高一地理必修一第二单元知识讲解

1.2 太阳对地球的影响

考点解读

1．了解太阳的大气组成及外部结构。

2．说明太阳辐射为地球提供能量。

3．阐述太阳活动对地球的影响。

知识清单

1．为地球提供能量

太阳特点：炽热的________球，主要成分是________和________

2．太阳活动影响地球

太阳大气结构

概念：太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量 能量来源：太阳内部的________反应 直接为地球提供________资源，维持生物生长发育 影响 维持地表________，是促进地球上水、大气运动和生物活动 的主要动力，人类日常生活和生产的主要________ 太阳辐射 （1）扰动地球大气________，影响无线电________波通信 （2）扰乱地球磁场，产生“磁暴”现象 （3）作用于两极上空大气，出现________ （4）影响地球自然环境，造成许多________ 对地球影响 ________：________表面常出现的一些黑斑点 ________：________的某些区域有时突然出现的大而亮的斑块 周期：________年 太阳活动的重要标志

参考答案

1．气体氢氮核聚变光、热温度能源

2．①光球②色球③日冕黑子光球耀斑色球11 电离层短极光自然灾害

要点精析

要点一：太阳辐射的分布规律

太阳辐射能量来源：氢核聚变产生的能量。

影响年太阳辐射总量的因素

（1）纬度因素：纬度低，正午太阳高度角大，获得的太阳辐射多。

（2）地势高低：地势高，大气稀薄，透明度高，固体杂质、水汽少，晴天多，到达地面的太阳辐射多。

（3）天气状况：晴天多，到达地面的太阳辐射多。由此可知，山地背风坡太阳辐射强。

影响年日照时数的因素

（1）纬度因素：极圈以内地区有极昼极夜现象，极圈以外地区夏季日照时数多于冬季。

（2）地势高低：一般地势高的高原日照时数多于地势低的盆地。

（3）天气状况：多阴雨天气的地区，日照时数少，多晴朗天气的地区，日照时数多。

我国青藏高原成为太阳辐射的高值中心，主要是因为海拔高，空气稀薄，空气中所含的尘埃较少，晴天较多，日照时间较长，大气对太阳辐射的削弱作用小，到达地面的太阳辐射能量多。而四川盆地成为低值中心的原因在于盆地形状，水汽不易散发，空气中水汽的含量多，阴天、雾天较多，从而造成日照时间短，日照强度弱，太阳能资源贫乏。

【典型例题】

下图是“北半球海平面6月和12月太阳月总辐射量随纬度变化示意图”，读图，完成下列问题。

（1）6月北半球海平面太阳辐射量最高的海域是________；10°N与60°N相比，6月太阳辐射总量较高的是________。

（2）描述12月北半球海平面太阳总辐射量随纬度的变化特征：________。

（3）一年中，赤道附近地区太阳总辐射量的变化特点是________。

解析：本题主要考查获取和解读图示信息的能力。第（1）题，由图中6月太阳月辐射量变化曲线可判断其最高、最低值出现的纬度及各纬度的数值分布情况。第（2）题，根据图中12月太阳月辐射量变化曲线判断其分布特点，形成此分布的原因可从此时所处的时间及太阳高度的分布情况、日照的时间长短等方面分析。第（3）题，由于赤道附近地区终年高温多雨。故可判断此区太阳辐射量全年变化小，但由于春分、秋分前后太阳直射此地区，故春秋多，冬夏少。

答案：（1）副热带海区60°N

（2）太阳辐射总量随纬度的升高而递减；70°N以北地区太阳辐射总量趋于0

（3）春秋多，冬夏少；全年变化小

要点二：太阳辐射能的特点

1．数量巨大：每年到达地球表面的太阳辐射能约为1.3×1010t标准煤，为目前全世界所消费的各种能量总和的1×104倍。

2．时间长久：根据天文学家的研究结果可知，太阳系已存在了大约5×109年，按照目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，尚可继续维持大约1011年之久。

