基于高考真题的热量收支平衡原理分析

李岩

[摘   要]近年的高考卷地理部分对热量收支平衡原理的考查较为频繁。文章通过对有关高考真题的分析和解读，对高考中经常涉及的热量收支平衡原理进行梳理和整合，以期为高三备考的师生提供参考。

[关键词]热量收支平衡;高考;地理

[中图分类号]    G633.55        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）28-0095-02

热量收支平衡原理对于正确理解大气受热过程，分析海—气之间的相互作用，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响等都具有重要意义，也是高考经常考查的重点和难点知识。此内容与物理学科联系密切，而各个版本的地理教材对此着墨甚少，不少考生甚至教师对此部分内容理解不到位。本文以近几年相关高考真题为例进行分析，对“热量收支平衡”的相关理论进行梳理，以期为高三备考的师生提供参考。

一、潜热传递

潜热传递是指水在蒸发（或冰在升华）时要吸收热量，相反，水汽在凝结（或凝华）时，又会放出热量。如果蒸发（或升华）的水汽，被带到别处凝结（或凝华），通过水相变化，就会伴随着热量的传递。2015年高考文综全国Ⅰ卷以我国青藏铁路沿线热棒的工作原理为案例对此原理进行了考查。

[例1]（节选自2015年全国Ⅰ卷）青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区。多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。青藏铁路建设者创造性地提出了“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路，采用了热棒新技术等措施。热棒地上部分为冷凝段，地下部分为蒸发段，当冷凝段温度低于蒸发段温度时，蒸发段液态物质汽化上升，在冷凝段冷却成液态，回到蒸发段，循环反复。根据热棒的工作原理，判断热棒散热的工作季节（冬季或夏季），简述判断依据。

【参考答案】冬季。依据：冬季气温低于地温，热棒蒸发段吸收冻土的热量，（将液态物质汽化上升，与较冷的地上部分管壁接触，凝结，释放出潜热，）将冻土中的热量传送至地上（大气）。

本题中热棒利用的就是物理学中的潜热交换原理，考生需要将之转化成地理学的内容。根据潜热交换原理，结合题目材料可知，热棒工作的目的是降低冻土温度，其工作时应为冻土温度比大气温度高的时期，由此判定其工作的季节为冬季。冬季时，冻土温度高于大气温度，处于地下冻土中的热棒蒸发段中的液态物质吸收冻土中的热量蒸发成为气态，汽化后的物质密度变小，沿着热棒上升至地上部分，因为地上温度较低，物质遇冷凝结成液态并同时释放潜热。物质汽化吸热、液化放热的过程，就是潜热传递过程。冷凝的液态物质密度变大，在重力作用下回流至地下蒸发段，如此循环往复，将冻土中的热量源源不断地传递至大气，从而使冻土温度不断降低，冻结程度不断加深。夏季时，地上的气温高于冻土温度，位于冻土中的热棒蒸发段的液态物质不能汽化，冻土的热量不能通过潜热的形式传递至地上大气中，热棒停止工作。本题因为涉及物理学原理，对文科生来说难度较大，得分率较低。但是潜热传递是大气与地面（海面）、大气与大气之间进行热量交换的重要方式，2018年高考文综全国Ⅱ卷以龙卷风中湿热气团的抬升原因为案例再次考查。

[例2]（节选自2018年全国Ⅱ卷）龙卷风是大气中强烈的涡旋现象。湿热气团强烈抬升，产生了携带正电荷的云团。一旦正电荷在云团局部大量积聚，吸引携带负电荷的地面大气急速上升，在地面就形成小范围的超强低气压，带动汇聚的气流高速旋转，形成龙卷风。指出龙卷风多发区湿热气团抬升的原因。

【参考答案】与北方来的冷干气流（气团）交汇，湿热空气抬升;（地处中低纬度，太阳辐射较强）下垫面温度较高，（湿热）空气受热抬升;湿热空气抬升过程中，水汽凝结，释放热量，加热并进一步抬升空气。

本题考查湿热空气抬升的原因，同样涉及了潜热传递的问题。不过，在人教版教材关于“台风及其危害”的案例中，介绍台风中心附近空气剧烈抬升的原因时提到了“上升空气膨胀变冷，其中的水汽冷却凝结形成水滴时，要放出热量，又促使低层空气不断上升”。如果考生备考时能认真阅读教材中的案例，并对往年真题进行认真分析，此类问题就容易解决了。

二、热量传导

热量传导是指物体之间相互接触，热量由高温物体传向低温物体或同一物体内部热量由高温部分传向低温部分的过程，是固体物质热量传递的主要方式。当地面与空气之间，或者空气团与空气团之间有温度差异时，也会以传导方式交换热量。2017年高考文综全国Ⅰ卷以我国某地的双层覆膜技术为案例对此原理进行了考查。

