2.1大气的组成和垂直分层（学案）

第二章 地球上的大气
内容：第一节 大气的垂直分层
时间：第 6 周
1、 大气的组成与作用
1、低层大气（25千米以下）的组成：干洁空气 、水汽和固体杂质。
（1）氮气：地球生物体内蛋白质的重要组成部分
（2）氧气：人类和一切生物维持生命活动必需的物质
（3）其他气体：其中,氩占0．934%,二氧化碳占0．033%等
2、干洁空气有哪些，其作用？
组成成分 作用
干洁空气 氧 含量21%维持生命活动的必要物质
氮 含量78%生物体的基本组成部分
二氧化碳 植物光合作用的原料；保温（吸收红外线）
臭氧 吸收紫外线，使大气增温；使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害
水 汽 成云致雨的必要条件；直接影响地面和大气温度
固体杂质 成云致雨的条件；反射、散射太阳辐射
3． 臭氧空洞的原因：冰箱、冰柜的使用，释放大量的氟氯烃化合物，破坏大气中的臭氧层。
4、酸雨：当烧煤的烟囱排放出的二氧化硫酸性气体，或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到天上，这些酸性气体与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就成了酸雨。煤和石油的燃烧是造成酸雨的主要祸首。
5．人类对大气层的影响：①发展工业燃烧，化石燃烧，汽车尾气排放等都会影响造成大气污染。
②极川融化：
大量燃烧化石燃料和过度伐木 CO2增多气温升高温室效应全球变暖极冰融化 海平面上升 淹没沿海低地
二、大气的垂直分层与人类活动
1. 对流层：①高度：低纬度17-18KM，中纬度10-12KM，高纬度8-9千米 ；
②组成：整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽和固体杂质
③特点：温度随高度增加而递减，空气对流运动显著，天气复杂多变。
2. 平流层：①高度：对流层顶部至50-55千米的高空；
②组成；水汽含量极少，22-27千米处，形成臭氧层
③特点：气温随高度增加而上升；以平流运动为主，利于高空飞行。
3. 高层大气：①高度：平流层顶部至2000-3000千米的高空；
②组成：空气密度很小，存在若干电离层
③特点：温度随高度增加先下降后上升；流星体燃烧，形成流星现象；电离层影响无线电通信
思考：1、为什么平流层适合飞机飞行？
平流层的大气上部热，下部冷，不易形成对流，大气平稳，以平流运动为主，且该层大气在水汽和杂质含量少，天气晴朗，能见度好，适合飞机飞行。
2、一架飞机沿10km高空从南极飞到北极，依次穿过了大气的哪几层？
答案：平流层—— 对流层 —— 平流层
4、总结三大流层相关知识 完成下面表格
类型 海拔高度范围 气温变化特点 气温垂直变化 空气运动特点 主要特点 特点成因 与人类关系
对流层 高纬8~9km中纬10~12km低纬17~18k 气温随高度增加而下降（每上升100m，气温降低0．6°C）原因：地面是对流层大气的直接热源 随高度增加而递减 对流运动强烈 气温随高度增加而下降（每上升100m，气温降低0．6°C） 地面是对流层大气的直接热源 天气现象复杂多变
空气对流运动显著 该层上部冷，下部热
天气现象复杂多变 集中了整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽与杂质，对流运动易成云致雨。
平流层 对流层顶到50~55km 气温随海拔高度的增加而上升原因：臭氧能吸收太阳紫外线 随高度增加而递增 水平运动为主 气温随海拔高度的增加而上升 该层中的臭氧吸收紫外线 大气平稳，天气晴朗，利于飞机飞行；臭氧是地球生命的保护伞
以水平运动为主 该层大气上部热，下部冷，大气稳定
天气晴朗 水汽杂质少，气流平稳。
高层大气 对流层顶到2000~3000km 气温随海拔高度增加先降低后增加，大气密度极少。 密度小，气压低 气温随海拔高度增加先降低后增加，大气密度极少。 底部臭氧吸收紫外线，其热源主要来自平流层，随后气温随海拔增加而上升是因为氧原子吸收了更短波长的紫外线，距离地面远，受到引力少。 电离层反射无线电短波
三、逆温现象
