第五讲 大气的组成、垂直分布和热力状况2

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。

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CO、臭氧的含量的变化）。

当前，特别够改变大气各种成分的含量（特别是微量气体，如2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】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。

大气温度随高度变化曲线：平流层对流层-50ºC -10º/ºC20ºC 图5-1（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．④②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．①②③④B．③④②①C．④③②①D．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CO等温室作用过程，从而改变局部地区甚至是全球的气候。