【教案】4.3第三节 海—气相互作用及其影响 鲁教版选择性必修1第4单元 水体运动的影响

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第4单元 水体运动的影响
第三节　海—气相互作用及其影响
课标要求 　　运用图表，分析海—气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响。
素养解读 1.通过相关的统计图表，运用综合思维了解海—气相互作用，理解海—气相互作用对全球水热平衡的影响。2.通过视频资料和图表资料，了解厄尔尼诺现象、拉尼娜现象，从区域认知的角度运用综合思维理解这两种现象对全球气候和人类活动的影响。
逐点探究(一)　海—气相互作用
[必备基础]
1．海洋对大气的作用
作用 方式(或原因) 表现
提供热能 通过长波辐射和蒸发潜热 海洋吸收太阳辐射能，并储存在大洋表层，以长波辐射等方式输送给大气
提供水汽 通过蒸发作用 与水温相关，水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度越大
调节气温 海水热容量大，增温、冷却都比陆地 海洋上空的气温变化滞后于陆地上空；受海洋影响大的地区，气温日较差和年较差都比较
调节成分 海洋通过生物固碳作用，调节大气中的二氧化碳含量；通过浮游植物的光合作用，向大气提供再生氧气 缓解温室效应，影响大气环流，维持大气的碳氧平衡
2．大气对海洋的作用
影响 方式 表现
海水运动 大气运动能够推动海水运动，形成风海流与风浪 北大西洋暖流、北太平洋暖流、南半球的西风漂流、离岸流
大气参与海陆间水循环，大气云层可减弱海面太阳辐射，影响海面增温，进而影响海水运动
海水性质 温度 上升补偿流使受其影响的海区水温比同纬度海区低 南北纬10°～30°的大洋东部海区水温较同纬度低
大气云层可减弱海面太阳辐射，影响其增温
盐度 大气参与海陆间水循环，通过降水直接影响海水盐度的分布 降水多的海区，海水盐度较低，反之，盐度较高
提供营养元素 大气中的一些固体颗粒物通过沉降作用进入海洋 使得浮游生物繁盛，固定更多的碳，释放更多的氧
3．海—气相互作用对全球水热平衡的影响
影响 表现
促进水平衡 海—气通过水循环的主要环节——蒸发、降水等维持了地球的水平衡：地球上多年平均降水量等于多年平均蒸发量，总水量基本不变
促进热量平衡 不同纬度海洋对大气加热的差异，导致高低纬之间的大气环流；海洋与陆地的热力性质的差异，形成季风环流。这些大气环流和洋流将热量从低纬地区带到高纬地区，维持地球上的热量平衡
[关键能力]
大气圈与水圈之间的能量交换
1．大气圈与水圈(海洋)之间的热能传输与交换
海洋是太阳热能的巨大储藏库，由于海洋水体与大气之间的温度差异，大气圈与水圈之间的热能交换在一刻不停地进行着。海洋对大气的作用，主要是通过输送大量的热能来改变大气运动，而大气对海洋的作用，则主要是通过风的驱动作用将动能传输给海洋，并通过大气与水面的摩擦作用来驱动水体流动。如图所示：
2．大气圈与水圈(海洋)之间的势能传输与交换
大气圈与水圈之间还存在势能的传输与交换。当气压升高时，海面就会降低；当气压降低时，海面就会相应升高。
气压升高→海面降低→势能减小；气压降低→海面升高→势能增大。
[学科素养]
材料一　全球水平衡，是质量守恒定律在全球水循环中的特定表现形式。通过全球水循环，平均每年从陆地和海洋蒸发的水量为577×103 km3，等于每年降到地球表面的降水量。下图是全球水平衡示意图。
材料二　科学观测显示，在南北纬30°之间的海区获得太阳辐射量大于支出量而有盈余，而高纬度海区海水的热量损失非常严重。
[思考探究]
1．结合材料一中示意图的数据，分析全球水量平衡，并说明大气中水汽的主要来源。
