第二章《地球上的大气》
2.1《大气的组成和垂直分层》章节重点归纳+典例示范
一、大气的垂直分层
1．划分依据：大气垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异。
2．各层特征比较
垂直分层 气温特点 大气运动状况 与人类关系
A对流层 随高度增加而递减 对流运动显著 最为密切，天气现象复杂多变
B平流层 随高度增加而升高 平流运动为主 适合飞机飞行
C高层大气 随高度增加先降低后升高 — 有电离层，能反射无线电波
【知识拓展】
对流层、平流层的特点
(1)对流层
(2)平流层
【知识拓展】
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，气温平均下降0.6 ℃) 地面是对流层大气的主要的直接热源 人类生活在对流层底部，与人类关系最密切
空气对流运动显著 该层上部冷、下部热
天气现象复杂多变 几乎全部的水汽、杂质都集中在该层，对流运动显著，易成云致雨
平流层 从对流层顶至50～55千米 气温随高度增加呈明显递增趋势 该层中的臭氧吸收太阳紫外线 人类生存环境的天然屏障；利于航空飞行
以平流运动为主 该层大气上热下冷，大气平稳
天气晴朗 水汽、杂质含量极少，大气平稳
高层大气 从平流层顶到3 000千米 大气密度非常小 距地面远，受到引力小 电离层能反射无线电短波
【典例示范】
下图为大气垂直分层示意图。读图，回答(1)～(2)题。
(1)图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是( )
A．① B．②
C．③ D．④
(2)对无线电短波通信具有重要意义的电离层位于( )
A．Ⅰ层顶部 B．Ⅱ层底部
C．Ⅱ层中部 D．Ⅲ层
(1)B (2)D [第(1)题，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线在Ⅱ层上半部分气温变化出现错误，故只有②正确。第(2)题，高层大气(Ⅲ层)中存在若干电离层。]
【典例示范】
对流层中的上升气流会使飞行中的飞机颠簸。导致对流层气流上升的原因是：上层实际气温低于理论气温(按垂直递减率计算的气温)。下图表示四种对流层气温分布状况，据此回答1～2题。
1．①图表示的气温降低速率在( )
A．3 000米以下低于垂直递减率
B．3 000～6 000米高于垂直递减率
C．6 000米以下等于垂直递减率
D．6 000米以下均低于垂直递减率
2．飞机可以在5 000米高度平稳飞行的是( )
A．① B．② C．③ D．④
1.B 2.D [第1题，解答本题的关键是必须明确对流层气温的垂直递减率是高度每上升100米，气温降低0.6 ℃。由①图可知，在6 000米、3 000米、地面的气温分别为－35 ℃、－14 ℃、18 ℃。计算气温垂直递减率在3 000米以下为1.1 ℃，高于0.6 ℃。在3 000－6 000米为0.7 ℃，高于0.6 ℃，故B项正确。第2题，对流层的上升气流会使飞行中的飞机颠簸，要使飞机平稳飞行，必须使气流平稳。读图计算比较：①图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，而实际气温约为－30 ℃；②图5 000米高空气温理论值应为－15 ℃，而实际气温约为－20 ℃；③图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，而实际气温约为－25 ℃；④图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，实际气温也约为－20 ℃，故①②③对流旺盛，不利于飞机飞行。]
【典例示范】
读大气垂直分层高度、温度和气压的变化图，据此完成1～2题。
1．关于图中内容的叙述，正确的是( )
A．大气垂直分层的依据是高度、温度和气压的变化
B．随高度增加气温渐高，气压渐低
C．距地面20千米处气压降为地面的一半
D．对流层垂直方向上温度变化范围是20～－60 ℃
2．关于图中①②层大气的正确叙述是( )
A．①层大气厚度随纬度增加而增厚
B．②层因氧原子吸收紫外线而增温
C．①层大气与人类关系最密切
D．②层复杂的天气现象不利于飞行
