大气受热过程与热力环流

引言

高中地理教学中，大气受热过程与热力环流是自然地理核心知识，是理解复杂地理现象的基础。但内容抽象，涉及物理原理多，学生理解难、难将理论与实际结合。城市热岛效应是普遍的城市气候现象，与大气受热和热力环流密切相关，是连接理论与现实的绝佳教学案例。以其为载体教学，能助学生掌握原理，引导关注城市环境问题，培养解决实际问题能力。因此，本文以城市热岛效应教学为例，深入探讨大气受热过程与热力环流，为地理教学提供参考。

一、大气受热过程的原理解析

（一）太阳辐射：大气受热的初始能量来源

太阳是太阳系中心天体，持续向外辐射巨大能量即太阳辐射。其能量集中在可见光区，波长较短，称短波辐射。太阳辐射穿过地球大气层时，与大气发生反射、散射和吸收等相互作用。云层、尘埃反射部分太阳辐射，水汽、二氧化碳等气体选择性吸收少量紫外线和红外线，大部分可见光可穿过大气层到达地面。统计显示，到达地球大气上界的太阳辐射约 50% 能到地面，是地面增温主要能量来源。教学时，可用示意图展示太阳辐射在大气层中的传播过程，助学生理解大气对太阳辐射的削弱作用。

（二）地面辐射：大气受热的主要能量来源

地球表面吸收太阳辐射升温后释放地面辐射。因地面温度远低于太阳，地面辐射波长较长，属长波辐射。地面辐射能量大部分被大气中水汽、二氧化碳、甲烷等温室气体吸收，这些气体能截留能量使大气升温。研究表明，大气吸收的地面辐射能量占比达 75% -95% ，所以地面辐射是大气受热主要来源。教学时，可结合生活实例，如晴朗夜晚比多云夜晚气温低，引导学生思考。

（三）大气辐射与大气逆辐射：大气保温作用的关键

大气吸收地面辐射升温后向外释放能量，形成大气辐射，属长波辐射，其方向有向上宇宙空间和向下地面的，向下的称大气逆辐射。大气逆辐射将部分能量返还地面，弥补地面辐射损失，起到保温作用，此过程叫大气保温效应（温室效应）。大气逆辐射强弱与温室气体含量、云层厚度有关，含量越高、云层越厚，逆辐射越强、保温越好。如冬季农民燃烧秸秆制造烟雾，其中尘埃和二氧化碳增强大气逆辐射，提高地表温度，防农作物受冻，这是大气保温作用在农业生产的应用。

二、热力环流的形成原理与常见形式

（一）热力环流的形成过程

在教学过程中，可以通过实验演示的方式帮助学生理解热力环流的形成过程。例如，在一个透明的玻璃容器中，一侧放置热水，另一侧放置冰块，在容器上方放置点燃的香，观察香的烟雾运动轨迹。可以发现，烟雾会从冰块一侧（冷区）下沉，然后向热水一侧（热区）流动，到达热水上方后上升，再向冰块一侧流动，形成一个循环，直观地展示了热力环流的形成。

（二）热力环流的常见形式

热力环流在自然界广泛存在，常见形式有城市热岛效应环流、海陆风、山谷风等。海陆风因海洋和陆地热力性质差异形成：白天陆地升温快、气压低，海洋升温慢、气压高，空气从海洋流向陆地形成海风；夜晚陆地降温快、气压高，海洋降温慢、气压低，空气从陆地流向海洋形成陆风。山谷风由山坡和山谷热力性质差异导致：白天山坡升温快，空气上升，山谷空气流向山坡形成谷风；夜晚山坡降温快，空气下沉，流向山谷形成山风。教学中对比分析这些热力环流，能让学生掌握形成的共性原理，了解不同地理环境下的特殊性，拓宽地理视野。

三、以城市热岛效应为案例的教学实践策略

（一）创设真实教学情境，激发学生学习兴趣

在教学开始时，可以通过播放城市热岛效应的相关视频、展示城市与郊区的温度对比数据、呈现城市高温天气对居民生活影响的新闻报道等方式，创设真实的教学情境，让学生直观感受城市热岛效应的存在及其影响，激发学生的学习兴趣和探究欲望。例如，播放一段夏季城市中心区域高温难耐，而郊区却相对凉爽的视频，引导学生思考：为什么城市中心区域的温度会比郊区高？城市热岛效应是如何形成的？从而自然地引入大气受热过程与热力环流的知识点。

（二）结合实验与模拟，深化学生对原理的理解

大气受热过程与热力环流具有较强的抽象性，通过实验和模拟能够将抽象的知识具体化、形象化，帮助学生更好地理解原理。在教学过程中，可以组织学生进行热力环流实验，如前面提到的 “热水与冰块” 实验，让学生亲自动手操作，观察实验现象，分析实验结果，总结热力环流的形成过程。同时，还可以利用地理信息技术，如 GIS、遥感等，模拟城市热岛效应的形成过程和变化规律，展示城市下垫面、人为热排放、大气成分等因素对城市热岛效应的影响。通过实验与模拟相结合的方式，能够让学生从不同角度理解大气受热过程与热力环流的原理，以及它们在城市热岛效应中的作用。

（三）开展小组合作探究，培养学生综合能力

在教学中，可以设计小组合作探究任务，让学生以小组为单位，围绕城市热岛效应的相关问题进行探究。例如，布置探究任务：“分析你所在城市热岛效应的现状、成因，并提出针对性的缓解措施”。各小组通过查阅资料、实地调查、数据分析等方式，开展探究活动，然后进行小组汇报和交流。在探究过程中，学生不仅能够深入了解城市热岛效应的相关知识，还能够培养信息收集与处理能力、分析问题与解决问题的能力、团队合作能力和语言表达能力。教师在学生探究过程中，应给予适当的指导和帮助，引导学生正确运用大气受热过程与热力环流的原理进行分析，确保探究活动的顺利开展。

四、结语

本文以城市热岛效应为教学案例，系统梳理了大气受热过程与热力环流的核心原理，并深入探讨了二者在城市环境中的实际体现与教学应用路径。未来，在地理教学中可进一步拓展案例边界，如结合不同气候区城市热岛效应的差异、极端天气下热岛效应的变化等，深化学生对原理适用性与复杂性的认知；同时，可借助更多数字化教学工具，如实时气象数据平台、城市气候模拟软件等，让教学更具时效性与互动性，推动大气受热过程与热力环流教学向更贴近现实、更注重实践的方向发展，为培养具备环境意识与创新能力的地理学习者奠定基础。

参考文献

[1] 李丽娜 . 基于地理实践力培养的高中地理实验教学——以 "大气受热过程与热力环流 " 为例 [J]. 教育观察 ， 2023（8）：44-48.

[2] 黎亮 ， 杨智翔 ， 宁玮 . 基于地理信息技术的城市热岛效应分析——以南昌市为例 [J]. 江西科学 ， 2024， 42（2）：405-410.

[3] 柯琳琳， 黄子璇， 张绿水. 南昌市城市热岛效应时空变化特征及模拟预测研究 [J]. 南方林业科学 ， 2024（001）：052.