基于特定元素的大气运动相关试题命制探析与实践——以浙江省普通高校招生选考科目考试中“探空气球”为例

浙江 杨天逸

《中国高考评价体系》指出，高考题以真实问题为背景，以真实问题或任务为活动场域。搭建真实情境与解决真实问题是考查学生地理实践力的试题所必备的条件之一。近年来，浙江省地理选考逐渐出现了以地理特色元素作为切入点的试题，如以“探空气球”为背景考查真实大气运动状况。基于周边地理环境选取特定地理元素展开命题已成为教学、复习、备考的重要内容之一。

《普通高中地理课程标准(2017年版2020年修订)》中明确指出地理实践力是高中地理必备的核心素养之一。卷面评价是现阶段对学生地理实践力的主要评价方式。特定地理元素是培养学生地理实践力的切入点，结合特定地理元素，创设真实情境，考查学生的地理实践力已成为当下命题热点。浙江省普通高校招生选考科目考试借助“探空气球”的运动特征和漂移轨迹构建真实大气运动情境，考查大气环境相关知识。本文在剖析浙江卷“探空气球”相关试题命题特征的基础上，对真题进行分析和归纳，并搜集相关素材进行原创命题，最后针对真题得出命题总结。

一、探空气球在浙江卷中的运用剖析

特定地理元素是指与地理环境密切相关的事物与现象，包括了地理现象类，如烟囱烟型变化、水体颜色变化等；地理器材类，如探空气球、地质罗盘等；地理事物类，如岩石、湖泊等。这些地理元素在试题中扮演图文采集者、情境创设者、信息引导者等角色，对试题的建构起到重要作用。近年来浙江选考中多次出现以“探空气球”为背景的大气运动相关试题。

1.命题特征分析

“探空气球”是一种将探空仪带到万米高空，并测量不同高度的温度、气压、风速、风向等气象要素的气球。探空气球受到温度、风速、风向等要素的影响在三维空间中运动，因此通过探究“探空气球”可以反映大气运动状况。由图1可知，“探空气球”和高中大气运动知识密切相关，高中大气运动知识从空间尺度来看分为小尺度的热力环流、中尺度的天气系统和大尺度的大气环流，而这些大气运动的主要动力是不同时空下温度和气压的变化，进而导致风速和风向的变化。“探空气球”的运动也具有多维尺度，二维尺度中体现气球移动方向和速度的变化，三维尺度中体现移动轨迹。试题通过不同尺度“探空气球”的运动特征，反映大气运动的状况。

图1 “探空气球”与大气运动考点关系

对历年浙江省考试题中以“探空气球”为特定元素的试题进行统计可以发现：真题多以“探空气球”运动的二维和三维特征为背景，并在天气系统和大气环流的尺度下进行命题。涉及的大气运动考点集中在天气系统的理解、风向、风速的判别以及气压场的判读。试题通过图文材料反映探空气球的移动方向、速度、位移轨迹等运动特征，引出风向、风速和天气系统等大气运动要素，题目总体难度较大。

表1 历年浙江省考试题中的“探空气球”相关试题统计

2.经典试题剖析

以“探空气球”为特定元素的试题在浙江高考(选考)卷中共出现三次，分别为2016年6月浙江高考、2020年7月浙江选考、2021年6月浙江选考。试题均以“探空气球”的运动导入，考查大气运动知识。

【例1】(2016年浙江省普通高等学校招生全国统一考试，9,10题)图2为探空气球10天中随气流漂移路线图，图中数字所指的黑点为每天相同时刻的气球位置。图3为图2的局部放大图，图3中虚线表示近地面空气运动。完成9，10题。

9.下列路段中，探空气球受水平气压梯度力作用最大的是

( )

A.③至④ B.④至⑤

C.⑥至⑦ D.⑨至⑩

10.图中⑦、⑧两点间近地面受

( )

