内容正文:
西风急流
热点探究——西风急流
西风急流是什么,在哪?
在中纬度高空(对流层的中上层),也存在着一支全球规模的、自西向东快速流动气流带,被称为“高空西风带”。高空西风带中包含一条长几千千米围绕地球一圈的狭长快速风带,称为西风急流。
热点探究——西风急流
三圈环流图上明明画着高空是东风,怎么现实是西风?
在真实世界里,地球表面有海陆分布、有高山深谷,近地面的风不可能像模型里那么“听话”。同样,高空的实际风也远比模型复杂得多。
事实上,通过气象观测发现,整个中纬度的高空,都被强大的偏西风主宰着。
三圈环流模型是个“简化版”,它帮我们理解了大气运动的基本逻辑,但我们要在这个基础上,去认识更复杂的“现实版”大气。
热点探究——西风急流
如果南北温差较大,水平气压梯度力大,西风急流风速快,形成基本与纬线平行的强西风
如果南北温差小,风速相对较小,高空西风急流则会发生南北波动(称为罗斯贝波)
热点探究——极地涡旋
极地涡旋简称极涡,分为南北极极地涡旋,是极地高空冷空气堆积下沉,周围冷空气以气旋的形式从四周向中心汇集旋转,从而在极地高空形成冷性大型涡旋系统。
概念
极地涡旋
喷射气流
是极区高纬环流的组成部分,是高空大气运动系统。
是类气旋大气系统,其中心为低压,中心附近空气运动以下沉为主。
极地涡旋对应的极地近地面为极地高压中心,两者势力强弱规模大小呈正相关。
特征
热点探究——极地涡旋
南北温差大时,西风急流势力较强。此时西风急流就如同一根紧绷的橡皮筋,将极涡牢牢的禁锢在两极地区(如左图)。
在全球变暖的背景下,两极地区升温明显,赤道与极地的温差减少,西风急流出现波动。原来紧绷的橡皮筋松动,禁锢在北极地区的极涡南下,给中纬地带带来强冷空气,极易形成寒潮(如上方右图)。
美国遭遇极寒天气
美国遭遇极寒天气
2021年2月,美国遭遇破纪录的极寒天气,美国大陆地区超过73%的土地被雪覆盖,至少有 20 个城市打破了历史最低气温纪录,这次北美降温和极地涡旋有关。极地涡旋是指地球极地上空的气旋,极地涡漩将温度极低、密度较大的空气,一直通向平流层,就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气,把冷空气限制在北极地区。两极和赤道之间的温差越大,极地涡旋越强,越稳定;而极地涡漩变弱时,会被暖气团挤占,被挤往极地之外。近几年来,极地涡旋多次被挤南下。
1.极地涡旋南北极都有,比较南北极极地漩涡的稳定性,并解释其原因。(6分)
南极更稳定。
南极大陆更冷,与赤道的温差较大;
南极大陆附近海洋占比较大,性质单一,干扰因素较少;
赤道和极地之间的温差变小,极地涡旋变弱(2分);
暖(亚热带)气团北上,挤占极地涡旋的空间,使之向南移动(2分);
美国东西部海拔高,中部低,冷空气迅速向南扩展(2分)。
2021年2月,美国遭遇破纪录的极寒天气,美国大陆地区超过73%的土地被雪覆盖,至少有 20 个城市打破了历史最低气温纪录,这次北美降温和极地涡旋有关。极地涡旋是指地球极地上空的气旋,极地涡漩将温度极低、密度较大的空气,一直通向平流层,就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气,把冷空气限制在北极地区。两极和赤道之间的温差越大,极地涡旋越强,越稳定;而极地涡漩变弱时,会被暖气团挤占,被挤往极地之外。近几年来,极地涡旋多次被挤南下。
2.描述极地涡旋影响美国境内大部分地区的过程。(6分)
全球变暖越来越显著,导致北极海冰融化;
冰层反射减弱,海水吸收太阳辐射增强,海冰进一步减少,北极升温幅度高;