3．普照大地：即分布的普遍性。

4．清洁安全：不仅毫无污染，远比常规能源清洁，也毫无危险，远比原子能安全。

太阳能资源的缺点和问题。（1）分散性：平均来说北回归线附近夏季晴天中午的太阳强度最大，约为1.1～1.2 kW／m2，冬季大约只有一半，而阴天则往往只有l／5左右；（2）间断性和不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴阴云雨等随机因素的影响，太阳辐射能既是间断的又是不稳定的；（3）效率低和成本高：就目前太阳能利用的发展水平来说，效率普遍较低，成本普遍较高，所以经济性较差，因此还不能（至少不容易）与常规能源相竞争。

要点三：太阳辐射对地球的影响【高清课堂：太阳辐射对地球的影响】

①火山喷发？

②地球内部温度不断升高？

③地壳运动？

④大气运动？

⑤岩石崩裂瓦解？

⑥生物生长？

⑦水分蒸发？

自然界中大多数运动和变化就是太阳能如何分配和转移

(1)维持地表温度，促进地球上水、大气运动和生物活动

(2)太阳辐射能是我们日常生活和生产的根本能源

煤、石油等是地质历史时期生物固定以后积累下来的太阳能；是生活和生产中多种能源的来源。■

注意：煤、石油、天然气等矿物燃料虽埋藏在地下。但不是来自地球内部的能量。矿物燃料是地质史上由生物遗体形成的，是生物固定的太阳能，从这个意义上讲矿物燃料本质上属于太阳辐射的能量。

要点四：太阳活动对地球的影响

【高清课堂：太阳辐射对地球的影响】

什么是太阳活动?

太阳大气常有变化，甚至是激烈的变化。这些变化通称为太阳活动。

你能画图表示出太阳大气的三层结构吗？

太阳活动有哪些主要表现形式？

黑子：黑子实际上并不黑，只是因为它的温度比太阳表面其他地方低，所以才显得暗一些。

耀斑：耀斑爆发从开始到高潮，大约只需要几分钟至几十分钟。然而，就在这段时间内，释放出相当于100亿颗百万吨级氢弹的能量，其中包括很强的无线电波，大量的紫外线、X射线、γ射线，以及高能带电粒子。

太阳活动强弱的标志是什么？

太阳黑子的多少和大小，可以作为太阳活动强弱的标志。

■

太阳外部圈层

【典型例题】

北京时间2003年10月29日14时13分，太阳风暴袭击地球，太阳日冕抛射出的大量带电粒子流击中地球磁场，产生了强磁暴。当时，不少地方出现了绚丽多彩的极光，美国北部一些电网出现了电流急冲现象。据此回

答（1）、（2）题。

（1）读“太阳外部结构示意”图可知，这次到达地球的带电粒子流来自于图中的（）。

A．甲处B．乙处C．丙处D．丁处

（2）除美国外，下列国家中，最有可能欣赏到极光的一组是（）。

A．英国、墨西哥B．意大利、西班牙

C．加拿大、挪威D．印度、巴基斯坦

解析：第（1）题，上图中甲为光球层，乙为色球层，丙为日珥，丁为日冕层。第（2）题，10月底，北极地区正值极夜，处于北半球高纬的国家可见到极光。

答案：（1）D （2）C

太阳活动对地球的影响【高清课堂：太阳辐射对地球的影响】

（1）对地球气候的影响

（太阳黑子与年降水量存在相关关系）

（2）对地球电离层的影响

（耀斑爆发发射的电磁波干扰电离层，导致无线电短波通讯衰减或中断）

（3）对地球磁场的影响

（太阳大气抛出的带电粒子流扰动磁场，产生“磁暴”）

（4）对地球两极的影响

（带电粒子流与两极上空大气发生摩擦而在夜空产生极光）

近几十年研究表明，太阳活动与旱涝灾害存在相关关系。■

注意：太阳活动周期约为11年。太阳活动往往同步发生，即黑子、耀斑、太阳风等太阳活动往往同时期出现，有共同的活动变化周期。日珥（色球层），太阳风（日冕层）。

【典型例题】

例题1【高清课堂：太阳辐射对地球的影响】

下列哪些现象与太阳活动对地球的影响无关（）

A．地球两极地区出现的极昼、极夜现象

B．指南针剧烈地颤抖

C．地球上潮汐现象

D．无线电短波通讯中断

解析：太阳活动对地球的影响主要有：气候、无线电短波通信、产生“磁暴”现象、产生“极光”等。地球两极地区出现的极昼、极夜现象，跟地球运动有关，地球上潮汐现象是与天体之间的引潮力有关。