1.D 2.C [第1题，根据大气的温度、密度、运动等特征，大气自下而上分为对流层、平流层和高层大气。对流层气温随高度的增加而递减，平流层气温随高度的增加而上升，20 km处气压值约为80，而近地面约为1 000不是一半的关系。第2题，对流层厚度与纬度呈负相关；平流层升温是因为臭氧吸收紫外线；平流层天气晴朗，空气以水平运动为主，有利于飞行。]
【典例示范】
从纽约飞往上海的一航班，正飞行在万米高空，前方突然乌云翻滚，为躲避空难，飞行员最好采取什么方法？为什么？
[答案] 应迅速提升飞行高度进入到平流层中，因为平流层大气以水平运动为主，大气平稳，天气晴朗，利于航空飞行。
【典例示范】
2019年1月11日，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将中国最新研制的通信广播卫星“中星2D”发射升空，卫星进入预定轨道，下图为大气垂直分层示意图。
问题1 (区域认知)我国的西昌卫星发射中心所在地区的对流层厚度相对于我国东部地区来说是较厚还是较薄？为什么？
提示：较薄。因为西昌位于我国的川西高原地区，海拔较高，气温较低。
问题2 (综合思维)“长征三号乙”运输火箭点火发射刚离开地面升空时，其所经历的气温变化特点是什么？
提示：火箭发射升空刚离开地面时，位于对流层中，其气温随高度增加而降低。
问题3 (综合思维)发射成功的“中星2D”卫星，在轨运行所在的大气层有何特点？
提示：所在的大气层为高层大气，大气密度极小，存在若干个电离层。
二、大气的组成
1．低层大气的组成：干洁空气、水汽和固体杂质。
2．干洁空气的成分及作用
(1)氧气：维持生命活动必需的物质。
(2)氮气：地球上生物体的基本元素。
(3)二氧化碳：绿色植物光合作用的原料，对地面有保温作用。
(4)臭氧：强烈吸收太阳紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”。
(5)水汽和杂质：是成云致雨的必要条件，影响天气变化。
[特别提醒]
自工业革命以来，人类的生产活动向大气中排放许多污染性气体，使大气成分变得复杂，并由此产生了大气污染现象，影响了大气环境的发展变化。
【典例示范】
大气中二氧化碳的主要作用是( )
A．调节地表温度 B．维持生物的呼吸
C．保护地球生命 D．构成生物体组成
A [二氧化碳含量很少，既是绿色植物进行光合作用的基本原料，也对地球有保温作用。]
【典例示范】
下列大气成分中，属于生物维持生命活动所必需的物质是( )
A．氧气 B．氮气
C．二氧化碳 D．臭氧
A [大气中的氧气是人类和生物维持生命活动所必需的物质。]第二章《地球上的大气》
2.2《大气受热过程和大气运动》章节重点归纳+典例示范
一、大气对地面的保温作用
1．大气长波辐射：
对流层中的水汽、二氧化碳等强烈吸收地面长波辐射而增温，产生大气长波辐射。
2．大气逆辐射：大气辐射中向下射向地面的部分。
3．保温作用：大气逆辐射把热量传给地面，补偿地面辐射损失的热量。
[特别提醒]
1大气对太阳辐射具有削弱作用：大气中的一些成分及现象对太阳辐射具有吸收、反射和散射作用，从而在一定程度上削弱了到达地面的太阳辐射。
2大气逆辐射是大气辐射的一部分，白天和晚上是始终存在的，并且白天辐射更强。
【典例示范】
下列四幅图所示地区中，昼夜温差最小的一幅是( )
A B C D
D [根据海陆热力性质的不同可知，陆地白天升温夜晚降温都快于海洋，因此陆地昼夜温差大于海洋。晴朗的天气白天大气削弱作用小，太阳辐射强，夜晚逆辐射弱保温作用差，昼夜温差大于多云天气。综合判断多云的海洋为昼夜温差最小的地区。]
二、大气的受热过程
1．能量来源：太阳辐射。
2．直接热源：地面是近地面大气主要的、直接的热源。
3．受热过程
具体过程 结果
地面增温过程 大部分A太阳辐射透过大气到达地面 使地面增温
大气增温过程 地面增温后以B地面长波辐射的形式向近地面大气传递热量 使大气增温
【知识拓展】
大气对地面保温作用
名称 具体过程 热量来源
太阳暖大地 大部分太阳短波辐射到达地面，地面吸收后增温 太阳辐射
大地暖大气 地面增温后形成地面辐射，大气吸收后增温 地面辐射
大气还大地 大气增温后形成大气辐射，其中向下的部分称为大气逆辐射，它将大部分热量还给地面，对地面起到保温作用 大气辐射
大气对太阳辐射的削弱作用
(1)反射作用：云层和较大的尘埃，对太阳辐射的反射作用较明显，且云层的反射作用最显著。如图：
(2)吸收作用：大气对能量最强的可见光吸收得很少。如下图：
大气对太阳辐射的吸收
