2.2 大气受热过程和大气运动(学案)——高中地理人教版(2019)必修一

【学案】必修第一册
第二章地球上的大气
2.2 大气受热过程和大气运动
【学习导航】
一、大气的受热过程
1．能量来源：________。

2．直接热源：________是近地面大气主要的、直接的热源。

3．受热过程
1．大气长波辐射：对流层中的水汽、二氧化碳等强烈吸收____长波辐射而增温，产生大气____辐射。

2．大气逆辐射：大气辐射中向下射向________的部分。

3．保温作用：大气逆辐射把________传给地面，补偿________损失的热量。

三、大气热力环流
1．大气运动
(1)主要形式：________运动和________运动
(2)意义：形成大气中________和________的输送
2．热力环流—大气运动的最简单形式
(1)概念：由于地面________而形成的空气环流。

(2)形成过程
①A地受热，空气膨胀上升，近地面空气密度减小，形成______；D处空气聚集，密度增大，形成_______。

②B、F地冷却，空气收缩下沉，近地面空气密度增大，形成_____；C、E 处空气密度减小，形成________。

③水平运动：在同一水平面上，空气由________流向________。

四、大气的水平运动—风
1．风的形成过程
2．风形成的原因
(1)直接原因：______________。

(2)根本原因：地面受热不均。

3．高空中的风和近地面的风比较
（微思考）孔明灯又叫天灯，相传是由三国时期的诸葛孔明发明的。

当年，诸葛孔明被司马懿围困于平阳，无法派兵出城求救。

孔明制成会漂浮的纸灯笼，系上求救的信息，其后脱险，于是后世就称这种灯笼为孔明灯。

1．观察孔明灯，当我们将其点燃后，灯罩内的空气会如何运动？
2．孔明灯里面蕴含着什么样的大气原理呢？
【重点导析】
探究1：大气的受热过程
【探究活动】
诗句：“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”。

据此探究下列问题：
问题：(综合思维)为什么同一纬度的地方“高处不胜寒”？
【知识归纳】
1．大气的受热过程
(1)大气的能量来源
a．地球大气的最重要的能量来源是太阳辐射。

b．近地面大气主要的、直接的热源是地面长波辐射，对流层大气的热量主
要也是来源于此。

(2)大气的受热过程
大气通过对太阳短波辐射和地面长波辐射的吸收，实现了受热过程，具体图解如下：
大气的受热过程归纳如下：
1．波长与温度的关系：由实验得知，物体温度越高，辐射中最强部分的波长越短，反之越长。

由于地球表面的温度比太阳的低，所以，太阳辐射为短波辐射；地面辐射为长波辐射。

2．大气对太阳辐射的削弱作用
(1)吸收作用：大气对能量最强的可见光吸收得很少。

如下图：
大气对太阳辐射的吸收
(2)反射作用：云层和较大的尘埃，对太阳辐射的反射作用较明显，且云层的反射作用最显著。

如图：
形成的自然现象：夏季多云的白天，气温不会很高。

(3)散射作用：当太阳辐射在大气中遇到空气分子或微小尘埃时，太阳辐射的一部分能量便以这些质点为中心，向四面八方弥散。

可见光中波长较短的蓝光、紫光容易被散射。

如图：
3.影响地面辐射的因素
(1)纬度因素：
太阳辐射强度由低纬向两极递减，同样性质的地表，受到太阳辐射的强度越大，所产生的地面辐射也就越强烈。

(2)下垫面因素(地球表面，含陆面和洋面)：
下垫面是指与大气下层直接接触的地球表面。

下垫面的状况不同，吸收和反射的太阳辐射比例也不同，这就使世界各地地面辐射的变化，并不完全与纬度的变化一致。

一般规律：颜色越浅的物体，其反射就越强、吸收就越弱；颜色越深的物体，其反射就越弱、吸收就越强。

陆地表面的反射率高于海洋。

(3)其他因素
其他因素中气象因素的影响最大。

例如：降水少、多晴天和空气稀薄的地区，大气对太阳辐射的削弱作用比较弱，到达地面的太阳辐射强。

探究2：大气对地面的保温作用
【探究活动】
材料：冬季的晴天，当你走进门窗关闭的封闭阳台，会感到异常温暖。

据此探究下列问题：
问题1：(综合思维)结合图1、图2，分析封闭阳台温度较高的原因是什么？
问题2：(地理实践力)探讨中纬度地区的植物园采取什么措施可以使热带植物安全越冬？
【知识归纳】
1．大气辐射
对流层中的水汽、二氧化碳等，吸收长波辐射的能力很强。