答案：AC

例题2

阅读材料，完成下列问题。

材料一21世纪以来，人类又一次经历了太阳活动的高峰期，在高峰期间，太阳活动时人类生产和生活产生了一系列影响。例如，日本的通信卫星信号中断。

材料二太阳黑子的周期图

（1）根据太阳黑子的周期图判断，假设2003年是太阳活动峰值年，那么下次太阳黑子活动峰值年应为________年前后，届时下列受影响较大的部门是（）。（双选）

A．通信部门B．航天部门C．钢铁部门D．纺织部门

（2）太阳耀斑爆发时能量来自于________。

（3）当太阳黑子爆发时，还会出现哪些太阳活动？对地球会产生怎样的影响？

解析：本题从图文两个方面进行设问，由材料可得出以下信息：①太阳黑子的活动是有规律的，其周期约为11年；②太阳黑子峰值年。对地球产生很多方面的影响。解答本题的突破口是由材料二中黑子活动情况，推算出黑子活动的周期约为11年，然后结合太阳活动对人类的影响作答。第（1）题，由材料二中多个峰值间隔的时间，可知太阳黑子的活动是有规律的。其周期约为11年。当黑子爆发时，其他太阳活动也会加强。太阳活动将会影响的部门有通信、航天等。第（2）题，太阳黑子活动的能源也和太阳辐射的能源一样，都来自太阳的核聚变反应。第（3）题，由于太阳活动具有整体性，它们往往会同步发生。

答案：（1）2014 A、B （2）太阳内部核聚变反应

（3）耀斑、日珥等。影响：①气候异常；⑦大气屡扰动，影响无线电短波通信；③产生“磁暴”现象；④产生“极光”现象；⑤引发一系列自然灾害。

思维拓展

读我国部分城市地理纬度与年平均日照时数表和“我国部分地区年太阳总辐射量分布图”，完成下列问题。

（1）描述图中年太阳总辐射量120千卡／平方厘米的曲线的走向特点，并分析影响因素。

（2）试绘出昆明至上海年太阳总辐射量分布曲线。

（3）图中台湾岛西侧年太阳总辐射量比东侧________，原因是________。

（4）表中所列城市中________日照时数最长，其原因是________。

解析：第（1）题，读图可看出，120千卡／平方厘米年太阳总辐射量线在东部呈东西走向，主要受太阳辐射的影响；西南地区呈南北走向，则主要受地形地势的影响。第（2）题，依据地形剖面图的绘制方法进行绘制。第（3）题，受天气因素的影响，台湾岛西侧年太阳总辐射量高于东侧。第（4）题，拉萨位于青藏高原，海拔高，空气稀薄，有“日光城”之称。

答案：

（1）东部受南北纬度的影响呈东西走向，而西南地区受地形地势影响呈南北走向。

（2）图略

（3）高 西侧为背风坡，降水少，晴天多，日照时间长

（4）拉萨纬度较低，海拔高，空气稀薄，云量少，阴雨天气少

【课外拓展】

太阳活动

简介

太阳活动是太阳大气中局部区域各种不同活动现象的总称。包括：

太阳黑子是太阳活动的基本标志；

光斑：太阳光球边缘出现的明亮组织，向外延伸到色球就是谱斑。光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系。

