4.3 海—气相互作用（教案）——高中地理人教版（2019）选择性必修1

课程基本信息
课题 海-气相互作用
教学目标
教学目标：1.了解海-气相互作用的概念；2.运用图表，分析海-气相互作用对全球水热平衡的影响。3.结合实例，运用海-气相互作用的原理解释厄尔尼诺现象对全球气候和人类活动的影响。教学重点：海-气相互作用的表现及影响教学难点：海-气相互作用的表现及影响
教学过程
时间 教学环节 主要师生活动
导入 同学们大家好，我是来自北京市第一六一中学的罗云玲老师，本节课我们的课题是：海-气相互作用。【提问】在2015年的时候，有一位游客慕名去了南美洲西部的一个著名旅游地-这地儿在哪儿呢？【讲解】我们来看这张地图，这个旅游地位于智利北部的阿塔卡马地区，图中橘色区域表示阿塔卡马地区，这位游客非常兴奋的在网上分享了自己当时拍摄的照片。（下一页）【提问】老师这里呈现给大家两张照片，但是只有一张是当时这位游客拍摄的，同学们能从照片中获取和解读到了哪些地理信息呢？（下一页）【讲解】从上面这幅图中看到分布有大面积粉色的地理事物，我们从近处看这张照片，图中的粉色事物其实是大片草本植物开的花，由于规模非常大，所以呈现出壮观的花海景观；并且照片中，远处的山上能看出来有绿色植被覆盖。下面这幅图中主要是裸露的地表，地表分布有极少数的草本植物，植被覆盖率非常低，给人一种荒凉、萧条的感觉，这是荒漠景观。【提问】那同学们现在能推断哪张照片是这位游客拍的吗？请阐述你推断的理由。同学们可以结合这张区域图，调用大气环流、大洋环流等相关原理进行分析。【讲解】现在大家有自己的推断了吧，可能有同学认为游客拍到的是下面这幅荒漠照片，也有同学认为是花海景观。同学们所说理由不论对错，但有一点是值得肯定的，就是大家都敏锐地捕捉到了这两种景观最大的成因差异在于水分条件的差异。上图的植被覆盖率大，下图的植被覆盖率小，反映出花海地区的水分条件较好，而荒漠地区的水分条件差。那么，哪种情况与阿卡塔马地区的真实地理环境更相符呢？下面我们从阿塔卡马地区的地理位置入手，来看看这个地区的水分条件。（下一页）【提问】我们来看右图，阿塔卡马地区地处南美洲西部，西临太平洋，位于南回归线附近，那么，从大气环流的角度看，这个地区主要受什么气压带、风带的影响呢？同学们可以参照左边这幅南半球气压带风带的分布图。 【讲解】从纬度、海陆位置来看，应该是受东南信风和副热带高压的交替控制，我们知道东南信风在这个地区是由陆地吹向海洋，为离岸风，所以太平洋上的水汽难以被输送到阿塔卡马地区，有同学肯定要说那不还有南美洲东部的大西洋水汽吗？东南信风正好作为大西洋水汽输送的动力啊！东南信风携带的水汽能否到达这个地区，还需要考虑什么因素呢？我们需要考虑下垫面状况，南美洲的西部正好分布有高大的大致与海岸线平行的安第斯山脉，山脉拦截了大西洋的水汽，使得大西洋水汽难以到达阿塔卡马地区；而当副热带高压控制这个地区时，我们知道这个地区主要盛行下沉气流，降水更是稀少，因此，阿塔卡马沙漠地区的水汽特别少，缺乏降水的条件。并且，从大洋环流的角度看，同学们看右边的区域图，沿岸还分布有什么性质的洋流？是的，就是那支十分著名的秘鲁寒流，沿岸的寒流也进一步使得这里降水稀少。【提问】当然，如此阿塔卡马地区干旱的结果不仅仅是因为降水稀少，刚才我们关注到阿塔卡马地区地处南回归线附近，那你能判断这里的蒸发作用的强弱吗？【讲解】这里地处南回归线附近，纬度低，气温高，蒸发作用旺盛。由于水分的支出（主要是蒸发）远远大于收入（降水），所以这个地区成为世界最干燥的地区之一。