高中地理兩個疑難問題剖析

1.副熱帶高氣壓帶為何夏季最強(qiáng)冬季最弱？

這要從副熱帶高氣壓帶的形成說起，赤道終年炎熱，近地面空氣受熱膨脹上升，上升的暖氣流在氣壓梯度力的作用下，由赤道上空向北流向北極上空（南風(fēng)）；受地轉(zhuǎn)偏向力的影響，由南風(fēng)逐漸右偏成了西風(fēng)。這樣，來自赤道上空的氣流不能再繼續(xù)北流。赤道上空的空氣源源不斷地流過來，又不能繼續(xù)北進(jìn)，便在30°N附近上空堆積，產(chǎn)生下沉氣流，致使近地面氣壓升高，形成副熱帶高氣壓帶。從副熱帶高氣壓帶的形成過程看，它是動力因素形成的，不是熱力因素，空氣重力在此充當(dāng)了動力，所以副熱帶高氣壓帶是一個動力高壓。

在假設(shè)地表均勻的情況下，全球性大氣環(huán)流形成的是完整并有規(guī)則的三圈環(huán)流，地面亦形成完整的呈條帶狀的七個氣壓帶、六個風(fēng)帶，副熱帶高氣壓帶應(yīng)呈帶狀分布在30°N附近。但地表是不均勻的，海陸分布會對大氣環(huán)流產(chǎn)生影響。由于海陸的熱力差異，夏季大陸增溫比海洋快，大陸上形成熱低壓；冬季大陸降溫快，大陸上形成冷高壓。正因如此，夏季副熱帶高氣壓帶被大陸上的熱低壓切斷，僅僅保留在海洋上，由于大陸上熱低壓上升氣流迫使副熱帶高氣壓帶下沉氣流無法在陸地下沉，而赤道上空的空氣又源源不斷地流過來，此時空氣只能從海洋上下沉，這無疑增強(qiáng)了同緯度海洋上的下沉氣流，所以夏季副熱帶高氣壓帶最強(qiáng)。相反，冬季大陸上形成冷高壓，冷高壓下沉氣流與副高下沉氣流一致，這時副高在大陸、海洋上都是存在的，相比夏季海洋上的下沉氣流減少，故勢力沒夏季強(qiáng)。夏季副熱帶高氣壓帶和大陸熱低壓之間存在較大氣壓差，因此夏季副高對陸地影響大。西太平洋副熱帶高氣壓帶對我國的影響就最為直接，它的強(qiáng)弱進(jìn)退幾乎決定著我國東部地區(qū)主要雨帶的分布及水旱災(zāi)害的發(fā)生。

2.“南極臭氧空洞”為何只在南極地區(qū)的春季（9~11月）出現(xiàn)？

“南極臭氧空洞”指的是在南極地區(qū)出現(xiàn)了全球臭氧量最低值，大約低于全球臭氧平均值的30%~40%，相對其它地區(qū)來說，就像是一個洞。

美國科學(xué)家莫里納和羅蘭德提出，人工合成的一些含氯和含溴的物質(zhì)是造成南極臭氧洞的元兇，最典型的是氟氯碳化合物（CFC，俗稱氟里昂）和含溴化合物哈龍（Halon）。越來越多的科學(xué)證據(jù)證實，氯和溴在平流層通過催化化學(xué)過程破壞臭氧是造成南極臭氧洞的根本原因。那么，氟里昂和哈龍是怎樣進(jìn)入平流層，又是如何引起臭氧層破壞的呢？

就重量而言，人為釋放的CFC和Halon的分子都比空氣分子重，但這些化合物在對流層是化學(xué)惰性的，即使最活潑的大氣組分——自由基對CFC和Halon的氧化作用也微乎其微。因此它們在對流層十分穩(wěn)定，不能通過一般的大氣化學(xué)反應(yīng)去除。經(jīng)過一兩年的時間，這些化合物會在全球范圍內(nèi)的對流層分布均勻，然后主要在熱帶地區(qū)上空被大氣環(huán)流帶入平流層，風(fēng)又將它們從低緯度地區(qū)向高緯度地區(qū)輸送，在平流層內(nèi)均勻混合。

在平流層內(nèi)，強(qiáng)烈的紫外線照射使CFC和Halon分子發(fā)生解離，釋放出高活性原子態(tài)的氯和溴，氯和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破壞臭氧層的主要物質(zhì)，它們對臭氧的破壞是以催化的方式進(jìn)行的。據(jù)估算，一個氯原子自由基可以破壞104~105個臭氧分子，而由Halon釋放的溴原子自由基對臭氧的破壞能力是氯原子的30~60倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之間還存在協(xié)同作用，即二者同時存在時，破壞臭氧的能力要大于二者簡單的加和。

但是，上述的均相化學(xué)反應(yīng)并不能解釋南極臭氧洞形成的全部過程。深入的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，臭氧洞的形成是有空氣動力學(xué)過程參與的非均相催化反應(yīng)過程。所謂非均相，是指大氣中除氣態(tài)組分外，還有固相和液相的組分。人們對大氣中存在云、霧和降雨等早已司空見慣，但這種現(xiàn)象一般發(fā)生在對流層。平流層干燥寒冷，空氣稀薄，較少出現(xiàn)對流層這些天氣現(xiàn)象。但在冬天，南極地區(qū)的溫度極低，可以達(dá)到零下80℃，這樣極端的低溫造成兩種非常重要的過程，一是極地的空氣受冷下沉，形成一個強(qiáng)烈的西向環(huán)流，稱為“極地渦旋”。該渦旋的重要作用是使南極空氣與大氣的其余部分隔離，從而使渦旋內(nèi)部的大氣成為一個巨大的反應(yīng)器。另外，盡管南極空氣十分干燥，極低的溫度使該地區(qū)仍有成云過程，云滴的主要成分是三水合硝酸和冰晶，稱為極地平流層云。

實際上，當(dāng)CFC和Halon進(jìn)入平流層后，通常是以化學(xué)惰性的形態(tài)存在，并無原子態(tài)的活性氯和溴的釋放。南極的科學(xué)考察和實驗室的研究都證明，化學(xué)惰性的ClONO₂和HCl在平流層云表面會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果造成Cl₂和HOCl₂組分的不斷積累。

Cl₂和HOCl是在紫外線照射下極易光解的分子，但冬天南極的紫外光極少，Cl₂和HOCl的光解機(jī)會很小。當(dāng)春天來臨時，陽光返回南極地區(qū)，太陽輻射中的紫外線使Cl₂和HOCl開始發(fā)生大量的光解，產(chǎn)生前述的均相催化過程所需的大量氯原子，從而造成嚴(yán)重的臭氧損耗。氯原子的催化過程可以解釋所觀測到的南極臭氧破壞的約70％，另外，氯原子和溴原子的協(xié)同機(jī)制可以解釋大約20％。隨著更多的太陽光到達(dá)南極，南極地區(qū)的溫度上升，氣象條件發(fā)生變化，導(dǎo)致南極渦旋逐漸消失，南極地區(qū)臭氧濃度極低的空氣傳輸?shù)降厍虻钠渌呔暥群椭芯暥鹊貐^(qū)，造成全球范圍的臭氧濃度下降。▲