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3.1 大气的组成和垂直分层
01
02
大气的组成
大气的垂直分层
导入
民航客机的飞行分为起飞、巡航和降落三个阶段。主要航程为巡航，也就是平飞阶段，其飞行高度以舒适、经济为原则。我国民航规定，中型以上的民航客机都在海拔7000-12000米的高空飞行，其中大型民航客机一般在11000米上下的高空飞行。这个空间大气垂直运动较少，以水平运动为主、飞机在其中受力比较稳定：水汽和
尘埃量少、能见度高；对地面产生
的噪声污染相对较小；飞鸟飞行一
般达不到此高度。可以避免机鸟相
撞的事故。
思考：大型民航客机巡航时的飞行高度为什么要那么高
01
大气的组成
阅读教材P70-72，完成下列问题。
自主学习
1、低层大气的组成？
2、干洁空气的组成？
3、大气的成分是稳定不变的吗？
哪些成分分别会有什么样的变化？造成变化的原因是什么？会带来什么影响？
大气：包围地球的空气。
大气为地球生命的繁衍和人类的发展提供了必要条件。
大气
人类生活在大气圈底部，大气的物理状态和组成成分的变化，时刻影响着我们。
一、大气的组成
干洁空气
水汽
低层大气
杂质
图2.2 干洁空气成分的体积分数（25千米以下）
氧气
21%
氮气 78%
氩气0.93%
二氧化碳 0.038%（变动）
其他 0.032%
氖气0.0018%
氦气 0.0005%
氪气 0.0001%
甲烷0.00016%
氢气0.00005%
氙气0.000009%
……
1.干洁空气的组成
氮气（N2）氮气是大气中含量最多的气体。氮元素是生物体内蛋白质和很多复杂化学物质的组成部分，是生物体健康生长必不可少的元素。→地球上生物体的基本成分（构成有机体的重要元素）
氮气（N2）的作用
氧气（O2）氧气是大气中含量仅次于氮气的气体，是众多生物生命活动必需的物质。
氧气（O2）的作用
二氧化碳（CO2）二氧化碳主要来自火山喷发、动植物的呼吸以及人类活动。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，是一种重要的温室气体，对地面具有保温作用。
二氧化碳（CO2）的作用
臭氧（O3）高空的氧，在太阳紫外线的催化作用下，形成了由3个氧原子组成的臭氧。臭氧的浓度在垂直方向上分布不均。距离地面20~25千米是臭氧浓度最高的区域，称为臭氧层。臭氧能吸收太阳辐射中的紫外线，使地面上的生物免受紫外线伤害，因而被称为地球生命的“保护伞”。
臭氧（O3）的作用
2）影响
①水汽发生固、液、气三态的转变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象；
②水汽的相变伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。
在水平方向上：
在垂直方向上：
海洋上空＞陆地上空
湿润地区的上空＞干旱地区的上空
一般自地面逐渐向高空减少
2、水汽
1）分布
3、杂质
影响
随时间、地点、天气条件而变化。
在近地面大气中，陆地多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。
分布
①影响大气的透明度；②大气中的杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。
根据课本知识和生活经验，将大气主要成分与其作用连线。
氮气
氧气
二氧化碳
臭氧
水汽
杂质
维持生命活动的必要物质
植物光合作用的原料，对地面有保温作用
生物体的基本成分
成云致雨的必要条件
吸收太阳紫外线
凝结核，成云致雨的必要条件
降水的形成条件
1、充足的水汽供应；
临近河、湖、海洋；风经过时带来大量水汽；
2、降温：水汽冷却凝结；
①水平方向：空气由较低纬度流向较高纬度；
②垂直方向（上升）：空气受热膨胀上升，盛行上升气流；遇到地形阻挡抬升。
3、凝结核。
思考：在自然状态下，大气的组成成分变化很小，但是在人类活动的影响下，大气中某些成分会发生变化，你能举例说明吗？并谈谈这些变化可能带来的危害。
观察右图，回答下列问题：
1.二氧化碳浓度在1740-2000年之间产生了怎样的变化？
2.二氧化碳浓度产生变化的原因有哪些？请结合生活实例加以分析。
二氧化碳体积分数增加了40%多；
原因是化石燃料的燃烧和土地利用的变化（主要是毁林）。
二 、大气成分的变化
1.CO2含量变化
影响：
全球变暖，极冰融化，海平面上升
2.O3 减少
①原因：人类大量使用空调、冰柜等制冷设备，排放氟利昂气体
②危害：导致臭氧层空洞，使大量紫外线到达地面。
③措施：减少空调、冰柜等制冷设备的使用
拓展阅读：臭氧层空洞
2007年9月13日,南极上空的
臭氧层空洞
过量紫外线对人类的影响
1．增加皮肤癌。
2．损害眼睛，增加白内障患者。
3．削弱免疫力，增加传染病患者。
对生态影响
1．农产品减产及其品质下降。
2．减少渔业产量。
3．破坏森林。
