前言
    由于地表受热不均，首先引起大气的垂直运动，这导致在同一水平面上存在气压差，进而发生大气的水平运动，从而形成了热力环流。热力环流是空气在立体空间的运动，它是大气运动的一种最简单的形式，既是产生大气运动的根本原因，也是形成一切大气过程和天气现象的重要因素。从海陆风、山谷风再到大尺度的大气环流，基本原理都离不开热力环流。
    探究新知
    考考你：仔细观察试验，回答动画中提出的问题。

    下面我们就来简要分析一下热力环流的产生过程。
    冷热不均引起的热力环流

图一
    1.若A、B、C三地（如上图一）受热均匀，则我们可以确定：
    ①三地气温相同；
    ②三地气压相同；
    ③三地气压随高度递减的规律相同；
    ④三地上空同一水平面上各点的气压相等，等压面为互相平行的水平面。

图二
    2.若B地受热，A、C两地冷却（如上图二），则我们可以确定：
    ①B地气温较高，A、C两地气温较低；
    ②B地空气受热膨胀上升，A、C两地空气相对冷却下沉，引起空气在垂直方向上的运动；
    ③B地近地面空气膨胀上升，密度减小，气压降低，A、C两地近地面空气相对冷却下沉，密度增大，气压升高，三地近地面处同一水平面上的气压B地较小，A、C两地较大，迫使空气从A、C流向B，导致空气水平运动，此时三地近地面的等压面不再是水平面，在气压较低的B处，等压面往下移，在气压较高的A、C处，等压面往上移；
    ④B地上空一定高度B′处，因上升的空气聚积密度增大，气压比同一水平面上周围地区高，A′、C′处因空气下沉后密度减小，气压比同一水平面上的周围地区低，空气就从气压较高的B′处流向气压较低的A′、C′处，形成热力环流。
    等压面的弯曲方向
    空间气压值相等各点所组成的面，称为等压面。等压面凸起的地方是高压区，等压面下凹的地方是低压区。最初的等压面在水平方向上是平直的，当A、B、C三地出现冷热差异时，处于同一水平面上的A′、B′、C′点三地气压不再相等，因此等压面也不再是水平面，在B′处往上移，在A′、C′处往下移，从而形成了弯曲的等压面。
    城市热岛环流
    根据大量观测事实说明，城市气温经常比其四周郊区高，好像一个“热岛”矗立在农村比较凉的“海洋”之上，人们称之为“城市热岛”。世界上大大小小的城市，无论其纬度位置、海陆位置、地形起伏有何不同，都能观测到热岛效应。正因为这种现象存在，在城市与郊区之间也形成了热力环流。
    城市热岛环流的存在，使得城市与郊区之间形成了小型的热力环流，这被称为城市风。由于城市风这种现象的出现，在城市规划时一定要把这一因素考虑进去，要注意研究城区上空的风到郊区下沉的距离。一方面将污染严重的工业企业布局在城市风的下沉距离之外，避免这些工厂排出的污染物从近地面流向城区。另一方面，应将卫星城建在城市风环流之外，以避免相互污染。
    海陆风
    海陆风和季风一样，都是因为海陆分布影响所形成的周期性的风。不过海陆风是以昼夜为周期，而季风的风向却随季节变化，同时海陆风范围也比季风小。
    白天，陆地上空气增温迅速，而海面上气温变化很小。这样，温度低的地方空气冷而下沉，接近海面上的气压就高些；温度高的地方空气轻而上浮，陆地上的气压便低些。陆地上的空气上升到一定高度后，它上空的气压比海面上空气压要高些。因为在下层海面气压高于陆地，在上层陆地气压又高于海洋，而空气总是从气压高的地区流到气压低的地区，所以，就在海陆交界地区出现了范围不大的环流。陆地上空气上升，到达一定高度后，从上空流向海洋；在海洋上空，空气下沉，到达海面后，转而流向陆地。这支在下层从海面流向陆地，方向差不多垂直海岸的风，便是海风。
    夜间，情况变得恰恰相反：陆地上，空气很快冷却，气压升高；海面降温比较迟缓（同时深处较温暖的海水和表面降温之后的海水可以交流混合），因此比起陆面来仍要温暖得多，这时海面是相对的低气压区。但到一定高度之后，海面气压又高于陆地。因此，在下层的空气从陆地流向海上，在上层的空气便从海上流向陆地。在这种情况下，整个环流的流动方向，也变得和前面海风里的环流完全相反了。在这个完整环流的下层，从陆地流向海洋，方向大致垂直海岸的气流，便是陆风。
    海风登陆带来水汽，使陆地上湿度增大，温度明显降低，甚至形成低云和雾。夏季沿海地区比内陆凉爽，冬季比内陆温和，这和海风有关，所以海风可以调节沿海地区的气候。
    山谷风
    住在山区的人都熟悉，白天风从山谷吹向山坡，这种风叫谷风；到夜晚，风从山坡吹向山谷，这种风称山风。山风和谷风总称为山谷风。
    山谷风的形成原理跟海陆风类似。白天，山坡接受太阳光热较多，成为一只小小的“加热炉”，空气增温较多；而山谷上空，同高度上的空气因离地较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并在上层从山坡流向谷地，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。近地面风由谷底吹向山坡，称为谷风。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，“加热炉”变成了“冷却器”，空气降温较多；而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上层向山坡上空流去，形成与白天相反的热力环流。近地面风由山坡吹向谷地，称为山风。
    在晴朗的白天，谷风把温暖的空气向山上输送，使山上气温升高，促使山前坡岗区的植物、农作物和果树早发芽、早开花、早结果、早成熟；冬季可减少寒意。谷风把谷地的水汽带到上方，使山上空气湿度增加，谷地的空气湿度减小，这种现象，在中午几小时内特别的显著。如果空气中有足够的水汽，夏季谷风常常会凝云致雨，这对山区树木和农作物的生长很有利；夜晚，山风把水汽从山上带入谷地，因而山上的空气湿度减小，谷地空气湿度增加。在生长季节里，山风能降低温度，对植物体营养物质的积累、块茎植物的生长膨大很有好处。
    山谷风还可以把清新的空气输送到城区和工厂区，把烟尘和漂浮在空气中的化学物质带走，有利于改善和保护环境。工厂的建设和布局要考虑有规律性的风向变化问题。同时山谷风风向变化有规律，风力也比较稳定，可以当作一种动力资源来研究和利用。
    习题精选

