資源簡介

課程基本信息
課題 海-氣相互作用
教學目標
教學目標：1.了解海-氣相互作用的概念；2.運用圖表，分析海-氣相互作用對全球水熱平衡的影響。3.結合實例，運用海-氣相互作用的原理解釋厄爾尼諾現象對全球氣候和人類活動的影響。教學重點：海-氣相互作用的表現及影響教學難點：海-氣相互作用的表現及影響
教學過程
時間 教學環節 主要師生活動
導入 同學們大家好，我是來自北京市第一六一中學的羅云玲老師，本節課我們的課題是：海-氣相互作用。【提問】在2015年的時候，有一位游客慕名去了南美洲西部的一個著名旅游地-這地兒在哪兒呢？【講解】我們來看這張地圖，這個旅游地位于智利北部的阿塔卡馬地區，圖中橘色區域表示阿塔卡馬地區，這位游客非常興奮的在網上分享了自己當時拍攝的照片。（下一頁）【提問】老師這里呈現給大家兩張照片，但是只有一張是當時這位游客拍攝的，同學們能從照片中獲取和解讀到了哪些地理信息呢？（下一頁）【講解】從上面這幅圖中看到分布有大面積粉色的地理事物，我們從近處看這張照片，圖中的粉色事物其實是大片草本植物開的花，由于規模非常大，所以呈現出壯觀的花海景觀；并且照片中，遠處的山上能看出來有綠色植被覆蓋。下面這幅圖中主要是裸露的地表，地表分布有極少數的草本植物，植被覆蓋率非常低，給人一種荒涼、蕭條的感覺，這是荒漠景觀。【提問】那同學們現在能推斷哪張照片是這位游客拍的嗎？請闡述你推斷的理由。同學們可以結合這張區域圖，調用大氣環流、大洋環流等相關原理進行分析。【講解】現在大家有自己的推斷了吧，可能有同學認為游客拍到的是下面這幅荒漠照片，也有同學認為是花海景觀。同學們所說理由不論對錯，但有一點是值得肯定的，就是大家都敏銳地捕捉到了這兩種景觀最大的成因差異在于水分條件的差異。上圖的植被覆蓋率大，下圖的植被覆蓋率小，反映出花海地區的水分條件較好，而荒漠地區的水分條件差。那么，哪種情況與阿卡塔馬地區的真實地理環境更相符呢？下面我們從阿塔卡馬地區的地理位置入手，來看看這個地區的水分條件。（下一頁）【提問】我們來看右圖，阿塔卡馬地區地處南美洲西部，西臨太平洋，位于南回歸線附近，那么，從大氣環流的角度看，這個地區主要受什么氣壓帶、風帶的影響呢？同學們可以參照左邊這幅南半球氣壓帶風帶的分布圖。 【講解】從緯度、海陸位置來看，應該是受東南信風和副熱帶高壓的交替控制，我們知道東南信風在這個地區是由陸地吹向海洋，為離岸風，所以太平洋上的水汽難以被輸送到阿塔卡馬地區，有同學肯定要說那不還有南美洲東部的大西洋水汽嗎？東南信風正好作為大西洋水汽輸送的動力啊！東南信風攜帶的水汽能否到達這個地區，還需要考慮什么因素呢？我們需要考慮下墊面狀況，南美洲的西部正好分布有高大的大致與海岸線平行的安第斯山脈，山脈攔截了大西洋的水汽，使得大西洋水汽難以到達阿塔卡馬地區；而當副熱帶高壓控制這個地區時，我們知道這個地區主要盛行下沉氣流，降水更是稀少，因此，阿塔卡馬沙漠地區的水汽特別少，缺乏降水的條件。并且，從大洋環流的角度看，同學們看右邊的區域圖，沿岸還分布有什么性質的洋流？是的，就是那支十分著名的秘魯寒流，沿岸的寒流也進一步使得這里降水稀少。【提問】當然，如此阿塔卡馬地區干旱的結果不僅僅是因為降水稀少，剛才我們關注到阿塔卡馬地區地處南回歸線附近，那你能判斷這里的蒸發作用的強弱嗎？【講解】這里地處南回歸線附近，緯度低，氣溫高，蒸發作用旺盛。由于水分的支出（主要是蒸發）遠遠大于收入（降水），所以這個地區成為世界最干燥的地區之一。