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1、第五讲 大气的组成、垂直分布和热力状况课时安排：2 课时教学目标：1了解大气的组成和垂直分层，理解大气各层对人类活动的影响。2了解大气的受热过程，区分大气对太阳辐射的削弱作用、对地面保温作用的形成机制 3明确大气的气温日变化、年变化及水平分布规律的形成原因与特点。本讲重点：1大气的垂直分层及对人类活动的影响2大气的受热过程3气温的日变化和年变化、气温分布的一般规律本讲难点：1大气垂直分层对人类活动的影响2大气对太阳辐射的削弱作用、对地面保温作用的形成机制 3大气的气温日变化、年变化及水平分布规律的形成原因与特点 考点点拨：第一课时一、大气的组成和垂直分层 1地球外部的四大圈层：大气圈、水圈、岩
2、石圈、生物圈。大气圈的作用：提供生命活动所需要的大气，而且还是生物生存的保护层等，对人类有 重大作用。2.大气的主要成分及各种成分的环境意义低层大气勺1成体积（）作用干洁 空气N78地球生物体内蛋白质的重要组成部分2O21人类和一切生物维持生命活动所必需的物质2COn0. 033绿色植物进行光合作用的基本原料，并对地面起保温作用0很少能吸收太阳紫外线，对地球上的生物起着保护作用3水汽很少产生云、雨、雾、雪等天气现象；影响地面和大气的温度固体杂质很少作为凝结核，是成云致雨的必要条件总的说来，自然界干洁空气中各部分的含量处于动态平衡中，但是不合理的人类活动，能 够改变大气各种成分的含量（特别是微量
3、气体，如CO 2、臭氧的含量的变化）。当前，特别 引起人类关注的是全球二氧化碳含量上升和臭氧含量减少的现象，已经对人类的生存环境产 生了重大的负面影响。经典例题 1 地球大气中，下列变化是上升趋势的有 （）A.水气和固体杂质的含量随高度增加的变化B 对流层的高度由高纬向低纬的变化C 对流层的气温随高度增加的变化D 大气中二氧化碳含量的变化【解析】水汽和固体杂质，它们几乎全部集中在大气最低层对流层中，它们随高度增加 越来越少；由于人类活动如燃烧煤、石油等矿物燃料排出大量二氧化碳，使二氧化碳含量不 断增加，故 D 选项符合题干要求。对流层低纬度地面受热多，对流旺盛，故对流层的高度高， 而高纬度地面
4、的热量少，对流运动弱，故对流层的高度低。【答案】D2大气的垂直分层各部分大气层的基本特点：大气层虽然有数千千米（一般认为有20003000千米），但其质量的3/4以上却分布在 离地面十几千米的低层。依据各大气层温度（如图5-1）、密度和运动状况，我们可以将大气 层分成对流层、平流层和高层大气。（1）大气层的基本特点见下表：垂直分层高度分布主要特点原因对流层低纬1718km中纬 1012 km高纬89km 气温随高度增加而递减，每上 升100米降低0. 6C 对流动动显者 天气现象复杂多变热量绝大部分来自地面，上 冷下热，差异大，对流强 水汽杂质多、对流运动显著平流层对流层顶到5055km 起初
5、气温变化小，30千米以 上气温迅速上升 大气以水平运动为主 大气平稳，天气晴朗，有利高 空飞行臭氧吸收紫外线上热下冷水汽杂质少、水平运动高层大气对流层顶到20003000千米存在若干电离层，能反射无线电 波，对无线电通信有重要作用太阳紫外线和宇宙射线作 用大气温度随高度变化曲线：高度/Km高层大气平流层12对流层-80C -50C-10C20C 温度/C20C图 5-12）对流层高度的时空分布特点：反之，就小。对流层的高度取决于地面温度的高低，近地面温度高，对流层高度大因为温度高，对流旺盛，波及高度大，对流层顶高。(1) 纬度分布 对流层高度随纬度升高而降低。(2)季节分布 同一地区，夏季对流
