青藏鐵路是世界海拔最高、線路最長的的高原鐵路，從青海省會西寧到西藏首府拉薩，海拔4000米以上的路段達960公里，最高點海拔5072米，穿越戈壁荒漠、沼澤濕地和雪山草原，全線總里程1142公里。青藏鐵路大部分線路處于高海拔地區(qū)和“生命禁區(qū)”，修建青藏鐵路面臨著三大難題，千里多年凍土的地質構造、高寒缺氧的環(huán)境和脆弱的生態(tài)，其中最難解決的是凍土問題。
凍土是一種低于零度含有冰的巖石和土壤層，對于季節(jié)溫度變化非常敏感，受熱會融化下沉，遇冷則會凍結膨脹，這會造成地基的不穩(wěn)定。從上世紀50年代初期，我國專家就開始研究高原凍土問題，經過幾代人的努力，終于解決了這個世界性的難題。解決凍土問題主要采用了三種方法。
第一種是采用片石通風路基，在路基的底部鋪設一米五左右的塊石層，冬天冷風從石塊間帶走熱量，夏天石塊為路基遮擋太陽輻射，同時利用高原原有的低溫和強風降低凍土溫度。
第二種方法是采用熱棒，青藏鐵路沿線，路基兩旁有兩排碗口粗細，高約兩米的鐵棒，整個棒體是中控的，內部灌有液氨，當土壤溫度較高時，液態(tài)氨受熱氣化上升到頂部遇冷液化釋放出熱量，然后又流回到底部，如此循環(huán)往復，降低凍土溫度。
第三種方法是以橋代路，面對地質情況更加惡劣的凍土、河流、沼澤等，選擇以橋代路的方式，將橋梁樁基深入地下的永凍層，以保持線路穩(wěn)定。
青藏鐵路到現在已經安全運行了10年，其背后凝聚著幾代人的心血和奉獻。今天，在高原鐵軌的沿線，仍然有無數的鐵路人在默默地為這條神奇的天路保駕護航。
【真題鏈接】
1.（24分）閱讀圖文材料，完成下列要求。
多年凍土分為上下兩層，上層為夏季融化，冬季凍結的活動層，下層為多年凍結層。我國的多年凍土分布主要分布于東北高緯度地區(qū)和青藏高原高海拔地區(qū)。東北高緯地區(qū)多年凍土南界的年平均氣溫在-1℃～1℃，青藏高原多年凍土下界的年平均氣溫約為-3.5℃～-2℃。
由我國自行設計、建設的青藏鐵路格（爾木）拉（薩）段成功穿越了約550千米的連續(xù)多年凍土區(qū)，是全球目前穿越高原、高寒及多年凍土地區(qū)的最長鐵路。多年凍土的活動層反復凍融及冬季不完全凍結，會危及鐵路路基。青藏鐵路建設者創(chuàng)造性地提出了“主動降溫、冷卻路基、保護凍土”的新思路，采用了熱棒新技術等措施。圖a示意青藏鐵路格拉段及沿線年平均氣溫的分布，其中西大灘至安多為連續(xù)多年凍土分布區(qū)。圖b為青藏鐵路路基兩側的熱棒照片及其散熱工作原理示意圖。熱棒地上部分為冷凝段，地下部分為蒸發(fā)段，當冷凝段溫度低于蒸發(fā)段溫度時，蒸發(fā)段液態(tài)物質汽化上升，在冷凝段冷卻成液態(tài)，回到蒸發(fā)段，循環(huán)反復
（1）分析青藏高原形成多年凍土的年平均氣溫比東北高緯度地區(qū)低的原因。（8分）
（2）圖a所示甲地比五道梁路基更不穩(wěn)定，請說明原因。（8分）
（3）根據熱棒的工作原理，判斷熱棒散熱的工作季節(jié)（冬季或夏季）簡述判斷依據，分析熱棒傾斜設置（圖b）的原因。（8分）
【答案】
（1）青藏高原緯度低，海拔高，太陽輻射強；（3分）（東北高緯地區(qū)年平均氣溫低于-1℃～1℃，可以形成多年凍土。）青藏高原氣溫年較差小，當年平均氣溫同為-1℃～1℃時，冬季氣溫高，凍結厚度薄，夏季全部融化，不能形成多年凍土。（5分）
