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大气的组成和垂直分层
第一部分 第三章 第1讲
课时13
高中地理大一轮
人教版
课程标准
运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。
学习目标
1.结合大气垂直分层示意图，说明各层大气的特点、成因，并举例说明对人类活动的影响。
2.掌握逆温的形成及影响。
目标一　大气的组成和垂直分层
目标二　逆温
课时精练
大气的组成和垂直分层
目标一
大气的组成
干洁空气
在25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%
氧气
氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质。
氧气（O2）
氮气
氮是地球上生物体的基本元素。
氮（N2）
二氧化碳
绿色植物进行光合作用的基本原料；吸收地面辐射的能力强，使气温升高。
二氧化碳（CO2）
臭氧
吸收太阳光中的紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用。
臭氧（O3）
视说地理——臭氧
大气的组成
水汽和杂质
大雾天气
雾霾
水汽
成云致雨的必要条件；直接影响地面和大气的温度。
水 汽
杂质
作为凝结核，是成云致雨的必要条件。
杂质
简述人类活动对大气的影响。
二氧化碳体积分数的变化
思考题
问题： 简述人类活动对大气的影响。
答案：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，产生大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。如：人类大量排放氟氯烃使臭氧减少；城市中人类生产、生活比较密集，导致大气中的杂质增多；人类燃烧化石燃料(如煤炭、石油等)，使大气中的二氧化碳增多。
大气的垂直分层
依据：
大气从地面向上温度、运动状况和密度的差异。
读必修第一册教材第31页图2.5“大气的垂直分层示意”，在下图中填出对流层平均高度，并补绘平流层气温变化曲线。
回归教材
12
大气的垂直分层
各层特点及与人类活动的关系
思考题
1.根据大气层气温垂直分布图，大气层可以分为几个层？
2.请你根据A.B层的气温变化特点，分别推测两层的气流运动特点。
3.根据A、B两个层的气流运动特点，推测两个层可能会发生的现象。
A
B
对流层
高度范围 主要特点 与人类的关系
低纬： 17～18 km 高纬： 8～9km 平均：12 km 气温随高度的升高而递减 人类生活在对流层底部，对流层与人类关系最密切
空气对流运动显著 天气现象复杂多变
平流层
高度范围 主要特点 与人类的关系
自对流层顶部至50～55 km高空 气温随高度升高而升高 平流运动适合航空飞行；臭氧层有保护地球生命的作用
大气以平流运动为主 无云雨现象， 能见度好
高层大气
高度范围 主要特点 与人类的关系
自平流层顶部到2 000～3 000 km的高空 气温随高度增加先下降后上升 80～500 km的高空有若干电离层，对无线电通信有重要作用
空气密度很小
特别提醒
对流层高度的季节变化
低纬度地区和高纬度地区对流层高度的季节变化小，中纬度地区对流层高度的季节变化大；同一地区，夏季对流层高，冬季对流层低。
(2022·6月浙江选考)如图为“北半球某地某季节平均纬向风速随高度分布图”，甲、乙、丙为该地三个不同高程面。完成1～2题。
1.能正确反映右图平均纬向风速随高度分布的地点位于
A.春季的低纬度
B.夏季的中纬度
C.秋季的中纬度
D.冬季的高纬度
√
高频考点
精练
图中显示，该地区自近地面到对流层顶部，纬向风速逐渐增加到最大，进入平流层后纬向风速逐渐减小，在大约两个对流层顶部海拔的高度减弱为0，然后风速逐渐加大，风向相反。对流层的顶部海拔从低纬度的大约17～18 km逐渐降低到高纬度的大约8～9 km，一般夏季最高，冬季最