因此，地面辐射的长波辐射除极少部分穿过大气，到达宇宙空间外，绝大部分(75%～95%)被对流层中的水汽、二氧化碳等吸收。

大气在吸收地面长波辐射后会增温。

大气在增温的同时，也向外辐射长波辐射。

2．大气保温过程
大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射方向相反，故称大气逆辐射。

大气逆辐射把热量传给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。

天空有云，特别是有浓密的低云时，大气逆辐射更强。

如图所示：
3．大气受热过程在生活中的应用
(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响
温室气体
（CO
2、CH
4
、
O
3等）
→
排放
增多
→
吸收地面
辐射增多
→
气温
升高
→
全球
变暖
(2)在农业中的应用
A．采用温室大棚、地膜覆盖等生产反季节蔬菜；利用烟雾防霜冻。

温室大棚地膜覆盖
烟雾防霜冻“进得来，出不去”
塑料薄膜、玻璃与二氧化碳具有相同的功能，能让太阳短波辐射透射进入，而地面长波辐射却不能穿透塑料薄膜或玻璃散失，从而将热量保留在塑料大棚或玻璃温室里，使室内的温度高于外界，利于蔬菜的生长。

人造烟幕可以增强大气逆辐射，起到保温作用。

B．果园中铺沙或鹅卵石不但能减少土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。

(3)利用大气的削弱作用原理分析某一地区太阳能的多寡，如高海拔区，空气稀薄，大气的削弱作用弱，太阳能丰富；内陆地区，晴天多、阴雨天气少，大气的削弱作用弱，太阳能丰富。

【方法点拨】
1．影响大气逆辐射的因素
强弱主要取决于大气层的温度和湿度的垂直分布，除此之外与云的状况密切相关。

大气温度高、云量多，空气湿度大，大气逆辐射强。

简单理解就是地面射出的光很容易被云反射回来。

2．大气逆辐射不只存在于晚上
大气逆辐射是大气辐射的一部分，它们是始终存在的，而且白天气温高，辐射更强。

只是在白天，由于太阳辐射的影响，考虑问题时主要侧重于大气对太阳辐射的削弱作用，在夜晚，由于没有太阳辐射，近地面气温主要受大气逆辐射强弱的影响，因此容易产生白天没有大气逆辐射或大气逆辐射较弱的误解。

3．一天中，最高气温在14时左右，最低气温在日出前后
天气的冷热，主要决定于空气温度的高低，而影响空气温度的根本因素是太阳辐射强弱。

太阳光热并不是直接使气温升高的主要原因，空气直接吸收阳光的热能仅19%左右，而有47%的可见光区的能量被地面吸收了。

当地面吸收了太阳的辐射热量之后，再通过辐射、对流等形式向空气中传导，这是气温升高的主要原因。

过了正午时刻太阳辐射开始减弱，但地面吸收的热量仍多于支出的热量，直到13时左右，地面温度达最高，地面辐射也达到最强。

由于地面向大气传输热量需要一定的时间，所以近地面气温是14时左右达到最高，大气逆辐射也达到一天的最大。

同理，大气主要以逆辐射的方式和大气辐射的方式散失热量，直至次日日出都无太阳辐射来补充热量，所以直到次日日出前后气温达到了一天的最低值。

探究3：大气热力环流
【探究活动】热力环流实验
步骤：
①将略大(如50cm×40cm×20 cm)的废弃包装纸盒，正面去掉，留下其他5个面，横放在桌上，让盒子开口的那面，正对观察者。

②关上门和窗，在纸盒内一端放入点燃的蚊香(或香烟)，另一端放上冰块。

③观察蚊香烟雾运动情况。

如下图：
据此探究下列问题：
问题1：(地理实践力)用自己的语言描述烟雾运动的路径。

问题2：(综合思维)解释烟雾在蚊香处上升、在冰块上方下沉的原因。

问题3：(综合思维)阐述上述热力环流产生的根本原因。

问题4：(地理实践力)在图中画出等压面的弯曲状况。

【知识归纳】
1．大气运动的形式
垂直运动和水平运动，垂直运动表现为上升气流和下沉气流，大气的水平运动即风。

2．大气热力环流的概念
由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为大气热力环流。

它是大气运动的一种最简单的形式。

3．热力环流的形成过程
4．常见热力环流的图示分析及应用
热力环流是一种最简单的大气运动形式。

海陆热力性质不同、山谷和山坡受热不均、人类活动等都可能导致热力环流的形成。

具体分析如下：
(1)山谷风
日出后山坡受热，空气增温快，空气密度夜间山坡辐射冷却比山谷上方同高度空气更
白天陆地比海洋增温快，近地面陆地气压夜晚陆地比海洋降温快，近地面陆地气压高于海城市居民生活、工业和交通释放大量的人为热量，导致城市气温高于郊区，形成“城市热岛”。

