第四讲 “大气与天气、气候”篇知识体系分析 上一节 返回
 
二、专题9单元知识结构分析  

专题9由“气压与风”、“大气环流”、“行星风系与气候”和“世界主要气候类型”4个知识点构成。具体分析地球大气层最基本的大气环流形式——由地表热量分布不均引起空气流动产生的热力环流。高低纬度间的太阳辐射差异以及地球自转因素的叠加,使地球大气圈高低纬度间的热力环流最终演变为“三圈环流”,形成全球性的气压带和风带。在气压带和风带及其南北移动的控制或影响下,世界不同地区出现不同的气候类型,表现出各具特色的气候特点。

专题9行星风系既是“专题8”的继续和深化,又是专题10、11的基础,所以它是本篇的重点。在这一专题中必须让学生掌握气温与气压的关系、风与气压的关系、风的形成、单圈环流、三圈环流、全球气压带和风带的分布和移动、世界主要气候类型的特点、成因和分布等内容,牵涉的知识点多、面广、难度大,既有水平面上的变化,又有空间多维的变化,所以学生对教材内容的理解和掌握存在一定难度。

大气环境以大气的环流运动为特色。赤道与两极之间的热量差,形成了赤道与两极之间的气压差,形成了赤道与极地之间的简单环流。地球绕日运动——自转和公转,使赤道与两极地之间的环流复杂化,形成了纬向连续展布的行星风带、气压带,并使它们发生位移。地表海陆环境的热力差异作用使行星风带、气压带断裂变形、变位,产生的经向环流和陆地环境地貌起伏和地貌差异形成的地方性环流,使大气环流进一步复杂。大气环流的形成与运动,使地表物质、能量再分配,并引起海陆环境物质运动。

本专题4个部分是:一气压与风(局部大气运动的理想模式和实际状况);二是大气环流(全球大气运动的理想模式和实际状况);三是行星风系与气候;四是世界主要气候类型介绍。四部分内容紧密联系,体现了由局部到整体的认识规律。下面我们按各知识点进行分别讲述:

1.气压与风

局部大气运动的理想模式和实际状况包括三部分内容:

局部大气运动的理想模式和实际状况包括三部分内容:

(一)风压关系

(二)热力环流

(三)高压和低压

(上述第三部分已移入新教材专题11中,这里暂不分析。)

上述三部分内容层层递进,紧密联系。其中“冷热不均引起的大气运动”是理解本课以及大气环流的关键理论,“风压关系”既是理解气旋与反气旋的基础知识,也是理解全球六大风带形成、季风风向的重要理论依据。所以,教学时应重点抓住这两个关键点,采用多种方法,通过模式——实际——模式的教学过程,引导学生熟练掌握有关气象知识,培养学生演绎归纳、绘图表意的能力,帮助学生正确认识人气关系及气候资源的开发利用。

(一)风压关系:采用绘图表意法,分五步教学。

1.绘制辅助图,逐级讲清气压梯度水平气压梯度水平气压梯度力三个概念的准确含义,并指出水平气压梯度力总是垂直于等压线,由高压指向低压,它是产生大气水平运动(风)的原动力。

2.按照学生的认知规律,依次展示三幅示意图,运用力的分解、合成与平衡的知识,边绘制边分析在北半球三种条件下风向与等压线的关系:

a 水平气压梯度力 b 地转偏向力 c 摩擦力

(以上三图均为北半球)

3.归纳总结水平气压梯度力、地转偏向力和地面摩擦力对风向的共同影响。(见下图)

需要特别说明的是:大气开始作水平运动时,地转偏向力才发挥作用,使运动方向发生偏转;当地转偏向力和水平气压梯度力大小相等,方向相反,达到平衡状态时,大气运动不再发生偏向二作惯性运动。

4.展示南半球三幅示意图,启发学生绘制三种条件下的风压关系及受到的作用力。在学生熟练绘图的基础上,用“手势法”辅助记忆。北半球用右手,南半球用左手,手心向上,四指代表水平气压梯度力方向,大拇指代表实际风向。

5.展示一幅闭合等压线图,“为难”学生,让学生根据刚获得的经验,尝试绘制大气运动图。学生也许会感到束手无策,教师不一定要求学生能画正确,目的是训练学生的求异思维,并引导学生进入一种邻近发展的学习状态,为学习气旋与反气旋做好铺垫。