低。四幅图中，春季的低纬度(0°～30°)纬向风速减小到0的地点海拔大约在20 km，海拔较低，且近地面风向不稳，A错误；
夏季的中纬度(30°～60°)，对流层顶部海拔大约为10～12 km，纬向风速减小到0的海拔约为20 km，且随海拔升高，风速先变大，再变小，减小到0后，风速为负值，表示改变了风向，B正确；
秋季的中纬度和冬季的高纬度，随海拔升高，纬向风速的数值一直为正值，C、D错误。
(2022·6月浙江选考)如图为“北半球某地某季节平均纬向风速随高度分布图”，甲、乙、丙为该地三个不同高程面。完成1～2题。
2.最接近该地甲、乙、丙三个高程面上风向、风速的是
A.① B.②
C.③ D.④
√
纬向风速指示的是东西方向的风速的分量，纬向风速为零表示风速没有东西方向的分量，即是正南或者正北风向。该地区位于北半球，近地面大气受水平气压梯度力、地转偏向力和地面摩擦力共同作用下向右偏转，随着高度的增加，摩擦力逐渐减小，偏转的程度越来越明显，所以纬向风速分量也越来越大。图中信息显示，该地近地面的丙处纬向风速
很小，对流层顶的甲处纬向风速最大，说明近地面比较接近南风或者北风，甲处风偏离的方向更大，并且是越向上风向右偏转的越明显，①近地面是正北风，④近地面是正南风，纬向风速应该是0，①④错；②高空风是向左偏转，不符合北半球右偏的规律；③近地面是西南风，与南北方向有一定夹角，且高空风向右偏，故选C。
逆温
目标二
逆温
概念：气温随高度增加而上升的现象，或者随高度的增加气温的垂直递减率小于6 ℃/km。
③
思考题：判断下列各地出现逆温的是
①：对流运动强烈，大气不稳定； ②：逆温，大气稳定； ③：正常
逆温
逆温的类型及成因
辐射逆温
成因：地面辐射冷却，在晴朗无云或少云的夜晚，地面辐射冷却快，离地面越近，降温越快
特点：大陆上常年均可出现，尤以冬季最强
平流逆温
成因：暖空气水平移动到冷的地面或水面上而发生的冷接触作用
特点：越接近地表或水面，降温越快
锋面逆温
成因：冷暖气团温度差异显著，暖气团位于锋面上部
特点：出现于锋面附近
地形逆温
成因：冷空气沿斜坡向低谷或盆地流动
特点：出现于山谷或盆地
思考题：在图中画出山风，并分析地形逆温形成的原因。
逆温
辐射逆温的生消过程
夜间,地面冷却快，近地面大气也随之降温。离地面愈近，降温愈快，形成自下而上的逆温
1
随地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时厚度达到最大
2
日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，近地面大气也随之升温，逆温便逐渐自下而上地消失
3
气温
高度
气温
高度
气温
高度
气温
高度
气温
高度
逆温
逆温的影响
有利影响
逆温的出现阻碍了空气对流，因此可以抑制沙尘暴的发生。
逆温出现在高空，有利于飞机的飞行。
和其他天气现象一样，逆温可作为一种气候资源加以利用。
在我国新疆伊犁河谷，逆温出现在10月至次年3月，长达半年之久，有效地提高了冬季谷地的温度，越冬果树可以免受冻害等
不利影响
对天气的影响：容易产生大雾等不利天气。
对交通的影响：能见度降低，地面湿滑
逆温出现时大气结构比较稳定，不利于污染物扩散，容易加重大气污染。
关键能力
提升
永康市位于浙江省中部的低山丘陵地区，冻害是永康市柑橘生长的主要限制因子。若能了解山地逆温层(对流层中出现的气温随高度增加而升高的现象)的时空分布特征和规律，充分利用“逆温效应”，将为柑橘安全越冬获得稳定产量开拓新前景，为合理布局柑橘生产提供科学依据。方岩镇独松村和象珠镇黄岗村，代表永康市两种不同的地貌类型。表1为独松村和黄岗村的地形数据统计表，表2为某年冬季独松村和黄岗村逆温层分布特征差异比较表。
表1
地名 地貌类型 坡脚海拔(m) 坡顶海拔(m) 坡脚至坡顶相对高度(m)
