3.1常见天气系统（教学设计）-高中地理人教版（2019）选择性必修1

课题 常见天气系统（第一课时）
教学目标
教学目标： 1.了解气团的概念、性质，以及锋、冷锋的概念。 2.观看锋的模拟实验视频，观察实验现象，绘制锋的大气结构示意图。 3.结合实例，描述某地受冷锋影响的天气变化过程并分析成因 4.绘制冷锋的示意图。 教学重点：冷锋的成因、结构和运动变化及其对天气的影响 教学难点：冷锋过境的天气变化过程
教学过程
时间 教 学 环 节 主要师生活动
导 入 【讲解】同学们，在日常生活中，我们经常会感受到天气的变化，比如夏季 我国大部分地区出现的暴雨、冰雹，夏秋季节我国东南沿海台风登陆时的狂 风、暴雨，冬季节北方多大风、暴雪，春季北方多沙尘天气，等，这些天气 会给我们的生产生活带来巨大影响，因此我们有必要深入研究天气发生的过 程及原因。 【提问】说到天气，我们先一起来看左边这张图，你能从中获取到哪些地理 信息？能推论这张照片在我国拍摄的大致时空信息吗？ 【讲解】有的同学看到近处的行人穿着厚实的衣服，带着帽子，背着背包； 椅子和旁边的草上都挂着冰条，这肯定是在我国北方的冬天拍摄的照片吧？ 肯定又有同学提出质疑了，你看远处的水面掀起了大浪，说明这水体没有结
冰啊，北方的冬天水不是会结冰吗？肯定不是在北方。那这地儿到底是哪里 呢？其实这里是地处我国南方的杭州西湖，照片拍摄于 16 年的 1 月份，同学 们肯定很惊讶吧！杭州不是位于秦岭淮河一线以南吗？最冷月均温应该高于 0 度啊，挺暖和的？椅子和草上的冰条又是怎么回事？那天杭州的最低温已经 突破了零下 6℃ , 8 级大风，西湖长桥成了冰桥、长椅成了冰椅。同一时期， 还有更罕见的天气事件发生在广州，我们来看右边的这幅图，图中的广州市 民正围着车盖上的迷你雪人儿拍照，能在北回归线附近的广州见到雪也是三 生有幸了，这是广州自新中国成立以来出现的第二次降雪。同学们回忆高一 气象灾害知识，你们知道这次极端天气现象是什么吗？这些罕见的天气事件 都是受当时被称为“霸王级 ”寒潮的影响，使得我国大部分地区的低温逼近 历史极值，下面我们具体了解一下这次寒潮天气。 【提问】我们来看左边这张图，这是 16 年 1 月 22 日 8 时-25 日 8 时的全国最 低气温预报图，图中气温的空间分布有何特点？在描述某一地理事物的空间 分布特征时，如果是这样的气温等值线图，我们一般从数值的变化趋势、数 值区间，极值区的分布等方面描述。 【讲解】大致由南向北气温降低，最低值低于零下 28℃ , 主要位于我国东北 地区；最高值 12-16℃位于云南的南部地区。 【提问】其中，我们比较关注的 0℃等温线位于我国哪些区域？ 【讲解】0℃等温线已抵达华南的北部，要知道一般年份，我国 1 月 0℃等温 线可是位于秦岭-淮河一带（指图）。本次寒潮除了带来剧烈降温外，还给我 国带来了大范围的雨雪天气。我们来看右边这张图，这是 1 月 23 日全国降水 量预报图，读图例，灰色图例代表雪，绿色图例代表雨，加有斜杠的图例代 表雨夹雪或者雨转雪，在这幅降水量预报图中少见的是我国南方多省出现了 降雪天气，从东向西有浙江、福建、江西、湖南、贵州、四川等地。并且随 着“霸王级 ”寒潮继续影响我国，1 月 24 日，广东、香港、台湾等地也陆续 出现了降雪天气，这是有完整气象记录以来(1951 年以来)出现降雪天气的最 南界。
基 本 概 念 【讲解】在气象学上，将水平方向上温度、湿度等物理性质分布比较均匀， 垂直方向上物理性质也比较相似的大范围空气，叫做气团。 根据气团的温度差异可以将气团分为冷气团、暖气团，其“冷、暖 ”的概念 是相对的。我们在高一学习过大气的受热过程和热力环流，我们知道某地的 近地面空气受热易膨胀上升，使得近地面的空气密度减小，近地面形成相对 的低压；空气变冷易收缩下沉，使得近地面的空气密度增大，近地面形成相 对的高压。同理，冷、暖气团相比，两者的空气密度、气压的大小有何差异？ 【讲解】冷气团气温较低，因此冷气团的空气密度较大，气压较高，暖气团 则相反。 