（下一页） 【讲解】有气象观测数据显示阿塔卡马地区的平均年降水量小于0.1毫米，并且在1845至1936年的91年期间滴雨未下，这里就是被称为世界“干极”的阿塔卡马沙漠。（下一页）【过渡】那同学们是不是能做出判断了？根据我们的分析，阿塔卡马沙漠降水稀少，蒸发旺盛，水分条件差，植被难以生长，有同学肯定会说那必然是下面这幅荒漠景观是当时那位游客拍摄的。【讲解】下面这幅照片确实是阿塔卡马沙漠，但是，上面那副照片才是那位游客在2015年去旅游时拍摄的，同学们肯定有很多个疑问？这也太奇怪了？寸草不生的沙漠居然开花了？还被这位游客记录下来，分享给了全世界。据报道，这一奇观当时吸引了约两万多名来自世界各地的游客，带动了当地旅游业的发展。但是，为什么年降水量仅0.1毫米的沙漠会开满鲜花呢？要弄清楚这种反常现象的原因，就需要从地球的海洋与大气的相互作用说起。（下一页）
海-气相互作用与全球水热平衡 【讲解】我们来看这张图，这是2017年2月20日，我国自主研发的“风云四号”气象卫星首次拍摄到了地球全貌，这是一张我国航天史上具有历史意义的照片。从照片中我们能清楚看到，地球上大面积的蓝色海洋，根据初中所学的知识，我们知道海洋约占据了地球表面积的71%，那么，地球表面如此大面积的海洋和地球的大气之间则会产生全球尺度的相互作用与影响，主要表现在物质和能量的交换上，其中的水热交换对气候乃至自然环境具有深刻的影响。接下来，我们先来看海洋和大气对全球尺度水量的影响，那我们首先需要了解一下水量平衡原理。（下一页）【讲解】什么是水量平衡原理：从长期来看，全球水的总量没有什么变化，但是就一个地区来说，有时降水多，有时降水少。在某段时间内，一个地区的储水变化量是水量收入和支出的差额，这就是水量平衡原理。 同学们在高一已经学习过水循环原理，我们知道：水循环维持了全球水量的动态平衡，读右图，全球水量平衡示意图，完成活动一【提问】第一个问题：估算陆地和海洋对大气水汽的相对贡献，说明大气水汽的主要来源。【讲解】从图中可以看出，海洋为大气提供的水汽量约50.5万立方千米，而大陆仅提供了约7.2万立方千米，可见，海洋是大气中水汽的主要来源地。【提问】第二个问题：利用图中数据估算海洋蒸发和降水的差额，说明补充这个差额的水量来源。【讲解】图中数据显示海洋蒸发和降水的差额约4.7万立方千米，说明海水蒸发大于海洋上空的降水，但长时间来看海洋水并没有减少，这是因为大陆有4.7万立方千米的径流返回海洋，从而使得全球水量达到平衡。【过渡】接下来，我们以北大西洋暖流为例，来看海气的相互作用对全球热量平衡的影响。（下一页）【讲解】我们来看位于北欧的挪威城市卑尔根，右图为卑尔根的气候资料。读图，我们看到卑尔根在北纬60°附近，但冬季最冷月月均温高于零度，比较温和，这里海水终年不结冰，是北欧著名的不冻港。这就是北大西洋暖流的作用了。有数据统计，每年北大西洋暖流向西欧与北欧每千米海岸输送相当于燃烧6000万吨煤释放的热量。但是有科学家预测，如果现在北大西洋暖流消失，在未来20年里，这个地区的均温将下降6到10度，会让这里的冬天变得异常寒冷。可见，北大西洋暖流的重要性。【过渡】那，从全球尺度看是不是只有北大西洋暖流有这样的作用呢？（下一页）【讲解】我们来看左边这幅海洋与大气间水分和热量交换示意图，由于海水的比热容比较大，因此海洋吸收了到达地表的太阳辐射的大部分，并将巨大的热量储存在海洋表面，海洋表面就成为近地面空气主要的直接热量来源。右上这幅是北半球表层洋流的分布图，（指右图）图中有多支暖流源源不断的向较高纬度地区输送热量。【讲解】再结合右下这幅气压带、风带分布图，我们知道在北半球的中纬度地区，有著名的盛行西风将热量输送到纬度较高的地区（当然，西风同时也有水分的输送）。正是由于海洋和大气将热量由较低纬度地区源源不断的输送到较高纬度地区，才使得常年获得太阳辐射大的低纬度地区与常年获得太阳辐射量少的高纬度地区的热量差异缩小；并且，我们知道大洋环流的形成又是大气的水平运动-风提供的主要动力，如此看来，海-气相互作用通过大气环流与大洋环流，驱使着水分和热量在不同地区传输，维持了地球上水分和热量的平衡。（下一页）
