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第 8 讲 大气的组成、垂直分层和热力状况
双基回归
一、大气的组成
1．大气的组成及其作用：低层大气是由干洁空气、水汽和杂质组成的。干洁空气又是由氮、氧、二氧化碳和臭氧等物质组成的。它们在大气中的作用是各不相同的。
2．人类对大气成分的影响：①改变大气成分的比例――人类活动导致二氧化碳含量增加；②增加大气的成分，改变大气成分的比例――氟氯烃物质的增加，导致大气中臭氧的含量减少。
二、大气的垂直分层及其对人类活动的影响
说明：①自地面向上到大气上界，随高度的增加空气密度减小，大气压力降低。②大气垂直分层的主要依据是气温的垂直分布特点，不同大气层气温垂直分布不同，因而空气的运动也不同，对人类的影响也不一样。③对流层集中了几乎全部的水汽和固体杂质，这是天气现象多变的条件。④对流层的高度因时因地而异。一般来说，地面温度高，对流层厚度就大。即低纬大于高纬，夏季大于冬季。⑤电离层大气中的氧分子和氮分子在太阳紫外线和宇宙射线的作用下被分解为离子，大气处于高度电离状态，故能反射无线电短波。
三、大气的受热过程
1．大气的受热过程：太阳→地面→大气→地面，即太阳暖大地，大地暖大气，大气返大地。对流层大气受热状况主要表现在“大气对太阳辐射的削弱作用和对地面辐射的保温作用”上，其实质是一个热量的连续传输过程（如下图所示）。理解“地面是大气主要的直接的热源”的含义，并在此基础上理解大气的热力作用包括削弱作用（反射作用、散射作用和吸收作用）和保温效应（大气对地面辐射的吸收作用和大气逆辐射）两大方面。
2．大气的热力作用包括大气对太阳辐射的削弱作用和大气对地面的温室效应，它们是一个连贯的能量转换过程，因此要运用综合图表法学习这部分内容，抓住主干，化繁为简。
注意：在学习大气的热力作用时，一定要结合实例来理解掌握。例如：反射作用——在夏季，多云的白天气温不会太高；散射作用——晴朗的天空呈现蔚蓝色；吸收——臭氧层因吸收太阳紫外线而升温；大气逆辐射——有云的夜晚比晴天温暖。记住并理解了这些典型例子后就可以迁移应用。例如晚秋或寒冬，霜冻多出现在晴朗的夜晚(大气逆辐射弱)，人造烟幕防御霜冻(加强大气逆辐射)，教室无太阳直接光线但明亮(散射)。
3．全球的热量平衡：从多年平均来看，地球（地面和大气）热量收支平衡，因此全球气温稳定。人类活动使热量收支失去平衡，可能导致全球气候变暖。
细说例话
例1：图为我国局部地区沿30°N的地形剖面图（图中杭州、重庆和拉萨均位于30°N附近），读图回答问题。
（1）在同等天气条件下，杭州、重庆和拉萨三地中太阳辐射最强的是_________，其原因是________________________________________。
（2）在同等天气条件下，杭州、重庆和拉萨三地中夜间气温较高的是________________，其原因是________________________________________。
（3）杭州和拉萨两地气温年较差较大的是________，其原因是______________________。
（4）计算杭州到重庆的距离约是________________千米。
（5）根据对流层气温垂直变化规律，拉萨的气温要比杭州低约________℃，但实际上拉萨气温要比此计算值________（填高或低），理由是________。
解析：本题考查了杭州、重庆和拉萨三地太阳辐射、气温年较差和气温的垂直变化、两地距离计算等主干知识。气温的垂直变化规律是每上升1000米，气温约平均降低6℃。