（下一頁） 【講解】有氣象觀測數據顯示阿塔卡馬地區的平均年降水量小于0.1毫米，并且在1845至1936年的91年期間滴雨未下，這里就是被稱為世界“干極”的阿塔卡馬沙漠。（下一頁）【過渡】那同學們是不是能做出判斷了？根據我們的分析，阿塔卡馬沙漠降水稀少，蒸發旺盛，水分條件差，植被難以生長，有同學肯定會說那必然是下面這幅荒漠景觀是當時那位游客拍攝的。【講解】下面這幅照片確實是阿塔卡馬沙漠，但是，上面那副照片才是那位游客在2015年去旅游時拍攝的，同學們肯定有很多個疑問？這也太奇怪了？寸草不生的沙漠居然開花了？還被這位游客記錄下來，分享給了全世界。據報道，這一奇觀當時吸引了約兩萬多名來自世界各地的游客，帶動了當地旅游業的發展。但是，為什么年降水量僅0.1毫米的沙漠會開滿鮮花呢？要弄清楚這種反常現象的原因，就需要從地球的海洋與大氣的相互作用說起。（下一頁）
海-氣相互作用與全球水熱平衡 【講解】我們來看這張圖，這是2017年2月20日，我國自主研發的“風云四號”氣象衛星首次拍攝到了地球全貌，這是一張我國航天史上具有歷史意義的照片。從照片中我們能清楚看到，地球上大面積的藍色海洋，根據初中所學的知識，我們知道海洋約占據了地球表面積的71%，那么，地球表面如此大面積的海洋和地球的大氣之間則會產生全球尺度的相互作用與影響，主要表現在物質和能量的交換上，其中的水熱交換對氣候乃至自然環境具有深刻的影響。接下來，我們先來看海洋和大氣對全球尺度水量的影響，那我們首先需要了解一下水量平衡原理。（下一頁）【講解】什么是水量平衡原理：從長期來看，全球水的總量沒有什么變化，但是就一個地區來說，有時降水多，有時降水少。在某段時間內，一個地區的儲水變化量是水量收入和支出的差額，這就是水量平衡原理。 同學們在高一已經學習過水循環原理，我們知道：水循環維持了全球水量的動態平衡，讀右圖，全球水量平衡示意圖，完成活動一【提問】第一個問題：估算陸地和海洋對大氣水汽的相對貢獻，說明大氣水汽的主要來源。【講解】從圖中可以看出，海洋為大氣提供的水汽量約50.5萬立方千米，而大陸僅提供了約7.2萬立方千米，可見，海洋是大氣中水汽的主要來源地。【提問】第二個問題：利用圖中數據估算海洋蒸發和降水的差額，說明補充這個差額的水量來源。【講解】圖中數據顯示海洋蒸發和降水的差額約4.7萬立方千米，說明海水蒸發大于海洋上空的降水，但長時間來看海洋水并沒有減少，這是因為大陸有4.7萬立方千米的徑流返回海洋，從而使得全球水量達到平衡。【過渡】接下來，我們以北大西洋暖流為例，來看海氣的相互作用對全球熱量平衡的影響。（下一頁）【講解】我們來看位于北歐的挪威城市卑爾根，右圖為卑爾根的氣候資料。讀圖，我們看到卑爾根在北緯60°附近，但冬季最冷月月均溫高于零度，比較溫和，這里海水終年不結冰，是北歐著名的不凍港。這就是北大西洋暖流的作用了。有數據統計，每年北大西洋暖流向西歐與北歐每千米海岸輸送相當于燃燒6000萬噸煤釋放的熱量。但是有科學家預測，如果現在北大西洋暖流消失，在未來20年里，這個地區的均溫將下降6到10度，會讓這里的冬天變得異常寒冷。可見，北大西洋暖流的重要性。【過渡】那，從全球尺度看是不是只有北大西洋暖流有這樣的作用呢？（下一頁）【講解】我們來看左邊這幅海洋與大氣間水分和熱量交換示意圖，由于海水的比熱容比較大，因此海洋吸收了到達地表的太陽輻射的大部分，并將巨大的熱量儲存在海洋表面，海洋表面就成為近地面空氣主要的直接熱量來源。右上這幅是北半球表層洋流的分布圖，（指右圖）圖中有多支暖流源源不斷的向較高緯度地區輸送熱量。【講解】再結合右下這幅氣壓帶、風帶分布圖，我們知道在北半球的中緯度地區，有著名的盛行西風將熱量輸送到緯度較高的地區（當然，西風同時也有水分的輸送）。正是由于海洋和大氣將熱量由較低緯度地區源源不斷的輸送到較高緯度地區，才使得常年獲得太陽輻射大的低緯度地區與常年獲得太陽輻射量少的高緯度地區的熱量差異縮小；并且，我們知道大洋環流的形成又是大氣的水平運動-風提供的主要動力，如此看來，海-氣相互作用通過大氣環流與大洋環流，驅使著水分和熱量在不同地區傳輸，維持了地球上水分和熱量的平衡。（下一頁）