(二)冷热不均引起大气运动:采用直观图示法分三步教学。

1.按照水平方向上冷热不均大气垂直运动(空气热膨胀上升或空气冷却收缩下沉)同一水平面上空气密度分布不均水平方向上气压差异大气水平运动这一线索,边讲边画热力环流基本模式图。

2.归纳总结气温分布与气压分布及气压分布与气流分布之间的关系。

3.演绎深化:展示一组海陆间、山谷间、城郊间的填充图,启发学生依据模式,熟练绘出各种热力环流图,进一步明确冷热不均是引起大气运动的根本原因,大气先有垂直运动后有水平运动。

总结热力环流形成的过程,明确各个环节之间的因果递进关系:近地面空气的受热或冷却(气温差异是原因)引起气流的上升或下沉运动(空气垂直运动是气温差异的结果)导致同一水平面上气压的差异(水平气压梯度是空气垂直运动的结果)大气的水平运动(风)。

2.大气环流

三圈环流是在热力环流的基础上,根据风的形成原理而形成的。“三圈环流”既是“大气运动”内容的进一步深化,又是学习“气候”的基础,所以它是单元的重点和关键。

“三圈环流”的形成比较复杂,对于学生来说难于理解,我们可以将难点分解为若干个子问题,通过解决每一个子问题达到难点的突破。利用三圈环流图分为三个步骤进行:

第一步 假设地表均一、地球静止、太阳直射赤道(太阳直射点不移动)

在南北半球的赤道和极地之间各自形成了一个闭合的环流,即“单圈环流”。赤道处形成了赤道低气压带,极地处形成了极地高气压带。

第二步 假设地表均一、地球自转、太阳直射赤道(太阳直射点不移动)

由于地球的自转,“单圈环流”不复存在,包括低纬环流、中纬环流和高纬环流的“三圈环流”得以形成。在南北纬30°和60°附近又各自形成了副热带高气压带和副极地低气压带。最终在近地面形成了七个气压带和六个风带。

第三步 假设地表均一、地球自转、太阳直射点南北移动

由于太阳直射点的回归运动,气压带、风带也随之发生南北移动,使得全球的天气和气候更加复杂多样。

“三圈环流”的重点要落实在近地面的七个气压带和六个风带上。气压带的分布时高、低相间排列的,除了只有一个赤道低压带外,其他气压带都是南北对称分布;全球六个风带以赤道为轴南北对称分布。

全球大气环流是自然环境中物质运动和能量交换的重要形式之一,对自然环境的形成和发展有着重要作用。全球有7个气压带和6个风带,理解它们的形成和分布规律,可通过三圈环流来说明。理解三圈环流有两个基础,一是大气热力环流,一是风的形成及风向的转变。形成风的直接原因是水平气压梯度力,近地面的风向是气压梯度力、摩擦力和地转偏向力共同作用的结果。教材关注的是地球表面的气压带、风带的形成,对于三圈环流中高空的气压和风向不作要求。三圈环流是假设地球表面均匀情况下的理想模式,实际上气压带和风带在近地面的分布是不连续的,并形成一个个气压中心。在三圈环流的基础上,还应了解海平面气压和风的实际情况,以使理论联系实际。

气压带、风带在一年内还随季节作周期性移动,其根本原因是太阳直射点的回归运动。一般模式图展示的是全球气压带和风带分布的平均状况,以此状况为参照,气压带和风带大致是夏季北移、冬季南移(这里的夏季和冬季指北半球)。

3.行星风系与气候

首先了解由于大气环流把热量和水汽从一个地区输送到另一个地区,使高低纬度之间、海陆之间的热量和水分得到交换,因此全球气压带和风带的分布是各地天气变化和气候形成的重要因素,是分析各地气候特征的最重要因素之一。结合“地球上的气压带和风带”图,以气压带、风带的分布及其移动为基础,叠加海陆位置和下垫面等因素,形成了世界上复杂多样的气候。这是学生需要形成的基本认识。具体说明气压带、风带的分布、移动规律对气候的影响,可以通过举例,而不要求系统讲述气候类型的成因。

其次通过案例分析,从中归纳出单一气压带、单一风带、气压带与风带交替影响下形成的典型气候类型(教材中的专栏“非洲大陆动物迁徙”)。

4.世界主要气候类型

结合大气环流对全球气候形成的影响、气压带和风带的位置及移动,复习“行星风系与气候”相关内容的基础上,梳理处大陆西部全球气候分布的基本规律。本部分知识需借助“世界气候类型分布”图,讲清世界主要气候类型的分布,补充主要气候类型的气温曲线和降水量柱状图,分析主要气候类型的特点。