提示：海洋(458×103km3)和陆地(119×103km3)降水量之和为577×103 km3，海洋(505×103km3)和陆地(72×103km3)蒸发量之和为577×103km3，这两个数据相同，说明全球的降水量与蒸发量相等，维持了水量的平衡。海洋蒸发量(505×103km3)占全球降水量(577 ×103km3)的87.5%，说明海洋是大气中水汽的主要来源。
2．分析南北纬30°附近海域海水温度不会持续上升和高纬度海区海水温度不会持续下降的原因。
提示：低纬度海区通过海水运动(洋流运动)和大气环流将盈余的热量输送到高纬度海区，使得低纬度海区的海水温度不会持续上升，高纬度海区的水温不会持续下降。
[训练评价]
海洋占据了地球表面积的70.8%，到达地表的太阳辐射约有80%被海洋所吸收。下图是北大西洋向大气输送热量的年总值(×0.484 W/m)分布示意图。据此完成1～3题。
1．海洋向大气输送热量的最主要方式是(　　)
A．海面短波辐射　　　　 B．海—气间对流
C．蒸发潜热输送 D．洋流热量输送
2．影响20°N沿线数值分布差异的是(　　)
A．太阳辐射 B．洋流分布
C．陆地面积 D．大气运动
3．数值为0或负值的海区(　　)
A．鱼类稀少 B．盛行西风
C．多雾少雨 D．海水下沉
解析：1.C　2.B　3.C　第1题，海面辐射相对太阳辐射，温度低，是长波辐射，A错误。海洋表面的水获得太阳辐射热量，蒸发变成水汽，进入大气中，这不是对流方式，B错误。海洋主要通过长波辐射和潜热方式向大气输送热量，C正确，D错误。第2题，受太阳辐射影响，等值线应该与纬线大致平行，与图示不符，A错误；据20°N沿线数值分布规律看，墨西哥湾沿岸输送热量值较大，是受墨西哥湾暖流影响，蒸发旺盛，释放到大气中的潜热丰富，B正确；据等值线分布，可知此处海—气热量输送与陆地面积和大气运动关系不大，C、D错误。第3题，影响海洋与大气间热量交换的因素主要是水温和洋流性质，水温高，向大气输送的热量多，多雾；海面受太阳辐射少，温度降低，少雨，水汽凝结少，释放热量少，C正确；20°N附近，不受盛行西风带控制，B错误；鱼类稀少、海水下沉与之关系不大，A、D错误。
4．读北半球海洋热量收支随纬度的变化图，回答下列问题。
(1)图中“热量收入曲线”随纬度分布的规律是__________________________________，产生的原因是__________________________________________________________________。
(2)图中“热量支出曲线”的纬度分布的规律是__________________________________。在副热带海区辐射为最高值原因主要是____________________________________________。
(3)图中两条曲线的交点表示的意义是_________________________________________，交点以南区域表示____________________________，交点以北尤其是60°以北的区域表示________________；由于一年中世界海洋的热量收支基本是平衡的，高低纬度之间的热量交换主要动力是__________________________________________________________________。
解析：第(1)(2)题，根据图中纬度并结合所学知识，分析两条统计曲线随纬度分布的规律，并说明热量收入与热量支出两条曲线之间的关系。第(3)题，两条曲线的交点，表示热量收支平衡，交点以南即图中交点左侧，热量收入大于支出；交点以北即图中交点右侧，热量支出大于收入；一年中世界海洋热量收支基本平衡的主要原因是大气环流与大洋环流使高低纬之间热量进行了交换。
答案：(1)从低纬度向高纬度递减　太阳辐射受地球球体形状的影响，纬度越高接受太阳辐射的热量越少
(2)以副热带海区为中心分别向两侧递减　受副热带高气压带控制，蒸发量大于降水量
(3)热量收入和热量支出处于相等状态　热量收入大于热量支出，属于热量盈余　海洋热量亏损　大气环流与大洋洋流
逐点探究(二)　厄尔尼诺与拉尼娜现象
[关键能力]
