师:同学们大家好,今天我们接着来学习人教版高一地理必修一第二章第二节大气受热过程和大气运动的第三课时。在前两个课时里,我们已经学习了大气的受热过程及其应用,也学习了大气热力环流的原理以及常见的热力环流。这节课,我们将学习风的形成和风向规律,学会运用风向与力的关系示意图,说明形成风的力的名称和风向规律,并能在实际的气压分布图上判断各地的风向和风力,阐述一般规律。
生活在南方农村地区的人们大多有这样的体验:炎炎夏日,家里没有空调,人们中午喜欢在堂屋的后门口摆一把躺椅午休;晴朗冬日,人们喜欢在堂屋正门避风处享受和煦的阳光。这是为什么呢?其实是因为这里有一种凉爽的风,那么这种风是怎样形成的呢?接下来通过本节课大气的水平运动——风的学习,希望我们能解答这个问题。
上节课我们学习了由地面冷热不均而形成的空气环流——大气热力环流。因为地面冷热不均产生气压差异,等位线出现了弯曲。注意,先前讨论的等位面是垂直空间上的空气分布,而接下来要讨论的等压线是空间转换到水平面上的情况。如图中,A、D地面受热,空气膨胀上升,近地面形成低压;B、D地面受冷,空气收缩下沉,近地面形成高压,两地之间产生了气压梯度。我们把单位距离间的这个气压差称为气压梯度。只要水平面上存在气压梯度,就会产生促使大气由高压区流向低压区的力,这种力我们称作水平气压梯度力。在水平气压梯度力的作用下,大气从高压区向低压区做水平运动,这就形成了风。可见,水平气压梯度力是形成风的直接原因。
下面我们分别从理想状态下、高空中和近地面这三种情况来分析风的形成,判别风的方向。
首先看理想状态下的风。我们知道,等压线是同一高度上气压相等的点的连线,水平气压梯度力的方向垂直于等压线,由高压指向低压。水平气压梯度力的大小根据等压线的疏密程度来判断,等压线越密,水平气压梯度力越大,风速越大。如果没有其他外力的作用,风向应该与水平气压梯度力的方向一致,也就是风向垂直于等压线。但是风一旦形成,马上会受到地转偏向力的作用,使得风向逐渐偏离水平气压梯度力的方向。
什么是地转偏向力呢?地转偏向力是促使物体水平运动方向产生偏转的力,它只影响风向,不改变风速,北半球风向右偏,南半球风向左偏转。在图中我们可以看到,地转偏向力总是与物体运动的方向垂直。当地转偏向力与水平气压梯度力二力达到平衡的时候,风向最终与等压线平行。
在近地面,风还会受到摩擦力的作用。什么是摩擦力呢?摩擦力是指地面和空气之间以及运动状态不同的空气层之间相互作用而产生的阻力。摩擦力与物体运动的方向相反,对风有阻碍作用,它可以减小风速。在近地面,风在水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的作用下,风向与等压线最终斜交成一定夹角。
南半球高空与近地面的风向如何表示呢?请同学们自己动手画一画。在南半球高空,在水平气压梯度力和地转偏向力的共同作用下,风向向左偏转,最终风向与等压线平行。在南半球近地面,在水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三力共同作用下,风向左偏转,当三力平衡时,风力最终斜穿等压线。
我们来总结一下不同的力对风的影响。地转偏向力只影响风向,不影响风速;水平气压梯度力既影响风速和风力,又影响风向;摩擦力既影响风速,会降低风速,又影响风向。具体来说,水平气压梯度力越大,风速越快,风力越大;反之,水平气压梯度力越小,风速越慢,风力越小。摩擦力越大,风速越慢,风力越小;反之,摩擦力越小,风速越快,风力越大。
大家知道为什么海上的风力往往比陆地上大吗?是因为海上的摩擦力比陆地小。本节课开始时我们提到的夏日堂屋后门口凉爽的风,其实叫做穿堂风,它是气象学中一种空气流动的现象,是流动于建筑物内部的风。穿堂风是怎么形成的?为什么穿堂风特别凉爽呢?现在我们就可以利用所学知识来解释这些问题了。
穿堂风通常产生于建筑物之间的间隙、高墙的间隙、门窗相对的房间或相似的通道中。由于在空气流通的两侧,大气温度不同,气压导致空气快速流动,风速由两侧温差决定,温差越大风速越大。夏季堂屋前的水泥地面在烈日的暴晒下迅速升温,近地面空气受热膨胀上升,在堂屋正门前形成较低气压。屋后泥地背阴,并且多绿色植被,升温较慢,空气下沉,在堂屋后门形成较高气压。此时如果开启堂屋前门和后门,就可以形成一个直接的风道,近地面的空气会从后门流入,从正门流出,形成近地面水平气流。于是堂屋后门口便成为炎夏日家中最凉爽的地方啦。