6、层高于冬季。经典例题2图5-2表示大气垂直分层，读图回答一题。 图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是D.A.B.C. 对短波通信具有重要意义的电离层位于A.I层顶部B.II层底部C.II层中部D.III层 2003年10月，我国发射的“神舟”五号飞船运行轨道所在大气层()A.气温在一50 C20 之间B.气温随高度增加平稳下降C.低气温约为一80CD.最高气温约为40C【解析】该组题考查了对大气温度垂直变化规律与大气分层的认识，并紧密结合热点，考查 了各大气层的大气环境特点及其对人类活动的影响，同时还考查了学生的读图分析能力。由下往上，对流层、平流层、高层大气气温垂直变化表现出不同的变化规律
7、。对流层的热量 主要来自地面，因此气温随高度的增加而递减；平流层大气中的臭氧大量吸收紫外线而导致 其升温；高层大气变化稍微复杂一点，随高度上升，温度先是下降，然后再上升。值得注意 的是在图中曲线相似的情况下，要从其温度值加以判别。电离层位于80500千米的高空， 主要原因是高层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，它能够反射无 线电波。 2003年10 月，我国发射的“神舟”五号飞船运行轨道是在高层大气中，正确解答 第(1)题是回答本题的关键。【答案】BDC(4)逆温现象的成因及其危害 一般情况下，对流层温度上冷下热。但在一定条件下，对流层的某一个高度范围内会出 现气温随高度增
8、加而上升的现象 (即下冷上热现象)，这种气温逆转的现象我们称之为“逆 温”。 造成“逆温”现象的原因有很多种： 一是地面辐射冷却(辐射逆温)。图 5-3 表明了这种辐射逆温的生消过程。图I图a为正常气温垂直分布情形；在晴朗无云的夜间，地面辐射冷却很快，贴近地面的气 层也随之降温。离地面愈近，降温愈快，离地面愈远，降温愈慢，因而形成了白地面开始的 逆温（图b）；随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强（图c）；日出后， 太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上地消失（图d、e）。辐射逆温厚度从 数十米到数百米，在大陆上常年都可出现，以冬季最强。冬季夜长，逆温层较厚，消失较
9、慢二是冷空气下沉（地形逆温）。在山谷与盆地区域，由于冷却的空气会沿斜坡流人低谷和盆地，因而常使山谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不会消失。三是空气平流（平流逆温）。当暖空气水平移动到冷的地面或水面上，会发生接触冷却的作 用。 危害：由于逆温层的存在，造成对流层大气局部上热下冷，大气层结稳定，阻碍了空 气垂直运动的发展，使大量烟尘、水汽凝结物等聚集在它的下面，易产生大雾天气，使能见 度变坏，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生浓雾天气，有的甚至造成严重大 气污染事件，如光化学烟雾等。经典例题3图5-4中图甲表示近地面空气若上升到3000m高度时，理论温度为T。3000米 高空的
10、实际温度为Ts,当Ts三T时近地面空气上升将受阻，即出现了逆温现象，读某城市春季气温日变化图（图 5-4中图乙），回答：QB图甲3000米：劭圏乙（1）若稳定在8C,该城市气温至少要上升到 C以上时，逆温现象才会结束，这时的时间约为时。（2）一般逆温结束后2小时，近地面对流才能起到“净化”空气的作用。所以，在图示的情 况下，仅考虑空气洁净的因素，上午体育锻炼的时间宜选在时以后。解析】对流层的特点之一是大气对流运动显著，产生对流的主要原因是对流层底层大气温度高，高层大气温度低。一般说来，对流层气温直减率(0. 6C/100米)愈大，即低层气温 与高层气温差值愈大，大气对流运动愈显著；反之，对流运