1．列表比较正常年份与厄尔尼诺年份
正常年份 厄尔尼诺发生年份
图示
洋流 秘鲁寒流和沿岸上升流作用强烈 上升流减弱，温暖海水从赤道向南流动
生物 秘鲁寒流及上升流带来丰富的饵料，形成渔场 该海区水温升高，营养物质减少，浮游生物和鱼类、鸟类死亡
大气环流 存在对流性环流，太平洋西岸气流上升，东岸气流下沉 形成增强型对流，太平洋中部气流上升，西岸气流下沉，东岸下沉气流因水温升高而减弱
天气气候 太平洋西岸降水较多，东岸降水较少 澳大利亚以及印度、非洲等地出现严重旱灾，太平洋东岸荒漠地带暴雨成灾
2．厄尔尼诺现象与拉尼娜现象的区别
厄尔尼诺现象 拉尼娜现象
影响 洋流 温暖海水从赤道向南流动，迫使秘鲁寒流向西流动；赤道逆流增强 当太平洋东部的秘鲁寒流过于强盛时，冷水沿赤道附近海域向西扩散到更远；赤道逆流减弱
东南信风 弱 强
太平洋表层水温 赤道附近太平洋西岸降低，东岸升高 赤道附近太平洋西岸升高，东岸降低
天气、气候 太平洋西岸的澳大利亚以及印度、非洲等地出现严重旱灾，太平洋东岸荒漠地带暴雨成灾 赤道中东太平洋海域，海面气压偏高，云量减少；赤道西太平洋海域，海面气压偏低，对流活动加强，云量增多，降水偏多
关联性 拉尼娜现象一般出现在厄尔尼诺现象之后
[学科素养]
厄尔尼诺现象和拉尼娜现象是赤道中、东太平洋海温冷暖交替变化的异常表现，这种海温的冷暖变化过程构成一种循环，当这两种现象发生时，太平洋东、西岸的气温和降水都发生明显变化。下图是厄尔尼诺现象和拉尼娜现象示意图。
[思考探究]
1．分析厄尔尼诺现象和拉尼娜现象成因的差异。
提示：两种现象发生的位置大体一致，厄尔尼诺现象是赤道太平洋中东部表层海水异常增温，而拉尼娜现象是赤道太平洋中东部表层海水异常降温。
2．分析厄尔尼诺现象和拉尼娜现象产生的原因。
提示：这两种现象实际上是大气环流异常导致的。当东南信风减弱时，发生厄尔尼诺现象；当东南信风增强时，发生拉尼娜现象。
[训练评价]
人们发现有些年份的12月下旬前后，秘鲁附近海域异常增温，温暖的海水“杀死”了大量鱼群，并引起相关环境变化，人们称此现象为厄尔尼诺现象。据此回答1～2题。
1．厄尔尼诺现象对气候的影响主要有(　　)
①使其所在区域的气温低于多年平均值　②向秘鲁附近海域的大气输送大量热量　③扰乱了常规洋流模式，使气候异常　④使全球降水总量变化，降水异常增多
A．①②　　　　　　　　　 B．②③
C．①④ D．②④
2．厄尔尼诺现象反映了海洋对大气的影响。反之，大气对海洋也有影响。下列关于大气对海洋影响的叙述，正确的是(　　)
A．大气运动引起风浪、潮汐、洋流等海水运动
B．大气降水与蒸发的强弱影响海水的盐度
C．大气温度的高低与海冰的分布范围无关
D．海洋上空的云层反射太阳辐射使海面增温
解析：1.B　2.B　第1题，厄尔尼诺现象，是太平洋一种反常的自然现象，每年的11月至次年的3月正值南半球的夏季，南半球海域水温普遍升高，向西流动的赤道暖流得到加强。恰逢此时，全球的气压带和风带向南移动，东北信风越过赤道受到南半球地转偏向力的作用，向左偏转成西北季风。西北季风不但削弱了秘鲁西海岸的离岸风——东南信风，使秘鲁寒流冷水上泛减弱甚至消失，而且吹拂着水温较高的赤道暖流南下，使秘鲁寒流的水温反常升高。②③正确，B正确。第2题，潮汐不是大气运动引起的，A错误；大气降水与蒸发的强弱影响海水的盐度，B正确；大气温度的高低影响海冰的分布范围，C错误；海洋上空的云层反射太阳辐射使海面降温，D错误。
沃克环流是赤道海洋表面因水温的东西差异而产生的一种热力环流(下图)，它的形成与赤道附近的洋流性质有关。沃克环流的强弱变化，是判断“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象的重要依据。据此完成3～4题。
3．沃克环流正常年份，太平洋赤道附近海域(　　)
A．大洋的东部为暖流 B．大洋的西部为寒流
C．大洋东部水温偏高 D．大洋西部水温偏高
4．沃克环流减弱时，澳大利亚气候将趋于(　　)