大气受热过程在生活中的应用
(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响
(2)利用大气的削弱作用原理分析某一地区太阳能的多寡，如高海拔区，空气稀薄，大气的削弱作用弱，太阳能丰富；内陆地区，晴天多、阴雨天气少，大气的削弱作用弱，太阳能丰富。
(3)在农业中的应用：利用温室大棚生产反季节蔬菜；利用烟雾防霜冻；果园中铺沙或鹅卵石不但能减少土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。
【典例示范】
气象谚语有“露重见晴天”的说法。就此现象，下列叙述正确的是( )
A．天空云量少，大气保温作用强
B．地面辐射强，地表降温慢
C．空气中水汽少，地表降温慢
D．大气逆辐射弱，地表降温快
D [“露重见晴天”指的是晚上是晴天，大气逆辐射弱，地表降温快，水汽凝结形成露。]
【典例示范】
读下面大气受热过程图，回答1～2题。
1．使近地面大气温度升高的热量传递过程顺序是( )
A．①—②—③ B．①—④—②
C．②—③—④ D．③—④—②
2．近地面大气温度随高度升高而递减，其影响因素是箭头( )
A．① B．②
C．③ D．④
1.B 2.B [第1题，近地面大气增温的过程是大部分①太阳辐射穿过大气层到达地面，地面增温后又以②地面辐射的形式将热量传递给大气，大气吸收地面辐射后增温。第2题，近地面大气的直接、主要热源是②地面辐射。]
【典例示范】
下图为甲、乙两地某时段大气受热过程示意图，箭头反映了能量传递的方向及大小(粗细)，读图回答(1)～(3)题。(注：大气透明度往往与大气密度、天气有关)
甲 乙
(1)①⑤两箭头传递的能量方向及大小相同，说明甲、乙两地( )
A．纬度相当 B．海拔相当
C．距海远近相同 D．大气透明度相近
(2)近地面大气温度随高度升高而递减，主要影响因素是( )
A．①⑤ B．②⑦ C．③⑧ D．④⑥
(3)霜冻多出现在晚秋或寒冬季节晴朗的夜晚，主要是因为此时( )
A．地面辐射弱 B．太阳辐射强
C．大气反射强 D．大气逆辐射弱
(1)A (2)B (3)D [第(1)题，图示箭头①⑤都是来自大气上界的太阳辐射，若两箭头传递的能量方向及大小相同，即两箭头所示的太阳高度是相同的，说明甲、乙两地的纬度相当，获得的太阳辐射相同。第(2)题，地面辐射是大气的直接热源，近地面大气接受了地面辐射②⑦增温后再通过热传导作用，向高空大气传送热量，越靠近地面温度越高，越远离地面温度越低。第(3)题，晚秋或寒冬季节晴朗的夜晚，云量少大气的逆辐射弱，对地面的保温作用弱，降温快，使空气中的水汽易形成霜冻；夜晚无太阳辐射，晴朗的夜晚地面辐射强。]
【典例示范】
2018年11月19日，在国际空间站成立20周年之际，俄罗斯联邦航天局总设计师向外界宣称，在2030年，俄罗斯宇航员将实现首次登月，预计会在月球待14天。移民月球一直是人类的梦想，但民间热议的“月球移民”难度依然较大。这是因为月球表面昼夜温差很大，白天阳光垂直照射的地方温度高达127 ℃；夜晚，温度可降到－183 ℃。
问题1 (综合思维)月球上的气温变化为什么会如此剧烈？
提示：月球上没有大气层，不能对昼夜温度进行调节。
问题2 (地理实践力)请在下图中合适的位置标注太阳辐射、吸收(大气对太阳)、反射(大气对太阳)、地面辐射、大气逆辐射。
提示：
问题3 (区域认知)运用“大气的受热过程”原理，分析塔里木盆地昼夜温差大的原因。
提示：塔里木盆地晴天多，白天，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射多，气温高；夜晚，大气逆辐射弱，保温作用弱，气温低，故昼夜温差大。
问题4 (综合思维)地球、月球与太阳的距离相当，为什么地球上的气温比较稳定呢？
提示：地球上有大气层，白天，大气层削弱太阳辐射，使到达地面的太阳辐射减少，温度上升缓慢；夜晚，大气逆辐射对地面有保温作用，使地面温度下降缓慢。
三、大气的水平运动——风
1．风的形成过程
2．风形成的原因
(1)直接原因：水平气压梯度力。
(2)根本原因：地面受热不均。
3．高空中的风和近地面的风比较
类型 受力 风向 图示(北半球)
高空中的风 水平气压梯度力和地转偏向力 与等压线平行
近地面的风 水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力 与等压线之间成一夹角