独松村 峡谷陡坡 180 380 200
黄岗村 高丘缓坡 120 250 130
表2
地名 逆温层 厚度(m) 逆温层 下限(m) 逆温层 上限(m) 逆温强 度( ℃) 最强逆温
层次(m)
独松村 50～80 260 340 0.8～1.6 300～320
黄岗村 40～50 150 200 0.8～1.2 170～180
1.分析冬季独松村和黄岗村逆温层形成的自然原因。
答案　冬季夜晚，山坡降温快、山谷降温慢，同海拔相比，山坡气温偏低、山谷气温偏高，风从山坡吹向山谷，给山谷带来大量冷空气，原来较暖的空气受挤压抬升，形成了下层气温低、上层气温高的逆温层。
2.描述独松村的逆温特征，并从地形角度分析原因。
答案　特征：独松村逆温层厚度大、分布海拔高、强度大。原因：独松村峡谷闭塞，山与谷的相对高度较大，山坡陡峻，逆温效应较强。
3.为什么独松村和黄岗村都将柑橘园布局在逆温层的下部而非上部？
答案　逆温层上部虽然气温条件较好，但因海拔较高，坡度较陡，土壤发育比较浅薄，且距离村落较远，管理不便，故而两村庄将柑橘园布局在逆温层的下部。
(广东地理)辐射逆温是低层大气因地面强烈辐射冷却导致气温随高度增加而升高的现象。黄河源地区位于青藏高原腹地，平均海拔4 000多米，冬季辐射逆温现象多发。据此完成1～3题。
1.冬季易加强辐射逆温的地形是
A.山峰 B.平原 C.谷地 D.丘陵
高频考点
精练
√
从现象上看，逆温是近地面气温低于较高处气温，地面附近气温越低，越有利于逆温的发育。题目提供的四种地形中，凹型的谷地更易于积累冷空气，冬季冷空气沿山坡下沉到谷底，导致底部冷空气聚集，产生下冷上热的逆温现象，故选C。
(广东地理)辐射逆温是低层大气因地面强烈辐射冷却导致气温随高度增加而升高的现象。黄河源地区位于青藏高原腹地，平均海拔4 000多米，冬季辐射逆温现象多发。据此完成1～3题。
2.黄河源地区辐射逆温出现的时间和天气状况是
A.日落前后，大风呼啸 B.正午时刻，雨雪交加
C.午夜时分，浓云密雾 D.日出之前，晴朗无风
√
辐射逆温是“因地面强烈辐射冷却导致”的，近地面气温低于高处气温，形成上暖下冷的逆温现象，其实质是近地面热量的收支平衡问题。近地面大气热量的直接来源是地面辐射，距离地面越近受到地面的影响就越大；逆温发生时，近地面气温低，意味着地面辐射弱，即地温低。地温最低的时刻一般是接收到太阳辐射之前的日出之前。逆温的发育需要相对稳定的气象条件，晴朗天气，大气逆辐射弱，地面降温快，利于逆温的形成；风力小，空气稳定，与周边大气热量交换微弱，更易于冷空气集聚，选D。
(广东地理)辐射逆温是低层大气因地面强烈辐射冷却导致气温随高度增加而升高的现象。黄河源地区位于青藏高原腹地，平均海拔4 000多米，冬季辐射逆温现象多发。据此完成1～3题。
3.黄河源地区冬季辐射逆温多发是由于
A.锋面气旋多 B.下沉气流盛行
C.准静止锋强 D.热力对流强盛
√
逆温的形成是近地面低温的结果，黄河源地区地处青藏高原，冬季严寒，空气冷却下沉，冷空气在地面集聚，利于逆温的形成，选B。
锋面气旋、准静止锋多发生于中纬度、冷暖空气易于交汇的地区，青藏高原海拔高，冷暖空气难以在此汇聚，A、C错；
青藏高原冬季对流运动微弱，D错。
课时精练
对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A B B A B B C B
题号 9 10 11 12 　13 答案 C A B B 　D
(1)临沧市年均降水量减少，水汽来源减少；临沧市年均温上升，饱和水汽压上升；人口增长，热岛效应加强，城区气温上升更明显；城区硬化地面增多(，下渗少)，城区蓄水量减少；城区扩展，人口增加，热岛效应增强。
(2)盛行西南季风，水汽丰富；城区和郊区相对湿度均高。
(3)绿地增多，利于滞留降水，增加蒸发水源，增强植物蒸腾作用，增加空气湿度；缓解热岛效应，降低饱和水汽压；(降低温度)相对湿度增大。
14.