答案： （1）拉萨 空气稀薄，对太阳辐射的削弱作用较弱。 （2）重庆 地势低，盆地效应，接受的地面辐射多。 （3）杭州 杭州受冬、夏季风影响，气温年较差大；拉萨因地势高，夏季气温低，冬季不受冬季风影响，气温不太低。 （4）1300 （5）21 高 拉萨上空大气的直接热源是青藏高原的地面辐射，不是离地面3500米的自由大气。
例2：下图是“大气对地面的保温作用示意图”，图中①②③④代表太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆福射（次序已打乱），分析回答下列问题：
（1）图中表示短波辐射的序号是______。
（2）表示对地面有保温作用辐射的序号是_____。
（3）运用上述示意图分析塔里木盆地昼夜温差大的原因。
解析：该题主要使学生熟悉热力作用过程中，从太阳辐射到大气逆辐射按顺序排序的关系是太阳辐射→地面吸收→地面增温→地面辐射→大气吸收→大气辐射→大气逆辐射，并且会运用所学知识解决实际问题。阅读图示，结合大气受热过程可知，①为大气逆辐射、②为大气辐射、③为地面辐射、④为太阳辐射。
答案：（1）④ （2）① （3）塔里木盆地距海洋远，水汽很难进入，云层少，白天，大量太阳辐射到达地面，气温高。晚上，大气逆辐射弱，地面辐射大量射向宇宙空间，气温低。
例3：读某地近地面多年平均热量收入状况图分析回答：
（1）阴影①反映近地面空气热量________，所以此段时间气温呈________趋势。
（2）曲线A表明了________年内的变化，这种变化与________的年变化基本一致。
（3）曲线 B 表明了________年内的变化，这种变化与________的年变化基本一致。
（4）该地位于________半球。最高气温可能出现在________________。
解析：本题只有联想课本中上海七月份的大气热量收入与气温日
变化平均状况图，经过推理分析才有可能正确解答。竖坐标表示热量变化。横坐标表示月份，A 曲线 6 月份达最高值，这可能是地面辐射带来的大气热量收入。而 B 曲线最高值的出现时间相对后推，应该是代表大气热量支出的大气逆辐射，而图中 D 可能因为收入大于支出而热量盈余。气温才有可能上升。这样分析后反过来再分析一遍，就可确定正确答案。
答案： （1）盈余，上升；（2）热量收入，太阳辐射；（3）热量支出，地面辐射；（4）北，7 月低或 8
月初。
方法归纳
1．对流层温度的时空分布规律
对流层的高度取决于空气对流运动的强度，空气对流运动的强度又取决于近地面空气温度的高低和空气上下层温差的大小，近地面温度的高低又取决于纬度高低、季节变化、天气变化等。一般，近地面大气温度越高对流层刻度就越高。
⑴纬度低，对流层高度大；纬度高，对流层高度小
⑵同一纬度地区，夏季（或白天）对流层高度大；冬季（或夜晚）对流层高度小。
⑶夏季（或白天）陆地上的对流层高度大于同一纬度的海洋；冬季（或海洋）相反。
⑷同纬度地区暖流流经的地区对流层高度大于寒流流经的地区。
总结:气温越高，对流运动越强，对流层的刻度越高
2．逆温现象与大气污染
一般情况下，对流层温度上冷下暧，对流显著。但有时在对流层底部会出现气温随高度增加而升高的现象，气象上称为“逆温” 。一旦逆温出现，将严重阻碍空气垂直运动，妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散，有利于雾的形成，加剧了大气污染的程度。一般清晨逆温层达到最厚，日出后地面温度上升，逆温层近地面处于首先破坏，从下而上逐渐变薄，最后完全消失。逆温常见如下三种情况：
总结：气温随高度增加而升高，则为逆温，加剧大气污染程度；气温递减率过大，对流旺盛，引起飞机颠簸。
感受高考
例 1： (07 广东卷)如果 H1、H2 分别表示在拉萨和上海地区空中打开降落伞的最低安全高度，可以判断
