在高考地理中,“干絕熱過(guò)程”和“濕絕熱過(guò)程”是理解大氣垂直運(yùn)動(dòng)(如氣塊上升或下沉)導(dǎo)致溫度變化的關(guān)鍵概念,尤其在分析地形雨、焚風(fēng)效應(yīng)、對(duì)流天氣等方面非常重要。它們的主要區(qū)別在于是否發(fā)生水相變化(凝結(jié)或蒸發(fā))。
一、干絕熱過(guò)程
1.定義: 指沒(méi)有發(fā)生水相變化(即沒(méi)有水汽凝結(jié)或液態(tài)水蒸發(fā))的空氣塊在垂直升降過(guò)程中溫度的變化過(guò)程。
2.溫度變化率(干絕熱直減率)
(1)當(dāng)一個(gè)未飽和的空氣塊上升時(shí),因外界氣壓降低而膨脹,對(duì)外做功消耗內(nèi)能,導(dǎo)致自身溫度下降。
(2)當(dāng)一個(gè)空氣塊下沉?xí)r,因外界氣壓增大而被壓縮,外界對(duì)氣塊做功增加其內(nèi)能,導(dǎo)致自身溫度升高。
(3)變化率固定: 無(wú)論上升還是下沉,干絕熱直減率約為 9.8°C/km (通常近似取 10°C/km)。
①上升:每上升1km,溫度降低約10°C。
②下沉:每下沉1km,溫度升高約10°C。
3.核心特征: 無(wú)水汽凝結(jié)或蒸發(fā)釋放/吸收潛熱。溫度變化完全由氣塊膨脹(消耗內(nèi)能)或壓縮(增加內(nèi)能)引起。
4.應(yīng)用場(chǎng)景
(1)未飽和空氣的上升或下沉(例如,空氣翻越山脈到達(dá)凝結(jié)高度之前的上升階段)。
(2)焚風(fēng)效應(yīng)中,空氣下沉增溫的階段(下沉?xí)r通常是干絕熱增溫)。
(3)解釋沙漠地區(qū)晝夜溫差大(空氣干燥,下沉增溫和上升降溫都接近干絕熱過(guò)程)。
二、濕絕熱過(guò)程
1.定義: 指發(fā)生了水相變化(主要是水汽凝結(jié)成水滴或冰晶釋放潛熱,或水滴蒸發(fā)吸收潛熱)的飽和空氣塊在垂直升降過(guò)程中溫度的變化過(guò)程。
2.溫度變化率(濕絕熱直減率)
(1)當(dāng)一個(gè)飽和的空氣塊上升時(shí),因膨脹和氣壓降低,溫度本應(yīng)下降。但同時(shí),溫度降低導(dǎo)致部分水汽凝結(jié)成水滴或冰晶,釋放出大量的凝結(jié)潛熱。這部分釋放的潛熱部分補(bǔ)償了因膨脹消耗的內(nèi)能,減緩了溫度下降的速度。
(2)當(dāng)一個(gè)飽和的空氣塊下沉?xí)r,因壓縮增溫,會(huì)導(dǎo)致水滴蒸發(fā)。蒸發(fā)過(guò)程需要吸收大量的潛熱,這部分消耗的潛熱部分抵消了壓縮增溫的效果,減緩了溫度上升的速度。
(3)變化率不固定且小于干絕熱率: 濕絕熱直減率平均約為 5-6°C/km (常取 6°C/km),但不是一個(gè)固定值。
(4)它隨溫度和氣壓變化:溫度越高、氣壓越低(即空氣中能容納的水汽量越大),凝結(jié)時(shí)釋放的潛熱就越多,對(duì)降溫的補(bǔ)償作用就越大,濕絕熱直減率就越小(比如在熱帶可能低至3-4°C/km)。溫度越低,濕絕熱直減率越接近干絕熱直減率(接近9.8°C/km)。
3.核心特征: 存在潛熱釋放(上升凝結(jié))或吸收(下沉蒸發(fā)),顯著影響氣塊溫度變化的速率。
4.應(yīng)用場(chǎng)景
(1)飽和空氣的上升(例如,空氣翻越山脈到達(dá)凝結(jié)高度之后的上升階段,形成云和降水)。
(2)強(qiáng)對(duì)流云(如積雨云)的發(fā)展過(guò)程中,云體內(nèi)的上升氣流。
(3)解釋地形雨的形成機(jī)制(迎風(fēng)坡濕絕熱上升降溫凝結(jié)降水)。
三、關(guān)鍵區(qū)別總結(jié)
四、高考地理中的理解要點(diǎn)
1. 地形雨模型: 這是最常見(jiàn)的應(yīng)用。
(1)濕潤(rùn)氣流遇到山脈迎風(fēng)坡被迫抬升。
①抬升初期 (到達(dá)凝結(jié)高度前):空氣未飽和,經(jīng)歷干絕熱降溫 (≈10°C/km)。
