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老王地理:热力环流——大气运动最简单的形式

时间:2021-09-10 05:02:19

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老王地理:热力环流——大气运动最简单的形式

大气运动可以实现地球表层水热交换与水热平衡,同时也产生各种天气现象,大气运动的能量主要来自于太阳辐射,由于太阳高度以及其他因素的影响,各地得到的太阳辐射是不一样的,特别是高低纬度之间的热量差异(注:比如前面曾经分析过热带雨林和亚寒带针叶林的生物量的差异,也可以是高低纬度之间热量差异的表现之一)是引起大气运动的根本原因。

大气运动最简单的形式之一是热力环流,所谓热力环流,指的是由于地面冷热不均形成的空气环流,课本里提供了一个实验,在长方体的玻璃缸中,将一盆热水和一盆冰块放置两端,用平整的胶合板或者塑料薄膜将玻璃钢上部开口处盖严,在胶合板或者塑料薄膜的一侧装冰块的盆上方开一个小洞,将一束香点燃,放进小孔,然后观察香的烟雾飘动,如果实验成功,我们可以发现,烟雾在冰块的一侧下沉,然后飘向热水,由热水处上升,然后回到冰块的上方,形成一个闭环,这就形象的演示了热力环流的形成过程。

冰块一侧由于空气受冷收缩下沉,形成高压,热水一侧空气受热上升,近地面形成低压,水平方向上,冰块附近的气压高于热水附近的气压,水平方向上空气(烟雾)就飘向热水,高空相反,形成一个闭环。

在实际的大气运动中,我们可以想象,在地面和平流层之间的空间里,其实也相当于实验里的玻璃缸,当a、b、c三地中,在没有受热或者受热均匀前,a、b、c三地的近地面和高空之间的等压面与登高面平行,或者说等压面就是某个等高面,当a处受热,b、c冷却时,a处近地面空气受热膨胀上升,近地面的空气分子间的距离增大,气压和原来相比下降,形成低压,a地的高空,由于受到平流层的压制,空气上升使得该处空气受到压缩,气压和原来相比上升,形成高压。b、c两处受冷,空气冷却下沉,空气间分子距离缩小,形成高压,高空空气下沉,形成低压,这样在同一水平面上就有了气压的差异,近地面的水平面上,空气从b、c流向a,高空则是空气由a流向b、c,这样就形成一个闭环,这就是热力环流。

从上描述可以看出,热力环流形成过程中,先有受热不均,后形成了上升或者下沉的垂直运动,引起同一水平面上气压的高低,从而引起空气的水平运动。从等压面的变化来看,原来和登高面重合的等压面也发生了变化,高压区的等压面向海拔高的地方凸出了,低压区的等压面向海拔低的地方弯曲了,也就是原来的等压面已经不再和登高面重合,对任意一个等压面来讲,等压面与等高面有一系列的交线,如果我们将这些交线画在同一个水平面上,就会看到一些闭合的等压线。(后面可能会专门分析等压线图,这里可以了解一下)

热力环流是一种常见的自然现象,比如以日为周期海陆风、山谷风、城郊热力环流,还有以年为周期的季风等都可以看成是热力环流。热力环流的原理,其实在热力学物理知识里早已经见过,只是没有专门的放到地理学里面讨论而已,还记得Q=CMΔT吗,Q代表吸收或者放出的能量,C代表某一种物质的热容量,M代表这种物质的质量,ΔT代表温度的变化量,同样质量的物质,在吸收或者放出相同的热量情况下,温度的变化量与比热容成反比关系。

以海陆风为例,白天可以看成一个增温的过程,同纬度的海洋和陆地相比,陆地的比热小于水的比热,陆地增温快,所以最终陆地温度高于同纬度的海洋,陆地形成低压,海洋形成高压,近地面风从海洋吹向陆地,即吹海风;夜晚可以看成一个降温的过程,陆地降温快,所以最终陆地温度低于同纬度海洋,陆地形成高压,海洋形成低压,近地面风从陆地吹向海洋,即吹陆风。

山顶与谷地之间,可以推断,近地面白天刮谷风,夜晚刮山风;

城市和郊区之间,近地面风从郊区吹向市区,如果在城市与郊区之间适当增加绿化,有利于改善城市环境;

在东亚与太平洋之间,由于海陆热力性质差异存在季风,夏季风从太平洋上吹来,高温多雨,雨热同期,冬季风从蒙古西伯利亚吹来,寒冷而干燥。

其实,如果不考虑地球自转和公转,赤道和两极地区也存在着一个热力环流,近地面风从两极吹来,高空有赤道吹向两极,当然这个单圈环流由于地球自转、公转以及其他因素的影响而受到了破坏,但是赤道低压和极地高压却留了下来,这就是我们从气压带的成因角度认为赤道低压和极地高压是热力原因形成的依据。

对于近地面来讲,只要是热低压和冷高压,一般都是热力原因引起的,包括西伯利亚高压、印度低压这些季节性的气压中心。

总的来说,热力环流是大气运动的最简单形式,如果都不能理解,那么,大气运动对你来讲,也不需要继续学习了。

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