【过渡】 由于气团的水平范围可以达到数百到数千千米，垂直厚度大概有几 千米到十几千米，尺度比较大，我们不好想象出冷、暖气团相遇时形成的锋 是什么样子，所以我们将通过模拟实验来更直观的认识锋的形成。既然要做 模拟实验，那我们需要先找到能代替冷气团、暖气团的物质，同学们想到了 用什么替代冷暖气团呢？老师想到了可以用冷水、热水；但是冷气团和暖气 团的密度差异也大，所以我们还需要增大冷水和热水的密度差，于是老师选 择在冷水中添加食盐，来加大冷水的密度；可是不管是冷水还是热水都是透 明的，我们难以观察到实验现象，怎么办呢？我们可以在两种水体中加入不
同颜色的食用色素，以作区分；所以老师准备了如下实验器材
实 验 探 究 【讲解】玻璃容器，中间放置一块可以取出的隔板；冷水、热水各 1 升，食 用色素红、蓝各一瓶，食盐，搅拌棒等。这些器材在生活中都是很容易找到 的，建议有条件的同学课后在家自己做一遍模拟实验。 【实验】老师已经在左边的冷水中加入了蓝色食用色素和食盐，右边的热水 中加入了红色食用色素。 【提问】当老师将中间的隔板取出时，请同学们观察实验现象，并思考原因。 【观看视频】 【讲解】回顾刚才的实验过程 ，大家观察到了什么现象呢？当老师将隔板取 出的那一刻，我们观察到冷盐水与热水相遇时形成了一个向冷盐水一侧倾斜 的交界面，仔细观察还会发现这个交界面是个颜色近似于黑色的过渡区域， 这个过渡区域具有一定厚度；并且，冷、热水分层明显，红色热水在上，蓝 色冷盐水在下。 这是由于红色热水密度小，蓝色冷盐水密度大，所以红色热水始终在上，蓝 色冷盐水始终在下。 【过渡】如果是冷、暖气团相遇，其大气结构也具有类似特点，你能绘制出 冷暖气团相遇时的大气结构示意图吗？
锋 的 结 构 【讲解】我们来看右图，这是一幅立体示意图，图中的绿色区域代表地面， 左侧区域为冷气团，箭头表示冷气团的运动方向，右侧区域为暖气团，箭头 代表暖气团的运动方向，暖气团抬升，当冷、暖气团相遇也会形成一个交界 面，这个交界面叫锋面，图中的橘色图例代表锋面；锋面与地面相交而成的 线，叫锋线；一般把锋面和锋线统称为锋。锋既然是冷暖气团相遇而形成的 一种天气系统，而气团又占有三维空间，因而锋也是三维空间的天气系统， 并且锋也是有大小不同尺度的。如此一来，锋的结构特征就非常清楚了：密 度大的冷气团在下，密度小的暖气团在上，锋面向冷气团一侧倾斜，实际上 锋面一般是一个狭窄而倾斜的过渡地带。 【过渡】在锋面附近， 由于冷、暖气团的温度、湿度、气压等差异大，因此 锋面所控制地区的天气也是多变的，如果锋面附近的冷气团主动向暖气团移 动，这就是冷锋；如果暖气团主动向冷气团移动，则是暖锋。2016 年 1 月这 次霸王级寒潮就是典型的冷锋这种天气系统。
冷 锋 与 天 气 【提问】我们一起来看当时的天气资料，表格为 1 月 19 日到 1 月 24 日北京 地区的天气状况，（指表格）分别有当日最高温和最低温、风力大小、阴晴状 况，请同学们阅读表格，描述此时段北京的天气变化。 【讲解】从气温数据看，19 到 21 日比较高，22 日、23 日的气温下降明显， 并且 22 日达到最低值零下 17 度，24 日气温有所回升；从风力来看，19 日到 21 日都是微风，21 日开始风力有所增强，23 日最强，达到 5-6 级，24 日风 力逐渐减弱；从阴晴状况来看，19 日晴朗，20 到 22 日这几天有明显的变化， 出现多云或者阴天，22 日开始又转晴；可见，北京地区 22-23 日这两天的天 气变化是比较剧烈的，这就是冷锋天气过境带来的影响。 【过渡】但是我们发现同是这次冷锋的影响，我国南方和北方的降雪状况居 然很大差异，我们来看这幅全国降水量预报图，图中的北方大部分地区并没 有降雪，反而南方多地出现了大量降雪？ 比如右上这幅图为当时的北京，游 人在大风中全副武装游览后海，可见背景中的蓝天。右下这幅图中，位于北