A.暖锋影响，吹西北风

B.冷锋影响，吹西南风

C.暖锋影响，吹东南风

D.冷锋影响，吹东北风

【答案】9.A 10.B

【解析】本组题目以“探空气球”三维运动特征的漂移路线为背景，考查风的形成过程和天气系统部分知识。第9题考查风的形成过程。图中实线为“探空气球”在高空的漂移轨迹，且两两黑点之间时间间隔相同。因气球在高空，摩擦力可忽略不计，故影响风速大小的力仅为水平气压梯度力。结合上述分析，相邻黑点之间移动路程越长，风速越快，水平气压梯度力越大。通过比较各路段的距离可知，③至④距离最长，故选A。

第10题考查锋面气旋中冷暖锋的判读。不同于常见的等压线中锋面系统的判读，本题以探空气球的漂移方向切入，指示周围的风向，并构建了近地面—高空两个气压场。如图4所示，由图中顺时针辐合的近地面气流运动状况可知，在L处存在低压中心，结合经纬网可以判断该地为南半球，且其西侧⑦至⑧之间为偏南风(从高纬吹向低纬)说明存在冷锋，其东侧为偏北风(低纬吹向高纬)说明存在暖锋，因此选项B符合题意。本题还存在高空气压场，结合探空气球在⑦至⑨路段内的漂移路径可以发现，⑦至⑧之间先吹西风，转而吹偏南风，⑧至⑨吹偏北风，风向在⑧处出现切变，高空风向不受摩擦力影响，故其气压场如图4中高空气压场所示，在⑧处存在高空槽。高空低压槽和近地面锋面气旋的配置是气象学解释锋面气旋运用到的经典理论，在本题的材料信息中得到较好的体现。尽管题目未从该角度切入，但仍体现出了高考题的科学性和学术性。

图4 探空气球近地面与高空气压场配置

【例2】(2020年7月浙江省选考，24,25题)在中纬度地区五千至一万米高空盛行着波状的西风气流。我国华北某气象测站放飞探空气球进行大气观测，并记录气球从地面上升到万米高空时与气象测站之间水平漂移距离，图5为多年平均水平漂移距离统计图。完成24，25题。

图5

24.测站在冬季冷锋过境后进行了一次放飞气球观测，记录气球从地面上升到万米高空过程中的漂移轨迹。下图最接近此次气球放飞过程的地面投影轨迹是

( )

25.符合该测站万米高空冬、夏季气球漂移方向及水平气压场的是

( )

【答案】24.A 25.B

【解析】本组题目以“探空气球”作为特定地理元素，将探空气球从地面到万米高空在风的作用下形成的漂移轨迹作为切入口进行命题。第24题考查风向与天气系统。由材料可知，“探空气球”自地面上升至万米高空，其间风向产生变化。根据题意，华北在冷锋过境之后近地面应受西北风控制，故在近地面气球上升过程中随着风向东南方向运动，因此轨迹在地面的投影为一段向东南方向延伸的曲线；随着高度的上升，由材料可知，风向逐渐转变为西风，故漂移轨迹转变为一条向东延伸的直线。选项A符合题意。第25题考查风向与等压线的关系。由材料可知，万米高空冬、夏季均为西风，故选项A排除。选项C和D中风向与等压线的关系有误，北半球地转偏向力应向右偏转，故选项B符合题意。

【例3】(2021年6月浙江省普通高校招生选考科目考试，24,25题)位于锋面上下的风向往往存在明显差异。图6为我国东部地区两测站位于冷、暖锋面下方时﹐自下而上垂直方向不同高度测得的风向、风速变化图。据此完成24，25题。

图6

24.有关测站上空锋面类型、锋面位置、风向变化的描述正确的是

( )