厄爾尼諾現象 【提問】但是，如果短時間內，海洋表層水溫升高或者降低，蒸發量增加或者減少，陸地會發生怎樣的變化，請同學們利用水量平衡原理加以說明。（停頓2秒）【講解】（指圖）如果海洋蒸發量增加，陸地上的降水可能增多，徑流也可能增多；反之同理。一旦，局部地區的水量平衡因為海洋水溫異常而被打破，可能出現極端天氣事件，這次“世界干極”阿塔卡馬沙漠開花就與它有關，下面我們具體來看。（下一頁）【提問】我們來看右圖，（指圖）一般情況下赤道附近太平洋中東部地區的表層海水水溫比西部地區低，同學們知道這是為什么嗎？提示一下，回憶這個緯度空間分布著哪個風帶以及什么性質的洋流。【講解】是的，由于東部地區的表層海水在偏東的信風吹拂下向西流動，這就是我們之前學過的赤道暖流！那么，東部海區的海水水位下降，但海洋為了保持平衡，同學們認為哪些區域的海水可能會來補充流走的海水呢？有深層的冷海水上翻補償表層流走的海水，同時還有來自南、北美洲西海岸的寒流匯入，因此這個海區的水溫偏低。【提問】此海區生活著大量適應冷海水的魚類，那他們生存所需的食物是哪兒來的呢？ 【講解】 由于這個海區上翻的冷海水帶來了海底的營養鹽類，這就使得浮游生物可以大量繁殖了，而這些浮游生物就成了魚類的餌料，豐富的漁業資源造福了沿海的漁民；但西部地區就不同了，由赤道暖流帶來的暖海水向西匯集在赤道太平洋西部地區，使得這個區域變成一個“暖池”，表層海水水溫較高。【提問】回顧高一的熱力環流知識，正是因為赤道太平洋東西兩側的表層海水溫度差異大，因此，赤道太平洋東西兩側的大氣也會形成環流，同學們能在圖中用箭頭表示大氣運動方向嗎？使之形成環流圈。【講解】（指圖）由于西部區域水溫較高，因此近地面空氣受熱上升，近地面形成低壓；而東部地區水溫較低，近地面空氣收縮下沉，近地面形成高壓，如此一來，空氣在氣壓梯度的作用下，會從東部地區的高壓流向西部地區的低壓，高空也存在氣壓氣度，空氣也會由高壓流向低壓，從而在赤道太平洋上空形成了大氣環流。（下一頁）【講解】這個大氣環流最早是英國的氣象學家吉爾伯特·沃克爵士于20世紀20年代發現的，為了紀念沃克的開創性工作，人們將此大氣環流命名為“沃克環流”。那么，受沃克環流的影響，東部、西部地區的降水狀況如何呢？西部地區受上升氣流控制，降水比較豐富，氣候濕潤；東部地區受下沉氣流控制，降水比較少，氣候干旱。但是，每隔幾年沃克環流都會出現異常。（下一頁）【講解】大約在200多年前，生活在赤道附近太平洋東海岸的漁民發現一種奇怪的現象，每隔幾年，靠近厄瓜多爾和秘魯海岸的表層海水溫度會明顯升高，沿海的魚群會神秘消失，海鳥也會大量死亡。與此同時，世界其他地方暴雨洪澇、高溫干旱、森林大火、暴風雪等極端天氣事件頻發，一些地方甚至會出現旱澇急轉，由于這種現象最嚴重時往往在圣誕節前后，于是遭受天災而又無可奈何的漁民將它與圣誕節聯系起來，稱其為“圣嬰”，西班牙語音譯成漢語則為“厄爾尼諾”。（下一頁）【講解】下面我們來看這張圖，這是1998年12月厄爾尼諾現象發生時太平洋表層水溫異常示意圖，讀圖例：“海溫距平”是指此時段海水溫度與多年平均值的差值，如果差值為正，說明升溫明顯，如果為負值，說明降溫明顯。