谱斑：太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。

太阳风：太阳风形成的带电粒子流造成了地球上的极光。

耀斑：发出的强大的短波辐射，会造成地球电离层的急剧变化。对人类的影响很大。造成短波通讯中断。

日珥：在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥。

影响：太阳活动对于地震、火山爆发、旱灾、水灾、人类心脏和神经系统的疾病，甚至交通事故都有关系。因此也形成了太阳活动预报这门学问。

研究历史

太阳活动变化的最长久纪录是太阳黑子的变化。太阳黑子的第一次纪录大约是在西元前800年前的中国，最老的描绘纪录约在西元1128年。在1610年，天文学家开始用望远镜纪录黑子和它们的运动，最初的研究聚焦于本质和行为。然而，黑子的物理性质直到20世纪能被辨认，所以观测还在持续中。在17世纪和18世纪，由于黑子的数目偏低，使得研究受到了阻碍，而现在认为是太阳活动低潮被延长的一段期间，如同所知的蒙德极小期。在19世纪之前，已经有足够长的数值纪录可以推断黑子活动的周期性。在1845年，普林斯敦大学的教授约瑟夫·亨利和史蒂芬·亚历山大使用热电堆观测太阳，并且确认黑子的辐射比周围地区的太阳表面为低；稍后又观测到太阳的光斑发射出的辐射高于平均数值。

大约在1900年，研究人员开始探索太阳活动和地球上天气间的关联性，特别值得注意的是查尔斯·格里利·阿布特的工作，因为他在史密松宁天文物理观测所（SAO）领导观察太阳辐射的变化。它的团队必须从发明测量太阳辐射的仪器开始，之后，当他成为SAO的领导人时，他在智利的卡拉玛建立太阳观测站，以补威尔逊山天文台在数据资料上的不足。他在273个月的海耳周期中找出了27个谐波的周期，包括7、13、和39个月的模式。他通过城市各个月的天气纪录，像是温度变化与降雨量与太阳活动匹配或反对太阳活动的趋势，寻找天气间的关联性。随着树龄学的发展，像是沃尔多·S.·葛洛克等科学家注意到树木的生长和现存纪录上太阳活动周期之间的关联性，并且以长达世纪的太阳常数变化，推论千年尺度的年代学也有相似的变化。

统计学上的研究显示天气和气候与太阳活动的关联是世纪性的，数据回推至1801年，当威廉·赫歇尔注意到麦子的价格和黑子纪录之间有明显的关联性。他们现在以来自表面的网络收集和气象卫星观察的数据作全球性高度密集的比对，以综合或观察研究太阳变异的作用如何通过地球气候系统散布的详细过程，并且/或强迫建立气候模型。

主要标志

是太阳黑子和耀斑。耀斑是太阳活动最激烈的显示。对地球的气候(降水) ，电离层(无线电短波通讯) ，磁场(有“磁暴”现象) 和在高纬度的夜空有极光出现。其平均周期约为11年。

主要表现

太阳黑子

太阳黑子是太阳强烈的磁场活动抑制了对流的作用，因而使得于表面温度相对较低、颜色较暗的区域。黑点的数量关联到太阳辐射的强度，在1980年代，以阿布特、Foukal等人（1977年）意识到辐射的增加值与黑子的关联性，只依据一颗卫星的观测，估计其变异是很小的（只有1 W/m²的等级或总量的0.1%）。雨云7号（在1978年10月25日发射）和太阳极大期任务卫星（1980年2月14日发射）查出，因为围绕黑子周围的区域更加明亮，整体的作用是越多的黑点意味着太阳越明亮。

曾有一些建议认为太阳直径的变化也许会导致输出的改变，但是最近的工作，主要是SOHO的米契森多普勒影像仪，显示这种变化量极为微小，大约只有0.001%（Dziembowski et al , 2001）。各种各样的研究都应用了黑子数目来进行（因为这项纪录已延续了数百年）做为其他太阳输出活动的代理（因为最好的也只有数十年的观测资料），同样的，地面仪器与在轨道极高高度上的仪器之间也做了比对和较准。研究人员结合目前的数据和调整历史上的数据，其他代理的资料－像是宇宙射线产生的同位素－被用来推断太阳磁场的活动和可能的亮度。

