大氣圈教學典型誤區警示

朱　浩

誤區1：大氣壓強因大氣重力而產生

不少人認為大氣壓強產生的原因是大氣受重力作用。如果說大氣壓強真是由大氣重力產生的，很多問題便無法解釋清楚。例如，一玻璃瓶敞口時，若空氣對瓶底的壓強為一個大氣壓，加蓋密封后，瓶內空氣對瓶底的壓強是多少?當然仍為一個大氣壓。若說氣體壓強由重力產生，這是無法解釋的，因為蓋上面的大氣壓強無法直接作用到瓶內空氣，而瓶內空氣重力顯然要比原來小得多。

基于以上原因，現行高中物理教材已不再用大氣重力來解釋大氣壓強，而用分子運動論的觀點進行闡述。從分子運動理論的觀點來看，無規則運動的氣體分子不斷地與器壁相碰撞。就一個分子來說，它對器壁的碰撞是斷續的，碰在什么地方是偶然的，給器壁的沖力是短暫的。但是對大量分子來說，每一時刻都有許多分子頻繁地碰撞器壁，這樣就對器壁產生持續、均衡的壓力。因此，氣體的壓強是由大量氣體分子向器壁碰撞而產生的，其壓強大小等于大量氣體分子對單位面積器壁的平均作用力。如果把大氣近視作為理想氣體，從理想氣體微觀模型出發，可以得到理想氣體壓強公式(推導過程略)：P=nkT，其中n為單位體積內的分子數，k是玻爾茲曼常數，T為絕對溫標。顯然P與n和T成正比，與氣體重力無關。該公式還可解釋距地面越高，空氣越稀薄，單位體積內的分子數就越少，大氣壓強就越小。另外還可以根據P=nkT和玻爾茲曼分布律(玻爾茲曼建立的平衡態氣體分子的能量分布律)將地球表面大氣壓強計算出來(計算過程略)：Po=G／4πR²，其中Po為地球表面大氣壓強，G為地球大氣總重量，R為地球半徑。

該結果說明從分子運動論的觀點來定義大氣壓強，可以圓滿地解釋地球表面的大氣壓強等于單位面積整個大氣柱的重量這一客觀事實，但不能由此得出大氣壓強是由大氣重力產生的結論。因為一個物理量的定義是嚴格的，應能解釋一切與之有關的物理現象。如果認為氣體的壓強因大氣重力而產生，那么與大氣壓強有關的許多現象便無法得到科學的解釋。

誤區2：溫室效應即大氣保溫作用

溫室效應和大氣保溫作用是有區別的，主要表現在環節多少上有差異。溫室效應包括太陽短波輻射穿過大氣將地面加熱；地面長波輻射加熱大氣；大氣產生的逆輻射把熱量再還給地面等諸環節。大氣的保溫作用僅包括溫室效應的后兩個環節，一是大氣截留地面長波輻射，把大部分熱量保留在對流層里；二是大氣再以逆輻射的形式把熱量還給地面，以補償地面輻射損失的熱量。

誤區3：氣旋、反氣旋不同部位的天氣狀況都相同

氣旋的不同部位大氣運動情況不同，因而天氣特點有很大差別。以北半球為例，氣旋的東部以偏南氣流為主，因其來源于較低緯度，氣溫較高，水汽含量較大，可出現云雨天氣；氣旋的西部以偏北氣流為主，因其來源于較高緯度，氣溫偏低。水汽含量較少，可出現降溫、大風天氣；在氣旋中心，氣流上升，氣溫降低，利于水汽凝結，經常出現云雨天氣。

反氣旋的不同部位，因大氣的運動狀況不同。天氣狀況也各有特色。在北半球，反氣旋的東部以偏北氣流為主，因其來源于較高緯度，氣溫較低，水汽含量少，多出現降溫、風沙天氣；反氣旋的西部以偏南氣流為主，氣溫較高，水汽含量較大，可出現升溫和云雨天氣；在反氣旋的中心，氣流下沉，氣溫升高，不利于云雨形成，多為晴朗天氣。

誤區4：高空與低空氣壓分布狀況相反

地面的暖低壓和冷高壓隨高度增高而減弱，到某一高度后就消失了。著再向上發展。暖低壓反而會變成暖高壓，冷高壓則會變成冷低壓，該系統氣壓分布狀況是高空與低空相反，它們只存在于對流層低空，稱之為淺薄系統。但深厚系統則不然，該系統地面上的冷低壓和暖高壓，隨高度增高而增強，一直伸展到500百帕等壓面高度(5500m附近高度的水平氣壓場)仍然維持閉合等壓線。中國東北冷渦是一種深厚的冷低壓，而西太平洋副熱帶高壓更是一種系統深厚、垂直伸展范圍大、有時可達平流層低部的深厚暖高壓。

誤區5：熱帶沙漠氣候和地中海氣候區西海岸的夏季炎熱干燥

熱帶沙漠氣候和地中海氣候區的西海岸(前者如利馬，后者如舊金山)，因為沿岸有寒流經過，降溫減濕，近地面的溫度降低，使空氣中水汽凝結成霧，且受到海陸風的影響，因此夏季多霧而涼爽。

誤區6：亞熱帶季風氣候即亞熱帶季風性濕潤氣候

它們均由海陸熱力性質差異而形成。但季風性濕潤氣候沒有季風氣候典型，夏季氣溫沒有季風氣候高，降水也沒有季風氣候集中；冬季氣溫稍高，降水也稍多。亞熱帶季風氣候只分布在亞洲，亞熱帶季風性濕潤氣候在北美洲、南美洲和大洋州都有分布。