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2.1 大气的组成和垂直分层
——高中地理人教版（2019）必修第一册
电影《中国机长》中，四川航空公司的一架客机在飞行过程中遇到险情，经历了一番惊心动魄之后飞机最终安全迫降，那么飞机在哪一个高度飞行最安全？大气的分层又是如何的呢？
围绕在地球周围的厚厚的大气，阻挡了来自字宙和太阳的有害辐射，成为地球上生物生存不可缺少的保护层；大气既提供了动植物维持生命活动所需要的各种气体，又对地球自然环境产生深刻的影响。例如，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。又如，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。如果地球 上没有大气，也就没有生物界，没有人类及其赖以生存和发展的自然环境。
大气是地球自然环境最活跃的组成部分。下面，我们先了解一下大气的组成和结构。
1.通过地理信息提取，培养对区域空间的初步感知能力。
2.通过图表分析、逻辑推演，了解大气的垂直分层，培养综合思维能力。
3.通过为宇航员设计出舱服，培养解决实际问题的地理实践力。
4.通过举例分析某种大气成分的时间变化，辩证地认识人类活动与地理环境的关系，形成人地协调的发展观念。
学习目标
干洁空气
低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体
21%
78%
干洁空气成分的体积分数
（25千米以下）
二氧化碳 CO2
光合作用的原料；调节地表温度
臭氧—O3
吸收紫外线，保护地球生命
氧气 O2
生物维持生命活动的必需物质
氮气—N2
生物体内蛋白质的重要组成部分
78%
21%
1%
一、大气的组成
二、人类活动与大气成分
大气污染：人类活动排放的污染物进入大气，会影响大气的成分和含量，会造成大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。
工业、燃烧化石燃料、汽车尾气排放等都会造成大气污染
1.人类活动对大气的影响
思考
1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数变化趋势怎么样？是什么原因产生的变化呢？造成什么影响？
变化趋势
呈现上升趋势，增加速度加快
原因
化石燃料燃烧（释放大量二氧化碳）
土地利用的变化（毁林，减少森林吸收二氧化碳的量）
大量燃烧化石燃料
CO2
增多
吸收地面辐射
气温升高
全球变暖
极冰融化
海平面上升
淹没沿海低地
植被砍伐
全球变暖
海水热膨胀
过度使用空调
氟氯碳化物增多
臭氧层破坏
吸收紫外线能力减弱
危害健康和环境
地表紫外线增加
臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓度最小处，是臭氧层缺失处，有臭氧层空洞的地区会对生物产生重大的影响。
南极臭氧层空洞
Antarctic ozone hole
酸雨
烧煤的烟囱或烧油的汽车排放出来的酸性气体，与天上的水蒸气相遇，形成硫酸和硝酸小水滴，落到地面形成酸雨。
2019秦皇岛国际马拉松暨全国马拉松锦标赛12日在河北省秦皇岛市奥体中心开赛，吸引了27000余名选手参赛。肯尼亚选手阿尔弗雷德摘取男子全程第一名，用时2小时15分44秒，比去年该赛事冠军成绩快了55秒。他的同胞基普和基普科尔分列二、三名。
活动
在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞尔比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。在非洲地形图上，找出在两个国家，归纳它们共同的地形特点。由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗？
埃塞尔比亚
肯尼亚
埃塞俄比亚和肯尼亚地形均以高原为主，海拔高，大气稀，大气中含氧量低，有利于激发运动员的潜能。
活动：大气含氧量减少对人体产生的影响
我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地。表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标
地点 榆中 多巴 海埂 兴隆 呈贡
海拔/m 1996 2366 1888 2118 1906
经度 104°02′E 103°31′E 102°41′E 117°22′E 102°48′E
纬度 35°52′N 35°52′N 25°01′N 40°36′N 24°53′N
目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。
海拔/m 0 1000 2000 3000 4000
含氧量比 100% 89% 78% 70% 61%
我国的高原训练基地的海拔在这个范围内吗？推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。
适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力，但氧气含量太低会危害人体健康甚至危及生命。
2.大气成分对人类的影响（O2）
青海多巴
甘肃榆中
云南海埂、呈贡
河北兴隆
我国高原训练基地的位置
大气的
垂直分层
Vertical stratification of the atmosphere
2012年10月14日
奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空
3小时后，他上升至39千米高空后跳下
4分钟后才打开降落伞
成为第一个自由落体速度超音速的人
39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？
特制宇航服
液氧系统
温度调节器
加压氧气
外表绝缘
鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？
阅读思考
地球内部是可以分层的
那外部大气是否也可以分层呢？
依据是什么？
温度？
密度？
思考
1.随高度的上升，对流层和平流层的气温分别是怎样变化的？
2.为什么说对流层与人类的关系最密切？
3.为什么平流层适合飞机飞行？
图2.5 大气的垂直分层示意
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
极光
垂直分层
对流层
高层大气
平流层
根据温度、密度和运动状况，大气自下而上可以划分为
对流层 平流层 高层大气
1
1.垂直分层
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
极光
对流层
12km
低纬度：17-18km
中纬度：10-12km
高纬度：8-9km
1.垂直分层
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
极光
平流层
50km
22-27km处，形成臭氧层，使大气增温
12km
1.垂直分层
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
极光
高层大气
50km
空气密度很小，存在若干电离层
3000+km
流星体燃烧，形成流星，有极光现象
电离层影响无线电通信
对流层为什么会对流？
T
气温随高度的升高而递减
地面：主要热源
冷
平流层为什么会平流？
T
气温随高度的升高而递增
冷
2018年3月12日，一架自孟加拉飞往尼泊尔的客机在降落期间失事，造成49人死亡，22人受伤。这架飞机由孟加拉国航空公司US-Bangla运营。
探究
1.空难多数发生在飞行的哪一阶段？为什么飞的越高越安全？
2.臭氧层位于图中大气的哪一层？
为什么臭氧被誉为“地球生命的保护伞”？
臭氧层
电离层
垂直分层 高度 主要特点 特点成因
对流层 低纬17～18千米 中纬10～12千米 高纬8～9千米 气温随高度的增加而递减 (每升高100米，温度大约降低0.6℃） 地面是对流层大气主要的直接热源
离地面越近，受热越多
空气对流运动显著 上部冷、下部热
有利于空气对流运动
天气现象复杂多变 几乎全部水汽、固体杂质
对流运动易成云致雨
平流层 对流层顶 到50～55千米 下层气温随高度变化小； 30千米以上随高度增加而迅速上升 臭氧大量吸收太阳紫外线
以平流运动为主 上热下冷，大气稳定
有利于高空飞行 水汽、杂质极少，云雨绝迹，
能见度好，气流平稳
高层 大气 平流层顶到大气上界 (高度约2000-3000千米) 气压很低，密度很小 离地面远，引力小
80～500千米高空有若干电离层， 能反射无线电波 电离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
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
刮开有奖
逆温
地面上空的大气结构出现气温随高度增加而升高的反常现象。
逆温的出现使空气的对流减弱，使污染物不易扩散，污染物就会长期停留在原处而造成污染加重。
气温
高度
气温
高度
大气污染的帮凶
逆温
夜间地面迅速降温，离地面愈近降温愈快，形成逆温，黎明达最强
辐射逆温
暖空气水平移动到冷的地面上，底层空气受地面影响而迅速降温
平流逆温
暖
冷
山坡上的冷空气沿斜坡下沉到谷底积聚并把较暖的空气抬挤上升
地形逆温
冷暖空气相遇形成锋面，其上方为暖空气，下方为冷空气
锋面逆温
小结
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