A．H1＞H2 B．H1＜H2 C．H1＝H2 D．H1、H2 之间关系无法确定
解析：拉萨海拔比上海高，空气稀薄，且近地面平均气温比上海低，大气对流运动比上海弱。大气越稀薄，对流运动越弱的地方，大气的顶托作用越小，因此打开降落伞的安全高度应越高。
答案：A
例 2： (07广东卷)四季如春的“春城”最可能出现在
A．高纬度、低海拔地区 B．高纬度、高海拔地区
C．低纬度、低海拔地区 D．低纬度、高海拔地区
解析：通过调用知识或同已知的“春城”昆明、巴西利亚等进行类比，即可得出低纬度、高海拔的特征。
答案：D
例 3： （2007 年高考文科综合全国Ⅰ）我国某边防站（海 4900 米）的驻防官兵在艰苦的条件下，为改善生活试种蔬菜。他们先盖起简易阳光房，但种的蔬菜仍不能生长。后来，他们又在简易阳光房中搭架，架上盆栽，终于有了收获。回答⑴～⑵题。
⑴盖简易阳光房改造的自然条件主要是
A．热量 B．水分 C．土壤 D．光照
⑵在简易阳光房中再搭架盆栽，蔬菜才能生长，解决的问题是
A．蒸发量大 B．多虫害 C．地温低 D．太阳辐射强
解析：本组题以一段文字创设了试题情景：一是我国某边防站（海拔4900米）官兵为了改善生活试种蔬菜。二是官兵试种蔬菜的过程：盖起简易阳光房，蔬菜不能生长；再到在简易阳光防中搭架，架上盆栽，终于有收获。第⑴题：首先获取大题干中的有用信息：边防站的海拔为4900米，海拔高气温低，但光照条件好，且温差大。所以盖简易阳光房的首要目的是要改善气温条件（热量条件），所利用的原理是“温室效应”原理。选项 A 正确。第⑵题：抓住“在房中搭架，架上盆栽”思考为什么，再整合海拔高的地区，空气稀薄，大气的保温效益低等，确定地温低是影响蔬菜生长的重要因素之一。也可以根据所给四个选项，用排除的方法来验证所选答案的正确性。正确答案为C。
答案：⑴A ⑵C
好题狂练
一、单项选择题
读下图，完成1～2题。
1．图中的曲线表示的是 ( )
A．臭氧层的高度
B．对流层的高度
C．对流层气温的变化规律
D．平流层气温的变化规律
2．对图中甲、乙两处的正确叙述是 ( )
A．热量主要来自短波辐射的是甲处
B．乙处的气温高于甲处
C．甲处的水汽含量高于乙处
D．甲、乙两处同为下沉气流
导致对流层气温出现逆温现象的原因是：上层实际气温低于理论气温（按垂直递减率计算的气温）。下图为某地四个不同时刻大气气温垂直变化情况，回答3—5题。
3．图中表示非逆温现象的是（ ）
A．① B．①② C．①②③ D．①②③④
4．四个时刻中，最容易导致近地面大气污染物聚集的是（ ）
A．① B．② C．③ D．④
5．如图所示大气气温除④外，总体趋势随高度的增加而递减，其原因是 （ ）
A．大气热量主要来自地面
B．大气稳定，不发生上下垂直对流
C．没有臭氧，难以吸收太阳热量
D．多水汽、尘埃易成云致雨
气球作为探索高空的工具已经被广泛运用，请完成6～8题。
6．如果用相同的气球在不同的纬度进行释放，升空最快的释放地区是 ( )
A．赤道地区 B．副热带地区 C．副极地地区 D．极地地区
7．如果氢气球充气达到或者接近饱和状态时，释放后便会破裂，其主要原因是 ( )
A．升空后由于气温上升导致气球膨胀而破裂
B．升空后气温下降，氢气在低温状态下易爆炸，使气球破裂
C．高空空气稀薄，气压低，气球因膨胀而破裂
D．高空太阳辐射强，强烈的光照使气球破裂
8．若不考虑气球破裂，在下列地点释放时，高度升到最大的是 ( )
A．新加坡 B．拉萨 C．南极点 D．北极点
2007 年 12 月，武汉遭遇入冬以来的第一场浓雾天气，天河机场能见度不足 100 米。机场一度封闭，4000旅客受阻机场。全省多条高速公路关闭，武汉港区临时禁航。据此并根据所学知识回答第9题。