回归线上的广州也出现了罕见的降雪天气。那就奇怪了，降雪的南界都压到 华南地区了，为何北方却很少降雪？ 【提问】要解开谜团，我们先回顾以前学过的知识，降水需要满足哪些条件 呢？ 【讲解】两个物质条件-水汽、凝结核，一个降温条件。那么，暖气团中如果 有较丰富的水汽，水汽随着气团抬升，海拔升高，气温降低，水汽易遇冷凝 结，成云致雨（形成云系或者降水）。 【提问】降雪是降水的一种形式，北方没有降雪，而南方有，这说明是降雪 的哪个条件存在差异呢？ 【讲解】是的，水汽含量差异大，我国北方地区比较干燥，暖气团水汽少； 而南方地区比较湿润，暖气团水汽多。比如广州的这次罕见降雪，就是当来 自北方的冷气团到达广州时，遇到广州地区的暖气团，水汽随暖气团迅速抬 升，水汽冷凝形成降雪；而北京地区的暖气团过于干燥，无法满足降雪的物 质条件-水汽不足。可见，冷锋过境不一定给当地带来降雪，也可能像北方一 样，人们只能穿着棉袄喝西北风，眼巴巴的看着南方的朋友们堆雪人儿！ 【过渡】咱们以代表北方的北京和代表南方的广州为例，一起分析了冷锋对 天气的影响，下面我们通过绘制冷锋与天气的示意图，更直观的认知冷锋。 【绘图】我们首先绘制冷锋与天气的剖面示意图，横线+斜杠表示地面，假设 冷气团在左侧，暖气团在右侧，冷暖气团相遇形成的锋面我们用圆滑的具有 一定坡度的曲线表示，锋面与地面的交线为锋线，锋面向冷气团一侧倾斜。 冷锋是冷气团主动向暖气团移动，我们用蓝色箭头表示冷气团的移动方向， 其中暖气团被迫抬升，我们用红色箭头表示暖气团的运动方向，如果暖气团 比较湿润，暖气团中的水汽在一定高度容易遇冷凝结形成云和降水，我们用 这个符号表示云层，以及降水示意（画图）。 我们平时看到的天气图多为平面图，在天气图上，我们一般用这个符号表示 冷锋，其中线段表示锋线，三角指向的方向为冷锋移动的方向，我们用橘色 箭头表示冷锋移动的方向，因此，冷锋符号的这个区域为锋前，这个区域自 然就是锋后（写出锋前、锋后）。 【提问】如果冷锋过境地区有降水，那么，降水多发生在锋前还是锋后呢？ 【讲解】是的，由于锋面向冷气团一侧倾斜，暖气团被迫抬升，降水区域主 要位于锋后。当然，我们也知道如果暖气团比较干燥，冷锋过境地区就难有 降水。这就是冷锋与天气的示意图。 【过渡】了解了冷锋的结构，那同学们能在这幅等压线分布图上，判断该时 刻北京、广州、西安这三座城市谁最有可能正处于冷锋过境时吗？注意图中 有两个冷锋符号，为了区分，我们按照方位将其分为北部冷锋和南部冷锋。 【讲解】你选的是哪个城市呢？判断理由是什么呢？我想大部分同学都会选 西安吧，是的，此时西安正处于北部冷锋的控制下，天气变化剧烈。 【过渡】而此刻的北京和广州与冷锋又有关系呢？我们分别来看。 【提问】根据冷锋符号的位置我们知道，广州此时正位于南部这支冷锋的锋 前，那应该是受什么性质的气团控制呢？ 【讲解】是的，此时广州地区受单一的暖气团控制，大气是比较稳定的，天 气变化少，一般天气晴朗。随着南部这支冷锋的继续南移，广州马上就要经 历剧烈的天气变化了。 【提问】那此时的北京地区呢？
【讲解】北京已经处于北部冷锋的锋后地区了，由于北方来的冷气团占据了 原来暖气团的位置，北京地区受单一冷气团控制，气温下降，气压升高，天 气转晴。我想今后同学们也能通过读这一类天气图，进行天气预报了吧，这 也是我们研究天气图的重要意义所在。
课 堂 小 结 本节课我们认识了锋这种天气系统，通过模拟实验探究了锋的结构特征，锋 是冷、暖气团相遇而形成的，（出图）其中，冷气团主动向暖气团移动而形成 的冷锋会给过境地区带来明显的天气变化，是我国常见的天气系统，对我们 的生产生活影响比较大，（出表）因此，我们重点研究了冷锋对天气的影响， 包括气温、气压、风力、阴晴雨雪等这几个天气要素。冷锋天气系统是在移 动的，（指图）冷锋过境前该地区受单一暖气团影响，气温较高，气压较低， 风力小，天气晴朗；冷锋过境时，冷暖气团相遇，该地的气温降低，气压变 化大，风力变大，云层增厚，可能出现雨雪天气；冷锋过境后，受单一冷气 团影响，该地的气温进一步下降，气压升高，风力减弱，天气转晴。这就是 本节课的主要内容。