A．暖湿 B．暖干
C．冷湿 D．冷干
解析：3.D　4.D　第3题，沃克环流发生在赤道附近，大洋东部为寒流，大洋西部为暖流，A、B错；由图可看出沃克环流大洋东部气流下沉，大洋西部气流上升，所以大洋东部水温偏低，大洋西部水温偏高，C错，D对。第4题，沃克环流减弱，说明大洋东西部的温差减小，则大洋西部东澳大利亚暖流势力减弱，暖流增温增湿作用减弱，加上沃克环流减弱后大洋西部上升气流减弱，所以澳大利亚的气候将趋于冷干，D对。
5．阅读图文材料，完成下列要求。
厄尔尼诺现象对秘鲁渔业资源和天气有严重影响，秘鲁北方可能降水增多，而南方可能降水减少。
注：正值表示增温，负值表示降温。
(1)简述厄尔尼诺发生时图1中所示太平洋海域表层水温异常的特点。
(2)据图分析厄尔尼诺的形成原因。
(3)分析厄尔尼诺发生时，秘鲁渔场鱼类大量死亡、鱼群逃离的原因。
解析：第(1)题，根据图示信息，正值为水温增加，负值为水温降低。由图可知，厄尔尼诺发生时，赤道附近中、东部秘鲁寒流会减弱，导致中、东部洋面增温最显著，由此向南北两侧(或向西北和东南方向)递减；赤道以北、以南远离大陆的大洋中部局部海域有降温现象。第(2)题，厄尔尼诺发生是由于太平洋赤道以南海域大气环流异常导致大洋环流异常所致。第(3)题，厄尔尼诺发生时，秘鲁渔场水温升高，冷水鱼不适应升高的水温；寒流减弱导致海水上泛减弱，大量营养盐类不能带至表层，鱼的饵料减少，导致鱼群逃离；海水中的溶解氧随水温升高而减少，大量鱼类缺氧而亡。
答案：(1)赤道附近中、东部洋面增温最显著，由此向南北两侧(或向西北和东南方向)递减；赤道以北、以南远离大陆的大洋中部局部海域有降温现象。
(2)由于(东南)信风(离岸风)减弱，海水上涌(或上泛)减弱，导致秘鲁寒流变弱，赤道中东部太平洋海域海水升温；该海域海水升温后，近洋面空气受热膨胀上升，形成低气压而太平洋西部气压相对较高，在水平气压梯度力作用下形成西风，风力吹拂，西太平洋暖海水自西向东流(或西太平洋暖海水回流)，遏制了秘鲁寒流的北上，加剧了太平洋中东部水温升高。
(3)水温升高，冷水鱼不适应升高的水温；海水上泛减弱，大量营养盐类不能带至表层，鱼的饵料减少，导致鱼群逃离；海水中的溶解氧随水温升高而减少，大量鱼类缺氧而亡。
[体系构建]
[学以致用]
1．加拉帕戈斯群岛隶属厄瓜多尔，距离南美大陆约1 000 km，位于东太平洋三大洋流(秘鲁寒流和南赤道暖流和赤道逆流)的交汇处。这里的动物以自己固有的特色进化，被称为“活的生物进化博物馆”和“海洋生物的大熔炉”。我国海南省某游客6月到该群岛中的费尔南迪纳岛旅行，他在朋友圈分享到：与家乡相比，这里甚是凉爽，滨海地少见林木，但草类茂盛，不时有浓雾汹涌而来。
请思考：分析费尔南迪纳岛“不时有浓雾汹涌而来”的原因。
提示：热带海洋广阔，水汽充足；暖空气与寒流水面接触，下层冷却，形成稳定的逆温层，水汽难以对流扩散；受寒流影响，水汽容易凝结成浓雾；在东南信风吹拂下，海上浓雾源源不断吹送到岛上。
2．拉尼娜现象是指赤道太平洋东部和中部海面温度持续异常偏冷的现象(与厄尔尼诺现象正好相反)。信风的存在使得大量暖水被吹送到赤道西太平洋地区，在赤道东太平洋地区暖水被刮走，主要靠海面以下的冷水进行补充，赤道东太平洋海温比西太平洋明显偏低。当信风加强时，赤道东太平洋深层海水上泛现象更加剧烈，导致海表温度异常偏低，使得气流在赤道太平洋东部下沉，而气流在西部的上升运动加剧，有利于信风加强，这进一步加剧赤道东太平洋冷水发展，引发所谓的拉尼娜现象。拉尼娜现象常与厄尔尼诺现象交替出现，但发生频率要比厄尔尼诺现象低。
请思考：拉尼娜现象是怎样反映海—气相互作用？
提示：拉尼娜现象是热带海洋和大气共同作用的产物。东南信风增强，导致赤道东太平洋海水异常偏低，体现了大气对海洋的作用；海水水温异常偏低，蒸发减少，会使得该地区更加干旱，体现了海洋对大气的作用。赤道西太平洋海区正好相反。
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