9．浓雾天气使空气能见度降低的原因之一是
A．浓雾吸收地面辐射，增强大气逆辐射 B．浓雾削弱了地面辐射
C．浓雾对太阳辐射有反射作用 D．浓雾改变了太阳辐射的波长
读下图，回答10～12题。
10．图中a～e表示的辐射中，属于短波辐射的是 ( )
A．a B．b C．c D．d
11．a～e中，表示对地面有保温作用的是 ( )
A．a B．b C．c D．d
12．当大气中云量和水汽含量增加时 ( )
①箭头A可能增强 ②箭头B可能增强 ③箭头c可能增强 ④箭头a可能增强
A．①②④ B．②③④ C．①③④ D．①②③
地面通过吸收太阳辐射而获得热量，同时通过地面辐射的方式而散失热量。地面吸收太阳辐射与地面向外辐射之差额，称为地面辐射差额。读“三个地区地面辐射差额的年变化图” ，回答13—15题。
13．到达地面的太阳辐射被地面吸收的程度随地面性质的不同而不同，在同等的太阳辐射条件下，以下地表吸收太阳辐射最多的是 （ ）
A．草地 B．雪地 C．紫色土 D．冰面
14．关于①②③三条曲线的叙述，正确的是（ ）
A．①②③三条曲线所代表的地区均位于南半球
B．曲线③所代表的地区地面辐射能的收入始终小于支出
C．三条曲线中所代表的地区纬度最低是曲线②
D．三条曲线中所代表的地区纬度最高的是曲线①
15．一日内地面辐射差额由正值变为负值的时间一般在每天的 （ ）
A．日出前后 B．正午 C．日落前后 D．午夜
二、综合题
16．读图并回答。
(1)一架飞机从A 水平飞行到B，则从大气的________层进入________层；
(2)在A、B两处飞行时较平稳的是在________处,原因是________；
(3)A、B两处天气复杂多变的应是________处，原因________。
(4)A、B两处中臭氧浓度较大的是________处。
17．阅读下列材料，回答下列问题。
材料一：读下图中的四幅示意图
材料二：根据大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异，可将大气分为对流层、平流层和高层大气。不同层次的大气对人类活动的影响和制约也各不相同，并且不同程度地受到人类活动的影响。
材料三：由于“逆温层”的存在，大气很稳定，对流作用减弱，空气中水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，只能滞留在近地面。
（1）若甲图表示的大气层是人类生存环境的天然屏障，则该层是__________________层，原因是_____________________，该层因_____________________而有利于高空飞行；若甲图表示的大气层对无线电通信有重要作用，则该层是________________层。
（2）若人类活动导致其成分增加或减少，则该层可能是___________和______________。
（3）根据乙图简要分析逆温层变化的规律。
（4）张华居住在某重工业城市，他习惯于在清晨的林荫道上跑步，根据上述材料说明他选择的锻炼时间是否科学？请你帮他分析原因，并说出他应该在什么时候锻炼身体最适宜。
18．大气是地球自然环境的重要组成部分，也是地球自然环境是最为活跃的要素。读图1、图2，回答下列问题。
（1）读图1，代表大气逆辐射的代号是：________
（2）地球上的大气对地面有保温作用是因为：①大气中的水汽和CO2 吸收太阳短波辐射②大气中的水汽和 CO2 吸收地面长波辐射 ③大气通过大气逆辐射直接补偿地面的热量损失 ④大气中的臭氧强烈吸收紫外线（ ）
A．①② B．②③ C．①④ D．②④
（3）图 2 中，正确表示大气层气温垂直变化的曲线是________（代号）；对短波通信具有重要意义的电离层位于________（代号及名称）。
