第五講 大氣的組成、垂直分布和熱力狀況2

1、 第五講 大氣的組成、垂直分布和熱力狀況課時(shí)安排：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1了解大氣的組成和垂直分層，理解大氣各層對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的影響。2了解大氣的受熱過(guò)程，區(qū)分大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用、對(duì)地面保溫作用的形成機(jī)制。3明確大氣的氣溫日變化、年變化及水平分布規(guī)律的形成原因與特點(diǎn)。本講重點(diǎn)：1大氣的垂直分層及對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的影響2大氣的受熱過(guò)程3氣溫的日變化和年變化、氣溫分布的一般規(guī)律本講難點(diǎn)：1大氣垂直分層對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的影響2大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用、對(duì)地面保溫作用的形成機(jī)制3大氣的氣溫日變化、年變化及水平分布規(guī)律的形成原因與特點(diǎn)考點(diǎn)點(diǎn)撥：第一課時(shí)一、大氣的組成和垂直分層1地球外部的四大圈層：大氣圈、水圈、巖石圈、

2、生物圈。大氣圈的作用：提供生命活動(dòng)所需要的大氣，而且還是生物生存的保護(hù)層等，對(duì)人類(lèi)有重大作用。2大氣的主要成分及各種成分的環(huán)境意義低層大氣組成體積()作用干 潔空 氣N278地球生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的重要組成部分O221人類(lèi)和一切生物維持生命活動(dòng)所必需的物質(zhì)CO20033綠色植物進(jìn)行光合作用的基本原料，并對(duì)地面起保溫作用03很少能吸收太陽(yáng)紫外線，對(duì)地球上的生物起著保護(hù)作用水汽 很少產(chǎn)生云、雨、霧、雪等天氣現(xiàn)象；影響地面和大氣的溫度固體雜質(zhì) 很少作為凝結(jié)核，是成云致雨的必要條件總的說(shuō)來(lái)，自然界干潔空氣中各部分的含量處于動(dòng)態(tài)平衡中，但是不合理的人類(lèi)活動(dòng)，能夠改變大氣各種成分的含量（特別是微量氣體，如、臭

3、氧的含量的變化）。當(dāng)前，特別引起人類(lèi)關(guān)注的是全球二氧化碳含量上升和臭氧含量減少的現(xiàn)象，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境產(chǎn)生了重大的負(fù)面影響。經(jīng)典例題1 地球大氣中，下列變化是上升趨勢(shì)的有 ( ) A水氣和固體雜質(zhì)的含量隨高度增加的變化 B對(duì)流層的高度由高緯向低緯的變化 C對(duì)流層的氣溫隨高度增加的變化 D大氣中二氧化碳含量的變化【解析】水汽和固體雜質(zhì)，它們幾乎全部集中在大氣最低層對(duì)流層中，它們隨高度增加越來(lái)越少；由于人類(lèi)活動(dòng)如燃燒煤、石油等礦物燃料排出大量二氧化碳，使二氧化碳含量不斷增加，故D選項(xiàng)符合題干要求。對(duì)流層低緯度地面受熱多，對(duì)流旺盛，故對(duì)流層的高度高，而高緯度地面的熱量少，對(duì)流運(yùn)動(dòng)弱，故對(duì)流層的高

4、度低?！敬鸢浮緿 2大氣的垂直分層各部分大氣層的基本特點(diǎn)：大氣層雖然有數(shù)千千米（一般認(rèn)為有20003000千米），但其質(zhì)量的3/4以上卻分布在離地面十幾千米的低層。依據(jù)各大氣層溫度（如圖5-1）、密度和運(yùn)動(dòng)狀況，我們可以將大氣層分成對(duì)流層、平流層和高層大氣。（1）大氣層的基本特點(diǎn)見(jiàn)下表：垂直分層高度分布主要特點(diǎn)原 因?qū)α鲗拥途?718km氣溫隨高度增加而遞減，每上升100米降低06對(duì)流動(dòng)動(dòng)顯著天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變熱量絕大部分來(lái)自地面，上冷下熱，差異大，對(duì)流強(qiáng)水汽雜質(zhì)多、對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著中緯1012 km高緯89km平流層對(duì)流層頂?shù)?055km起初氣溫變化小，30千米以上氣溫迅速上升大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主大

