🔬 初中科学八年级上第2章 天气与气候风的形成湿度与降水中考高频

风和降水

海边白天吹海风、夜里吹陆风,一天换两次方向——是谁在指挥空气的流动?

难度:★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

住在钱塘江边的人有个经验:夏天的傍晚,江面上常常吹来一阵凉风;到了后半夜,风又反过来从岸上吹向江心。海边的渔民更熟悉这个规律,他们把白天从海上来的风叫海风,夜里从陆地去的风叫陆风,出海的时辰全靠它安排。

风的道理其实上一节已经埋好了伏笔:空气总是从气压高的地方流向气压低的地方。而气压的高低差异,又来自地面受热的不均匀——受热多的地方空气膨胀上升,近地面气压变低;受热少的地方空气下沉,近地面气压变高。于是白天陆地升温快、气压低,风从海上吹来;夜里陆地降温快、气压高,风又吹向海面。太阳是风的总发动机。

降水的道理同样朴素。空气里都藏着看不见的水汽,一团空气能容纳的水汽是有限的;一旦被冷却到装不下,多余的水汽就凝结出来,成为云、雾、露、霜,云中的水滴长大到托不住时便落下成雨。这一节我们要弄清风怎样形成、怎样描述,以及水汽怎样变成降水。

知识讲解

风的形成

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是空气的水平运动。形成的直接原因是水平气压差(气压梯度),根本原因是地面受热不均

空气从高压区流向低压区。这个链条要背熟:受热不均 → 空气上升下沉 → 同一水平面上出现气压差 → 空气水平流动成风。

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风的两个要素

  • 风向:风吹来的方向。从北方吹来的叫北风,从东南吹来的叫东南风。测风向用风向标,箭头(或箭尾的指示端)指向风的来向
  • 风速:单位时间内空气流动的距离,单位常用 m/s\mathrm{m/s}km/h\mathrm{km/h},用风速仪测量。风速大小用风级表示,共分 001212 级以上,级数越大风越强。
风级名称陆地上的现象
0 级无风炊烟直上,树叶不动
3 级微风树叶和细枝摇动,旗帜展开
5 级清风小树摇摆,湖面起波
8 级大风小枝折断,逆风行走困难
12 级飓风陆上极少见,摧毁力极大

海陆风与季风

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海陆风(一天一换):白天陆地升温,陆上气温高、空气上升,近地面成低压,风由海洋吹向陆地,称海风;夜间陆地降温,陆上成高压,风由陆地吹向海洋,称陆风。根本原因是海陆比热容不同

季风(一年一换):范围更大、周期为年。我国东部夏季盛行东南季风(从海洋来,温暖湿润,带来降水),冬季盛行西北季风(从内陆来,寒冷干燥)。

空气的湿度

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湿度表示空气中水汽的多少,常用相对湿度描述:它是空气中实际水汽含量与该温度下最大容纳量的百分比。相对湿度 100%100\% 表示空气饱和,再冷却就要凝结。

测量工具是干湿球湿度计:两支温度计并列,一支球部裹湿纱布。湿球因水分蒸发吸热而读数偏低,两者的温度差越大,说明蒸发越快、空气越干燥(相对湿度越小);若两读数相同,则相对湿度为 100%100\%

水汽的凝结与降水

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降水的两个必要条件:一是空气中水汽达到饱和(通常靠冷却实现),二是有凝结核(尘埃、烟粒等微小颗粒)。

主要过程:空气上升(这是关键)→ 温度降低 → 水汽饱和并凝结成小水滴或小冰晶 → 聚集成 → 水滴增大到空气托不住 → 形成雨、雪、冰雹等降水。

降水量指一定时间内降落到地面的水层深度,单位 mm\mathrm{mm},用雨量筒测量。

⚖️露、霜、雾、云,同一个道理的四种模样
  • 共同点:都是水汽遇冷凝结(或凝华)的产物,都需要降温。
  • :夜间地面附近降温,水汽在草叶等物体上凝结成液态小水珠(气温在 0 C0\ ^\circ\mathrm{C} 以上)。
  • :气温降到 0 C0\ ^\circ\mathrm{C} 以下,水汽直接凝华固态小冰晶。
  • :近地面空气整层降温,水汽凝结成悬浮的小水滴。
  • :上升的空气在高空冷却凝结形成,本质是「高处的雾」。只有云能形成降水,因为只有云中的水滴能不断长大。