[特别提醒]
1影响风力大小的最直接因素是水平气压梯度力，水平气压梯度力越大，风力越大。
2地转偏向力不影响风力大小，只影响风向，北半球右偏，南半球左偏。
3风力大小还要考虑摩擦力的大小，地面障碍越多，阻挡作用越强，摩擦力越大，风力越小。
【知识拓展】
在等压线图上确定某一地点风向的方法
第一步，在等压线图中，按要求画出过该点的切线并作垂直于切线的虚线箭头(由高压指向低压，但并不一定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。
第二步，确定南、北半球后，面向水平气压梯度力方向向右(北半球)或向左(南半球)偏转30°～45°角，画出实线箭头，即为经过该点的风向。如下图(以北半球为例，单位：hPa)所示。
在等压线图上判断风向时，可用“左右手法则”，北半球用右手，南半球用左手。具体方法：“伸出右(左)手，手心向上，让四指指向水平气压梯度力的方向，拇指指向就是气流偏转方向”。高空的风向与水平气压梯度力方向垂直；近地面的风向与水平气压梯度力方向成一锐角。如下图：
【知识拓展】
三种不同受力情况对风向的影响比较
受力状况 风向 风压规律 图示
只受水平气压梯度力影响时 风向由高压指向低压且与等压线垂直 风的来向为高压
受水平气压梯度力与地转偏向力共同影响时 风向与等压线平行 在北半球背风而立，右边为高压，左边为低压；南半球反之
受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同影响时 风向与等压线成一个夹角 在北半球背风而立，左前方为低压，右后方为高压；南半球反之
风向的应用
(1)判断气压的大小：顺着风向，气压值越来越小。
(2)判断南、北半球：向右偏→北半球；向左偏→南半球。
(3)判断近地面和高空(高空忽略摩擦力)：风向与等压线的关系：成一夹角(或斜交)→近地面；平行→高空。
(4)判断高压和低压：观测者背风而立，北半球高压中心位于其右后方，南半球高压中心位于其左后方。
【典例示范】
利用“温室效应”原理，我国北方地区冬季可以采用大棚种植蔬菜、花卉等作物。下图是塑料大棚农业生产景观图。据此回答(1)～(2)题。
(1)下列不属于大棚技术对农业生产的影响的是( )
A．有利于充分利用太阳光能，提高大棚内的温度
B．有利于提高光照强度，增强农作物光合作用
C．有利于保持、调节大棚内空气的湿度
D．有利于保持、调节大棚内土壤的水分
(2)当大棚的门打开时，门口处空气流动情况与下图中示意的空气流动情况相同的是( )
A B C D
(1)B (2)A [第(1)题，光照强度主要跟太阳辐射强度有关，大棚技术无法提高光照强度。第(2)题，大棚内温度高，外面温度低，大门打开后，在门口内外形成热力环流，里面的暖空气在门口上方流向室外，外面的冷空气在门口底部流向室内。]
【典例示范】
读形成某半球近地面的气压及各种力的示意图，回答(1)～(2)题。
(1)下列说法正确的是( )
A．图示气压场位于北半球
B．图中F2是使风力增强的地面摩擦力
C．图中等压线数值L1>L2
D．图中F3 是使风向向左偏的地转偏向力
(2)图中促使大气产生水平运动的原动力是( )
A．F1 B．F2
C．F3 D．F2、F3的合力
(1)D (2)A [本题组主要考查风和气压的关系。在近地面，大气运动受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用，风向与等压线斜交。由图可知，Fl是水平气压梯度力，它与等压线垂直，且始终由高压指向低压，因此等压线数值L2>L1; F2是使风力减弱的摩擦力，其方向与风向相反；F3是使风向向左偏的地转偏向力，因此应位于南半球。水平气压梯度力是促使大气产生水平运动的原动力即图中Fl。]
【典例示范】
比较不同力作用下的风向示意图，共同探讨问题。
问题1 (综合思维)水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力各有什么特征？
提示：(1)水平气压梯度力：始终垂直于等压线，由高压指向低压，当单位距离上水平气压差相等时，水平气压梯度力大小不变。
(2)地转偏向力：始终与风向垂直，随着风速的增大而逐渐增大。
(3)摩擦力：方向始终与风向相反。
问题2 (地理实践力)分析图总结高空的风和近地面的风在受力上有什么不同？最终风向有何差异？