(2024·广东汕头模拟)我国某特大城市某年7月8日天气晴朗，空气质量状况为轻度污染，首要污染物是氮氧化物，下图是“该特大城市上空该日等温面分布示意图”。据此完成1～2题。
1.该城市的首要污染物主要来自
①石油燃烧　②汽车尾气　③煤炭燃烧　
④工地扬尘
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
√
该城市的首要污染物是氮氧化物，石油燃烧、汽车尾气会产生大量的氮氧化物，①②正确；
煤炭的燃烧产生的是硫氧化物，工地扬尘不会产生氮氧化物，③④错误。故选A。
(2024·广东汕头模拟)我国某特大城市某年7月8日天气晴朗，空气质量状况为轻度污染，首要污染物是氮氧化物，下图是“该特大城市上空该日等温面分布示意图”。据此完成1～2题。
2.该城市上空
①风力强劲　②气流扩散条件变差　③出现
逆温现象　④空气对流显著
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
√
由图可知，11 ℃等温线的上方出现了12 ℃等温线，说明该城市上空出现了逆温现象，③正确；
出现逆温现象，大气较稳定，风力较小，①错误；
逆温的出现会使气流的扩散条件变差，②正确；
逆温(上暖下冷)出现时大气的对流会减弱，④错误。故选B。
(2024·陕西西安模拟)西伯利亚的暖气团向北移向北冰洋的过程中，气温的垂直分布发生改变，出现上暖下冷的逆温层。北冰洋洋面蒸发提供水汽形成云雾，伴随着暖气团北移，云雾的高度也相应发生变化(如下图)。据此完成3～5题。
3.从西伯利亚移向北冰洋的暖气团较
少，主要受制于
A.东北信风 B.极地东风
C.西北季风 D.盛行西风
√
西伯利亚纬度高，主要受到极地东风的影响，风向为东北风；读图可知，从西伯利亚移向北冰洋的暖气团，其方向为向高纬移动，风向为偏
南风，和极地东风风向基本相反，需要克服极地东风的阻力，B正确。
(2024·陕西西安模拟)西伯利亚的暖气团向北移向北冰洋的过程中，气温的垂直分布发生改变，出现上暖下冷的逆温层。北冰洋洋面蒸发提供水汽形成云雾，伴随着暖气团北移，云雾的高度也相应发生变化(如下图)。据此完成3～5题。
4.西伯利亚的暖气团向北移向北冰洋的
过程中，形成图示大气层结构时
①近地面气温较低　②近地面气温较
高　③大气垂直运动受阻　④大气垂
直运动顺畅
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
√
根据材料“西伯利亚的暖气团向北移向北冰洋的过程中，气温的垂直分布发生改变，出现上暖下冷的逆温层”可知，①对、②错；
出现逆温层，大气垂直运动受阻，③对、④错。选A。
(2024·陕西西安模拟)西伯利亚的暖气团向北移向北冰洋的过程中，气温的垂直分布发生改变，出现上暖下冷的逆温层。北冰洋洋面蒸发提供水汽形成云雾，伴随着暖气团北移，云雾的高度也相应发生变化(如下图)。据此完成3～5题。
5.该现象最可能出现在
A.春季 B.夏季
C.秋季 D.冬季
√
此时北冰洋洋面蒸发提供水汽形成云雾，说明北冰洋海冰消融，且从西伯利亚来的气团为暖气团，最有可能出现在夏季，B正确。
(2024·安徽江淮十校模拟)2020年4月23日，在较强冷空气过境后且夜间晴朗微风的条件下，河北省某桃园采用无人机扰动低空气流的方法，进行果园防霜试验。无人机飞行高度为2.3米。下图示意当日该果园无人机干扰点与对照点不同高度层温度差值。完成6～8题。