(4)沙漠与森林之间的热力环流
【方法点拨】
1．热力环流的形成——“一个关键、四个步骤”
(1)“一个关键”：确定近地面两点的冷热。

热容量大的地球表面，白天气温较低，夜晚气温较高；热容量小的地球表面，白天气温较高，夜晚气温较低。

(2)“四个步骤”：
①热上升、冷下沉——近地面热空气上升，近地面冷空气下沉。

②热低压、冷高压——近地面冷的地方形成高压，近地面热的地方形成低压。

③近地面和高空气压性质相反——近地面为高压，其高空为低压；近地面为低压，其高空为高压。

④水平气流从高压流向低压。

(3)理解热力环流的形成，抓住以下三点关系
①气温与气压的关系：近地面气温高，空气膨胀上升，形成低压，高空形成高压；近地面气温低，空气冷却下沉，形成高压，高空形成低压(如上图中甲、乙、丙三地所示)。

②风与气压的关系：水平方向上，风总是从高压吹向低压(如上图中①②③④所示)。

③等压面凸凹关系：近地面与高空等压面凸起方向相反。

2．等压面图的判读方法
等压面是空间气压值相等的点组成的面，等压线是同一水平面上气压值相等的点组成的线。

等压面图表示气压的垂直分布状况，等压线图表示气压的水平分布状况。

(1)在同一地点不同海拔高度上，海拔越高，气压越低。

如图P
A >P
E。

(2)在近地面，气温越高，气压越低；气温越低，气压越高。

如图P
A <P
B
，P
A
<P
C。

(3)同一水平面上，高压区等压面都向高空凸起，低压区等压面都向低空凹陷，即“凸高凹低”。

(4)同一垂直方向上，近地面和高空的气压区类型相反，即近地面为高压，高空则为低压。

探究4：大气的水平运动—风
【探究活动】
材料一风级歌
0级烟柱直冲天，1级青烟随风偏；2级风来吹脸面，3级叶动红旗展；4级风吹飞纸片，5级带叶小树摇；6级举伞步行艰，7级迎风走不便；8级风吹树枝断，9级屋顶飞瓦片；10级拔树又倒屋，11、12级陆上很少见。

材料二北半球近地面水平方向气压与风向示意图。

据此探究下列问题：
问题1：(综合思维)形成在生活中我们看到的“烟柱直冲天”是风吗？
问题2：(综合思维)形成风的直接动力是什么？用材料二图中哪个字母来表示？ 问题3：(综合思维)在近地面，风还会受到哪些力的作用？用材料二图中字母来表示。

并说明它们对风施加的影响。

【知识归纳】
1．风的形成原因
(1)直接原因：水平气压梯度力。

(2)根本原因：地面受热不均。

2．风的形成过程
单位距离间的气压差称为气压梯度。

只要水平面上存在气压梯度，就产生了促使大气由高压区流向低压区的力，这个力称为水平气压梯度力。

在水平气压梯度力的作用下，大气从高压区向低压区作水平运动，这就形成了风。

如下图所示：
3．影响大气水平运动的力
大气的水平运动主要受三种力的影响：水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力。

三种力的特征及其对风的影响见下表。

1．风向是指风吹来的方向，如东北风从东北吹向西南的风
风向标由风杆和风尾组成，风杆(长线段)上绘有风尾(短线段)的一方指示风向。

风尾上的横杠表示风速，一横表示风力二级，最多三横，就是六级，风力再大就用风旗表示，例如“”就表示西北风四级。

“风向玫瑰图”是一个给定地点一段时间内的风向分布图。

通过它可以得知当地的主导风向和最小风频。

最常见的风向玫瑰图是一个不规则的折线图，折线上不同的点的方位即为该地区的风向，与原点之间的距离与这个方向的风频成正比。

如下图所示：
2．在等压线图上确定某一地点风向的方法
第一步，画出水平气压梯度力。

在等压线图中，按要求画出过该点的切线，并作垂直于切线的虚线箭头(由高压指向低压，但并非一定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。