5、氣平穩(wěn)，天氣晴朗，有利高空飛行臭氧吸收紫外線上熱下冷水汽雜質(zhì)少、水平運(yùn)動(dòng)高層大氣對(duì)流層頂?shù)?0003000千米存在若干電離層，能反射無(wú)線電波，對(duì)無(wú)線電通信有重要作用太陽(yáng)紫外線和宇宙射線作用對(duì)流層平流層高層大氣-80C -50C -10C 20C 溫度/C20C20C20C20C5012高度/Km圖5-1大氣溫度隨高度變化曲線：（2）對(duì)流層高度的時(shí)空分布特點(diǎn)： 對(duì)流層的高度取決于地面溫度的高低，近地面溫度高，對(duì)流層高度大；反之，就小。因?yàn)闇囟雀?，?duì)流旺盛，波及高度大，對(duì)流層頂高。 (1)緯度分布 對(duì)流層高度隨緯度升高而降低。 (2)季節(jié)分布 同一地區(qū)，夏季對(duì)流層高于冬季。經(jīng)典例題2 圖5-2表示

6、大氣垂直分層，讀圖回答一題。圖中正確表示大氣層氣溫垂直變化的曲線是 （ ）A B C D對(duì)短波通信具有重要意義的電離層位于 （ ）A層頂部 B層底部 C層中部 D層2003年10月，我國(guó)發(fā)射的“神舟”五號(hào)飛船運(yùn)行軌道所在大氣層 （ ）A氣溫在5020之間 B氣溫隨高度增加平穩(wěn)下降C低氣溫約為80 D最高氣溫約為40【解析】該組題考查了對(duì)大氣溫度垂直變化規(guī)律與大氣分層的認(rèn)識(shí)，并緊密結(jié)合熱點(diǎn)，考查了各大氣層的大氣環(huán)境特點(diǎn)及其對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的影響，同時(shí)還考查了學(xué)生的讀圖分析能力。由下往上，對(duì)流層、平流層、高層大氣氣溫垂直變化表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。對(duì)流層的熱量主要來(lái)自地面，因此氣溫隨高度的增加而遞減；平流

7、層大氣中的臭氧大量吸收紫外線而導(dǎo)致其升溫；高層大氣變化稍微復(fù)雜一點(diǎn)，隨高度上升，溫度先是下降，然后再上升。值得注意的是在圖中曲線相似的情況下，要從其溫度值加以判別。電離層位于80500千米的高空，主要原因是高層大氣在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下，處于高度電離狀態(tài)，它能夠反射無(wú)線電波。2003年10月，我國(guó)發(fā)射的“神舟”五號(hào)飛船運(yùn)行軌道是在高層大氣中，正確解答第(1)題是回答本題的關(guān)鍵?！敬鸢浮緽 D C（4）逆溫現(xiàn)象的成因及其危害一般情況下，對(duì)流層溫度上冷下熱。但在一定條件下，對(duì)流層的某一個(gè)高度范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氣溫隨高度增加而上升的現(xiàn)象(即下冷上熱現(xiàn)象)，這種氣溫逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象我們稱之為“逆溫”。造成

8、“逆溫”現(xiàn)象的原因有很多種： 一是地面輻射冷卻(輻射逆溫)。圖5-3表明了這種輻射逆溫的生消過(guò)程。 圖a為正常氣溫垂直分布情形；在晴朗無(wú)云的夜間，地面輻射冷卻很快，貼近地面的氣層也隨之降溫。離地面愈近，降溫愈快，離地面愈遠(yuǎn)，降溫愈慢，因而形成了白地面開(kāi)始的逆溫(圖b)；隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐漸向上擴(kuò)展，黎明時(shí)達(dá)最強(qiáng)(圖c)；日出后，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，地面很快增溫，逆溫便逐漸自下而上地消失(圖d、e)。輻射逆溫厚度從數(shù)十米到數(shù)百米，在大陸上常年都可出現(xiàn)，以冬季最強(qiáng)。冬季夜長(zhǎng)，逆溫層較厚，消失較慢。 二是冷空氣下沉(地形逆溫)。在山谷與盆地區(qū)域，由于冷卻的空氣會(huì)沿斜坡流人低谷和盆地，因而常