    1.关于热力环流的叙述，正确的是（）
        A.受热使空气膨胀下沉
        B.近地面受热多的地方往往形成热高压
        C.由于近地面的冷热不均，引起空气上升或下沉
        D.热力环流和直接热源来源于太阳辐射

    2.关于城市气候的叙述，正确的是（）
        A.与郊区相比，城区气温较高，称为“城市热岛”
        B.居民生活、工业生产和交通工具所排放出的人为热，是“城市热岛”的惟一热源
        C.城市风缓解了城区的大气污染
        D.由于郊区气温比城区低，水汽易冷却凝结，故郊区比城区多雾

    3.读下图，判断正确的说法是（）

        A.图中①至④点的气压：①＜②＜③＜④     B.甲地多晴朗天气
        C.甲地温度高于乙地                       D.气流由甲地流向乙地

    4.关于气压、高度、气温三者关系的叙述，正确的是（）
        A.气压随高度增加而递减
        B.在同一高度上气温高低与气压高低总是成正相关关系
        C.在同一高度上气温高低与气压高低总是成负相关关系
        D.空气总是由气温高的地方流向气温低的地方

    5.关于对流层热力环流的叙述，正确的是（）
        A.无论垂直方向上还是水平方向上，气温越低的地方气压越高
        B.大气中水汽含量越多的地方气压越高
        C.在同一水平面上，气温越高，密度越小，气压则越低
        D.近地面大气气温低的地方，高空的等压面向上拱起

    6.城市上空的雾和低云比郊区相应增多的原因是（）
        A.工业和人口集中，尘埃增多       B.环境清洁，湿度大
        C.气温较高，上升气流旺盛         D.气温较低，空气容易冷却

    7.读下面“热力环流示意图”，回答：

    （1）A、B、C三地中，属于下沉气流的是______，判断的理由是__________________。
    （2）①、②、③三处中，属于低压区的是_________________。
    （3）④、⑤、③三处中，属于高压区的是_________________，判断的理由是__________________。