第二步，画出风向。

确定南、北半球后，分清是高空还是近地面。

若是近地面，面向水平气压梯度力方向向右(北半球)或向左(南半球)偏转30°～45°角；若是高空，风与等压线平行。

画出实线箭头，即为经过该点的风向，如下图(以北半球为例，单位：hPa)所示：
在等压线图上判断风向时，可用“左右手法则”，北半球用右手，南半球用左手。

具体方法：“伸出右(左)手，手心向上，让四指指向水平气压梯度力的方向，拇指指向就是气流偏转方向”。

高空的风向与水平气压梯度力方向垂直；近地面的风向与水平气压梯度力方向成一锐角。

如下图：
3．判断风力(风速)大小
(1)同一等压线图上，等压线密集，风力大；等压线稀疏，风力小，如下图中甲处风力大于乙处。

(2)不同图中，若图幅的比例尺相同，相邻两条等压线数值差越大，风力越大，如下图中B处风力大于A处。

(3)不同图中，若等压线疏密相同，相邻两条等压线差相同，比例尺越大，风力越大，如下图中C处风力大于D处。

【地理阅读】北极甲烷大爆发，全球温度再次升高
甲烷属于一种温室气体，据GWP(全球变暖潜能值)的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。

这就意味着，一旦空气中甲烷的浓度上升到一定的阈值的时候，相对于同等浓度的二氧化碳，对环境的影响会更加严重，地球将会变得更热。

据了解，北极是天然的甲烷储存库，冰川以及永久冻土层之下有大量的甲烷，这些甲烷可能是之前的植被死亡后由微生物分解所产生的。

由于北极的温度低，所以甲烷可以和水结合在一起，形成固体的甲烷冰，同等体积下以固态形式储存的甲烷冰是气体的164倍。

北极甲烷大爆发，是指整个北极地区的永久冻结带正在快速融化，到处是由冰化成的湖泊，甲烷冒着泡从湖水中汩汩涌出。

随着西伯利亚永久冻结带的融化，甲烷释放量的增长可能会加速气候的变化。

有人预测，到2030年的时候，北极将可能再无夏冰。

过去30年间，地球平均升温不足1℃，但北冰洋大部分地区却上升了大约3℃；一些冰原消失的地方，气温甚至上升了5℃。

北极的迅速变暖意味着，很可能在21世纪末，地球最北端将升温10℃。

这些甲烷不仅仅会造成安全问题，更是会让全球变暖的情
况更加严重，从而使更多的甲烷被释放出来形成一种恶性循环。

【教材答疑解惑】
教材P34节引入
提示：因为台湾海峡两岸海洋与陆地的相对位置关系是相反的，所以其海陆风的风向日变化是相反的。

这里的风是由海陆热力性质差异形成的。

教材P35活动
提示：1.地球比月球多了大气的吸收、反射等削弱作用和大气逆辐射。

2．白天，由于大气的削弱作用，到达地球表面的太阳辐射不至于过多，温度不会很高；夜晚由于大气逆辐射存在，地球表面温度不至于过低，因此地球昼夜温差适宜。

3．白天，由于月球没有大气的削弱作用，太阳辐射全部到达月球表面，月球表面温度很高；夜晚，没有大气逆辐射存在，月球表面热量散失，温度很低，因此月球表面的昼夜温度变化比地球剧烈。

教材P36思考
提示：近地面的同一水平面上，气温越高，气压越低。

气流总是从气压高(等压面上凸)的地方，流向气压低(等压面下凹)的地方。

教材P38活动
提示：1.(1)白天海洋温度要低于陆地温度。

(2)画图略。

白天，海洋与海洋上空气流垂直运
动方向是向下，陆地与陆地上空气流垂直运动方向是向上。

(3)白天，海洋表面气压高，陆地表面气压低；海洋上空气压低，陆地上空气压高。

(4)画图略。

白天，近地面水平方向上大气由海洋流向陆地；高空水平方向上大气由陆地上空流向海洋上空。

2．画图略。

夜晚海陆间的大气热力环流方向为逆时针。

3．白天，来自海洋的风携带水汽较多，性质湿冷，对滨海地区能够起到降温增湿的作用；夜晚，来自陆地的风携带水汽较少，性质干热，对滨海地区能够起到增温减湿的作用。

海陆风共同作用的结果使滨海地区的气温日较差减小。

教材P39思考
提示：由高压指向低压斜穿等压线，其方向相对于水平气压梯度力向左偏。

教材P40活动
提示：1.甲处气压梯度大于乙处。

因为甲处等压线密集，说明气压差异大，故气压梯度大；乙处等压线稀疏，说明气压梯度小。

2．画图略 (甲处为西北风，乙处为东北风)
3．甲处风速大于乙处。

甲处等压线密集，气压梯度大，水平气压梯度力大，风速大。