酸雨：pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。（大气中的硫氧化物和氮氧化物遇到水滴或潮湿空气转化成亚硫酸、硫酸和硝酸，再混入降水中，使其酸度增加。）
自然原因：火山喷发等自然活动爆发释放 。
人为原因：化石燃料燃烧、有色金属冶炼、交通工具的尾气排放。
工业行业二氧化硫排放情况
3.产生酸雨
4、雾 霾 天气
①水汽增多：能够增加空气湿度，可能形成降水和大雾
②杂质增多：产生大气污染（粉尘颗粒和霾）
霾：又称“灰霾”，是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等的集合体，使空气浑浊，水平能见度降低到10千米以下的一种天气现象。
雾：当空气中的水汽多于一定温度条件下大气饱和水汽量，并有足够的凝结核存在时，多余的水汽便会凝结出来，变成小水滴或冰晶，水平能见度低于1千米时，气象学上称为雾。
一种自然天气现象
一种大气污染现象
前
后
人类活动前后对比
人类活动排放的污染物进入大气后，会影响大气的成分和含量，对生态系统和人类生存造成不利影响。
影响：降低能见度
空气中杂质的来源
a、矿物燃料燃烧的烟尘
b、建筑工地扬起的灰尘
c、大风吹起的尘土
d、汽车尾气的排放
小结：低层大气的组成
大气成分 体积比 作用
干洁空气 氮气（N2） 78%（含量最多）
氧气（O2） 21%
二氧化碳（CO2） 0.033% （变化）
臭氧（O3） 很少（变化）
水汽 很少
固体杂质 很少
氮是生物体的基本成分
众多生物生命活动所必需的物质
植物光合作用的基本原料，对地面起到保温作用
吸收太阳紫外线，被称为地球生命的“保护伞”
影响天气变化；影响地面和大气的湿度和温度
作为凝结核，是成云致雨的必要条件
B
课堂练习
现代地球大气是距今3.5亿年前才逐渐形成的，它对地理环境的形成和人类的影响巨大。下列关于大气的组成成分及其作用的连线，错误的是（ ）
A．二氧化碳——光合作用的原料 B．氧气——温室效应
C．臭氧——吸收紫外线 D．水汽和尘埃——成云致雨
A
课堂练习
关于大气组成成分及其作用的叙述，正确的是（ ）
①二氧化碳对地面有保温作用
②干洁空气的主要成分是氧气和二氧化碳
③水汽和杂质集中在高层大气
④臭氧能吸收太阳紫外线，使大气增温
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
02
大气的垂直分层
自主学习
读大气的垂直分层示意图，结合书本P72-75的内容
1、大气垂直分层的划分依据是？
2、大气从下而上一共分为几层？分别具有什么特点？
3、各层大气与人类活动的关系？
一、大气的垂直分层
划分依据：根据大气的温度、密度和运动状况在垂直方向上的差异。
对流层
平流层
高层大气
1、对流层—与人类的关系最密切
①位置：大气圈最底层
②组成：75％的干洁空气， 喵喵喵喵90％的水汽和杂质
③厚度变化（不均匀）
a、原因：气温（热空气所能上升的高度决定了对流层的厚度）
b、变化：
空间上（低纬地区17－18千米，中纬地区10－12千米，高纬地区8－9千米）
时间上（夏季厚，冬季薄）
一架飞机沿10km高空从南极飞到北极，
依次穿过了哪几层？
地 面
对流层顶
8～9km
17~18km
8～9km
赤道
北极
南极
④特点
a海拔越高，气温越低（海拔每上升100米，气温下降0.6℃）。
原因
对流层大气中的热量直接来源于地面。
b空气对流运动显著 下热上冷，热空气上升。
c天气现象复杂多变（风云雨雪） 几乎全部的水汽和杂质。
原因
原因
分层 高度范围 主要特点 特点成因 与人类
的关系
对流层
低纬
17～18 km
中纬
10～12 km
高纬
8～9 km
气温随高度的增加而递减
空气对流
运动显著
天气现象
复杂多变
地面是对流层大气的直接热源
该层上部冷、下部热
几乎全部的水汽、杂质都集中在该层，对流运动易成云致雨
人类生活在对流层底部，与人类关系最密切
拓展：逆温
逆温：正常情况下，对流层的气温随高度增加而递减，且海拔每升高100米，气温约下降0.6℃.但在一定条件下，对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象或者气温随高度增加而降低的幅度小于垂直递减率，这种现象我们称之为逆温
晴朗无云的夜间地面迅速降温，离地面愈近降温愈快，形成逆温，黎明达最强，日出后逆温层自下而上消失。
辐射逆温
夜间
黎明
日出后
逆温危害：
①出现多雾天气，早晨多雾的天气大多与逆温有密切的关系，它使能见度降低，给人们的出行带来不便，甚至导致交通事故
②加剧大气污染。由于逆温现象的存在，空气垂直对流受阻，造成近地面污染物不能及时扩散，从而危害人体健康。
③对航空造成影响。逆温多出现在低空，多雾天气给飞机起飞带来不便。
飞机
为什么飞机选择在平流层飞行？
探究活动二
-100
-50
0
50
100
0
12
50
高度（Km）
温度（℃）
大气的垂直分层示意
平流层
2平流层
（距地面22-23Km臭氧集中，形成臭氧层）
范围
对流层顶向上至50-55千米。
高层
