最新2第二章 地球上的大气汇总

2第二章地球上的大

气

电子课文●第二章地球上的大气

地球是由不同物质和不同状态的圈层所组成的球体。一般可分为外部圈层和内部圈层，它们都以地心为共同球心，所以叫做同心圈层。

地壳表面以外的各个圈层，称为外部圈层。在固体的地壳表面镶嵌着水圈，并被大气圈包围着。在地壳表层、水圈和大气底层，生活着多种多样的生物，构成生气勃勃的生物圈。这些圈层之间相互联系，相互制约，形成人类赖以生存的自然环境。

大气圈是自然环境的重要组成部分。厚厚的大气，好像地球的外衣，保护着地球的“体温”，使其变化不至过于剧烈。地面上的水蒸发成水汽进入大气；大气中的水汽又凝结成雨、雪等降落地面，使得地球上的水循环不止。增温、降温、刮风、下雨等大气现象，在漫长的地质年代里，不断地雕塑着地球表面的形态。可见，大气对地球表面的许多自然现象都发生着重大的影响。大气对生物界和人类的影响更为深刻，地球上一切生物的生命活动都离不开大气。可以说，地球上没有大气，就没有生物界，没有人类。

第一节大气的组成和垂直分层

大气的组成低层大气是由干洁空气、水汽和悬浮在大气中的固体杂质三部分组成的。干洁空气是由多种气体混合组成的，其主要成分是氮和氧，二者约占干洁空气容积的99％。大气中的氧，是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质；大气中的氮，是地球上生物体的基本成分。二氧化碳和臭氧在大气中的含量很少，但作用不可低估。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，对地面还有保温作用。臭氧能大量地吸收太阳光线中的紫外线，使地面上的生物免受紫外线的伤害，而少量穿透大气到达地面的紫外线对人类和生物则是有益的。水汽和固体尘埃的含量也很少，却是成云致雨的必要条件。

大气的垂直分层自地面向上，大气层可以延伸到数千千米的高空。根据人造卫星的探测资料，在2 000千米～3 000千米的高空，地球大气的密度已经与星际空间的密度非常相近，这个高度可以大致地看作是地球大气的上界。

根据大气的热力性质在垂直方向上的差异，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和外层。

（一）对流层这是紧贴地面的一层。它的高度因纬度而异。在低纬度地区高17千米～18千米，在中纬度地区高10千米～12千米，在高纬度地区高仅8千米～9千米。整个大气质量的3／4和几乎全部水汽、杂质，都集中在对流层。

对流层有三个主要特点：（1）气温随高度的增加而递减。这主要是因为对流层大气的热量绝大部分直接来自地面，因此离地面愈高的大气，受热愈少，气温愈低。平均每上升100米，气温降低0.6℃。（2）空气对流运动显著。对流层上部冷下部热，有利于空气的对流运动。低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高；高纬度地区受热少，对流层高度就低。（3）天气现象复杂多变。近地面的水汽和杂质通过对流运动向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。云、雨、雪等天气现象都发生在这一层。对流层与人类的关系最为密切。

（二）平流层从对流层顶到50千米～55千米高度的范围是平流层。这一层的特点是：（1）气温的垂直分布，除下层随高度变化很小外，在30千米以上，气温随高度增加迅速上升。这是因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线而使气温升高。（2）大气以水平运动为主。平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流。（3）水汽、杂质含量极少，云、雨现象近于绝迹。大气平稳，天气晴朗，对高空飞行有利。

（三）中间层从平流层顶到85千米高度的范围是中间层。这一层的主要特点是：（1）气温随高度增加而迅速降低。这是因为这里几乎没有臭氧。（2）上部冷、下部暖，空气的垂直对流运动相当强烈，又称高空对流层。

（四）热层从中间层顶到500千米高度的范围是热层。这一层的特点是：气温随高度增加上升很快。这是由于该层中的大气物质（主要是氧原子），吸收了所有波长小于0.175微米的太阳紫外线①。据人造卫星观测，在300千米高度上，气温已达1000℃以上。

（五）外层热层顶以上的大气统称为外层。这里受地球引力场的束缚很弱，一些高速运动的空气质点，经常散逸到星际空间去，所以叫做外层（又叫散逸层）。它是地球大气向星际空间过渡的层次。

问题和练习

1．地球大气是由哪些成分组成的？臭氧、二氧化碳、水汽和尘埃各有什么作用？

2．用“气温的垂直分布图”，说明大气各层气温随高度变化的情况。

3．对流层、平流层和热层的特点有何不同，与人类活动有什么关系？

第二节大气的热状况

大气中发生的一切现象和过程，都与太阳能及其转化密切相关。

太阳辐射是地球上的能量源泉太阳是一个巨大炽热的气体星球，它源源不断地以电磁波①的形式向宇宙空间放射能量，这称为太阳辐射。太阳辐射中仅有极微小的部分（约二十亿分之一）到达地球，是地球上最主要的能量源泉。太阳每分钟向地球输送的能量，大约相当于燃烧4亿吨烟煤产生的热量。

太阳辐射的主要波长范围是0.15微米～4微米。其中，人眼能看见的光线，波长在0.4微米～0.76微米之间，叫做可见光线。波长小于0.4微米的紫外线和大于0.76微米的红外线，人们肉眼都无法看见。由实验得知，物体的温度愈高，它的辐射中最强部分的波长愈短；物体温度愈低，辐射中最强部分的波长愈长。太阳表面温度高达6000K，它的辐射能主要集中在波长较短的可见光部分，可见光区差不多占太阳辐射总能量的一半。为此，人们把太阳辐射称为短波辐射。

在日地平均条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米面积上，1分钟内接受到的太阳辐射能量，称为太阳常数，它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。

一般用太阳辐射强度来表示地表获得太阳辐射能量的多少。太阳辐射强度就是一平方厘米的表面上，在一分钟内获得的太阳辐射能量。影响太阳辐射强度最主要的因素是太阳高度角。太阳高度角愈大，等量的太阳辐射散布的面积愈小，光热集中，地表单位面积上获得的太阳辐射能量愈多，太阳辐射强度就愈大。反之，太阳高度角愈小，太阳辐射强度就愈小。

大气对太阳辐射的削弱作用太阳辐射要穿过厚厚的大气层，才能到达地球表面。太阳辐射在经过大气层时，其中一小部分被大气吸收。大气对太阳辐射的吸收具有选择性，平流层大气中的臭氧，强烈地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。大气对太阳辐射中能量最强的可见光却吸收得很少，大部分可见光能够透过大气射到地面上来。因此，大气直接吸收太阳辐射能量是很少的。

大气中的云层和尘埃，具有反光镜的作用，把投射在其上的太阳辐射的一部分，又反射回宇宙空间。云层愈厚，云量愈多，反射愈强。夏季天空多云时，白天的气温不会太高，就是这个道理。

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，向四面八方散射开来。散射可以改变太阳辐射的方向，使一部分太阳辐射不能到达地面。在太阳辐射的可见光中，波长较短的蓝色光最容易被散射，所以晴朗的天空呈现蔚蓝色。

由于大气对太阳辐射的反射、散射和吸收，削弱了到达地面的太阳辐射。

被大气削弱以后到达地面的太阳辐射，也不是全部被地面吸收，其中又有一小部分被地面反射回到宇宙空间。反射多少与地面性质有关。