9、使山谷和盆地的輻射逆溫得到加強(qiáng)，往往持續(xù)數(shù)天而不會(huì)消失。三是空氣平流(平流逆溫)。當(dāng)暖空氣水平移動(dòng)到冷的地面或水面上，會(huì)發(fā)生接觸冷卻的作用。 危害：由于逆溫層的存在，造成對(duì)流層大氣局部上熱下冷，大氣層結(jié)穩(wěn)定，阻礙了空氣垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，使大量煙塵、水汽凝結(jié)物等聚集在它的下面，易產(chǎn)生大霧天氣，使能見(jiàn)度變壞，尤其是城市及工業(yè)區(qū)上空，由于凝結(jié)核多，易產(chǎn)生濃霧天氣，有的甚至造成嚴(yán)重大氣污染事件，如光化學(xué)煙霧等。經(jīng)典例題3 圖5-4中圖甲表示近地面空氣若上升到3000m高度時(shí)，理論溫度為T(mén)。3000米高空的實(shí)際溫度為T(mén)s，當(dāng)TsT時(shí)近地面空氣上升將受阻，即出現(xiàn)了逆溫現(xiàn)象，讀某城市春季氣溫日變化圖(圖5-4

10、中圖乙)，回答： (1)若穩(wěn)定在8，該城市氣溫至少要上升到 以上時(shí)，逆溫現(xiàn)象才會(huì)結(jié)束，這時(shí)的時(shí)間約為 時(shí)。 (2)一般逆溫結(jié)束后2小時(shí)，近地面對(duì)流才能起到“凈化”空氣的作用。所以，在圖示的情況下，僅考慮空氣潔凈的因素，上午體育鍛煉的時(shí)間宜選在 時(shí)以后?！窘馕觥繉?duì)流層的特點(diǎn)之一是大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著，產(chǎn)生對(duì)流的主要原因是對(duì)流層底層大氣溫度高，高層大氣溫度低。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)流層氣溫直減率(06100米)愈大，即低層氣溫與高層氣溫差值愈大，大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)愈顯著；反之，對(duì)流運(yùn)動(dòng)愈弱。若氣溫直減率為負(fù)值，即氣溫隨高度增加逐漸升高時(shí)即為逆溫現(xiàn)象，逆溫發(fā)生時(shí)，對(duì)流層下層溫度低，上層溫度高，空氣上輕下重，不能產(chǎn)生空氣

11、的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，逆溫現(xiàn)象是空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)的巨大障礙。當(dāng)其發(fā)生時(shí)，低層被污染的大氣不能與上層大氣產(chǎn)生對(duì)流，近地面空氣就得不到“凈化”，此時(shí)不宜進(jìn)行體育鍛煉。 日出以后，隨著近地面氣溫的逐漸升高，空氣的上升運(yùn)動(dòng)隨之加強(qiáng)，逆溫現(xiàn)象也會(huì)逐漸消失，對(duì)流運(yùn)動(dòng)得以繼續(xù)?！敬鸢浮?1)10 8 (2)10第二課時(shí)二、大氣的受熱過(guò)程 1大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 太陽(yáng)輻射在穿過(guò)大氣層時(shí)，高層大氣中的氧原子、平流層中的臭氧主要吸收太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)較短的紫外線。對(duì)流層大氣中的水汽和二氧化碳等，主要吸收太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線。因此大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收作用是有選擇性的。又由于太陽(yáng)輻射中能量最強(qiáng)部分集中在波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光部分，因此

12、大氣直接吸收的太陽(yáng)輻射是很少的。2大氣對(duì)地面的保溫作用 地球大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射幾乎是透明體，大部分太陽(yáng)輻射能夠透過(guò)大氣射到地面上，使地面增溫；大氣對(duì)地面長(zhǎng)波輻射卻是隔熱層，把地面輻射放出的熱量絕大部分截留在大氣中，并通過(guò)大氣逆輻射又將熱量還給地面。人們把大氣的這種作用，稱為大氣的保溫作用。據(jù)計(jì)算，如果沒(méi)有大氣，地球表面平均溫度為18，實(shí)際為15。大氣的保溫作用，使地面溫度提高了33多。3太陽(yáng)輻射透過(guò)地球大氣到達(dá)地球表面，在地面和大氣之間進(jìn)行一系列能量轉(zhuǎn)換。 如上圖，其過(guò)程包括：到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射，一部分能量被大氣吸收、反射和散射而削弱，只有一半左右的太陽(yáng)輻射能量到達(dá)地面。地面吸收太陽(yáng)輻射而增溫