太阳黑子的活动已经使用沃夫数测量了300年之久，这个索引（也称为苏黎世数）使用黑子的数量和群组数量两者补偿在测量上的变化。芬兰Oulu大学的Ilya Usoskin在2003年的研究指出，黑子的活动从1940年代开始比过去的1150年都要频繁。重建太阳黑子的11,400年活动期间，在8,000年前曾经有明显的活跃期。透过树龄学使用放射性碳的浓度变化，已经重建了11,400年的黑子数目。在过去70年的太阳活动水平似乎是异常的，而相似的巨大变化最后一次大约发生在8,000年前。太阳的磁性活动较过去的11,400年高出了大约10%，并且早期的高活动性期间都比现在的事件要短。

太阳周期

太阳周期是太阳行为上的循环变化，许多可能的模式曾被建立起来，但在观测上只有11年和22年的周期是很清楚的被观察到。

11年：最明显的是黑子数量在大约11年的周期中逐渐增加和减少，也因为施瓦贝的观测被称为施瓦贝周期。巴布科模型以磁场的流出和卷入来解释此一周期。当太阳黑子增加时太阳表面的活动也最活跃，然而光度由于明亮的斑点也增加而没有改变(光斑)。

22 年：海尔周期，因乔治·埃勒里·海耳得名。在每一个施瓦贝周期，太阳的磁场都会扭转，因此磁极要两次扭转之后才会回到相同磁极的状态。

87年（70-100年）：格莱斯堡周期，因沃尔夫冈·格莱斯堡而得名，被认为是施瓦贝11年周期的调幅(Sonnett and Finney, 1990).Braun, et al, (2005)。

210年：Suess周期(a.k.a. de Vries cycle). Braun, et al, (2005).

2,300 years：哈尔斯塔周期

对地球的影响

对地球电离层的影响

地球大气层在太阳辐射的紫外线、X射线等作用下形成电离层，无线电通讯的无线电波就是靠电离层的反射向远距离传播的。当太阳活动剧烈，特别是耀斑爆发时，在向阳的半球，太阳射来的强X射线、紫外线等，使电离层D层变厚，造成靠D层反射的长波增强，而靠E层、F层反射的短波却在穿过时被D层强烈吸收受到衰减甚至中断，如l970年11月5日长途台曾因此中断2小时；这被称为“电离层突然骚扰”。这些反应几乎与大耀斑的爆发同时出现，因为电磁波的传播速度就是光速，大约8分多钟即可由太阳到达地球表面，所以反应非常快。经过一段时间以后耀斑产生的带电的高能粒子逐渐到达地球，它

们受地球磁场的作用向地磁极两极运动，因而影响极区的电离层，造成高纬度地区的雷达和无线电通讯的骚扰，甚至中断。这被称为“极盖吸收”和“极光带吸收”，它的影响时间较长。

整个地球是一个大磁场。地球的北极是地磁场的磁南极，地球的南极是地磁场的磁北极。地极和磁极之间有大约11度的夹角，因此地球的周围充满了磁力线，不同的位置有不同的地磁强度。平时地磁受多方面的影响，会有不同程度的扰动，而影响最大的就是磁暴现象。磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20－40小时，它是地磁场的强烈扰动，磁场强度可以变化很大。这时太阳风速往往增加，并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8－11个地球半径被压缩到5－7个地球半径，磁暴的发生对人类活动，特别对与地磁有关的工作都会受到影响。

对地球气候的影响

太阳活动与地球上气候变化的关系也是比较明显的，地球上气候变化与黑子数目变化周期密切相关，可是其具体的作用机制还远远没有搞清楚。世界许多地区降水量的年际变化，与黑子活动的11年周期有一定的相关性。另外，我们只是发现，亚寒带的许多树龄很高的树木，它们的年轮恰恰有着与黑子活动11年周期相对应的、有规律的疏密变化。同时从统计资料中，我们发现凡是黑子活动的高峰年，地球上特异性的反常气候出现的机率就明显地增多；相反，在黑子活动的低峰年，地球上的气候相对就比较平稳。另外地球高层大气的变化也与太阳活动相关。地震、水文、气象等多方面的研究都说明了太阳活动对地球的影响，关于这方面的物理机制还在研究中。对地球磁场的影响