提示：高空的风受水平气压梯度力和地转偏向力两个力作用，最终风向与等压线平行。近地面的风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力共同作用，最终风向与等压线斜交。
四、大气热力环流
1．大气运动
(1)主要形式
(2)意义
2．热力环流——大气运动的最简单形式
(1)概念：由于地面冷热不均而形成的空气环流。
(2)形成过程
①A地受热，空气膨胀上升，近地面空气密度减小，形成低气压；D处空气聚集，密度增大，形成高气压。
②B、F地冷却，空气收缩下沉，近地面空气密度增大，形成高气压；C、E处空气密度减小，形成低气压。
③水平运动：在同一水平面上，空气由高气压区流向低气压区。
[特别提醒]
1垂直方向上的气压值总是近地面大于高空，同一水平面上的气压值是高压大于低压。
2气流的垂直运动是由近地面冷热不均引起的，而水平运动是由同一水平面上的气压差异引起的。
【知识拓展】
等压面图的判读方法
等压面是空间气压值相等的点组成的面，等压线是同一水平面上气压值相等的点组成的线。等压面图表示气压的垂直分布状况，等压线图表示气压的水平分布状况。
(1)在近地面，气温越高，气压越低；气温越低，气压越高。如图PA
(2)在同一地点不同海拔上，海拔越高，气压越低。如图PA>PE。
(3)同一垂直方向上，近地面和高空的气压区类型相反，即近地面为高压，其高空则为低压。
(4)同一水平面上，高压区等压面都向高空凸起，低压区等压面都向低空凹陷，即“凸高凹低”。
【知识拓展】
理解热力环流的形成，关键抓住以下三点关系
(1)风压关系：水平方向上，风总从高压吹向低压(如上图中①②③④处风向所示)。
(2)温压关系(如上图中甲、乙、丙三地所示)：
(3)等压面凸凹关系：近地面与高空的等压面凸起方向相反。
常见热力环流形式的图示分析及应用
(1)山谷风
①成因分析——山坡的热力变化是关键
②影响与应用
山谷(小盆地)常因夜间冷的山风吹向谷底(盆地)，使谷底(小盆地)内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染。所以，山谷(小盆地)地区不宜布局污染工业。
(2)海陆风
①成因分析——海陆热力性质差异是前提和关键
②影响与应用
海陆风使海滨地区气温日较差减小，夏季气温低，空气较湿润，是避暑的好地方。
(3)城市热岛效应
①成因分析——“城市热岛”的形成是突破口
②影响与应用
一般将绿化带布置在气流下沉处以及下沉距离以内，而将卫星城或污染较重的工厂布置于下沉距离之外。
【典例示范】
下图能正确反映北半球近地面和高空等压线与风向关系的是( )
A B C D
A [风向总是由高压吹向低压，北半球受向右偏的地转偏向力影响，近地面风向最终与等压线有一夹角；高空风向与等压线平行。]
【典例示范】
下列表示热力环流的等压面图中(图中虚线表示等压面)，正确表示空气流动方向的是( )
A B C D
B [大气在水平方向上由高压流向低压，再根据等压面“高压上凸，低压下凹”的弯曲原则判断，此地近地面大气应由右流向左，高空中大气应由左流向右。]
【典例示范】
读下图，回答(1)～(2)题。
(1)四点中气压最高的是( )
A．A点 B．B点 C．C点 D．D点
(2)有关图中各点大气运动和天气的叙述正确的是( )
A．A点为下沉气流
B．高空大气由D点流向B点
C．近地面大气由A点流向C点
D．C点在高压控制下，是晴朗天气
(1)C (2)D [第(1)题，根据高空等压面的弯曲情况可判断出近地面A和C两地的气压和气温状况。A处高空等压面向高处凸出，说明A处的气流为上升运动，气温较C处高，气压则较C处低。第(2)题，从上题解析可知，A处气温高于C处，气流上升，气压较低；C处气温低，气流下沉，气压较高；水平方向气流从高压流向低压，即近地面气流由C处流向A处，高空气流由B处流向D处。气流上升的地区往往形成阴雨天气，气流下沉的地区，天气是晴朗的，C处气流下沉形成高压，为晴朗的天气。]
【典例示范】
孔明灯又叫天灯，相传是由三国时期的诸葛孔明发明的。当年，诸葛孔明被司马懿围困于平阳，无法派兵出城求救。孔明制成会漂浮的纸灯笼，系上求救的信息，其后脱险，于是后世就称这种灯笼为孔明灯。
问题1 (地理实践力)观察孔明灯，当我们将其点燃后，灯罩内的空气会如何运动？
提示：会受热膨胀上升。
问题2 (综合思维)孔明灯里面蕴含着什么样的大气原理呢？
提示：热力环流原理。