真题反思:水汽升腾、烟囱效应与伯努利效应

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真题反思:水汽升腾、烟囱效应与伯努利效应
今年广东卷的19(4),网传答案有点费解。尝试理解中…

位于我国西南地区乌蒙山余脉的某山区冬季多雨雾,气温常低于0℃。2025年2月上旬,该地一处高陡斜坡突发山体滑坡,滑源区位于主要由粉砂岩和粉砂质泥岩(岩性较粉砂岩软,且吸湿性较强)构成的三叠系飞仙关组地层。此次滑坡发生前已连续多日降水,有雾气从滑源区顶部宽大裂隙中冒出,呈现“水汽升腾”现象。图1a示意此次滑坡发生的地貌部位和地层剖面;图1b示意飞仙关组地层结构;图2反映2024年12月至2025年2月当地日降水量。

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(4)解释此次滑坡发生前滑源区顶部裂隙处“水汽升腾”现象的发生机理。

网传答案:

顶部温度较裂隙中低,裂隙中空气受热上升;(2分)

顶部地表空气流动更快,气压较裂隙中较低,利于裂隙中水汽上升;(2分)

裂隙中水汽向上运动冒出地表,遇冷凝结,形成水汽升腾现象。(2分)

1.“烟囱效应”和“伯努利效应”的联合作用
本小题素材来源自龚涛等人的《从四川筠连县金坪村滑坡论乌蒙山区 “群蝶效应”致冬季滑坡机制》。用“烟囱效应”的影响来解释滑坡源区出现水汽升腾,并阐述了其能进一步减弱岩体的强度和稳定性。
“烟囱效应”导致裂隙中水汽升腾(来源:龚涛等)
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烟囱效应(或理解为热压)是指由于空气浮力作用,空气通过竖向通道在建筑物内外之间流动的现象。空气浮力产生的原因是室内与室外空气密度不同,而这种密度差异通常来自温度差异和湿度差异

▼高层建筑烟囱效应原理图(来源:鲁晓民等)
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龚涛等认为在高差较大的裂隙岩体中也可形成“烟囱效应”。同时,结合“伯努利效应”,山顶的空气流速较大,气压较低,有利于“烟囱效应”增强。换而言之,此时的风压增强热压。

裂隙岩体中“烟囱效应”示意图(来源:龚涛等)
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2.如何锚定机理中“温度差”和“气压差”的比较对象?

依据网传答案,本小问的给分点聚焦于“存在温度差”、“存在气压差”“水汽遇冷凝结”

显然,要解决本小问,需要运用“热力环流”相关原理构建出地理过程。在热力环流原理中,逻辑起点是“近地面空气的受热不均”,气压差在“同一水平面上”比较。但是,论文和网传答案对“温度差”和“气压差”的表述都较笼统,不利于学生对答案的理解……

根据“热力环流”等概念,在讲解此题时可进一步明确“温度差”和“气压差”的比较对象:

例如,给分点中“温度差“比较的可能是裂隙内部山体外相同高度空气柱的平均气温的差值;

给分点中“气压差”比较的可能是是山体顶部(同一海拔高度下)裂隙口山顶地表的气压差。

这样,学生会减少对比“裂隙底部”和“裂隙顶部”的温度差或气压差的错误理解吧。更有利于将已学地理知识迁移至复杂问题。

3.“伯努利效应”和“烟囱效应”永远“强强联合”?

在建筑学领域,在关于烟囱效应和风压联合作用的研究中,强调了风压对烟囱效应影响的复杂性

一方面,不同的风向和风速作用规律下,风压对建筑的热压分布特性具的影响不同;

另一方面,在建筑的不同部位,受到的风压部位也不同。一般而言,迎风面为正压,背风面、侧风面和屋顶面为负压。

因此,风压与烟囱效应相叠加时,可能对烟囱效应起增强、抑制或混合模式的效果

如果材料中“水汽升腾”现象出现的位置没限定在“滑源区顶部宽大裂隙”,可能就无法叠加“流速越快,气压越低”来解释“烟囱效应增强”了。

在讲本题的过程中,要重视回归到“热力环流”的底层逻辑中去,去理解这个世界上“一般中蕴藏着特殊”的地理现象~

参考文献:

[1]龚涛,钱江澎,张继,等.从四川筠连县金坪村滑坡论乌蒙山区“群蝶效应”致冬季滑坡机制[J].岩石力学与工程学报,2025,44(11):2943-2958.

[2]杨易,万腾骏,王葵,等.高层建筑烟囱效应及风压联合作用的模拟研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2018,45(11):10-19.

[3]卢晓民,陈昌伟.高层建筑烟囱效应对电梯门系统的影响[J].中国电梯,2019,30(23):19-22.

[4]朱吕通.热风压、火风压、烟囱效应和风对建筑火灾蔓延的影响[J].消防技术与产品信息,1994,(4):3-6.

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