“热力环流”原理教学过程中需要厘清的与等压面有关的几组关系

湖北 黄本涛 宋发刚

热力环流是大气运动最基本、最简单的形式，与生活关系密切，实用性强。同时，在热力环流的原理教学过程中与等压面相关的知识也是高中地理教学中的难点。本文结合笔者在高中地理教学实践过程中遇到过的实际问题，简要分析总结了热力环流教学过程中需要厘清的与等压面有关的几组关系，对学生更好地掌握运用这一地理原理起到了一定的积极作用。

由于同一个水平面上冷热不均，引起了大气的垂直运动；大气的垂直运动又使得近地面和高空分别在各自的水平面上出现了气压差异，产生了大气的水平运动。大气的垂直运动和水平运动一起构成了热力环流。热力环流是大气运动的一种最基本、最简单的形式，运用热力环流的原理可以解释生活中的很多地理现象，比如海陆风、湖陆风、山谷风、城市风等，因而这一内容一直是高中地理教学中的重点。受认知水平和空间想象能力的局限，热力环流原理在教学过程中与等压面相关的知识一直是这部分教学中的难点。本文从以下几个方面分析总结了热力环流原理在教学过程中需要厘清的与等压面相关的几组关系，以期对教师和学生突破这一难点提供一定的帮助。

一、等压面附近气压值高低的垂直分布与海拔的关系

等压面是空间气压相等的点所组成的面。在垂直方向上，气压随海拔的增加而降低。同一等压面上所有的点的气压值相等；若某地位于某等压面以上，则该地的气压值小于该等压面上的气压值；若某地位于某等压面以下，则该地的气压值大于该等压面上的气压值。如下图所示，①②③三点位于同一个等压面上，气压值相等；⑤②④三点虽然位于同一等高面上，海拔相同，但是由于⑤点位于②地所在的等压面以上，故⑤点的气压值应该小于②地；由于④地位于②地所在的等压面以下，故④地的气压值应该大于②地。

二、等压面弯曲方向与气压值高低的关系

假如地表受热均匀，则同一水平面上气温相同，气压值也相同，等压面与地平面平行。而现实中地面往往受热不均，同一水平面气温不同，气压值也有了高低之分，这时等压面也会发生弯曲。由下图可知，不管是在近地面还是在高空，气压值高的区域等压面向上凸起，气压值低的区域等压面向下凹陷。

三、垂直方向上气压差值大小与垂直气流运动方向的关系

地面冷热不均不仅会造成水平方向上的气压差异，产生大气的水平运动，还会在垂直方向上引起大气的上升或下沉运动。据上图热力环流模式图观察发现，在垂直高差相同的情况下，AA′垂直方向上经过的等压面数量较少，即垂直方向上的气压差较小；BB′垂直方向上经过的等压面数量较多，即垂直方向上的气压差较大。在热力环流模式图中，垂直方向上气压差较小的AA′处盛行上升气流，垂直方向上气压差较大的BB′处盛行下沉气流。

【例题1】地面冷热不均造成水平方向上的气压差异，还会产生近地面与高空气压的区域差异，同时形成热力环流。下图为“某区域某时刻海平面与相应6 000 m的高空气压差等值线图”。据此完成下列问题。

1.若空气中水汽含量较丰富，此时甲、乙两地近地面的天气状况及成因正确的是

( )

A.甲：阴雨 盛行上升气流

B.甲：晴天 反气旋控制

C.乙：晴天 冷锋过境

D.乙：阴雨 气旋控制

2.此时，丙处近地面的风向有可能为

( )

A.西风或东风 B.北风或南风

C.东北风或东南风 D.西北风或西南风

3.若甲、乙两地同时出现雾霾，此时

( )

A.甲处有上升气流，有利于雾霾扩散

B.甲处风力较小，雾霾持续时间长

C.乙处风力较小，雾霾持续时间短

D.乙处有下降气流，有利于雾霾沉降

【解析】由图可知甲处海平面与相应6 000 m高空等气压差小于乙地，可推知甲地近地面气压较低、高空气压较高，乙地则相反(即近地面气压较高，高空气压较低)，所以甲地在垂直方向上盛行上升气流；乙地盛行下沉气流。在空气中水汽含量较丰富的条件下，乙地晴朗(气流下沉过程中增温，不会形成降水)；甲地阴雨(气流上升过程中降温，冷凝成云致雨，形成降水)，故第1题正确答案为A。由于甲地近地面气压较低、乙地近地面气压较高。水平气压梯度力由高压指向低压，且与等压线垂直，近地面还受到地转偏向力与摩擦力的影响，风向发生一定偏转(南半球左偏、北半球右偏)，若该地位于北半球，则丙处近地面风向为东南风，若该地位于南半球，则丙处近地面风向为东北风，故第2题选C。乙地下沉气流处，颗粒物被压制在近地面，雾霾不易扩散，持续时间较长；甲地上升气流处，颗粒物随气流上升扩散，且一般伴随降水，使得颗粒物沉降，所以雾霾持续时间较短，故第3题选A。

四、等压面坡度陡缓与风速大小的关系

在地面受热不均的情况下，等压面会变得高低起伏，不再与地平面平行。如何在空间中将等压面的形态特征展现出来？这时，我们可以借助等高线来反映等压面在空间的形态。在用等高线表示的等压面图中，等压面坡度的陡缓可以用该等压面上等高线的疏密程度反映出来，等高线越密集，等压面的坡度越陡；等高线越稀疏，等压面的坡度越缓。

等压面的坡度陡缓与某一水平面(或等高面)上风力的大小关系密切。如下图所示，图中两个等压面坡度较缓的一侧与某一等高面的交线(即该等高面上的等压线)越稀疏，水平气压梯度力越小，风力越小；两个等压面坡度较陡的一侧与某一等高面的交线越密集，水平气压梯度力越大，风力越大。

【例题2】下图为某地1 000 hPa和700 hPa的等压面等高线图(单位：m)。读图回答下列问题。

图1

图2

1.若该地等压面的弯曲是由热力环流引起的，则该地可能是

( )

A.夏季的湖泊 B.冬季的湖泊

C.白天的城郊 D.夜晚的城郊

2.若该地是南半球某地，则近地面风力最大的风向是

( )

A.东风 B.西风

C.南风 D.北风

【解析】据等压面的海拔或气压值的高低可知，图1为某地近地面的等压面，且等压面向下弯曲，近地面气压值较低；图2为某地高空的等压面，等压面向上凸，高空为高压。若该地近地面和高空的等压面弯曲是由热力环流引起的，则该地近地面温度较周围地区高，可能是城区或冬季的湖泊，故第1题选B。

若该地在南半球，由图1可知，该地近地面1 000 hPa的等压面在东南部最陡，综合考虑水平气压梯度力，地转偏向力和摩擦力的影响，该地近地面东南部的风向为偏西风，故第2题选B。

五、等压面上的等高线与风向的关系

在近地面，大气在水平运动过程中会受到水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力的作用，在三个力的共同作用下，风向最终与等压线斜交；在高空，大气在水平运动的过程中会受到水平气压梯度力和地转偏向力两个力的作用，在两个力的共同作用下，风向最终与等压线平行。

在用等高线表示等压面的图中，任意一条等高线上所有的点海拔相等，气压值也相等(因为该等高线就在等压面上，气压值等于等压面上的气压值)，所以等压面上的任意一条等高线就是该等高线所在的水平面上的一条等压线。