6.没有无人机干扰时，当地日出前后气温的
垂直变化可能是
√
较强冷空气过境后且夜间晴朗微风的条件下，日出前后容易出现逆温现象(下冷上暖)，近地面低温易冻伤果树。无人机飞行高度在2.3米处，推测2.3米下方可
能出现逆温现象，无人机飞行可扰动其下方垂直方向的气流，以起到防霜效果。故选B。
7.下列关于无人机防霜的工作原理，正确的是
A.无人机飞行扰动水平方向气流的交换
B.无人机飞行产生的热能提高当地的温度
C.无人机飞行扰动垂直方向气流的交换
D.无人机飞行使大气浑浊增加大气逆辐射
√
无人机在飞行过程中扰动垂直方向的气流，使上部的暖空气与下部的冷空气交换，从而使下部增温，减轻逆温现象，从而起到防霜的效果。故选C。
8.下列关于无人机飞行对不同高度层的影响，正确的是
A.无人机对1.5 m高度层气温的干扰更大
B.无人机对0.6 m高度层气温的干扰效果消
失较晚
C.飞行结束时，无人机的干扰效果完全消失
D.日出后地温升高，无人机的干扰效果消失
√
无人机干扰后，同一高度温度差值大于0 ℃，升温明显，0.6米高度层的升温幅度更大，受干扰更大；温度差值大于0 ℃ 一直持续到6：30之后，此时距离飞行
结束已过去约30分钟，日出已过去约60分钟；0.6米高度层温度差值曲线稍晚降低至0 ℃以下，干扰效果消失较晚。故选B。
(2024·江西部分学校模拟)冻雨是冰水混合物与温度低于0 ℃的物体碰撞后立即冻结产生的降水，是我国冬季出现的一种灾害性天气。2024年
2月，武汉市遭遇冻雨天气。研究发现，此次冻雨(如图)与逆温层、空气湿度、地形等因素有关，且强度大，持续时间长。据此完成9～11题。
9.武汉市发生冻雨时的对流层大气层结构从高到
低应为
A.暖→冷→暖 B.暖→冷
C.冷→暖→冷 D.冷→暖
√
冻雨是冰水混合物与温度低于0 ℃的物体碰撞立即冻结的降水，再加上冻雨受逆温层的影响，冻雨强度较大，所以武汉市发生冻雨时的对流层大气层结构从高到低为：冷→暖→冷，选C。
(2024·江西部分学校模拟)冻雨是冰水混合物与温度低于0 ℃的物体碰撞后立即冻结产生的降水，是我国冬季出现的一种灾害性天气。2024年
2月，武汉市遭遇冻雨天气。研究发现，此次冻雨(如图)与逆温层、空气湿度、地形等因素有关，且强度大，持续时间长。据此完成9～11题。
10.此次武汉市冻雨持续时间长的主要原因是
A.冷暖气团的势力相当
B.城市空气湿度较大
C.快行冷锋停滞时间短
D.大气层结构较稳定
√
冻雨的形成属于较强的冷空气南下遇到暖湿气流时，冷空气像楔子一样插在暖空气的下方，近地层气温骤降到0 ℃以下，潮湿的暖空气被抬升，并成云致雨，当冷暖气团势力相当时，降水持续时间较长，A正确；
城市空气中的水汽不是此次降水水汽主要来源，因此城市空气湿度大对冻雨持续时间长影响不大，B错误；
快行冷锋停留时间短，降水持续时间短，C错误；
冻雨的形成与冷暖气团交汇有关，大气层结构不稳定，D错误。
(2024·江西部分学校模拟)冻雨是冰水混合物与温度低于0 ℃的物体碰撞后立即冻结产生的降水，是我国冬季出现的一种灾害性天气。2024年
2月，武汉市遭遇冻雨天气。研究发现，此次冻雨(如图)与逆温层、空气湿度、地形等因素有关，且强度大，持续时间长。据此完成9～11题。