实验与探究

模拟海陆风:谁升温更快

用两个相同的玻璃容器,一个装等质量的干沙(代表陆地),一个装等质量的水(代表海洋),用同一只台灯同时照射,隔 5 分钟测一次表面温度;照射 30 分钟后关灯,再每 5 分钟测一次。设计并解释这个实验。

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变量控制:沙和水的质量相同、容器相同、光源距离和照射时间相同——只让「物质种类」这一个因素变化。温度计的测量位置和深度也要一致。

现象:开灯后沙的温度上升明显快于水;关灯后沙的温度下降也明显快于水。

分析:水的比热容大(约 4.2×103 J/(kgC)4.2\times10^3\ \mathrm{J/(kg\cdot ^\circ C)},是沙石的四五倍),吸收相同热量时温度变化推论到海陆风:白天陆地(沙)先热,其上空气受热膨胀上升,近地面气压降低,海面气压相对较高,空气便由海面流向陆地形成海风;夜间陆地散热快、变冷,近地面气压升高,风反向吹成陆风易错提醒:判断风向要先看近地面的气压高低,而不是看哪里「热」——热的地方近地面反而是低压。

经典例题

干湿球湿度计的读数分析

某日杭州气象站的干湿球湿度计读数为:干球 26 C26\ ^\circ\mathrm{C},湿球 22 C22\ ^\circ\mathrm{C}。(1)此时空气的实际气温是多少?(2)干湿球温度差是多少?(3)若第二天两球读数都是 24 C24\ ^\circ\mathrm{C},空气变干还是变湿?说明理由。

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第一步:判断哪支反映气温。干球未裹湿纱布,直接反映空气温度,故气温为 26 C26\ ^\circ\mathrm{C}。湿球因蒸发吸热读数总是不高于干球。第二步:求温度差:Δt=2622=4 C\Delta t=26-22=4\ ^\circ\mathrm{C}。这个差值要查湿度表才能换算成具体的相对湿度,但差值本身已能定性判断干湿。

第三步:分析第(3)问的依据。干湿球温度差越大,蒸发越快,空气越干燥;差值越小越潮湿。第四步:比较两天:第一天 Δt=4 C\Delta t=4\ ^\circ\mathrm{C},第二天 Δt=2424=0 C\Delta t=24-24=0\ ^\circ\mathrm{C}第五步:作答。第二天温度差为零,说明湿纱布上的水几乎不蒸发,空气已经饱和,相对湿度为 100%100\%,比第一天潮湿得多:气温 26 C26\ ^\circ\mathrm{C};温度差 4 C4\ ^\circ\mathrm{C};第二天变湿,相对湿度达 100%100\%。这正是杭州梅雨天「墙壁返潮、衣服晾不干」的原因。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 把风向说反:风向指风吹来的方向。「东南风」是东南方吹来的风,不是吹向东南。
  2. 认为风从热的地方吹向冷的地方:要看近地面气压——热的地方空气上升,近地面是低压,风是吹它的。
  3. 混淆海陆风与季风的周期:海陆风一昼夜转换一次,季风一年转换一次。
  4. 认为湿球读数就是气温干球读数才是气温,湿球总偏低。
  5. 把「温度差大」当成潮湿:温度差越大越干燥,差为零时最潮湿。
  6. 忘记降水需要凝结核:只有饱和还不够,还需要尘埃等凝结核,人工降雨撒干冰或碘化银就是补这两个条件。
  7. 认为有云必有雨:云只是必要条件,水滴要增大到足够重才会落下。

生活中的应用

🌏生活中的应用
  • 钱塘江边的江陆风:白天江面凉、陆地热,风从江面吹向岸边,江边散步格外凉快;夜里风向反转。原理与海陆风完全相同。
  • 杭州的梅雨:六月暖湿空气源源不断北上,相对湿度长期接近饱和,衣服晾不干、墙面结水珠,都是水汽凝结的直接表现。
  • 晾衣服选晴天有风的日子:风把衣物表面的湿空气带走,让蒸发持续快速进行;阴雨天相对湿度高,蒸发几乎停滞。
  • 人工降雨:向云中撒播干冰或碘化银,既降温使水汽饱和,又提供大量凝结核,促使水滴迅速长大。

生活应用题 1 · 亚运场馆前的旗帜与风向

亚运赛场旗杆上的旗帜向正西方向飘展,风速仪读数为 8 m/s8\ \mathrm{m/s}。(1)判断此时的风向;(2)把风速换算成千米每小时;(3)参照风级表估计大致风级。

分步解:

  1. 判断风向,依据旗帜总是被风推向下风方向,而风向指来向:旗展向正西,说明风从正东吹来,风向为东风
  2. 换算单位,依据 1 m/s=3.6 km/h1\ \mathrm{m/s}=3.6\ \mathrm{km/h}v=8×3.6=28.8 km/hv=8\times3.6=28.8\ \mathrm{km/h}
  3. 估计风级8 m/s8\ \mathrm{m/s} 处在 55 级风(约 8810.7 m/s10.7\ \mathrm{m/s})的范围内,现象应为小树摇摆、湖面起波。
  4. :东风,约 28.8 km/h28.8\ \mathrm{km/h},约 55 级。这个风速下举行射箭比赛需要修正瞄准点,因为侧风会把箭吹偏。

生活应用题 2 · 一场暴雨下了多少水

某次台风外围暴雨,杭州某地 6 小时降水量为 80 mm80\ \mathrm{mm}。一个屋顶面积为 200 m2200\ \mathrm{m^2} 的亚运训练馆,若把这场雨全部收集起来:(1)能收到多少立方米水?(2)合多少吨(水的密度取 1.0×103 kg/m31.0\times10^3\ \mathrm{kg/m^3})?

分步解:

  1. 理解降水量的含义80 mm80\ \mathrm{mm} 是雨水在水平地面上积起的深度,与面积无关。
  2. 统一单位,依据 1 m=1000 mm1\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{mm}h=80 mm=0.08 mh=80\ \mathrm{mm}=0.08\ \mathrm{m}
  3. 求体积,依据 V=ShV=ShV=200×0.08=16 m3V=200\times0.08=16\ \mathrm{m^3}
  4. 求质量,依据 m=ρVm=\rho Vm=1.0×103×16=1.6×104 kgm=1.0\times10^3\times16=1.6\times10^4\ \mathrm{kg}
  5. 换算成吨1.6×104 kg=16 t1.6\times10^4\ \mathrm{kg}=16\ \mathrm{t}
  6. :约 16 m316\ \mathrm{m^3},合 1616 吨。这解释了为什么暴雨时城市排水压力巨大——每平方米地面 6 小时就多出 80 kg80\ \mathrm{kg} 水,排不掉就积水。

考点

🎯考点提示
  • 选择题·高频:风向的判断(旗帜、炊烟、风向标)与「从哪里来」的表述
  • 简答题·高频:风的形成过程(受热不均 → 气压差 → 空气水平流动)
  • 对比题:海陆风的昼夜转换与季风的季节转换;成因都是海陆热力性质差异
  • 实验题:干湿球湿度计的读数与干湿判断(温度差越大越干燥)
  • 简答题:降水的两个条件;露、霜、雾、云的形成与区别
  • 计算题:降水量与体积、质量的换算(V=ShV=Shm=ρVm=\rho V);风速单位换算

中考真题

真题2022 · 浙江杭州中考(改编)

关于风和降水,下列说法正确的是( )A. 东南风是指吹向东南方向的风 B. 白天海风由陆地吹向海洋 C. 干湿球温度计的读数差越大,空气越干燥 D. 只要空气中水汽饱和就一定降水

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逐项分析

  • A 错:风向指来向,东南风是东南方吹来。
  • B 错:白天陆地升温快、近地面为低压,风由海洋吹向陆地,这才叫海风。
  • C 对:温度差大说明湿球蒸发快,空气干燥;差为零时相对湿度 100%100\%
  • D 错:还需要凝结核,且水滴要增大到足以下落。

答案:C。

真题2021 · 浙江中考(改编)

某地一昼夜的风向变化如下:上午 10 时至下午 4 时风从湖面吹向岸边,凌晨 2 时前后风从岸边吹向湖面。(1)用气压和比热容解释这一变化;(2)该地白天湖面上方与岸边上方,近地面气压哪个高?

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第一步:分析白天。岸边陆地的比热容小,吸收相同太阳辐射时升温,其上空气受热膨胀上升,近地面空气减少,气压降低;湖面升温慢、气温较低,空气下沉,近地面气压较高第二步:由气压差定风向。空气从高压流向低压,即由湖面流向岸边,与题中白天的观测一致。

第三步:分析夜间。陆地散热快、降温快,近地面气压升高;湖水降温慢,湖面成为相对低压,风便由岸边吹向湖面。第四步:回答第(2)问。白天近地面气压湖面高于岸边:昼夜风向反转的根源是水与陆地比热容不同导致的气压差;白天湖面近地面气压更高。

视频讲解

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