A.冷锋距地面1.5～2.0千米锋下西北风，锋上东南风

1.技术进步。从以往发展经验来看，城镇的发展、产业的升级都与科学技术的进步息息相关，科学技术发展水平的高低以及新技术能否运用到经济社会发展之中对产城融合的进步与迟滞都密不可分。科技进步不但可以促进产业技术的更新、产业转型升级，尤其是工业技术的进步，进一步为城镇化的发展提供经济支撑，而且现代信息技术的进步也有利于城镇人口、城镇空间和城镇功能的扩散和延伸，以及城镇发展合理规划。

B.冷锋距地面2.0～2.5千米锋下东南风，锋上西北风

C.暖锋距地面2.0～2.5千米锋下西南风，锋上东北风

D.暖锋距地面1.5～2.0千米锋下东南风，锋上西南风

25.与测站周边近地面等压线分布最接近的是

( )

A.① B.② C.③ D.④

【答案】24.D 25.C

【解析】本组以“探空气球”探测的垂直方向风向、风速的变化为背景，考查天气系统的相关知识。第24题借助锋面控制下风向、风速随高度变化的极坐标图，考查学生对锋面的理解。甲地近地面为东南风，且锋面位于我国东部，近地面主导南方暖湿气流，故为暖锋。随着高度的上升风向逐渐转为西南风，且在1.5～2.0 km处风向、风速明显切变，根据材料给出的信息——“位于锋面上下的风向往往存在明显差异”，可推断在此高度存在暖锋；乙地近地面为东北风，主导北方干冷气流，故为冷锋。随着高度上升，风向逐渐转为西北风—西南风，在2.0～2.5 km处风向和风速明显切变，故在此高度存在冷锋。

第25题，要求学生根据24题中风向的垂直分布特征，判断近地面气压场状况。解题的关键是读懂材料中甲、乙两处近地面的风向。首先，根据基础知识，锋面必定分布于低压槽中，根据等压线分布特征，图②中乙地位于高压脊，故排除图②。其次根据上题判断所得：甲地为东南风，乙地为东北风，图①中甲地吹西北风，故排除。图④中乙地吹西南风，故排除。图③中甲地吹东南风，符合题意。

二、“探空气球”材料制作与原创试题设计

通过对高考真题进行剖析发现，获取“探空气球”数据并绘制相关地理图像是命题的关键。2016年6月和2020年7月浙江高考(选考)题使用了气球漂移轨迹图、2021年6月使用了风向风速极坐标图。此外，结合“探空气球”的图像挖掘出大气运动相应的考点是命题的难点。笔者通过中国气象数据共享网与相关文献获取探空气球相关资料，借鉴高考真题的命制思路设计以下两组试题。

【原创题1】探空气球在空中的水平漂移距离由东西方向漂移量和南北方向漂移量合成而来(与风向的合成类似)，下图为我国某站点探空气球漂移特征(单位:km)，图7表示东西方向漂移距离(向东为正)，图8为南北方向漂移距离(向北为正)。读图完成下题。

图7

图8

1.关于该站点5月份近地面风向和万米高空风向描述准确的是

( )

A.东南风 西风 B.西南风 东风

C.东南风 东风 D.西南风 西风

2.符合该站点冬、夏季万米高空和近地面水平气压场的是

( )

A.近地面—冬季—① B.近地面—夏季—②

C.高空—夏季—③ D.高空—冬季—④

【答案】1.A 2.D

【解析】通过调查文献发现，王学忠等人的论文《探空气球漂移特征及对三角形法计算散度的影响》中关于南京站的“探空气球”漂移特征年内变化图较为适合用于命题。在选取图像后，对原图中的等值线进行抽稀，去除不必要的标注信息，并进行重绘，使图像简洁大方。本题组以“探空气球”东西、南北向的漂移距离年内时空变化为载体，考查学生对探空气球运动特征与风场、气压场关系的理解，考查学生综合思维与地理实践力。

第1题，结合图文信息可以获知，5月近地面东—西向漂移距离小于0，南北向漂移距离为0～2 km，说明气球总体向西北方向运动，因此5月近地面风向为东南风；5月万米高空东-西向漂移距离为40～60 km，南—北方向漂移距离为-4km，因东-西方向的漂移量显著大于南—北方向。漂移量，说明气球总体向东运动，因此5月万米高空风向为西风。选项A符合题意。

