高一地理 必修一 第二章 内容解析

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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

低层大气组成		体积(％)	作用
干 洁 空 气	N2	78	地球生物体内蛋白质的重要组成部分
	O2	21	人类和一切生物维持生命活动所必需的物质
	CO2	0．033	绿色植物进行光合作用的基本原料，并对地面起保温作用
	03	很少	能吸收太阳紫外线，对地球上的生物起着保护作用
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（特别是微量气体，如 、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，而高纬度地面的热量少，对流运动弱，故对流层的高度低。

【答案】D

2．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2000～3000千米），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17～18km	①气温随高度增加而递减，每上升100米降低0．6℃ ②对流动动显著 ③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
	中纬10~12 km
	高纬8～9km
平流层	对流层顶到50～55km	①起初气温变化小，30千米以上气温迅速上升 ②大气以水平运动为主 ③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2000～3000千米	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：

（2）对流层高度的时空分布特点：

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；反之，就小。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①一③题。

①图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是 （ ）

A．① B．② C．③ D．④

②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

③2003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—50℃～20℃之间 B．气温随高度增加平稳下降

C．低气温约为—80℃ D．最高气温约为40℃

【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。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80～500千米的高空，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】①B ②D ③C

（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”。

①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。

②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米高空的实际温度为Ts，当Ts≥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：

(1)若稳定在8℃，该城市气温至少要上升到 ℃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(0．6℃／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

二、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。

2．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—18℃，实际为15℃。大气的保温作用，使地面温度提高了33℃多。

3．太阳辐射透过地球大气到达地球表面，在地面和大气之间进行一系列能量转换。

如上图，其过程包括：①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。②地面吸收太阳辐射而增温，同时向外放出地面辐射。③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：

4

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．①②③④ B．③④②① C．④③②① D．②③④①

(2)青藏高原比长江中下游平原气温日较差较大的原因是

①离太阳近 ②青藏高原比长江中下游平原太阳高度角小

③云层厚且夜晚长 ④地势高、空气稀薄

⑤白天太阳辐射强 ⑥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 地面吸收 地面辐射 大气吸收 大气辐射 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、杂质集中在对流层底部，白天大气对太阳辐射的削弱作用强，夜晚大气对地面的保温作用强，故日较差较小，通过审题应该是青藏高原具有的只有④⑤⑥符合，故选B。

【答案】（1）C （2）B

二、大气热力作用原理应用：

运用大气热力作用原理，可以分析解决许多实际问题：

1．阴天的白天气温比较低的原因？

这主要是由于大气对太阳辐射的削弱作用引起的，厚厚的云层阻挡了到达地面的太阳辐射，所以气温低。

2．晴朗的天空为什么是蔚蓝色的？

这是由于大气的散射作用引起的，蓝色光最容易被小的空气分子散射。

3．日出前的黎明和日落后的黄昏天空为什么是明亮的？

这是由于散射作用造成的，散射作用将太阳辐射的一部分能量射向四面八方，所以在黎明和黄昏虽然看不见太阳，但天空仍很明亮。

4．霜冻为什么出现在晴朗的早晨（晴朗的夜晚气温低）？

这是由于晴朗的夜晚大气的保温作弱，地面热量迅速散失，气温随之降低。

5．沙漠地区（晴天）为什么气温日较差大？

沙漠地区晴天多，白天大气对太阳辐射的削弱作用小，气温高；夜晚大气对地面的保温作用弱，气温低。

6．青藏高原为什么是我国太阳辐射最强的地区？

青藏高原的海拔高度，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，所以太阳辐射强。

三、全球的热量平衡

①多年平均来看，地球（地面和大气）热量收支平衡。

②全球热量平衡与人类生存发展的关系：第一、全球每年平均气温比较稳定，有利于人类的生存与活动。第二、人类通过改变大气的组成或改变地面的热力状况，可以影响大气的热力作用过程，从而改变局部地区甚至是全球的气候。例如：人类向大气中大量排放 等温室气体，使得大气热量的收支失去平衡，导致热量平衡失调，全球变暖；人类改变地面状况（植被覆盖状况、水域面积等）可以影响地面获得热量的多少和改变地面辐射，而使局部小气候发生改变。

[经典例题6]关于地球的热量收支状况，表述正确的是 ( )

A．地球不断吸收太阳辐射，结果终将变得越来越热

B．高纬地区接收的太阳辐射少于其支出的长波辐射，高纬地区将变得越来越冷

C．高纬地区热量的收入少于支出，但因温室效应的作用，高纬度地区并不会越来越冷

D．由于大气环流和洋流的作用，低、高纬度地区间不断进行热量交换，地球热量收支总体处于平衡状态

【答案】D

[经典例题7] 读某地近地面多年平均热量收入状况图分析回答：

（1）阴影①反映近地面空气热量 ，所以此段时间气温呈 趋势。

（2）曲线A表明了 年内的变化，这种变化与 的年变化基本一致。

（3）曲线B表明了 年内的变化，这种变化与 的年变化基本一致。

（4）该地位于 半球。最高气温可能出现在 。

【解析】竖坐标表示热量变化。横坐标表示月份，A曲线6月份达最高值，这可能是地面辐射带来的大气热量收入。而B曲线最高值的出现时间相对后推，应该是代表大气热量支出的大气逆辐射，而图中D可能因为收入大于支出而热量盈余，气温才有可能上升。

