师:同学们,今天我们学习高二地理人教版选择性必修一第三单元第二节气压带和风带d课时。我们的学习任务是运用示意图说明气压带、风带的形成与分布特征。气压带和风带是全球性大气环流的基础,是往后分析大尺度气候环境的核心原理。其原理推导对高中同学来说相对抽象,既需结合物理知识,又涉及地理区域认知,还得运用空间思维想象全球尺度下的空气运动状况,这对高二同学是个挑战。希望大家在本课掌握好基本原理,课后多结合不同示意图及区域案例推导,熟练掌握气压带、风带的分布情况及分析过程。
15世纪,海上贸易要把马匹从欧洲经大西洋运往美洲。当时帆船靠风力驱动,船队航行到北纬30度附近时,遇到连续多日海面风平浪静,无法继续航行。加上高温少雨天气,淡水和粮食不足,人们只能宰杀马匹,大量马匹也因饥饿和缺水死亡被投入大海,海面上漂浮众多马尸,所以人们把这个纬度称为“马纬度”。
同学们,为什么北纬30度的海区常常出现无风炎热的天气?这里用“常常”,那这个现象算是天气还是气候呢?这是大气长时期稳定的平均状态,是有规律的大气运动。初中我们学过,这种有规律的长期气候变化指某一区域的气候,而气候类型的形成正是由于各种全球性大气环流造成的。大气环流实际是之前学过的热力环流的全球性表现,全球范围存在明显冷热不均,因热量差异形成的大规模热力环流,我们叫它大气环流。大气环流使高低纬之间、海洋和陆地之间的热量和水汽得到交换,促进全球水热平衡。不仅水热,物质也能随大气环流迁移。全球性最高级别的大气环流有什么规律?为什么能给不同地区带来不同气候?我们一起来探索。想知道全球性大气环流模式,需先思考其驱动力。根据之前知识,大气运动基本形式是热力环流,不管全球性还是局部地区的大气运动,都符合热力环流规律。全球性最典型的冷热差异出现在哪里?对,赤道和两极之间,也就是高低纬间因太阳辐射引起热量差异。那高低纬间热量分布不均会形成怎样的热力环流呢?分析所有大气环流运动规律,都要从基本的热力环流原理出发,即根据地表受热不均引起大气垂直运动,再形成水平气压差和大气水平运动,最终形成空气环流,以此为模板。接着把实际要讨论分析的冷热具体区域放进模板。由于赤道和两极之间存在热量差异,赤道气温高,空气膨胀上升,极地气温低,空气收缩下沉。所以极地地区因空气大量下沉,近地面形成高压,赤道近地面因气流上升流失形成低气压,高低纬间的气压差异引起空气在赤道和两极间环流运动。实际情况中,这个环流存在吗?赤道上空的气流能顺利到达极地吗?同学们先看个视频,留意视频里的全球性大气环流和我们刚刚推导的环流有什么差异,哪些因素干预了最终的大气环流。
(视频内容:发源地空气从这里开始上升,上升到1.5万米以上高空,开始向两极运动,但气流没到达两极,受科里奥利效应影响向右偏移。到赤道北边30度时,几乎和赤道平行。气流受地球高温地区低气压带吸引,开始返回赤道,往赤道移动过程中,同样受科里奥利效应影响,空气再次向右偏移,产生稳定地面风,从东北往西南吹的信风。信风到达赤道后完成一个循环,这种循环叫环流圈。环流圈不仅在赤道有,此模式不断循环,每个循环中,空气上升并向右偏移,然后温度下降,沉降回地面。南北半球各有三个环流圈,分别为低纬度环流、中纬度环流和高纬度环流。)
师:同学们根据视频思考两个问题。第一,高空的气流为什么无法顺利到达极地,而是在30度时已和赤道平行?第二,三十度纬度的近地面会怎样?视频中高空气流在地转偏向力(即高一所提科里奥利力)影响下发生偏转,膨胀上升的赤道上空空气在流向极地过程中向右偏转,最终高空的风会平行于等压线,也就是平行于赤道。以北半球为例,赤道热空气膨胀上升到高空后,自南向北流向北极,在地转偏向力影响下,风逐渐向右偏,最终在30度附近上空偏转成西风,无法继续北上,大量空气在30度上空堆积变重,下沉到达地面。因地面气压差又回到赤道地区,原本以为会出现在赤道和两极间的单圈环流,因 地转偏向力影响,形成赤道和30度之间的低纬环流。所以30度纬度近地面,因空气堆积下沉,地面形成相对高压。低纬环流向地面带来气压纬向差异,形成呈带状分布的气压带。赤道地区形成赤道低压带,30度纬度地区形成副热带高压带。根据视频,全球性大气环流分成低纬环流、中纬环流、高纬环流,这种全球性大气环流模式叫三圈环流,它是假定地表物质均一,考虑纬度热力差异和地转偏向力条件下,全球规模大气环流的理想模式。
低纬环流大致在赤道与30度纬度之间,高纬环流大致在60度纬度和极点之间,中纬环流在30度到60度之间。同学们能用低纬环流形成原理推测高纬环流形成过程吗?从热力环流原理入手,分析该纬度地区热量分布关系。同理,90度极地上空,因常年温度低,空气收缩下沉,形成地面高气压。下沉到地面后,因温度和气压差,空气流向低纬。极地近地面气流为什么到不了赤道,而是在60度纬度地面积聚?60度纬度地区空气运动状况怎样?还是因为地转偏向力,空气在近地面前进过程中发生偏转。到60度纬度附近,冷而重的极地冷气团遇到低纬来的暖而轻的暖气团,冷暖气团相遇,暖气团爬升向上,形成相对低气压,大量空气在60度纬度带被迫上升。上升后空气在高空因气压差补充流回到极地上空,形成高纬环流圈。高纬环流圈形成使60度和极地形成带状气压带,90度附近下沉气流形成极地高压带,60度附近上升气流形成副极地低气压带。接着中纬环流圈就容易推断了,因近地面已形成60度和30度气压带,近地面空气由低纬流向高纬,高空气流由60度上空补充流回到30度上空,构成中纬环流圈。