②達(dá)到凝結(jié)高度后:空氣飽和,繼續(xù)抬升經(jīng)歷濕絕熱降溫 (≈5-6°C/km),水汽凝結(jié)形成云,最終產(chǎn)生降水。
(2)氣流越過(guò)山頂在背風(fēng)坡下沉:降水后的空氣變得干燥,下沉?xí)r經(jīng)歷干絕熱增溫 (≈10°C/km),導(dǎo)致背風(fēng)坡溫度高、濕度低(焚風(fēng)效應(yīng))。
2. 焚風(fēng)效應(yīng): 如上所述,背風(fēng)坡的下沉增溫主要是干絕熱過(guò)程。
3. 對(duì)流天氣: 地面受熱強(qiáng)烈,空氣塊做濕對(duì)流上升。如果上升氣塊溫度始終高于環(huán)境溫度(即處于不穩(wěn)定狀態(tài)),氣塊會(huì)持續(xù)加速上升。在凝結(jié)高度以下按干絕熱降溫,凝結(jié)高度以上按濕絕熱降溫。濕絕熱直減率較小,有利于氣塊保持比周圍環(huán)境更暖的狀態(tài),從而發(fā)展成強(qiáng)對(duì)流云(積雨云)。
五、記憶技巧
1.“干” = 沒(méi)水 = 變化劇烈 (10°C/km)。
2.“濕” = 有水 = 潛熱幫忙 = 變化緩和 (約6°C/km)。
3.迎風(fēng)坡:干升 -> 濕升 -> 降水。
4.背風(fēng)坡:干降 -> 又干又熱 (焚風(fēng))。
掌握干絕熱和濕絕熱的區(qū)別,特別是理解潛熱在濕絕熱過(guò)程中的作用,是分析山地氣候、降水分布、局地環(huán)流等高考地理重要考點(diǎn)的基礎(chǔ)。做題時(shí),結(jié)合地形雨示意圖思考不同階段氣塊經(jīng)歷的絕熱過(guò)程是關(guān)鍵。
六、經(jīng)典例題
當(dāng)濕潤(rùn)空氣越過(guò)高山時(shí),常在山的背風(fēng)坡的山麓地帶形成一種干燥高溫的氣流,其成因是濕絕熱垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率的不同造成的。據(jù)圖回答1-3題。
1.氣流過(guò)山時(shí)在②至③處成云致雨,氣溫垂直遞減率與山地背風(fēng)坡相比的變化及成因( )
A.變大,水汽凝結(jié)釋放熱量
B.變大,水汽凝結(jié)消耗熱量
C.變小,水汽凝結(jié)釋放熱量
D.變小,水汽凝結(jié)消耗熱量
2.氣流穿越山頂后按干絕熱變化,氣流在④處的溫度比在①處的溫度大約高( )
A.7.5℃ B.9℃ C.12℃ D.15℃
3.下列地理現(xiàn)象與焚風(fēng)效應(yīng)無(wú)關(guān)的是( )
A.云南怒江谷地出現(xiàn)熱帶、亞熱帶稀疏草原
B.重慶夏季氣溫高,被稱為長(zhǎng)江流域“火爐”
C.美國(guó)中部草原地區(qū)的沙塵暴問(wèn)題
D.澳大利亞西海岸出現(xiàn)熱帶荒漠
答案及解析:
(1)由于山地迎風(fēng)坡多降水而釋放熱量,導(dǎo)致在迎風(fēng)坡氣溫垂直遞減率要小于背風(fēng)坡;仔細(xì)觀察難發(fā)現(xiàn),①到②、②到③、③到④三段直線傾斜程度只有②到③最小,說(shuō)明這一段的氣溫垂直遞減率最小,其原因是因?yàn)樗Y(jié)的過(guò)程中要釋放出熱量;
(2)從右圖中仔細(xì)觀察,從海拔3000米的③處(山頂)氣流下沉到海拔1000米時(shí)的氣溫增加值為15°C,說(shuō)明氣流從到③到④氣溫的垂直增加率為7.5°C/1000米,由此可以推出④處氣溫=15+7.5=22.50C:
(3)A、B、C三項(xiàng)分別與西南季風(fēng)、東南季風(fēng)、中緯西風(fēng)的焚風(fēng)效應(yīng)有關(guān):D項(xiàng)主要是受副熱帶高氣壓帶控制,盛行下沉氣旋,加之沿岸寒流的減濕作用而形成的。故答案為:(1)C;(2)D;(3)D。
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