浅谈中学地理教学中的等压线与等压面

中国地图出版社（100055） 孙冬冬 王梦麦

等压面与等压线的知识在中学地理中属于教学难点，教材上对于相关内容的介绍较少，容易引起理解上的偏差。如何正确理解等压面与等压线的概念及彼此的关系，特别是作为形象化教材的地图册对此应如何直观呈现，本文试作探索。

一、对等压面与等压线的理解

等压面是空间气压值相等点组成的面。在气压随高度递减的情况下，某一等压面上方各处的气压值都小于该等压面上的气压值，其下方各处的气压值都大于该等压面上的气压值。实际大气中由于下垫面性质的差异、水平方向上温度分布和动力条件的不均匀，导致同一高度上各点气压值的不等，因而等压面通常不是和等高面平行的水平面，而像真实地表一样，是个高低起伏的曲面。

等压线是同一水平面上各气压值相等点的连线。在一个水平面上按一定气压间隔绘制出的等压线组，构成了水平气压分布图，又可称为等压线图。等压线的形状和疏密程度反映着水平方向上气压的分布形势。

等压面是立体空间中的概念，而等压线是平面上的概念，但是二者有密切的关系，用某一高度的水平面（等高面）横截空间的一组等压面，截面与各等压面产生的交线便是该水平面上分布的等压线。

图1 等高面上的等压线

二、等高面上的等压线与等压面上的等高线的转换

为了了解天气的变化情况，需要分析天气图。在天气预报中经常会提到海平面天气图和高空天气图，而后者又有500hPa、700hPa、850hPa等不同气压值的高空天气图。海平面天气图是海平面上的等压线分布图，即为等高面上的等压线分布图，反映的是海平面上的气压差异。在等高面上，等压线的高值区对应着等压面向上凸起的部分，而等压线的低值区则对应着等压面向下凹陷的部分。等压面越陡，对应以一定气压值为间隔的等压线分布越密集，反之，等压线的分布越稀疏。

而高空天气图，即为等压面上的等高线分布图，反映的是该等压面的形势（可理解为起伏状况）。等压面上的等高线则是空间某个气压值的等压面与高度间隔相等的若干等高面相截。在此等压面上，每一条截线上各点的气压值相等，将这些截线投影到水平面上，便得出了该等压面上距海平面高度不等的若干等高线分布状况图。见图2所示，P为等压面，是一个三维的凹凸不平的曲面。H1、H2、H3、H4、H5为高度间隔相等的等高面。等压面上的等高线图能表示该等压面的形势，被称为等压面图，它是气象台用以分析高空天气情况的主要方法。气象学家认为，在高空分析等压面上的等高线比直接分析等高面上的等压线更为方便，因此一直以来成为了气象领域分析高空天气情况约定俗成的方法。由图2可以看出，投影平面图上高度的高值区对应着等压面的上凸区，而高度的低值区对应着等压面的下凹区，这与前面分析的等高面上的等压线图的高低值以及疏密对应关系是一致的。因此，等压面上等高线的高、低值区即可分别代表气压的高低中心。需要注意的是，此图中等高线的高度并非一般意义上的几何高度，而是位势高度，其单位是位势米。1位势米被定义为1kg空气上升1m时，克服重力作了9.8J的功，当所计算地点的重力加速度为9.8m/s2时，位势高度和几何高度在数值上相等，但物理意义不同，位势高度是表示能量的物理量。由于大气是在地球重力场中运动着，时刻受到重力的作用，而天气学理论主要在流体力学和热力学基础上建立的，因此，用位势高度在理论上和计算上都更加合理。

图2 等压面上的等高线

三、现行中学地理教材中等压面与等压线呈现的问题

目前内地高中地理教材主要有人民教育出版社、中国地图出版社、湖南教育出版社和山东教育出版社四个版本，这些版本的教科书中对此部分的处理方式是基本一致的。以人教版教科书为例，仅在热力环流部分的一幅图（见图3）中提到了“等压面”的概念，在课后的“活动”栏目出现了海平面等压线分布图，其间缺少从剖面图、模式图到等值线地图过渡的引导，学生不易建立等压面与等压线空间关系的概念，导致理解起来比较困难。

图3 热力环流的形成

与教科书配套的地理图册中也基本与教科书中采取了大同小异的呈现方式，只有与人教版配套的地理图册中出现了一幅图（见图4）。此图的出发点是想让学生更直观地认识等压线与等压面的关系，在二维平面上以三维手法形象表达了空间等压面的起伏状况，但误将一组数值不同的等压线绘在同一等压面上，同时绘出了风向箭头，造成了视觉上的错误。事实上，同一等压面上不存在气压梯度，也不应有空气流动，而该图下方等高面的呈现则是正确的。

图4 空间等压面模式图

四、等压面和等压线的教学策略

等压面上等高线的概念在中学地理的课堂教学中不要引入，原因如下：（1）等压面上的等高线是专业分析高空天气情况的基础和手段，中学地理课程中不应涉及；（2）等压面上的等高线容易使学生产生气压为何用“高度单位”描述的困惑，且位势高度非高度单位，在理解上容易产生偏差；（3）等压面图是将等压曲面截取等高面组后，再次投影到水平面上的结果，其过程复杂，不易理解。此处的教学中，教师应该着重帮助学生寻找空间上的感觉，理解等高面上的等压线，这一在海平面等压线分布中用到的概念，是中学地理中经常涉及的内容。如果学生理解困难，也可以通过讲述测量海平面上足够多个点的气压值，然后把气压值相等的点连成曲线，形成海平面上等压线图的过程来得到认识，这种解释简明易懂，同时具有科学依据，只是不对等压面与等压线之间联系进行揭示。

另外值得注意的是，对网络或者教辅类图书上出现的等压面上等高线的图片，教师应在正确理解的基础上引导感兴趣的学生在课外学习中得到正确认识。

五、对中学地理教材系统编写的建议

虽然等压面与等压线的关系在三维空间上表现比较复杂，所涉及到的概念也比较多，教科书上可以不予以呈现，但是作为教科书的补充与拓展的地图册以及教学参考书上可以尝试用一些新的手段来表达，以帮助教师和部分感兴趣的学生对该部分内容获得完整、准确的理解。只要编者认识正确，表达得体，并恰当借助高中数学立体几何的相关知识，发挥图像直观形象的优势，则化繁为简，深入浅出是可以做到的。