师:同学们,今天我们一起来学习高二地理人教版选择性必修一第三单元第一节常见的天气系统第一课时。本节课在必修一的基础上,从身边能感受到的天气过程入手,深入了解影响天气过程的天气系统。
本节课学习目标:一是运用示意图分析锋及其带来的天气变化;二是结合实际案例解释常见天气现象的具体成因。这节课特别需要同学们把握好空间和时间两个尺度,综合分析影响某地的天气系统,并结合气温、气压、天气等要素描述天气变化的过程。
2022 年春节假期,广州人感受了一次明显的降温过程。看下图表格记录的当时天气变化,能看出那几天气温曲线不断下滑,从 28 日最高气温 22 度下降到 31 日的 15 度。此外,从表格第二、三行还能看到天气变化不定。这样的气候变化是怎样产生的呢?伴随着降温,我们还感受到怎样的天气现象?这和大气运动过程中哪些因素相关呢?在本节课,我们会探讨日常生活中常见的一类天气系统——锋以及它带来的天气。
我们先来了解和形成锋相关的一个基础概念。气团是指水平方向上,温度、湿度等物理性质比较均匀,垂直方向上物理性质也很相似的大范围空气。气团的尺度,水平范围可达几百到数千千米,厚度几千米到十几千米。我们主要按照气团的温度进行分类,分成冷气团和暖气团。其中,冷气团是指密度大而重、温度低且气压高的大范围冷空气;相对的,暖气团是指密度小而轻、温度高且气压低的大范围暖空气。冷暖气团在温度指标上没有绝对数值界限,其气温相对冷或者相对暖都是相对而言。比如图中,大范围空气和地面温度大致都在 15 - 20 度之间,但如果气团相对地面而言更高温,那这个就是暖气团,相反就是冷气团。所以不是说去到负值气温的空气才是冷气团。
在单一气团控制的地区,由于性质稳定,变化不大,空气对流运动比较弱,所以一般天气比较稳定。而今天要学习的锋,则是冷暖两种性质不同的气团接触时所产生的天气系统。在这个天气系统中,冷暖气团之间的交界面叫做锋面,锋面与地面相交的线叫做锋线。一般我们把锋面和锋线统称为锋。同学们要留意锋的结构,一般来说,由于气团物理性质的差异,锋面下方是密度较大的冷气团,锋面上方是密度较小的暖气团。
跟同学们分享两张我拍到的图片,图中的云像被刀子整整齐齐切割成不同两大块,天空中好像有把无形的刀,把两侧空气划分开来,这种云一般就是锋面云,这把“刀子”切割的位置大致就是我们刚学到的锋面位置。为什么锋会形成这么独特的云呢?云是天空中的小水珠,由于两侧空气在温度、湿度上都有明显差异,所以两侧云的形态、厚度、高度都不尽相同。同学们以后抬头看天,要是发现这种奇妙景观,相信一定能想起今天所学知识。
按照锋面两侧气团的移动方向,我们一般把锋分成冷锋、暖锋和准静止锋。接着我们逐一来学习不同类型的锋以及带来的天气现象。首先来了解冷锋及其天气。根据刚刚对锋的概念理解,冷锋就是冷气团主动向暖气团移动的锋。受冷气团靠近影响,较重的冷气团前缘会插入暖气团下方,使暖气团被迫抬升。并且由于冷气团势力较强,锋面整体移动方向以冷气团前进方向决定。在示意图中,一般我们在锋线上用三角形图例指示冷锋整体前进方向。
冷锋会带来怎样的天气变化过程呢?冷锋过境前,某地原本受相对温暖气团控制,所以气温较高,气压较低,天气晴朗稳定。而冷锋开始经过某一地区,意味着势力更强的冷气团开始靠近该区域,势力较弱的暖气团会被迫抬升。伴随气团抬升,周边空气气温降低,水汽容易冷却凝结,从而形成云雨天气。同时,由于该地区冷气团逐渐取代暖气团,会出现降温大风现象。当冷锋过境后,冷气团完全取代暖气团,该区域由单一冷气团影响,相较锋面过境前,该地区气温较低,气压较高,天气转晴。