北极与赤道地区的温差减小,极地涡漩变弱且更不稳定,涡旋被暖气团挤压,冷空气南下影响附近各国。
2021年2月,美国遭遇破纪录的极寒天气,美国大陆地区超过73%的土地被雪覆盖,至少有 20 个城市打破了历史最低气温纪录,这次北美降温和极地涡旋有关。极地涡旋是指地球极地上空的气旋,极地涡漩将温度极低、密度较大的空气,一直通向平流层,就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气,把冷空气限制在北极地区。两极和赤道之间的温差越大,极地涡旋越强,越稳定;而极地涡漩变弱时,会被暖气团挤占,被挤往极地之外。近几年来,极地涡旋多次被挤南下。
3.从极地涡旋稳定性角度,分析近年来北半球的北欧﹑俄罗斯、加拿大、美国多次出现极寒天气的成因。(6分)
C
D
热点探究——阻塞高压与热穹顶
随着全球气候变暖,北极地区温度偏高,西风急流出现波动,极涡变得不稳定。
热点探究——阻塞高压与热穹顶
在西风急流向北突出的位置,北上的暖空气形成一个高压区域,称为暖脊。
热点探究——阻塞高压与热穹顶
当暖空气不断北上,冷空气不断南下,暖脊就会被冷空气包围,并与南面暖空气主体分离,形成闭合的高压区,称为阻塞高压。
热点探究——阻塞高压与热穹顶
阻塞高压与南方主体暖空气脱离,成为一个相对稳定的高空高压系统。如果一个地区受阻塞高压的控制时间较长,就会长期被暖空气控制,带来高温天气,这种现象也称为“热穹顶”。
热穹顶多发生在夏季,北上暖空气给它提供了热量来源。
北半球西风带内,大气运动呈波浪起伏式,向北凸起的波峰称为高压脊,高压脊在发展演变过程中不断北伸,当它与南方暖空气的联系被冷空气切断后,在北侧出现一个孤立的闭合暖高压中心。暖高压中心阻碍西风带内天气系统向东移动,于是称之为“阻塞高压”。某年一段时间美国中西部长时间受此天气系统的影响。下图为北美某年6月份气压分布图。据此完成1~2题。
1.该地阻塞高压暖空气的最初来源是
A.赤道地区 B.加勒比海地区
C.美国中西部 D.水汽释放潜热
2.据材料分析此天气系统的特点是
A.带来高温高湿的天气
B.促使美国中部变得湿润
C.移动速度慢,较为稳定
D.活跃多变,移动速度快
A
C
【答案】1. A 2. C【解析】1.依据材料信息分析可知,“阻塞高压”是西风带槽脊的发展演变过程中,高压脊不断北伸时,其南部与南方暖空气的联系会被冷空气所切断,在北边出现闭合环流,形成的暖高压中心。故阻塞高压是西风带来的,依据三圈环流形成过程可知,中纬西风来自副热带高气压带,而副热带高压的形成主要是因为赤道低气压带的上升气流到上空,受气压梯度力影响,向极地地区上空流去,由于受地转偏向力的作用,到纬度20-30处,堆聚下沉,使近地面大气密度增大,气压增高,从而形成高压带。所以暖空气的最初来源是赤道地区,A正确;6月份与陆地相比,加勒比海地区温度不高,排除B;美国中西部地势高,气温不高,故不是暖空气的来源,排除C;与水汽释放潜热关系不大,故排除D。所以本题选A。2.具体分析材料可知,本天气系统长时间影响美国中西部,说明其稳定,变化小,C正确,D错;高压直接影响下的地区,降水较少,不会带来高湿的天气,因此,也不会促使美国中部变得湿润,A、B错。所以本题选C。
热点探究——冷涡
冷涡,是西风急流上的低压槽演变而来的低压中心,由冷空气控制。
本质就是在高空逆时针旋转的冷低压。
中心以下沉气流为主;
周边产生强对流天气,是因为它在高空提供冷空气,与低空暖湿空气形成上冷下暖的强烈不稳定层结