13、，同時(shí)向外放出地面輻射。大氣吸收了地面輻射的絕大部分，同時(shí)向外釋放出大氣輻射，大氣輻射除極小部分射向宇宙空間，絕大部分又以大氣逆輻射的形式射向地面而對(duì)地面具有保溫作用。經(jīng)典例題4 天氣晴朗且大氣污染較輕時(shí) （ ）A氣溫日變化幅度較大 B夜晚氣溫較陰天稍高C白天大氣反射作用加強(qiáng) D白天天空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色【解析】本題可用因果推理的方法加以解答，由于天氣晴朗且大氣污染較輕，因此白天大氣的反射作用減弱，白天氣溫較高；晚上由于空中云量較少，大氣逆輻射減弱，保溫作用弱，氣溫較低，因此氣溫的日變化較大。由于白天天氣晴朗，藍(lán)紫色光容易被散射，從而呈現(xiàn)蔚藍(lán)色?！敬鸢浮緼D經(jīng)典例題5 下面是大氣對(duì)地面的保溫作用示意圖

14、，據(jù)此回答：4圖5-8(1)圖中太陽(yáng)輻射、地面輻射、大氣輻射、大氣逆輻射的數(shù)碼代號(hào)按順序依次是ABCD(2)青藏高原比長(zhǎng)江中下游平原氣溫日較差較大的原因是離太陽(yáng)近青藏高原比長(zhǎng)江中下游平原太陽(yáng)高度角小云層厚且夜晚長(zhǎng)地勢(shì)高、空氣稀薄白天太陽(yáng)輻射強(qiáng)夜晚大氣逆輻射弱【解析】本題第（1）題關(guān)鍵抓住熱力作用的發(fā)生順序應(yīng)為太陽(yáng)輻射地面吸收地面輻射大氣吸收大氣輻射大氣逆輻射。第（2）題青藏高原與長(zhǎng)江中下游平原緯度大體相同，但地勢(shì)不同，青藏高原海拔高，空氣稀薄，大氣層上，水汽、雜質(zhì)較少，白天大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用弱，夜晚大氣對(duì)地面的保溫作用弱，故日較差大；而長(zhǎng)江中下游平原：地勢(shì)低平，水域面積大，大氣質(zhì)上，水汽

15、、雜質(zhì)集中在對(duì)流層底部，白天大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用強(qiáng)，夜晚大氣對(duì)地面的保溫作用強(qiáng)，故日較差較小，通過(guò)審題應(yīng)該是青藏高原具有的只有符合，故選B?！敬鸢浮浚?）C （2）B二、大氣熱力作用原理應(yīng)用：運(yùn)用大氣熱力作用原理，可以分析解決許多實(shí)際問(wèn)題：1陰天的白天氣溫比較低的原因？這主要是由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用引起的，厚厚的云層阻擋了到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射，所以氣溫低。2晴朗的天空為什么是蔚藍(lán)色的？這是由于大氣的散射作用引起的，藍(lán)色光最容易被小的空氣分子散射。3日出前的黎明和日落后的黃昏天空為什么是明亮的？這是由于散射作用造成的，散射作用將太陽(yáng)輻射的一部分能量射向四面八方，所以在黎明和黃昏雖然看不見(jiàn)

16、太陽(yáng)，但天空仍很明亮。4霜凍為什么出現(xiàn)在晴朗的早晨（晴朗的夜晚氣溫低）？這是由于晴朗的夜晚大氣的保溫作弱，地面熱量迅速散失，氣溫隨之降低。5沙漠地區(qū)（晴天）為什么氣溫日較差大？沙漠地區(qū)晴天多，白天大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用小，氣溫高；夜晚大氣對(duì)地面的保溫作用弱，氣溫低。6青藏高原為什么是我國(guó)太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的地區(qū)？青藏高原的海拔高度，空氣稀薄，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用弱，所以太陽(yáng)輻射強(qiáng)。三、全球的熱量平衡多年平均來(lái)看，地球（地面和大氣）熱量收支平衡。全球熱量平衡與人類(lèi)生存發(fā)展的關(guān)系：第一、全球每年平均氣溫比較穩(wěn)定，有利于人類(lèi)的生存與活動(dòng)。第二、人類(lèi)通過(guò)改變大氣的組成或改變地面的熱力狀況，可以影響大氣