11.在其他条件相同时，下列最容易形成冻雨
天气的地区是
A.江淮平原 B.云贵高原
C.两广丘陵 D.四川盆地
√
云贵高原位于我国西南地区，为高原地形，冬季下垫面中物体温度低于0 ℃，受地形影响易形成准静止锋，且逆温持续时间长，所以最容易形成冻雨，B正确；
江淮平原2月受冷空气影响，此时暖空气未影响该地区，空气中水汽较少，不易形成冻雨，A错误；
两广地区纬度低，温度高，不易形成冻雨天气，C错误；
四川盆地北部有秦巴山地阻挡，冷空气影响小，温度高，也不易形成冻雨天气，D错误。
12.地面辐射中射向宇宙空间的波长集中在
A.6～8 μm B.8～12 μm
C.16～22 μm D.大于24 μm
(2025·新疆和田期中)透射率是指电磁波在大气中传播时，经大气衰减后的电磁辐射量与入射时电磁辐射量的比值。读“大气对长波辐射随波长变化的透射率图”，完成12～13题。
√
结合材料信息可知，透射率是指电磁波在大气中传播时，经大气衰减后的电磁辐射量与入射时电磁辐射量的比值。题图表示大气对长波辐射随波长
变化的透射率图，而地面辐射的方向是由下向上，且地面辐射属于长波辐射。读图可知，选项4个波段相比而言，8～12 μm波段的透射率最高，即该范围波段在由下向上传播中，受大气衰减最少，使得衰减后的电磁辐射量与入射时电磁辐射量的比值最大，所以8～12 μm波段受大气衰减少，是地面辐射中射向宇宙空间的集中波长范围，故选B。
13.大气中对长波辐射的吸收最为显著的是
A.二氧化碳 B.尘埃 C.臭氧 D.水汽
(2025·新疆和田期中)透射率是指电磁波在大气中传播时，经大气衰减后的电磁辐射量与入射时电磁辐射量的比值。读“大气对长波辐射随波长变化的透射率图”，完成12～13题。
√
大气中对长波辐射的吸收越显著，经大气衰减后的电磁辐射量越小，则透射率越低。读图可知，与二氧化碳、臭氧相比，水汽的透射率最
低，对长波辐射的吸收最为显著，D正确。
图示信息未显示尘埃对长波辐射的吸收能力。
14.(2025·八省联考四川地理)阅读图文材料，完成下列要求。
相对湿度是空气中实际水汽压与同温度条件下饱和水汽压的比值。临沧市位于云南省西南部，城区海拔1 850 m，多年平均降水量1 162 mm，干湿季分明。随着经济社会发展，临沧市城区面积逐步扩大。1956年以来，该市年均降水量、年均温、城区年均相对湿度分别呈下降、上升和下降趋势。如图为临沧市1961～2010年
郊区与城区月均相对湿度差值(相对湿度
差值＝郊区相对湿度－城区相对湿度)图。
(1)分析该市城区年均相对湿度下降的原因。
答案　临沧市年均降水量减少，水汽来源减少；临沧市年均温上升，饱和水汽压上升；人口增长，热岛效应加强，城区气温上升更明显；城区硬化地面增多(，下渗少)，城区蓄水量减少；城区扩展，人口增加，热岛效应增强。
(2)从大气环流角度，对该市5～7月郊区与城区相对湿度差值较小作出合理解释。
答案　盛行西南季风，水汽丰富；城区和郊区相对湿度均高。
(3)分析城区绿化对调节城区相对湿度的作用。
答案　绿地增多，利于滞留降水，增加蒸发水源，增强植物蒸腾作用，增加空气湿度；缓解热岛效应，降低饱和水汽压；(降低温度)相对湿度增大。

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