厄尔尼诺现象 【提问】但是，如果短时间内，海洋表层水温升高或者降低，蒸发量增加或者减少，陆地会发生怎样的变化，请同学们利用水量平衡原理加以说明。（停顿2秒）【讲解】（指图）如果海洋蒸发量增加，陆地上的降水可能增多，径流也可能增多；反之同理。一旦，局部地区的水量平衡因为海洋水温异常而被打破，可能出现极端天气事件，这次“世界干极”阿塔卡马沙漠开花就与它有关，下面我们具体来看。（下一页）【提问】我们来看右图，（指图）一般情况下赤道附近太平洋中东部地区的表层海水水温比西部地区低，同学们知道这是为什么吗？提示一下，回忆这个纬度空间分布着哪个风带以及什么性质的洋流。【讲解】是的，由于东部地区的表层海水在偏东的信风吹拂下向西流动，这就是我们之前学过的赤道暖流！那么，东部海区的海水水位下降，但海洋为了保持平衡，同学们认为哪些区域的海水可能会来补充流走的海水呢？有深层的冷海水上翻补偿表层流走的海水，同时还有来自南、北美洲西海岸的寒流汇入，因此这个海区的水温偏低。【提问】此海区生活着大量适应冷海水的鱼类，那他们生存所需的食物是哪儿来的呢？ 【讲解】 由于这个海区上翻的冷海水带来了海底的营养盐类，这就使得浮游生物可以大量繁殖了，而这些浮游生物就成了鱼类的饵料，丰富的渔业资源造福了沿海的渔民；但西部地区就不同了，由赤道暖流带来的暖海水向西汇集在赤道太平洋西部地区，使得这个区域变成一个“暖池”，表层海水水温较高。【提问】回顾高一的热力环流知识，正是因为赤道太平洋东西两侧的表层海水温度差异大，因此，赤道太平洋东西两侧的大气也会形成环流，同学们能在图中用箭头表示大气运动方向吗？使之形成环流圈。【讲解】（指图）由于西部区域水温较高，因此近地面空气受热上升，近地面形成低压；而东部地区水温较低，近地面空气收缩下沉，近地面形成高压，如此一来，空气在气压梯度的作用下，会从东部地区的高压流向西部地区的低压，高空也存在气压气度，空气也会由高压流向低压，从而在赤道太平洋上空形成了大气环流。（下一页）【讲解】这个大气环流最早是英国的气象学家吉尔伯特·沃克爵士于20世纪20年代发现的，为了纪念沃克的开创性工作，人们将此大气环流命名为“沃克环流”。那么，受沃克环流的影响，东部、西部地区的降水状况如何呢？西部地区受上升气流控制，降水比较丰富，气候湿润；东部地区受下沉气流控制，降水比较少，气候干旱。但是，每隔几年沃克环流都会出现异常。（下一页）【讲解】大约在200多年前，生活在赤道附近太平洋东海岸的渔民发现一种奇怪的现象，每隔几年，靠近厄瓜多尔和秘鲁海岸的表层海水温度会明显升高，沿海的鱼群会神秘消失，海鸟也会大量死亡。与此同时，世界其他地方暴雨洪涝、高温干旱、森林大火、暴风雪等极端天气事件频发，一些地方甚至会出现旱涝急转，由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后，于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将它与圣诞节联系起来，称其为“圣婴”，西班牙语音译成汉语则为“厄尔尼诺”。