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以徐霞客式地理研究架起理想模型与真实世界之桥

以徐霞客式地理研究架起理想模型与真实世界之桥
——记江阴天华艺校《大气运动与天气气候专题研究》
江苏省南菁高级中学徐海龙手机15250807676

原国家主席李先念曾将徐霞客精神凝练为“热爱祖国、献身科学、尊重实践”。笔者认为，徐霞客精神对广大青少年学习地理的最大意义在于指引学生透过现象深究本质，将理想模型与真实世界链接起来，将书本所学与生活经验连接起来；通过研究科学，参与实践，学习徐霞客做专业的研究，并厚植家国情怀和乡愁情结。为培养学生的地理学习兴趣，提升学生的地理问题研究能力，将地理所学与生活经验结合起来，江阴市徐霞客研究会于7月22日在江阴市天华艺校组织了一场专题讲座，由笔者主讲，课题即为文题。具体研究过程如下：
一、起点：大气的受热过程与大气运动

这里，笔者重点引导学生分析了影响大气受热过程的太阳辐射、地面辐射，比较差异并据此解释说明了近地面大气的对流现象（对流层的成因）。立足于大气的垂直运动导致水平气压差产生，铺垫理想模型（三圈环流）的建构。
二、理想建模：从大气环流（三圈环流与季风环流）到理想大陆气候模式
1.大气环流的空间认知建构
大气环流是全球性的有规律的大气运动。大气环流具有空间上的宏观性、时间上的常年稳定与日常瞬息万变的矛盾性，是学生学习地理过程中普遍感觉难以理解的知识点。图2是大气环流的形成逻辑。根据这个形成逻辑，可以分五步建立起大气环流（包括三圈环流和季风环流）认知体系：
步骤1：只考虑地表高低纬的受热不均，假设地球不自转、地表是光滑的，该情况下促使地球表面空气水平运动的只有水平气压梯度力。这样的情况下，赤道地区气流受热垂直上升，极地地区气流受冷垂直下沉；水平空间气流，近地面从极地流向赤道，高空从赤道流向极地。大气环流呈现为赤道与极地之间的“热极环流”（图3）。

图2 大气环流形成逻辑示意图图3“热极环流”示意图
    步骤2：在考虑地表冷热不均的情况基础上，叠加地球自转（即考虑地转偏向力对水平运动气流的影响）及地表均匀（即忽略海陆分异）这两个因素，“热极环流”的存在状态被打破。笔者此处结合教室空间和同学座位构建起了研究北半球大气环流的教学情境。请坐在一排（共7人）的同学中的第1、3、5、7四位同学站立起来，分别表示赤道、30°N、60°N和90°N。再请同学们探究他们四人近地面、高空的气流垂直与水平运动状况，将研究结论绘制在图4上，表示出北半球的三圈环流。然后据图分析近地面气压带、风带的成因、性质。

步骤3：叠加太阳知识点回归运动。引导学生观察太阳直射点的回归运动对气压带和风带（图5）的影响，可以从赤道地区气流因受热膨胀上升切入。因为太阳直射点会偏在北半球或南半球一侧，由此导致赤道地区受热上升的气流也会偏在北半球或南半球一侧，从而导致近地面气压带和风带的整体偏移。此处可指引学生研究北半球夏至时南半球东南信风的位置、北半球冬至时北半球东北信风的位置，为气压带风带移动导致南亚夏半年的西南季风、澳大利亚西北部在夏半年的西北风形成研究铺垫。
步骤4：在近地面叠加海陆分布、地形起伏的因素，研究海陆热力差异对气压带风带的影响。因为北半球亚欧大陆与太平洋是世界最大的陆地与世界最大的大洋，它们的海陆热力性质差异最明显，所以在不同季节存在有不同的气压中心，打破了原有气压带和风带的分布。具体表现为：1月份全球气压带和风带偏南分布。北半球副极地低气压带南移，下垫面是亚欧大陆、太平洋、北美大陆、大西洋，海陆相间分布。北半球陆地寒冷，亚欧大陆形成冷高压，切断副极地低气压带，使低压保留在相对温暖的海洋上，在太平洋形成了阿留申低压，在大西洋形成了冰岛低压。7月份全球气压带和风带偏北分布。北半球副极地低压移到了更高纬度，此时副热带高气压带北移，下垫面是亚欧大陆、太平洋、北美大陆、大西洋，海陆相间分布。北半球陆地炎热，亚欧大陆形成了热低压，切断副热带高气压带，使高压保留在相对凉爽的海洋上，在太平洋形成夏威夷高压，在大西洋形成了亚速尔高压。
步骤5：考虑北半球亚欧大陆高低压季节转变，在东亚、南亚就形成了典型的季风环流。