[例3]（节选改编自2017年全国Ⅰ卷）我国某地为保证葡萄植株安全越冬，采用双层覆膜技术（两层覆膜间留有一定空间），效果显著。分析丰雪年和枯雪年膜内温度的差异。

【參考答案】丰雪年膜内温度变化较小，枯雪年膜内温度变化较大。

本题考查了积雪对膜内温度和膜上气温的不同影响。我们首先可以判读膜内温度比气温高，即双层覆膜具有保温作用。其次，膜上的积雪白天对太阳辐射具有反射作用，进入膜内的太阳辐射减少，因此丰雪年的膜内温度最高值（当地时间午后2点左右）比枯雪年低;而晚上时，膜上的积雪对膜内空气起保温作用，其保温作用的实质是积雪是热量的不良导体，其阻隔了膜内的热量向外散失。因此丰雪年膜内的温度变化较小。

各种物质热传导的性能不同，金属较好，而土壤、积雪、棉花、羽毛、毛皮等为常见的热的不良导体。因此积雪、土壤等不良导体覆盖下方，气温的变化幅度会比较小，即常常会形成热量条件比较稳定的环境。2018年高考文综全国Ⅲ卷以澳大利亚的地下住宅为案例对此原理进行了考查。

[例4]（节选自2018年全国Ⅲ卷）澳大利亚某地区降水稀少，自然景观极度荒凉，气温年较差大，夏季最高气温可达50℃，冬季气温较低。早年，该地区的矿工经常在矿井里躲避炎热天气，长此以往便形成了具有当地特色的地下住宅。据此推测该类地下住宅（        ）

①室温不变  ②冬暖夏凉  ③类似黄土高原的窑洞  ④类似草原的蒙古包

A. ①③B. ②③C. ①④D. ②④

【参考答案】B。

本题中地下住宅上方的土体和岩石，作用类似于上题中的积雪，其阻隔了地下住宅和外界之间的热量传递。夏季，外界气温较高，但是土体和岩石阻隔了外界热量向地下住宅的传递，使地下住宅较为凉爽;而冬季时，外界气温较低，土体和岩石阻隔了住宅内的热量向外界散失，使地下住宅保持较为温暖的环境。本题难度较低，考生只要留心身边熟悉的案例（如黄土高原的窑洞、农村地区的地窖）都能得到正确的答案。

三、辐射传递

辐射传递是指物体通过电磁波的放射和吸收而进行的热量交换方式。大气增温主要依靠吸收地面的长波辐射，同时大气也通过其放射出的长波辐射对地面起保温作用，这种以辐射方式交换热量的现象不仅在地面与空气之间，而且在空气团与空气团之间也一直存在。2017年高考文综全国Ⅰ卷以山地苔原带植物多样性差异为案例对此原理进行了考查。

[例5]（节选自2017年全国Ⅰ卷）山地垂直带内部的分异规律，日益为地理学研究所重视。地理科考队调查某山峰的苔原带时发现，阴、阳坡降水量与坡度差别不大，但植物多样性差异显著。分析与阴坡相比，苔原带阳坡地表温度和湿度的特点及产生原因。

【参考答案】特点：阳坡地表温度高、湿度低（水分条件差）。原因：阳坡太阳辐射強，地表温度高，蒸发强度大;阳坡融雪早，蒸发历时长。

本题考查了太阳辐射对地表温度的影响。辐射传递是大气与地面之间最重要的热交换方式，同时也是高中地理教材中介绍得最为详细的一种方式，考生对此比较熟悉，回答此类问题比较得心应手。但是本题应该注意的是地面对太阳辐射的反射率的变化对地表温度的影响。积雪融化之后，地面对太阳辐射的反射率降低，地面吸收的太阳辐射增多，其温度升高。而地表温度升高，又进一步促使积雪融化。对于这一过程，又可以联系全球变暖和两极冰川融化之间的相互影响，从而加深对辐射传递热量原理的认识。

以上是对近几年高考对热量传递方式考查的梳理。实际上，物体之间的热量传递方式还有对流、湍流等多种方式，但高中地理涉及较少，高考中也很少考查，此文不再赘述。地—气之间、气—气之间经过不同方式的热量交换和传递过程，其热量收支状况会发生显著的变化，从而影响着各自的温度。以某一区域为研究对象，其热量有收入，也有支出。如果其热量收入大于支出，则热量盈余，气温上升;如果热量收入小于支出，则热量亏损，气温下降;如果热量收入等于支出，则热量平衡，气温稳定。

综上所述，高考对热量收支平衡原理的考查较为频繁。虽然此类问题与物理学科密切相关，但高三师生在备考时，切不可本末倒置，一味加大难度，将地理课堂变成物理课堂，只需要结合生活经验和地理主干知识，将此类问题梳理归纳，转化成地理问题，用地理思维进行解答，问题便可迎刃而解。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  姜世中.气象学与气候学[M].北京：科学出版社，2010.

（责任编辑 周侯辰）