冷涡中心以下沉气流为主(冷空气下沉、抑制对流),所以常是晴好天气。强对流出现在冷涡外围的东南侧、南侧、或槽前(即冷空气与暖湿空气交汇的区域)。
冷涡产生强对流天气,是因为它在高空提供冷空气,与低空暖湿空气形成上冷下暖的强烈不稳定层结,同时冷涡的动力抬升和垂直风切变触发并组织了对流发展。
东北冷涡是在高空旋转的冷性涡旋系统,它的中心温度比周边低,因此被称为冷性涡旋,简称冷涡。而暖性涡旋(如台风)中心温度比周边高。2021年4月30日18时至22时,江苏省沿海南通市部分地区受东北冷涡影响,出现了极端天气,造成重大的经济损失。据此完成下面小题。
1.在下列天气系统中,东北冷涡应属于:
D
东北冷涡是在高空旋转的冷性涡旋系统,它的中心温度比周边低,因此被称为冷性涡旋,简称冷涡。而暖性涡旋(如台风)中心温度比周边高。2021年4月30日18时至22时,江苏省沿海南通市部分地区受东北冷涡影响,出现了极端天气,造成重大的经济损失。据此完成下面小题。
A
2.受东北冷涡影响,导致南通市部分地区出现:
A.强对流天气
B.连续阴雨天气
C.高温暴雨天气
D.持续伏旱天气
1.D【解析】冷涡是冷性低涡的简称,是在高空旋转的冷性涡旋系统,选项中AB为锋面系统,没有气流的旋转,故排除AB;读图可知,C选项的气压中心气压中间高,四周低,气流向外辐散,为一反气旋系统,不符合冷涡的定义,C错误;D选项中的气压中心气压中间低,四周高,气流向中心旋转辐合,符合冷涡的定义,D正确。
2.A【解析】南通市地处沿海,有从海上带来的丰富水汽,受东北冷涡影响,强干冷空气入侵,且处于江海交汇点,风速辐合叠加在一起加强了低压系统的抬升条件,易诱发强对流天气。A正确;冷涡的影响一般较为短暂强烈,不会出现连续阴雨的天气,B错误;冷涡为一低压中心,且中心气温较低,故不会出现高温和持续伏旱的天气,CD错误。
热点探究——北极涛动
概念
北极涛动,指北半球北极地区与中纬度地区(约北纬45度)气压差值的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数,可分为正位相和负位相。
当北极涛动处于正位相时,北极的高压气压系统与中纬度地区的低气压系统气压差较正常强,气压差是中纬度减北极。
限制了极区冷空气向南扩展,中纬度暖冬
热点探究——北极涛动
概念
北极涛动,指北半球北极地区与中纬度地区(约北纬45度)气压差值的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数,可分为正位相和负位相。
当北极涛动处于负位相时,北极的高压气压系统与中纬度地区的低气压系统的气压差较正常弱。
冷空气较易向南侵袭,中纬度冷冬
全球气候变暖属于负位相
热点探究——北极放大效应
指地球两极地区(尤其是北极)的气温上升速度明显快于全球平均水平的现象。其强度通常用极地地表增温与全球平均地表增温的比值来表示。
过去几十年,北极的变暖速率几乎是全球平均的2-3倍,而南极部分地区也出现了类似趋势。
概念
热点探究——北极放大效应
原因
全球变暖,海冰消融;
海水的反射率低,能吸收和储存更多的太阳辐射,海水升温后会释放辐射能量,即通过长波辐射对近地面的大气进行“加热”,导致近地面空气升温。
1.海冰的反射率
热点探究——北极放大效应
原因
2.水汽和云层
全球气候变暖,极地海冰融化 、海水蒸发,大气中水汽和云量增多。
云和水汽能强烈吸收地面辐射(热量)而增温,然后以大气逆辐射的形式向地面传递长波辐射,大气的保温作用增强,造成北极地区升温。
热点探究——北极放大效应
夏季海冰融化最多时,极地的增温却不明显,为什么?