日常生活中,我们怎么知道不同天气系统影响哪些区域呢?这些天气活动是气象员根据气象台监测到的各种天气数据得出的。像这幅 2022 年 1 月 25 日 8 时某区域海平面等压线图,也是气象台常用的天气图。它用等压线表示海平面气压分布的地区差异,从气压差异可以推断近地面空气运动状况。请同学们仔细观察,图中有一个冷锋图例,结合图例思考以下问题:该日冷锋影响的区域大致在哪里?同学们能看到图中中国地图轮廓,冷锋位置处在我国东北、华北平原一线,所以图中蓝色区域大致就是冷锋影响区域,这些地区会出现降温降水天气。那三角形标示的河南省驻马店市目前受什么气团影响?天气怎样?预测其将会有怎样的天气过程?由图可知,目前驻马店市位于冷锋前方,即还是受暖气团影响区域,所以 25 日当天驻马店气温较高,气压较低,天气晴朗。但是根据冷锋前进方向预测,受冷锋即将过境影响,驻马店市在未来几天可能会出现降温雨雪天气。是不是真的这样呢?我们来求证一下。根据这个表格,果然如此。这是 25 日 12 时天气预报情况,驻马店当天最高气温达到 7 度,但 3 天后,驻马店最高温从 7 度降到 0 度,最低气温从 -1 度降到 -7 度,期间还经历了雨夹雪甚至大雪天气,风力也从微风达到最高 4 级。而从 29 号起,降雪天气停止,云量减少,天气转晴,最高气温有所上升,但由于受冷空气持续影响,最低气温保持在 -8 度附近。
如果这个冷锋足够强,广州又会有怎样的天气过程呢?运用刚学的冷锋知识不难推测,由于冷锋会继续自北向南推进,受冷锋影响区域也会自北向南陆续出现。同学们回忆一下本节课最开始看到的广州 2022 年春节天气,原来同一个冷锋在 29 号到 30 号期间的确到达了华南地区,从而给广州带来了降温降雨天气。这就是我们身边的锋面天气,有兴趣的同学可以多看天气预报,多留意天气过程,发现身边有趣的地理知识。
同学们,在掌握冷锋机制及其产生的天气变化基础上,你们能举一反三推断暖锋机制以及它所带来的气候变化吗?给同学们一点时间思考。相信同学们有些思路了,我们一起来看看暖锋机制。暖锋即暖气团主动向冷气团移动的锋。同学们要特别注意,暖锋同样是冷气团在下,暖气团在上,只是因为势力更强、主动靠近的是暖气团,所以密度较大的冷气团只能被迫后退。一般示意图为表现下方冷气团后退特征,会画出一个打滚箭头。同时我们在锋线上会用半圆表示暖锋,半圆指示方向即暖锋,也就是暖气团前进方向。锋面两侧气团运动方向,是我们判断冷暖锋的标志之一。请同学们对比这两幅图,暖锋锋面两侧气团运动方向一致,而冷锋锋面两侧气团移动方向相反。同学们要记住。那暖锋带来的气候变化过程是怎样的呢?同样,暖锋过境前,某区域受单一冷气团控制,该地区处在气温较低、气压较高、天气晴朗的稳定天气状态。而暖锋过境时,暖气团势力较强,主动靠近冷气团并徐徐爬升到冷气团上方,同样会在气团交界区域产生明显云雨天气,但暖湿气流带来的降水多为连续性降水。为什么同样是锋,降雨强度会不同呢?这是因为暖锋中暖气团需要主动爬升,气团在抬升过程中降温速度比较慢,所以形成的降水强度也会比较弱,持续时间比较长,与冷锋降水有一定差异。当暖气团完全取代冷气团,暖锋过境后,该地区转为受暖气团控制,气温升高,气压降低,天气转晴。