（2）甲地年平均氣溫更接近0℃，受氣溫變化的影響，活動層更頻繁地凍融，（凍結時體積膨脹，融化時體積收縮，）危害路基；（4分）甲地年平均氣溫高于五道梁，夏季活動層厚度較大，冬季有時不能完全凍結，影響路基穩(wěn)定性。（4分）
（3）冬季。（2分）依據：冬季氣溫低于地溫，熱棒蒸發(fā)段吸收凍土熱量，（將液態(tài)物質汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結，釋放出潛熱，）將凍土層中的熱量傳送至地上（大氣）。（3分）熱棒傾斜設置的原因：使熱棒能深入鐵軌正下方，保護鐵軌下的路基（多年凍土）。（3分）
【解析】
試題分析：
（1）海拔高是導致青藏高原地區(qū)氣溫低的主要原因。和東北地區(qū)相比，青藏高原地區(qū)緯度較低，冬季獲太陽輻射量多，冬季氣溫高，凍結厚度薄。夏季地表溫度高，凍土層融化。青藏高原緯度低、海拔高，太陽輻射強；（東北高緯度地區(qū)年平均氣溫低于-1℃—1℃，可形成多年凍土。）青藏高原氣溫年較差小，當年平均氣溫同為-1℃—1℃時，冬季氣溫高，凍結厚度薄，夏季全部融化，不能形成多年凍土。
（2）觀察圖中甲地與五道梁地區(qū)的溫度和緯度差異。甲地年均溫高于五道梁地區(qū)，甲地凍土層厚度變化大，永久凍土厚度較小，地基土頻繁的凍融不穩(wěn)。甲地年平均氣溫更接近0℃，受氣溫變化的影響，活動層更容易頻繁的凍融（凍結時體積膨脹，融化時體積收縮），危害路基；甲地年平均氣溫高于五道梁，夏季活動層厚度較大，冬季有時不能完全凍結，影響中期穩(wěn)定性。
（3）工作季節(jié)為冬季。冬季高原面上氣溫低，冷凝段溫度低于路基溫度，蒸發(fā)段將液態(tài)物質汽化上升，氣態(tài)物質在此段冷凝轉化成液態(tài)流回蒸發(fā)段。冬季氣溫低于低溫，熱棒蒸發(fā)段吸收凍土熱量（將液態(tài)物質汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結釋放出潛熱），將凍土層中的熱量傳送至地上（大氣）。傾斜設置可增加熱棒與地層的接觸面積，使熱棒能深入鐵軌正下方，對地層溫度的調節(jié)作用更強。使熱棒能深入鐵軌正下方，保護鐵軌下的路基（多年凍土）
【難點中心】該題以“青藏鐵路建設中多年凍土障礙的克服”為背景材料，層層設問，包括青藏高原的獨特氣候成因、青藏地區(qū)的地質條件和熱棒工作原理引導學生探究地理問題，并解決地理問題。該題難度大，是本套試題中難度最大的題，要求學生具備綜合分析能力，論證和探討地理問題的能力。
【考點難點突破】
【知識鏈節(jié)】
凍土是指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土（數小時/數日以至半月）/季節(jié)凍土（半月至數月）以及多年凍土（又稱永久凍土，指的是持續(xù)二年或二年以上的凍結不融的土層）。地球上多年凍土/季節(jié)凍土和短時凍土區(qū)的面積約占陸地面積的50%，其中，多年凍土面積占陸地面積的25%。凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，含有豐富的地下冰。因此，凍土具有流變性，其長期強度遠低于瞬時強度特征。正由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程構筑物就必須面臨兩大危險：凍脹和融沉。隨著氣候變暖，凍土在不斷退化。