参考答案

    1.C
    2.A    提示：居民生活、工业生产和交通工具所排放出的人为热不是“城市热岛”的惟一热源；当大的环流微弱时，由于城市热岛的存在，形成城市风，城市工厂排放的污染物随上升气流而上升，从高空流向郊区，到郊区后下沉。下沉气流又从近地面流向城市中心，并将郊区工厂排出的污染物带入城市，致使城市的空气污染更加严重；本题易错选C项，认为城市风可缓解城市大气污染.城区由于工业和人口集中，尘埃增多。这些吸湿性的微尘便成为水汽凝结的核心，致使城市上空的雾和低云比郊区相应增多。
    3.C    提示：比较两地的气压高低，必须是在同一水平面上进行比较，因为只有在同一水平面上才能比较出不同地区间的气压差异；本题可根据等压面凸起或凹陷来判断同一水平面上的气压高低，等压面凸起为高压，凹陷为低压；地面与高空的高低压总是相对应的，地面受热，空气膨胀上升，地面是低压，高空为高压，地面冷，高空空气收缩下沉，地面是高压，高空亦为低。
    4.AC    提示：大气层中因随着高度的增加，空气越来越稀薄，气压随高度增加而降低；在同一高度气温高，空气膨胀上升而成低压，气温低，空气下沉而成高压；空气总是由高压区流向低压区。
    5.C    提示：除冷热不均对气压高低产生影响外，高低压的形成还与动力原因有关，如副热带高气压带是一热高压，副极地低气压带相对来说是一冷低压；大气中水汽含量大、空气密度小，说明气温高，气压低；近地面气温低，高空气流下沉，高空为一低压，等压线应向地面凹陷，故C是正确的。
    6.AC    提示：雾和低云产生的物质条件是水汽和凝结核（尘埃）。由于城市人口和工业集中，耗能量大，尘埃增多，加之城市中CO2的温室效应，使城市气温比郊区高，空气上升运动显著，水汽在上升过程中因气温下降易凝结，形成雾和云，故城市上空比郊区多雾和低云。
    7.（1）BC    BC两地近地面为高压，属于空气受冷收缩下沉所致；    （2）②；    （3）⑤    ⑤处等压面向上凸起
    知识拓展

    北京市的“热岛”分布与其他城市“热岛”分布有着显著的不同，即北京市中心（故宫周围）处于低温区，而石景山、崇文、前门等地区的大部却处于高温“热岛”区。我国其他城市的“热岛”区一般都集中分布在市中心。
    1997年观测到全国最大热岛强度（城乡温差），北京为9℃（高于上海6.8℃，仅次于加拿大温哥华11℃和德国柏林13.3℃）。
    导致北京市城市热岛效应的五个主要因素：
    1.城市土地硬化面积加大。水泥、沥青路逐年增加而植被的相对减少是形成热岛的原因之一。
    2.城市建筑密度过大，楼房过高。
    3.高能耗工业区和城市霾岛的影响。高能耗必然会产生高热量，工业、生活排放各种大量气、尘等污染物悬浮于空中便会阻碍天地间的热量交换，使之形成高温区，如首钢工业区。
    4.人口密集区过多。
    5.二氧化碳的“温室效应”。现在北京市的公交车和部分出租车采用天然气为燃料，天然气燃烧的产物二氧化碳占大部，二氧化碳比重大于空气，因而大量二氧化碳环绕在城市上空造成“温室效应”，形成“热岛”。导致热岛效应的产生是众多因素共同作用的结果，并非一个方面的原因。
    热岛效应对市民最直接的影响是气温过高使生活质量下降；夏季持续高温不仅让人们感到难受，而且易使老年人患哮喘等疾病。另外，热岛效应还使城市耗电量和用水量大增，据有关统计：夏天降温1℃要比冬天升温1℃用电量大得多。并且，热岛效应还会促使污浊空气回流、停滞在城市上空，使市区空气质量下降并多云雾，给人们的生活、工作带来诸多不便。
    缓解并消除北京币的城市热岛效应，主要有两种措施：1.搬迁或疏散处于市区的工业企业，特别是高耗能企业，坚决杜绝工业污染物的排放。2.植树种草，大面积增加植被覆盖率以及采取引水入街方式降温。