第2题，经过第1题风向合成方法的提示，结合图文材料可知：选项A近地面—冬季应为西北风，而根据图①中等压线可知，该站点为东南风，故排除；选项B近地面—夏季应为东南风，而图②中等压线数值较小说明应为高空气压场，且风向为西南风，故排除；选项C高空—夏季为西北风，而图③中等压线数值较大说明应为近地面气压场，故排除；选项D高空—冬季为西南风，图④中等压线数值较小，说明为高空气压场，风向为西南风，故选项D正确。

【原创题2】探空气球在空中的水平漂移距离由东西方向漂移距离和南北方向漂移距离合成而来(与风向的合成类似)。图9为华北某站点探空气球测得的气温垂直分布与气球累计水平漂移距离(单位:km)，漂移距离向东、向北为正，向西、向南为负。图10为气球自地面到高空漂移轨迹在地面的投影图。读图完成下题。

图9

图10

3.探空气球上升速度最慢的高度区间为

( )

A.43～572 m B.1 076～1 307 m

C.1 620～1 744 m D.3 649～3 754 m

4.测站对探空气球自地面到高空的漂移轨迹进行记录，图9中四条曲线最接近此次气球放飞过程的地面投影轨迹是

( )

A.① B.② C.③ D.④

【答案】3.B 4.A

【解析】探空气球数据是本组题目命制的核心，通过中国气象数据共享网获取2021年7月26日郑州站的探空气球数据，包括气球东—西漂移距离、南—北漂移距离、气温、气压、高度、风速风向等数据。对各高度下的气温、东—西方向漂移距离和南—北方向漂移距离进行统计绘图，得到图9气温与累计漂移量随高度变化图。本组题以图为载体，考查学生大气垂直分层与大气的水平运动部分知识，考查综合思维能力。

第3题，探空气球在对流层内受到对流作用做上升运动，对流作用越强，上升速度越快，若遇逆温层，对流作用弱，气球上升速度慢。读图9可发现，探空气球在上升过程中选项A、C、D所代表的高度区间内，温度随着高度上升而下降，呈现“上冷下热”的温度垂直分布，有助于对流运动的产生，气球上升速度较快。而选项B所指的1 076～1 307 m高度区间，温度随着高度上升而上升，呈现“上热下冷”的温度垂直分布，抑制对流运动的产生，气球上升速度较慢。

第4题，结合图9中东—西向和南—北向累计漂移距离推理出探空气球在上升过程中风向的垂直变化是解题的关键。结合文字信息和图9可知：43～1 307 m高度区间，气球在东—西方向上和南—北方向上的累计漂移距离均为负数，且绝对值逐渐增大，说明该区间气球向西南方向漂移；1 307～1 620 m高度区间，气球南—北方向累计漂移距离为负数，且绝对值保持递增，而东—西方向累计漂移距离绝对值减小，说明该区间气球漂移方向由西南转向东南；1 620～3 847 m高度区间，气球在东—西方向和南—北方向的累计漂移距离均为负数，且绝对值保持递增，说明该区间内气球向西南方向移动。综上，气球漂移轨迹应为西南—西北—西南，故选项A符合题意。

三、面向真题的试题命制总结

1.元素选取与素材处理

通过以“探空气球”为特定元素的命题过程可以看出，特定地理元素是试题的主心骨，起到引导、深入、挖掘整题的作用。选取特定元素时，需遵守贴近学生生活且蕴含一定的地理原理的原则。特定地理元素转为题目真实情境需要命题者根据高中地理知识体系进行精简与挖掘，如删减关于“探空气球”的简介，突出“探空气球”的漂移运动特征等。用多样的图表展示真实情境，关于“探空气球”的漂移轨迹除了用曲线图，还可用极坐标图。

2.设问措辞与考点映射