（下一页）【讲解】下面我们来看这张图，这是1998年12月厄尔尼诺现象发生时太平洋表层水温异常示意图，读图例：“海温距平”是指此时段海水温度与多年平均值的差值，如果差值为正，说明升温明显，如果为负值，说明降温明显。【提问】请同学们读图，描述赤道附近太平洋中东部与西部海区的海温距平特点。【讲解】赤道附近太平洋中东部地区升温明显，尤其东部地区，表层海水水温升高甚至超过5度；而西部地区升温弱，甚至出现负值。后来，经过科学家持续的大量观测，发现厄尔尼诺现象一般两到七年发生一次，其实，这次世界干季阿塔卡马沙漠开花就是厄尔尼诺事件带来的影响。（下一页）【提问】下面，请同学们尝试通过画图来说明厄尔尼诺现象对沃克环流的影响，并解释（2015年阿塔卡马）沙漠开花的原因。（下一页）【讲解】赤道附近太平洋东部地区的海水水温升高，下沉气流减弱或者消失，甚至出现上升气流，导致沿岸的降水增多，气候由原来的干旱转变为湿润，这时，阿塔卡马沙漠中数百万种子终于盼来了久违的雨水，开始疯狂生长，造就了“沙漠开花”的奇观，吸引了世界各地游客前来观赏。【过渡】但是，常年如此干旱的地区突然降雨，这事儿还得辩证的来看。（下一页）【讲解】实际上，这次厄尔尼诺事件还导致秘鲁出现了十年来最严重的洪水灾害，我们来看这张图，图中的秘鲁人民正在洪水中艰难前行，2017年3月的这次洪水造成了近百人死亡，数万人受灾。（下一页）【提问】而此时的赤道附近太平洋西部地区又有何变化呢？【讲解】此时，太平洋西部地区的水温降低，导致上升气流减弱或者消失。【提问】如果西部与东部海区的水温差异大到一定程度，西部地区也有可能转变为下沉气流，这对沿岸地区的地理环境有何影响呢？ 【讲解】首先会导致赤道太平洋西岸沿岸的降水减少，原本湿润多雨的气候转变为干燥少雨，2015年到2016年期间，位于该地区的印度尼西亚遭受了近20年来最严重的旱灾。同学们去年肯定没少听新闻报道澳大利亚全国尺度持续大半年的森林火灾吧，2019年也已经被确定为厄尔尼诺年。而且，在厄尔尼诺现象强烈的年份，海洋的异常变化还会给全球气候带来重大影响。从北半球到南半球，从非洲到拉美，气候都可能变得异常，该凉爽的地方骄阳似火，温暖如春的季节突然下起大雪，雨季到来却迟迟滴雨不下，正值旱季却洪水泛滥……【讲解】可见，厄尔尼诺现象出现时，沃克环流会减弱、消失，甚至出现与原来完全反向的大气环流，导致大气环流异常，大气的异常又反映在了一系列地理环境的变化上，从而对人类活动产生深刻影响。 【过渡】经过科学家的不断探索，我们还发现往往厄尔尼诺现象结束后，会伴随着另一种异常现象（下一页）【讲解】赤道附近太平洋中东部海区的温度异常降低的现象，人们称之为拉尼娜现象；对于这个现象我们比较容易理解，请同学们对比拉尼娜现象与厄尔尼诺现象，在课后完成下列表格。（下一页）
课堂小结 【讲解】同学们，经过本节课的学习，我们知道：地球表面大面积的海洋与地球的大气通过大洋环流和大气环流，维持了地球上水分和热量的平衡，但是，如果海洋发生异常，会引发大气异常，导致局部地区水热失衡，进而对全球尺度的各地区天气和气候产生深刻影响，其中，每隔几年发生的厄尔尼诺现象就是典型代表，所以我们重点以厄尔尼诺现象为例，分析了海洋异常对大气的影响。 厄尔尼诺现象带给我们很多启示，比如大陆上的气候异常，往往需要从海洋上找答案；局部海区的水温异常，其影响范围可能扩展到全球，科学家们正在对海洋进行更为深入、系统的研究，并发现厄尔尼诺现象与全球的极端气象事件有一定相关性，但到目前为止，我们对厄尔尼诺现象的成因和影响机制的了解还是很有限，也期待同学们学有所成之时，能为之做出自己的贡献。这就是本节课的主要内容，同学们再见。