① 空气比海水暖:夏季极地近地面的气温略高于海温,热量从空气传给海水(感热通量的方向是从大气传向海洋),无法加热大气。
② 融冰吸热:夏季海冰融化时会大量吸热,进一步抑制气温上升。
大气比海水增温更快。
热点探究——北极放大效应
夏季海冰融化最多时,极地的增温却不明显,为什么?
③冬季处于极夜,几乎无太阳辐射,云和水汽增多造成的保温效应更显著;
夏季,北极太阳辐射增强, 此时云和水汽增多导致的 “遮阳伞”效果与 “保温被”效果几乎可以相互抵消,即云和水汽增加对地表温度的影响较小。
冬季依然大面积结冰,但冰不再完整严实,出现大量冰间湖、薄冰区、冰裂缝,这些无冰/ 薄冰水面才是冬季蒸发、增云的核心源头。
热点探究——北极放大效应
原因
3.大气环流和洋流的热量输送
当低纬度地区的暖湿空气(如盛行西风等)和温暖海水(如北大西洋暖流等)到达北极时,它们释放出热量,使得北极地区的温度升高、海冰消融。
热点探究——北极放大效应
原因
4.大气稳定状况
在极地冬季,近地面空气比高空更冷,容易形成逆温层。
极地冬季处于极夜期,太阳辐射几乎为零,地表持续通过长波辐射向外辐射散失热量,温度急剧下降;
冷空气密度大,容易滞留在低空,而在静止的冷空气层上方,可能存在来自较低纬度的较暖空气平流,或残余的太阳辐射被高层大气吸收(如臭氧层吸收紫外线),温度较近地面空气高。
热点探究——北极放大效应
逆温层的存在,导致近海面热量不易散失(大气稳定,热量难以垂直交换),近地气温进一步上升,加剧极地变暖效应。
夏季海冰融化时,海水吸收并储存了大量热量,到了冬季,北极进入极夜,太阳长时间不露面,这里越来越冷。这时,海洋里的“热量存货”开始释放了。
虽然海面结了冰,但冰下的海水温度仍比上面的空气温度高。这些热量通过开阔水面(融冰区)、冰间裂缝、薄冰区域,甚至通过冰层本身的缓慢传导,一点一点地向上传递,加热附近的空气。
因为高空可能有从低纬度来的相对暖的空气,在冬季,容易形成了“上暖下冷”的逆温层。这个逆温层就像给北极加了个“保温盖”:
如果没有这个“保温盖”,海洋释放的热量可能会一直往上跑,散失到太空。
但有了这个“保温盖”,热量会被挡回,散不出去,只能反复加热地面和低空。反过来,北极放大效应会使逆温层减弱。
热点探究——北极放大效应
原因
5.气溶胶、沙尘等
当北极气温升高、海冰减少,更多的开阔海面会让浮游生物大量繁殖,并向大气释放气溶胶,这些气溶胶颗粒增加了云凝结核浓度,从而促进了低云的形成,加剧了大气的保温作用。
同时,落在冰雪上的黑碳、沙尘等污染物就像给白雪撒了一层黑灰,让原本反射阳光的冰面变得更容易吸热,加速冰雪融化,使得极地变暖效应更加明显。
气溶胶,是悬浮在空气中的微小固体或液体颗粒,如雾、烟尘、海盐微粒等。
主要为自然源(火山灰、沙尘、海浪飞沫)和人为源(汽车尾气、工业排放、燃烧烟雾)。
气溶胶,是悬浮在空气中的微小固体或液体颗粒,比如雾、烟尘、海盐微粒等。
主要来自自然源(火山灰、沙尘、海浪飞沫)和人为源(汽车尾气、工业排放、燃烧烟雾)。
热点探究——北极放大效应
影响
① 海平面上升
两极地区有大量的冰川和冰盖,随着气温升高,这些冰川和冰盖加速融化,大量的淡水流入海洋,增加了海洋的水量,从而导致海平面上升。再加上台风、风暴潮等极端天气的共同作用,会淹没许多沿海城市和低地地区,威胁到人类的生存和经济发展。
气候
热点探究——北极放大效应