【技能方法】
高考要求學生青藏鐵路路基兩側的熱棒照片及其散熱工作原理（熱棒地上部分為冷凝段，地下部分為蒸發(fā)段，當冷凝段溫度低于蒸發(fā)段溫度時，蒸發(fā)段液態(tài)物質汽化上升，在冷凝段冷卻成液態(tài)，回到蒸發(fā)段，循環(huán)反復。），對物理知識要求較高，需要學生靈活運用蒸發(fā)段液態(tài)物質汽化上升和在冷凝段冷卻成液態(tài)過程中的熱量傳遞方向。
熱棒的工作原理：在可可西里地區(qū)，在鐵路和公路兩旁可以看到很多豎立的“鐵棒”，有關技術人員說，這其實是一種高效熱導裝置，叫做“熱棒”。熱棒是青藏鐵路在運營過程中處理凍土危害、保護凍土的有效措施。據了解，熱棒是一種由碳素無縫鋼管制成的高效熱導裝置，5米埋入地下，地面露出2米。具有獨特的單向傳熱性能：熱量只能從地面下端向地面上 端傳輸，反向不能傳熱。在冬季，熱管內工作介質由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，帶走管內熱量；在暖季，熱棒則停止工作。獨特的冷卻地溫的作用使熱棒堪稱“魔棒”。熱棒的結構大致為一個密閉空心長棒,內裝有一些液氨,液氨沸點較低,在冬季土中熱量使該液體蒸發(fā),到頂部，通過散熱片將熱量傳導給空氣，冷卻后又液化回到下部，保持凍土冷凍狀態(tài)不松軟。在夏季，液體全部變成氣體，氣體對流很小，熱量向底部傳導很慢。
快速獲取和運用材料信息，是解答這類試題的關鍵。材料信息獲取包括文字材料信息、分布示意圖和等值線的判讀和景觀示意圖的判讀三個方面。
1.分布示意圖判讀技巧：結合圖例，明確圖例子在圖中分布特點，圖例與設問對應關系，圖例之間的關系。
2.景觀圖判讀技巧：關注圖名，明確研究區(qū)域與研究對象，關注圖中各組成要素之間的關系，結合設問聯系歸納相關信息。
3.材料信息提取技巧：提取有針對性，先分析問題，帶著問題找信息，關注對象要明確，注意特征詞、方位詞、數量詞、修飾限定詞等，做好設問與有用材料信息對應。
【拓展訓練】
人類工程建設一般要充分考慮當地自然環(huán)境特征。在青藏鐵路路基建設中，采用了自動溫控通風管技術。通風管路基主要由路基主體、道渣和通風管構成。其工作原理是：冷空氣密度較大，在自重和風的作用下將管中的熱空氣帶出，并不斷將周圍土體中的熱量帶走，同時也可以自動關閉入口阻隔熱空氣進入。通風管兩端擋板在氣溫高于 0℃時關閉，低于 0℃時打開。該地一年中日平均氣溫的變化范圍為-14℃～8℃。負溫期（日平均氣溫小于 0℃的時期）約 5～6 個月。下圖為通風管路基示意圖，讀圖回答下列各題。
2．通風管的設計充分考慮了區(qū)域不利自然條件對路基的影響，其主要工作是
A． 防止熱量散失 B． 防止路基積水
C． 防止路基凍融 D． 保護生物通道
3．通風管通風的工作的主要季節(jié)是
A． 春節(jié) B． 夏季 C． 秋季 D． 冬季
4．通風管擋板
A． 正溫期一直處于關閉狀態(tài) B． 負溫期一直處于關閉狀態(tài)
C． 夏季多打開，通風、散熱 D． 夜晚多打開，儲冷、降溫
【答案】2．C 3．D 4．D
【解析】
2．冷空氣密度較大，在自重和風的作用下將管中的熱空氣帶出，并不斷將周圍土體中的熱量帶走，同時也可以自動關閉入口阻隔熱空氣進入；青藏高原氣候高寒，有多年凍土，所以通風管可以防止凍土融化，保障鐵路安全；對防止熱量散失、積水及動物通道無關。選C正確。