11、动愈弱。若气温直减率为负值， 即气温随高度增加逐渐升高时即为逆温现象，逆温发生时，对流层下层温度低，上层温度高， 空气上轻下重，不能产生空气的对流运动，逆温现象是空气对流运动的巨大障碍。当其发生 时，低层被污染的大气不能与上层大气产生对流，近地面空气就得不到“净化”，此时不宜 进行体育锻炼。 日出以后，随着近地面气温的逐渐升高，空气的上升运动随之加强，逆温 现象也会逐渐消失，对流运动得以继续。【答案】(1)10 8 (2)10第二课时、大气的受热过程 1大气对太阳辐射的吸收太阳辐射在穿过大气层时，高层大气中的氧原子、平流层中的臭氧主要吸收太阳辐 射中波长较短的紫外线。对流层大气中的水汽和二氧化
12、碳等，主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。因此大气对太阳辐射的吸收作用是有选择性的。又由于太阳辐射中能量最强部分集中在波长较短的可见光部分，因此大气直接吸收的太阳辐射是很少的。离层大吒低对流駁忒汽沖二和化碳吸收虹烬耀平流思具氧吸收董外线高7 (%卸总:72大气对地面的保温作用地球大气对太阳短波辐射几乎是透明体，大部分 太阳辐射能够透过大气射到地面上，使地面增温；大 气对地面长波辐射却是隔热层，把地面辐射放出的热 量绝大部分截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热 量还给地面。人们把大气的这种作用，称为大气的保 温作用。据计算，如果没有大气，地球表面平均温度为 18C，实际为15C。大气的保温作用，
13、使地面温度提 咼了 33 C多。3太阳辐射透过地球大气到达地球表面，在地面和大?i r.气之间进行一系列能量转换。地面辐射使尢=1谥度升育同吋大宅趟出嶋肘苴中很垃部分指向比面，釉为大气逆艳丈逆輻射刑地面逼刘了保温作用尢哥分却日琨肘能逶过犬气肘向理面，低地沮升高地而閘啟出世丈阳辐肘覆査如上图，其过程包括：到达地球的太阳辐射，一部分能量被大气吸收、反射和散射 而削弱，只有一半左右的太阳辐射能量到达地面。地面吸收太阳辐射而增温，同时向外放 出地面辐射。大气吸收了地面辐射的绝大部分，同时向外释放出大气辐射，大气辐射除极 小部分射向宇宙空间，绝大部分又以大气逆辐射的形式射向地面而对地面具有保温作用。经典
14、例题 4 天气晴朗且大气污染较轻时（）A. 气温日变化幅度较大B.夜晚气温较阴天稍高C.白天大气反射作用加强D.白天天空呈现蔚蓝色【解析】本题可用因果推理的方法加以解答，由于天气晴朗且大气污染较轻，因此白天大气 的反射作用减弱，白天气温较高；晚上由于空中云量较少，大气逆辐射减弱，保温作用弱， 气温较低，因此气温的日变化较大。由于白天天气晴朗，蓝紫色光容易被散射，从而呈现蔚 蓝色。【答案】AD经典例题5 下面是大气对地面的保温作用示意图，据此回答：射电Ki心1；7,&B上-i面门卜汕1闻汨上:一立:如辽图 5-8（1）图中太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射的数码代号按顺序依次是A.B.C.D.（2）青藏高原比长江中下游平原气温日较差较大的原因是离太阳近青藏高原比长江中下游平原太阳高度角小 云层厚且夜晚长地势高、空气稀薄白天太阳辐射强夜晚大气逆辐射弱【解析】本题第（1）题关键抓住热力作用的发生顺序应为太阳辐射T地面吸收T地面辐射 T大气吸收T大气辐射T大气逆辐射。第（2 ）题青藏高原与长江中下游平原纬度大体相 同，但地势不同，青藏高原海拔高，空气稀薄，大气层上，水汽、杂质较少，白天大气对太 阳辐射的削弱作用弱，夜晚大气对地面的保温作用弱，故日较差大；而长江中下游平原：地 势低平，水域面积大，大气质上，水汽、杂质集