影响
② 极端天气增多
极地地区与中低纬度温差减弱,难以维持强大的西风急流,极地涡旋内的冷空气变得“躁动不安”,容易分裂南下,引发北半球冬季的极端寒潮(如美国德州2021年大寒潮)。
气候
热点探究——北极放大效应
影响
③ 生态系统破坏
一方面,极地永久冻土的融化,会释放大量甲烷,进一步加剧全球变暖。(碳源)
浮游生物增多→海洋生物泵增强(碳汇);
另一方面,北极熊、海豹等依赖海冰的动物栖息地减少,面临生存危机。
生态系统
热点探究——北极放大效应
影响
④人类活动
一方面在海冰消融影响下,北极航道有望开通,从而会大大缩减东北亚至欧洲和北美的距离,同时有助于北极本地资源的开发利用。
另一方面,海冰、冻土的融化导致资源开发的难度和成本增加,同时也面临着更大的环境风险。
优先练习“海 — 气相互作用”“碳源 / 碳汇判断”“极端天气成因” 类试题,
重点训练 “因果链表述”(综合题需分点清晰,每点含 “因→果”);
气候增暖在北极具有“极地放大效应”,导致多年冻土中储存的有机碳大量释放,并部分随河流输出到北冰洋。西伯利亚地区鄂毕河、勒拿河流域面积大致相当。下表和下图是其相关资料。
1.从大气受热过程的角度说明气候增暖在北极具有“极地放大效应”“放大”的含义。(6分)
全球变暖,北极冰雪融化,反射的太阳光减少,到达地面的太阳辐射增多;
地面吸收太阳辐射增多导致地面辐射增多;
大气吸收的地面辐射增多,增强了大气逆辐射,加强了对地面的保温作用,使气候增暖被放大。
2.分析勒拿河输出的有机碳远远大于鄂毕河的原因。(6分)
两者流域面积相当,但勒拿河冻土覆盖率更高,冻土面积更大,储存的有机碳多;
在全球变暖影响下解冻的土壤面积更大,释放的土壤有机碳更多;
勒拿河径流量更大,输送能力更强。
气候增暖在北极具有“极地放大效应”,导致多年冻土中储存的有机碳大量释放,并部分随河流输出到北冰洋。西伯利亚地区鄂毕河、勒拿河流域面积大致相当。下表和下图是其相关资料。
3.与北极地区相比较,青藏高原地区气温的日较差更大,请说明原因。(6分)
青藏高原纬度低,且无极昼、极夜现象,太阳高度的日变化更大;
青藏高原的海拔高,空气稀薄。
白天,大气对太阳辐射的削弱小,地面获得的太阳辐射多,气温高;
夜晚大气的保温作用差,地面热量散失快,气温低,昼夜温差大。
南极海冰主要由咸水冰和冰山组成,其变化受水温、云量、洋流和冰川融化等多因素影响。研究表明,1980—2015年南极地区云量波动显著,海冰面积整体增大,但季节差异明显。下图示意1980—2015年南极海冰空间分布及同期云量年际变化。
结合所学知识,沿云量变化一海气相互作用—海冰面积的思路,说明冬夏季云量变化对南极海冰的影响。(9分)
1980-2015年期间,冬季云量减少,夏季云量增加;
南极海冰面积整体呈波动增加趋势;
云量的增减会影响南极海面海水温度,进而对该海区海冰面积造成影响。
冬季,南极以极夜为主,太阳辐射极少;云量减少会使大气逆辐射减弱;地面和海面辐射冷却效应增强,从而导致海温下降,有利于海冰生成;
夏季,南极以极昼为主,太阳辐射强;云量增加会反射和散射更多的太阳短波辐射,削弱到达海面的太阳辐射;使海面吸收的热量减少,海温降低,从而抑制海冰融化,使得南极海冰面积增加。
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