3．通風管兩端擋板在氣溫高于 0℃時關閉，低于 0℃時打開；即夏季外界氣候高，通風管會關閉；冬季外界氣候低，通風管會打開，通風管打開才會進入工作狀態(tài)；春秋兩季在青藏高原時間短，影響小。選D正確。
4．青藏高原是高原氣候，該地一年中日平均氣溫的變化范圍為-14℃～8℃，即使是正溫期時，夜間溫度可能在0℃以下，通風管也會打開工作，夜間通風管打開冷空氣進入，利于降低土層溫度，保障鐵路安全，A錯、D正確；負溫期日平均氣溫小于 0℃，通風管會打開工作，B錯；夏季白天外界溫度高于0℃，通風管多會關閉，C錯。選D正確。
在青藏鐵路建設中，為解決多年凍土層不穩(wěn)定對路基的影響，采用了自動溫控通風管技術（圖示）。通風管兩端擋板在氣溫高于0℃時關閉，低于0℃時打開。該地一年中日平均氣溫的變化范圍為-14℃～8℃。負溫期（日平均氣溫小于0℃的時期）約6～5個月。據此完成下面小題。
A. 正溫期一直處于關閉狀態(tài) B. 負溫期一直處于關閉狀態(tài)
C. 夏季多打開，通風、散熱 D. 夜晚多打開，儲冷、降溫
6．與江漢平原相比，該地（ ）
A. 負溫期短 B. 氣溫年較差大
C. 氣溫日較差大 D. 太陽輻射弱
7．一年中，通風管擋板口關閉時長開始呈上升趨勢后的一個月該地（ ）
A. 日出方位更偏南 B. 正午太陽高度逐漸變大
C. 晝長逐漸變短 D. 太陽高度日變化逐漸減小
【答案】5．D 6．C 7．B
【解析】
5．根據通風管兩端擋板在氣溫高于0℃時關閉，低于0℃時打開的原理,結合青藏高原氣溫日較差大，夜間經常氣溫低于0℃，夜間多打開。負溫期也會有可能高于0℃,正溫期也可能低于0℃，不會是一直開或關的。故選D。
6．青藏高原大氣稀薄，白天太陽輻射強度，氣溫高，夜晚保溫作用差，氣溫低，日較差大于平原。故選C。
7．一年中，通風管擋板日關閉時長開始呈上升趨勢時，多為冬末春初。此后的一個月內，太陽直射點北移，晝長開始變長，中午太陽高度角開始變大。公轉速度也越來越慢。故選B。
青藏鐵路格爾木至拉薩段通過多年凍土區(qū)約552 km，對多年凍土區(qū)路基的防護成為青藏鐵路建設施工的重點，片石通風路基是凍土區(qū)常用的路基防護措施。下圖示意青藏鐵路片石通風路基橫斷面。據此完成下列各題。
8. 片石通風路基散熱效果最顯著的季節(jié)是
A. 春季 B. 夏季 C. 冬季 D. 秋季
9. 專家建議青藏鐵路東西走向路段路基兩側增加片石護坡層，且南坡厚度要大于北坡，其目的提
A. 進一步降低路基的溫度 B. 增加北坡路基散熱效率
C. 降低南坡風力侵蝕強度 D. 保持路基兩側降溫一致
【答案】8. C 9. D
【解析】試題分析：
8. 由材料和圖可知，片石層由較大的礫石組成，礫石之間有較大的孔隙，孔隙充滿空氣。根據大氣受熱原理分析，冬季，外界氣溫低于路基溫度，路基外比重較大的冷空氣下沉，進入片石通風路基的孔隙中，置換比重較小的熱空氣，形成熱對流，從而促進片石通風路基的熱散失，使凍土保持較低溫度。故而片石通風路基散熱效果最顯著的季節(jié)是冬季，D正確。
9. 南坡是陽坡溫度較北坡高，南坡厚度大目的是保持路基兩側降溫一致，B正確。
【考點定位】學生獲取信息運用信息的能力、熱力環(huán)流
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適用對象：中學全體師生，高考沖刺的學子們，地理愛好者