【提問】請同學們讀圖，描述赤道附近太平洋中東部與西部海區的海溫距平特點。【講解】赤道附近太平洋中東部地區升溫明顯，尤其東部地區，表層海水水溫升高甚至超過5度；而西部地區升溫弱，甚至出現負值。后來，經過科學家持續的大量觀測，發現厄爾尼諾現象一般兩到七年發生一次，其實，這次世界干季阿塔卡馬沙漠開花就是厄爾尼諾事件帶來的影響。（下一頁）【提問】下面，請同學們嘗試通過畫圖來說明厄爾尼諾現象對沃克環流的影響，并解釋（2015年阿塔卡馬）沙漠開花的原因。（下一頁）【講解】赤道附近太平洋東部地區的海水水溫升高，下沉氣流減弱或者消失，甚至出現上升氣流，導致沿岸的降水增多，氣候由原來的干旱轉變為濕潤，這時，阿塔卡馬沙漠中數百萬種子終于盼來了久違的雨水，開始瘋狂生長，造就了“沙漠開花”的奇觀，吸引了世界各地游客前來觀賞。【過渡】但是，常年如此干旱的地區突然降雨，這事兒還得辯證的來看。（下一頁）【講解】實際上，這次厄爾尼諾事件還導致秘魯出現了十年來最嚴重的洪水災害，我們來看這張圖，圖中的秘魯人民正在洪水中艱難前行，2017年3月的這次洪水造成了近百人死亡，數萬人受災。（下一頁）【提問】而此時的赤道附近太平洋西部地區又有何變化呢？【講解】此時，太平洋西部地區的水溫降低，導致上升氣流減弱或者消失。【提問】如果西部與東部海區的水溫差異大到一定程度，西部地區也有可能轉變為下沉氣流，這對沿岸地區的地理環境有何影響呢？ 【講解】首先會導致赤道太平洋西岸沿岸的降水減少，原本濕潤多雨的氣候轉變為干燥少雨，2015年到2016年期間，位于該地區的印度尼西亞遭受了近20年來最嚴重的旱災。同學們去年肯定沒少聽新聞報道澳大利亞全國尺度持續大半年的森林火災吧，2019年也已經被確定為厄爾尼諾年。而且，在厄爾尼諾現象強烈的年份，海洋的異常變化還會給全球氣候帶來重大影響。從北半球到南半球，從非洲到拉美，氣候都可能變得異常，該涼爽的地方驕陽似火，溫暖如春的季節突然下起大雪，雨季到來卻遲遲滴雨不下，正值旱季卻洪水泛濫……【講解】可見，厄爾尼諾現象出現時，沃克環流會減弱、消失，甚至出現與原來完全反向的大氣環流，導致大氣環流異常，大氣的異常又反映在了一系列地理環境的變化上，從而對人類活動產生深刻影響。 【過渡】經過科學家的不斷探索，我們還發現往往厄爾尼諾現象結束后，會伴隨著另一種異常現象（下一頁）【講解】赤道附近太平洋中東部海區的溫度異常降低的現象，人們稱之為拉尼娜現象；對于這個現象我們比較容易理解，請同學們對比拉尼娜現象與厄爾尼諾現象，在課后完成下列表格。（下一頁）
課堂小結 【講解】同學們，經過本節課的學習，我們知道：地球表面大面積的海洋與地球的大氣通過大洋環流和大氣環流，維持了地球上水分和熱量的平衡，但是，如果海洋發生異常，會引發大氣異常，導致局部地區水熱失衡，進而對全球尺度的各地區天氣和氣候產生深刻影響，其中，每隔幾年發生的厄爾尼諾現象就是典型代表，所以我們重點以厄爾尼諾現象為例，分析了海洋異常對大氣的影響。 厄爾尼諾現象帶給我們很多啟示，比如大陸上的氣候異常，往往需要從海洋上找答案；局部海區的水溫異常，其影響范圍可能擴展到全球，科學家們正在對海洋進行更為深入、系統的研究，并發現厄爾尼諾現象與全球的極端氣象事件有一定相關性，但到目前為止，我們對厄爾尼諾現象的成因和影響機制的了解還是很有限，也期待同學們學有所成之時，能為之做出自己的貢獻。這就是本節課的主要內容，同學們再見。

展開更多......

收起↑