整个地球是一个大磁场。地球的北极是地磁场的磁南极，地球的南极是地磁场的磁北极。地极和磁极之间有大约11度的夹角，因此地球的周围充满了磁力线，不同的位置有不同的地磁强度。平时地磁受多方面的影响，会有不同程度的扰动，而影响最大的就是磁暴现象。

太阳大气抛出的带电粒子流，能使地球磁场受到扰动，产生“磁暴”现象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向。当太阳上黑子和耀斑增多时，发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层，使地面的无线电短波通讯受到影响，甚至会出现短暂的中断。磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20-40小时，它是地磁场的强烈扰动，磁场强度可以变化很大。这时太阳风速往往增加，并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8-11个地球半径被压缩到5-7个地球半径，磁暴的发生对人类活动，特别对与地磁有关的工作都会受到影响。它会使罗盘磁针摇摆，不能正确指示方向，影响到海上航行之船、空中飞行之机、甚至信鸽的飞翔。

在磁暴发生时，高纬度地区常常伴有极光出现。极光常常出现于纬度靠近地磁极地区25度-30度的上空，离地面100-300千米，它是大气中的彩色发光现象，形状不一。常出现极光的区域称为极光区。由于来自太阳活动区的带电高能粒子流到达地球，并在磁场作用下奔向极区，使极区高层大气分子或原子激发或电离而产生光。当太阳活动剧烈时，极光出现的次数也增大。

地球两极地区的夜空，常会看到淡绿色、红色。粉红色的光带或光弧，这叫做极光。极光是带电粒子流高速冲进那里的高空大气层，被地球磁场捕获，同稀薄大气相碰撞而产生的。

太阳活动对地球的影响太阳活动有时比较平静，有时比较剧烈；太阳有自转，太阳上的活动区有时对向地球，有时又背向地球；地球本身有自转又有公转，因此太阳活动对地球的影响是很复杂的，周期也是各种各样的，如日周期、27天周期、年周期、11年周期等等。这里主要谈耀斑和快速变化的黑子群对地球的影响，小活动造成的影响及平静太阳对地球产生的各种各样的影响就不涉及了。

耀斑及黑子对地球的电离层、磁场和极区有显著的地球物理效应。

对航天活动的影响

大耀斑出现时射出的高能量质子，对航天活动有极大的破坏性。高能质子达到地球附近肘，特别是

容易到达无辐射带保护的极区，会影响极区飞行；如遇卫星则对卫星上的仪器设备有破坏作用；太阳能电地在高能质子的轰击下，性能会严重衰退以至不能工作；如遇在飞船外工作的宇航员将危及生命。

太阳活动达到高峰时，地球上太平洋热带及亚热带地区气温升高、海水加速蒸发、西太平洋热带海域的降雨增多，而与此同时，东太平洋热带海域气温降低，这一现象类似于拉尼娜现象。在接下来的一两年中，这一现象又在太阳活动的作用下逐渐演变为一种类似于厄尔尼诺的现象，缓慢移动的洋流带来温暖的海水，取代了东太平洋热带海域温度较低的海水。

总的说来，太阳对地球的影响主要体现在四个方面：1.扰动地球上空电离层，影响无线电短波通信；2.扰动地球磁场，产生“磁暴”现象；3.作用于两极高空大气，产生极光；4.影响地球自然环境，产生自然灾害。

应用

从太阳活动对地球的影响可以看出，对太阳活动的预报有很大的必要。现在包括中国在内的许多国家，都已开展这方面的工作。通过预报可使有关部门，如：通信部门、航天部门等，及时采取措施减少太阳活动对这些部门工作的影响，也为准确地进行天气、气候、水文、地震等预报提供资料。