17、的熱力作用過(guò)程，從而改變局部地區(qū)甚至是全球的氣候。例如：人類(lèi)向大氣中大量排放等溫室氣體，使得大氣熱量的收支失去平衡，導(dǎo)致熱量平衡失調(diào)，全球變暖；人類(lèi)改變地面狀況（植被覆蓋狀況、水域面積等）可以影響地面獲得熱量的多少和改變地面輻射，而使局部小氣候發(fā)生改變。經(jīng)典例題6關(guān)于地球的熱量收支狀況，表述正確的是 ( )A地球不斷吸收太陽(yáng)輻射，結(jié)果終將變得越來(lái)越熱B高緯地區(qū)接收的太陽(yáng)輻射少于其支出的長(zhǎng)波輻射，高緯地區(qū)將變得越來(lái)越冷C高緯地區(qū)熱量的收入少于支出，但因溫室效應(yīng)的作用，高緯度地區(qū)并不會(huì)越來(lái)越冷D由于大氣環(huán)流和洋流的作用，低、高緯度地區(qū)間不斷進(jìn)行熱量交換，地球熱量收支總體處于平衡狀態(tài)【答案】D經(jīng)典例

18、題7 讀某地近地面多年平均熱量收入狀況圖分析回答：（1）陰影反映近地面空氣熱量 ，所以此段時(shí)間氣溫呈 趨勢(shì)。（2）曲線A表明了 年內(nèi)的變化，這種變化與 的年變化基本一致。（3）曲線B表明了 年內(nèi)的變化，這種變化與 的年變化基本一致。（4）該地位于 半球。最高氣溫可能出現(xiàn)在 ?！窘馕觥控Q坐標(biāo)表示熱量變化。橫坐標(biāo)表示月份，A曲線6月份達(dá)最高值，這可能是地面輻射帶來(lái)的大氣熱量收入。而B(niǎo)曲線最高值的出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)后推，應(yīng)該是代表大氣熱量支出的大氣逆輻射，而圖中D可能因?yàn)槭杖氪笥谥С龆鵁崃坑?，氣溫才有可能上升?！敬鸢浮浚?）盈余，上升；（2）熱量收入，太陽(yáng)輻射；（3）熱量支出，地面輻射；（4）北，7月低

19、或8月初。下圖為“地球大氣的垂直分層圖（部分）”，判斷13題。1四條曲線中，正確表示圖示大氣層氣溫垂直分布情況的是 （ ）第13題圖A B C D2影響該大氣層氣溫垂直變化的主要因素是 （ ） A地面輻射 BCO2氣體C臭氧氣體 D人類(lèi)活動(dòng)3有關(guān)大氣層的正確敘述有 （ ）A有電離層，對(duì)無(wú)線電通訊有重要作用B天氣晴朗，對(duì)流旺盛，有利于高空飛行C上部冷下部熱，空氣以平流運(yùn)動(dòng)為主 D頂部與底部的氣溫相差約50左右 讀如城秋季某夜前后垂直溫度梯度（0C/100米）時(shí)空變化圖，完成45題。第45題圖4該日發(fā)生大氣逆溫現(xiàn)象的時(shí)段是 （ ）A當(dāng)日17點(diǎn)前和第二天8點(diǎn)后B17時(shí)23時(shí)C16時(shí)30分7時(shí)D23時(shí)

20、5時(shí)5當(dāng)該地大氣發(fā)生逆溫現(xiàn)象時(shí) （ ）A空氣對(duì)流更加顯著 第6題圖B抑制污染物向上擴(kuò)散C有利于大氣成云致雨 D減少了大氣中臭氧的含量6圖中，晝夜溫差最小的是 ( ) 第7題圖7讀下圖，指出對(duì)流層大氣的熱量，絕大部分來(lái)自四種輻射中的 （ ) “春天孩兒面，一日三朝變”。請(qǐng)參閱今年3月1日至17日上海地區(qū)氣溫曲線圖，回答812題。第812題圖8圖中最低氣溫出現(xiàn)的日期是17天中的 （ ）A7日 B10日 C12日 D17日 9下列4天中，氣溫日較差最大的一天是 （ ）A3日 B6日 C11日 D16日10從3月17日起，再過(guò)10天，下列城市中白天最長(zhǎng)的是 （ ）A上海B北京C廣州D哈爾濱 11下列4天中，北京某地（40N）測(cè)出正午太陽(yáng)高度角最接近50的一天是（ ） A3月4日 B3月8日C3月13日 D3月17日12造成初春氣溫驟變的原因，除冷暖氣流的影響外，云對(duì)氣溫高低也有一定的影響。以下關(guān)于云對(duì)氣溫影響的正確敘述是（ ）白天多云，云對(duì)太陽(yáng)輻射的反射作用，造成地