大气
平流层
对流层
温度变化
气温随高度的增加而增加
平流层中上部臭氧吸收紫外线增温
特点
1.温度随高度升高而升高
3.大气能见度高，天气晴朗
2.平流运动显著
臭氧层吸收太阳辐射升温
上热下冷不易对流，适宜航空飞行
水汽杂质含量少
人类对于臭氧层的影响
*南极臭氧洞
20世纪70年代，科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重，出现了南极臭氧洞。2006年“南极臭氧洞”面积已经超过北美洲的面积。
在新型制冷设备的推广下，2019年南极臭氧洞面积已缩至近四十年最小值，目前南极臭氧洞正在慢慢缩小。
1979-2015
3.高层大气
由于没有吸收紫外线的臭氧，高层大气自平流层顶部开始气温会下降。
随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升。
3.高层大气
由于没有吸收紫外线的臭氧，高层大气自平流层顶部开始气温会下降。
随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升。
3.高层大气
在80-120km的高空，多数来自太空的流星体会燃烧，产生流星现象。
在80-500km的高空，若干电离层能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
大气上界
在2000-3000km的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近。高速运动的空气质点经常逸散到宇宙空间，这个高度可以看作是地球大气的上界
高度范围 气温垂直变化 空气运动 与人类关系
特点 原因 特点 原因 对流层
平流层
高层大气
大气垂直分层总结
平均12千米，因纬度而不同
对流层顶部至50-55千米高空
平流层以上的大气
气温随海拔升高而递减
气温随高度升高而升高。
先下降，后升高
热量来自地面
有臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。
低处缺臭氧吸收紫外线，气温下降；高处吸收更短波长紫外线，温度持续上升。
对流运动显著
平流运动为主
上部冷、下部热
上部热、下部冷
集中大气圈质量的3/4和几乎全部水汽、杂质，污染物多集中在这一层。多云、雨、雾、雪等天气现象。与人类关系最为密切。
有臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害。水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行。
有电离层能反射无线电波，对无线电通信有重要作用
流星现象
D
课堂练习
读“大气垂直分层示意图”，完成下面小题。
1.人造天体在升空的过程中，途经大气层的温度变化为（ ）
A．增---减 B．减---增
C．增---减---增---减
D．减---增---减---增
A
课堂练习
读“大气垂直分层示意图”，完成下面小题。
由于人类活动造成大气中一些成分的比例发生了明显变化，主要表现在（ ）
A．二氧化碳增加 B．氧气增多 C．臭氧增多 D．水汽增多
（1）近年来，贵阳将“中国避暑之都”作为城市名片，着力打造“避暑”旅游产品，大力发展“避暑”经济。在我国地形图上，找到贵阳、重庆、武汉、长沙、上海的位置；读图，说明贵阳打造避暑旅游名城的优势条件，并分析其形成原因。
相对于重庆、武汉、长沙、上海，贵阳虽然纬度较低，位于亚热带，但由于其处在云贵高原，海拔较高，故夏季天气凉爽。
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
上海
长沙
重庆
贵阳
武汉
温度/℃
23.9
23.6
28.1
28.4
28.7
28.2
28.6
28.1
28.0
27.8
7月
8月
活动P75
（2）每年3月，西藏大部分地区的隆冬尚未结束，林芝的桃花却竞相开放，争奇斗艳，皑皑白雪与灼灼桃花相互映衬，让人领略到“雪域江南”的独特春光。读图，试分析这一地理现象的形成原因。
西藏垂直高差大，山上海拔高，气温低，河谷地区地势较低，气温较高。
雪被
陆高/米
5000
3000
2000
1000
500
活动P76
拓展延伸1
位于北半球的北双子天文望选镜坐落在夏威夷的冒纳凯阿火山顶峰上。冒纳凯阿火山海拔约4200米。山顶空气稀薄，水汽含量低，孤立于太平洋中央。这个绝佳的地理位置被公认为是地球上进行天文现测的最佳台址。位于南半球的南双子天文望运镜坐落于智利安第斯山脉的帕穹山上。帕穹山海拔约2700米，山顶空气非常干燥而且几乎无云、是设置天文望运镜的理想之地。
南双子座望远镜
北双子座太空望远镜
拓展延伸2
2016年12月22日3时22分，我国成功发射全球二氧化碳监测科学实验卫星（简称碳卫星）。原理是在可见光和近红外谱段，对二氧化碳的吸收波段进行送感监测。

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