响的教学建议
分析海陆分布对大气环流的影响,可以从气压带和风带分布图入手,教师引导学生观察教材中一、七月气压分布图或利用黑板上已绘制的气压带和风带分布图边讲解边绘图,也可以利用多媒体素材库提供的动画演示,以亚欧大陆为例,使学生明确,夏季时,亚欧大陆是一个热源,空气强烈受热上升,近地面形成一个低压中心,切断了副热带高压,使其仅保留在海洋上;冬季时,亚欧大陆是一个冷源,空气受冷下沉,近地面大陆内部形成一个高压中心,切断了副极地低压带,使其保留在海洋上。教师还应引导学生观察思考为什么北半球气压带被切断,呈块状分布,而南半球气压带保留相对较为完整?通过思考使学生明确,海陆热力差异和海陆分布状况决定了大气环流的变化,导致气压带和风带的分布变得更加复杂化。由于这种影响使得海陆之间在不同季节出现了气压差异,从而导致海陆之间出现了随季节转变风向的风。由海陆分布对大气环流的影响引入季风环流,比较利于学生递进式的学习,符合学生的思维发展过程,学习季风环流应该明确三点:第一,注意引导学生读图思考,充分利用教材中的相关图像资料培养学生判读原理示意图的能力;第二,注意引导学生观察东亚季风和南亚季风在成因上的差别,使学生明确季风的成因除海陆热力差异外,还有气压带、风带随季节移动的原因;第三,无论是东亚季风还是南亚季风,冬、夏季风的特点一及影响的范围应该明确,这为学习气候知识奠定基础。运用各种原理示意图或多媒体动画培养学生的空间思维能力应该是本课一个重要的教学内容。
关于气压带和风带移动规律的教学分析
气压带和风带形成的根本原因是冷热不均,因此地球表面受太阳辐射多少的变化就会引起气压带和风带的移动,因此气压带和风带随着太阳直射点的移动而产生季节移动,移动规律教材以图像的形式展现,形象直观,利于学生判读理解。关于气压带和风带的性质,教材没有明确提出,但在后面章节中会用到这部分知识,因此教师在这里可以适当补充,一般情况下高气压控制的地区,由于气流作下沉运动,水汽不易凝结,多呈晴朗天气,低压控制地区,空气作上升运动,水汽容易凝结,多阴雨天气,对于风向,一般由较高纬度向较低纬度运动的空气,随着空气的运动,气温不断上升,水汽不易凝结,而由较低纬度向较高纬度运动的空气,随着空气的运动,气温不断下降,水汽容易凝结,多阴雨天气。 关于三圈环流的教学分析
本节教材是在前面学习的基础上,运用前面所学的知识即引起大气运动的根本原因,影响大气水平运动的几种作用力的关系等分析全球大气运动的规律。在本节内容中三圈环流的相关知识是学习的难点,但并不是重点,本节教材的重点是三圈环流的结果即在地球表面形成的气压带和风带及其分布和移动规律、海陆分布对大气环流的影响以及季风环流的形成等。关于三圈环流的知识,使从热力环流的角度切入,首先明确赤道与极地间冷热不均,引起赤道地区空气上升,极地地区空气下沉,形成赤道与极地之间近地面和上空气压的差异,导致赤道与极地之间近地面和上空的大气作水平运动,并在地转偏向力的影响下形成三圈环流,在近地面则形成了七个气压带和六个风带,由于三圈环流的成因各不相同,因此七个气压带的成因也各不相同,其中赤道低气压带和极地高气压带是由于热力因素形成的,副热带高气压带和副极地低气压带是由于动力因素形成的。由于近地面有了高低气压的差异,因此产生水平气压梯度力,在高低气压带之间形成了风带,气压带和风带的分布规律教材通过图像形式体现出来,便于学生掌握。
关于三圈环流的教学建议
三圈环流不是本节的重点知识内容,但了解其形成对学习气压带和风带等知识有一定的帮助,因此应该讲清楚其形成过程。讲解三圈环流的形成时,注意知识的迁移及图文结合,通过引导学生回忆大气运动的根本原因,引出赤道和两极之间由于冷热不均,分别形成大气的上升或下沉运动,这种垂直运动,导致水平方向上:低空由赤道向两极的运动,高空由两极向赤道的运动;当空气沿水平方向运动时会受到地转偏向力的影响,使空气运动的方向发生偏转,从而形成三圈环流,教师边讲解边在黑板上绘制教材中的图2.16,或用计算机动画演示这个形成过程。学生对三圈环流的形成过程有所了解后,教师可以引导学生观察所绘制的三圈环流图,思考赤道附近地区空气上升,两极附近地区空气下沉,在近地面气压状况如何?纬度30°附近地区空气下沉,近地面气压状况如何?纬度60°附近地区空气上升,近地面气压状况如何?赤道低压带与副极地低压带的形成有何不同?副热带高压带与极地高压带的形成有何不同?学生通过观察思考,可以了解不同纬度地区气压的分布及成因的差异,教师应进一步引导学生观察总结气压分布规律,完成由形象直观图像的判读达到抽象思维的水平。明确了气压分布特点,教师可以引导学生在图上绘制高低纬度间的水平气压梯度力,并提问学生在地转偏向力和摩擦力的影响下,风向应如何绘制?通过以上的学习,使学生了解气压带和风带的分布,同时应引导学生阅读教材中相关图像,了解气压带和风带随季节移动的规律,使学生明确气压带和风带分布的位置不是固定不变的。另外各气压带和风带的特性也应该让学生明确,这对后面学习相关的气候知识有一定的帮助。教师应引导学生思考,高气压区空气以下沉运动为主,较为干燥;低气压区空气以上升运动为主,容易出现云雨天气;信风带和极地东风带,风由较高纬度向较低纬度运动,水汽不易凝结,较为干燥;西风带,风由较低纬度向较高纬度运动,水汽容易凝结,多云雨天气。
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