（4）利于飞机飞行的大气层其气温的变化特点是________________。
（5）当耀斑爆发时，电磁波（或强辐射）扰动电离层，从而导致________________现象。
第 8 讲 大气的组成、垂直分层和热力状况
一、单项选择题
1．B 对流层的高度随纬度的升高而降低，在低纬度约有17～18 km，低纬度约有8～9 km。
2．C 甲位于对流层，乙位于平流层，大气层中几乎所有的水汽都集中在对流层。
3．A 逆温现象不仅包括上热下冷的现象，而且包括垂直递减率小于0.6℃/100m的现象，图中④属于前者，②③属于后者。只有①表示非逆温现象。
4．D ④的逆温现象最明显，所以其最容易导致近地面大气污染物聚集。
5．A 对流层的气温随高度的增加而递减，主要是由于对流层的热源主要来自于吸收地面的长波辐射。
6．A 赤道地区受热强，空气上升运动强烈。
7．C 高度越高，空气密度越小。气压越低。气球升空后，便会不断膨胀。
8．A 对流层的高度因纬度而异，低纬度地面受热多，对流旺盛，对流层高度可达17—18千米；高纬度地面受热少，对流运动弱，对流层高度仅8—9千米。题中的四个地点，新加坡纬度最低，位于赤道附近。
9．C 浓雾天气使空气能见度降低主要是由于浓雾对太阳辐射有反射作用。
10．A 太阳辐射、大气辐射、地面辐射、大气逆辐射中，只有太阳辐射属于短波辐射，其余均为长波辐射。
11．C 对地面有保温作用的是大气逆辐射，它将地面辐射的热量大部分又返回地面。
12．D 当大气中云量和水汽含量增加时，大气对太阳辐射的削弱作用增强，大气逆辐射增强。
13．A 草地较其他三个选项的地面最为粗糙，因此对太阳辐射吸收最强。
14．D 从图中三条曲线分布可以看出，三条曲线地面辐射差额正值的最大值均出现在北半球夏季，因此三个地点均位于北半球，三条曲线中曲线①辐射最少，由此判断纬度最高。
15．C 日落之后，地面以地面辐射损失的热量大于所吸收的太阳辐射能量，因此地面以损失热量为主，因此地面辐射差额由正值变为负值。
二、综合题
16．解析：本题考查了大气的垂直分层及其各层的特点。
答案：（1）对流层 平流层
（2）B 平流层，空气以水平运动为主
（3）A 对流层，空气对流运动显著 （4）B
17．解析：大气层自下而上分为对流层、平流层、高层大气三层，对流层的热量主要来自地面辐射，愈往上吸收热量愈少，温度愈低。平流层臭氧含量高，能直接吸收紫外线，保护地球生物免受伤害。这两层靠地面相对较近，因此受地面影响较大。在正常情况下对流层气流发生对流，将地表污染物带到高空，从而减轻了对近地面的危害，若发生气温“上面高下面低”情况时，就会出现逆温现象，从而造成大气污染事件。
（1）平流 此层臭氧含量最多，臭氧大量吸收太阳紫外线，保护地球生物免受伤害 天气
晴朗，能见度好，大气平稳 高层大气
（2）对流 平流
（3）日出以后随着地面温度的升高，逆温层变薄减弱，直至消失。
（4）不科学 清晨，大气逆温层存在，大气对流运动微弱，城市空气中的水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，大气污染物质浓度较高；日出前绿色植物以呼吸作用释放二氧化碳为主，造成清晨林阴道上的空气中二氧化碳含量较高。他应该把锻炼时间改为下午或傍晚。
18．解析：本题考查了大气的热力作用原理及其大气的垂直分层的应用等知识。
答案： （1）C （2）B （3）② Ⅲ层，高层大气
（4）气温随高度增加，从－50℃（或－40℃）上升到0℃
（5）无线电短波信号（或通讯）衰减或中断。
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