【答案】（1）盈余，上升；（2）热量收入，太阳辐射；（3）热量支出，地面辐射；（4）北，7月低或8月初。

下图为“地球大气的垂直分层图（部分）”，判断1～3题。

1．①②③④四条曲线中，正确表示图示大气层气温垂直分布情况的是 （ ）

第1—3题图

A．① B．② C．③ D．④

2．影响该大气层气温垂直变化的主要因素是 （ ）

A．地面辐射 B．CO₂气体

C．臭氧气体 D．人类活动

3．有关大气层的正确叙述有 （ ）

A．有电离层，对无线电通讯有重要作用

B．天气晴朗，对流旺盛，有利于高空飞行

C．上部冷下部热，空气以平流运动为主

D．顶部与底部的气温相差约50℃左右

读如城秋季某夜前后垂直温度梯度（⁰C/100米）时空变化图，完成4～5题。

第4～5题图

4．该日发生大气逆温现象的时段是 （ ）

A．当日17点前和第二天8点后

B．17时～23时

C．16时30分～7时

D．23时～5时

5．当该地大气发生逆温现象时 （ ）

A．空气对流更加显著

B．抑制污染物向上扩散

第6题图

C．有利于大气成云致雨

D．减少了大气中臭氧的含量

6．图中，昼夜温差最小的是 ( )

第7题图

7．读下图，指出对流层大气的热量，绝大部分来自四种辐射中

的 （ )

“春天孩儿面，一日三朝变”。请参阅今年3月1日至17日上海地区气温曲线图，回答8－12题。

第8～12题图

8．图中最低气温出现的日期是17天中的 （ ）

A．7日 B．10日 C．12日 D．17日

9．下列4天中，气温日较差最大的一天是 （ ）

A．3日 B．6日 C．11日 D．16日

10．从3月17日起，再过10天，下列城市中白天最长的是 （ ）

A．上海 B．北京 C．广州 D．哈尔滨

11．下列4天中，北京某地（40°N）测出正午太阳高度角最接近50°的一天是（ ）

A．3月4日 B．3月8日 C．3月13日 D．3月17日

12．造成初春气温骤变的原因，除冷暖气流的影响外，云对气温高低也有一定的影响。以下关于云对气温影响的正确叙述是 （ ）

①白天多云，云对太阳辐射的反射作用，造成地面气温不太高

②白天多云，云对太阳辐射的吸收作用，造成地面气温升得更高

③夜晚多云，云对地面起保温作用，使地面气温比无云时高

④夜晚多云，云将地面热量传到太空中，使地面气温比无云时更低

A．①④ B．②③ C．①③ D．②④

13．读“气温垂直变化图”，完成下列要求：

(1)图中a、b、c、d四条 曲线中，正确反映地球大气温度随高度变化的是

判断依据是 。

根据A层大气气温随高度的变化特点，可知该层大气的直接热源是 。

(2)风、云、雨、雪等天气现象集中于 层(填字母)，原因是 。

(3)人类目前利用平流层最主要的方式是 ，原因是 。

(4)B层和D层大气温度随高度增加而升高，分析其增温原因的异同。

相同点：

不同点： 。

14．读图分析回答：

()大气增温主要来自 辐射。

(2)一年中，地球上太阳辐射强度在4以上的纬度大约是

之间，原因是 。

(3)请在图上用密竖线画出地面热量盈余部分，用粗横线画出地面热量亏损部分。

(4)就全球而言，气温不会出现热量盈余地区越来越热、热量亏损地区越来越冷的现象，主要是因为 和 能起 的作用。

参考答案

1．A 2．C 3．D 4．A 5．B 6．D 7．B 8．A 9．D 10．D 11．D 12．C

13．(1)b 近地面平均温度约为20℃，对流层顶气温约为一50℃至一60℃ 地面(地面的长波辐射) (2)A 该层集中了大气层中几乎全部的水汽和固体杂质 (3)高空飞行 该层大气中水汽、杂质含量极少，云、雨现象近乎绝迹，大气平稳，天气晴朗，能见度极高 (4)都是因吸收紫外线而增温 前者是臭氧吸收紫外线，后者是氧原子吸收紫外线

14．(1)地面(2)30°S～30°N 太阳高度大 (3)略 (4)大气运动 洋流 调节