如图6、图7示意，1月份，东亚、南亚季风均是因海陆热力性质差异而形成；澳大利亚西北季风则是北半球东北信风南移越过赤道左偏而形成。7月份，南亚的西南季风是因南半球东南信风北移越过赤道右偏而形成；东亚地区海陆热力性质差异明显；澳大利亚西北部受东南风影响。
通过以上五步走，笔者带学生从简单的、理想的大气热力环流（热极环流）模型走到了真实的大气环流中，实现了对大气环流的空间认知建构。笔者继续引导学生关注生活，将所学东亚季风相关知识用以解答近期江阴多高温多雨天气的原因，通过学以致用进一步帮助学生进一步理解真实世界大气环流。
2.理想大陆气候模式的建构
真实世界是纷繁复杂的，所以，地理现象万万千千。对于地理问题的研究，就是从看似杂乱的各种地理现象中总结提炼出事物发生发展、运动变化的规律。徐霞客在野外考察中特别注重根据现象、深究探因。我们由简入手、逐步深入认识了真实的大气环流，就是要立足大气环流，探析各地气候的具体成因，要在认知、理解各种气候的分布基础上建构理想大陆的气候分布模式。

笔者在教学中将图8和表1组合运用，用以引导学生读图并获知世界各地气候的分布状况，总结各种气候气候类型的分布规律，引导学生探讨气候与纬度、大气环流（包括三圈环流和季风环流）、海陆分布、地形起伏以及洋流等气候形成因素的关系。在逐一探讨的过程中，将每一种气候描绘到理想大陆气候分布模式图（图9）上。

三、模型归真：以理想大陆气候模式解释说明真实世界气候分布状况
模型是对真实世界的抽象与概况，建立模型则是为了更好地研究真实世界的各种现象，更好地解决真实、复杂和劣构的问题。有的地理现象是非常明显遵循着模型所示地理规律的，我们可以用模型直接加以解释说明，如江阴纬度31.5°N，位于亚欧大陆东部，在理想大陆气候分布模式图中可以直接找到江阴的气候类型，是亚热带季风气候。这样遵循模型规律地理现象，我们称之为地带性分布规律。当然，有的地理现象则看似有违模型所揭示的一般规律，如非洲马达加斯加岛东部、澳大利亚东北部、巴西高原东南部、中美洲东部和西印度群岛的北侧等五个地方，它们都分布有远离赤道的热带雨林气候。理论上，热带雨林气候分布在赤道附近，一般是南北纬10°直接。而那五个地方，因为受到来自海洋的信风、地形的迎风坡和沿岸暖流增温增湿作用，也形成了热带雨林气候。这样看似打破了模型所揭示的一般分布规律的气候分布状态，我们称之为非地带性分布。笔者整理了十个典型的气候非地带性分布案例（表2），在教学中采用分组讨论的形式让同学们探究，从而深化对气候形成因素的理解。

四、结语
徐霞客关于地理学的研究主要涉及地貌、水文、植被及风土人情等。他也观察记述了很多植物的生态品种，明确提出了地形、气温、风速对植物分布和开花早晚的各种影响。虽然徐霞客直接研究大气现象不多，但徐霞客式研究，可以概括为实践研究，徐霞客之精神，也可以说是透过现象深究本质的专业研究精神。以徐霞客式研究，透视大气环流，建立理想模型并对接真实世界，从现象到本质、从规律到问题解决，可以让我们在这无奇不有的大千世界，看到、看懂更多更美好的风景。