1、概念：逆温现象：一般情况下，对流层温度上冷下热，但在一定条件下，对流层的某一个高度范围内会出现气温随高度增加而上升的现象或不变化，或实际值高于理论值，气象学上把这种现象称为“逆温”。
2、分类
①辐射逆温：在晴朗无风或微风的夜晚，地面辐射很快冷却，贴近地面的大气层也随之降温。由于空气愈靠近地面，受地面的影响愈大，所以，离地面愈近，降温愈多；离地面愈高，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温。
②地形逆温：在山谷与盆地区域，夜间山坡上的冷空气沿山坡下沉，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象．
③平流逆温：当暖空气水平移动到冷却的地面、水面或气层之上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换。暖空气下层受冷地面影响最大，气温降低最强烈，上层降温缓慢，从而形成逆温。
④锋面逆温：锋面附近，因暖气团在上，冷气团在下，形成逆温。
3、逆温影响
（1）成雾：早晨易出现多雾天气，降低大气能见度，影响人们的出行，易出现交通事故。
（2）大气污染：逆温使空气垂直对流受阻，造成近地面污染物不能及时扩散（如雾霾），从而危害人体健康，如果位于盆地内，将会更加严重。
（3）沙尘暴：抑制空气对流运动，不易形成云雨，近地面沙尘不易被上升气流带起，沙尘暴不易发生。
（4）航空：低空逆温造成的多雾天气给飞机起降带来麻烦，而高空逆温对飞机飞行极为有利。原因是高空逆温会阻碍空气垂直对流的发展，飞机在飞行中不会有大的颠簸，飞行平稳；同时提高了能见度，使飞行更加安全。
（5）合理利用：在一些山坡或河谷地区。如中国新疆伊犁河谷，逆温从10月至翌年3月，长达半年之久。1月份的坡地逆温层厚达400米，逆温强度达5℃。逆温带有效地提高了谷地在冬季的温度水平，多年生果树越冬可不必埋土，冻害得以避免或减轻，而且果实硬度高，品质好；在这里发展蔬菜种植，可减少热能投入，提高经济效益；逆温层坡地还是当地牲畜避寒、越冬的理想场所。
常考点对练
下图是“大气垂直分层示意图”，读图回答问题。
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
3．2003年10月，我国发射的“神舟”五号飞船运行轨道所在的大气层
A．气温在－50 ℃到20 ℃之间 B．气温随高度增加平稳下降
C．最低气温约为－80 ℃ D．最高气温约为40 ℃
4、近几年，城市上空多灰霾的主要原因是（ ）
A．二氧化碳 B．水汽多 C．固体颗粒多 D．温度低
【答案】C
【解析】由于城市工业大气污染严重，加之汽车尾气、家里炉灶废气和建筑工地灰尘等，使得城市上空固体颗粒多（PM2．5），故选C。
5、大气的组成物质及表现是（ ）
A．氮气和臭氧吸收太阳紫外线 B．二氧化碳只吸收太阳辐射
C．水汽和固体尘埃可成云致雨 D．氧气和氮气供植物呼吸
【答案】C
【解析】氮气是地球上生物体的基本元素，臭氧可以大量吸收紫外线，A项错误；二氧化碳吸收红外线长波辐射，B项错误；水汽和固体尘埃是成云致雨必不可少的物质，C项正确；氧气可以供生物呼吸，而氮气没有此功能，D项错误。故选C。
读大气垂直分层高度、温度和气压的变化图，回答6—8题。
6．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减小 B．②层因氢原子吸收紫外线而增温
C．①层大气平稳利于大型飞机飞行 D．②层大气与人类关系最密切
7．关于图中内容的正确叙述是（　　）
A．大气垂直分层的依据是大气温度和气压的变化
B．随高度的增加，气温和气压均越来越低
C．距地面20km处气压降为地面的一半
D．对流层垂直方向上的温度变化范围大致是－60～20℃
8．我国发射的“天宫二号”空间实验室运行轨道所在的大气层（　　）
A．气压很低、空气密度很小 B．最高气温约为40℃
C．气流以平流运动为主 D．有时会发生云、雨、雾、雪等天气现象
【答案】6．A 7．D 8．A
【解析】6．图中①层是对流层，大气厚度随纬度增加而减小，A对；②层是平流层，因臭氧吸收紫外线而增温，B错；②层大气平稳，利于大型飞机飞行，C错；①层大气与人类关系最密切，人类生活在对流层底部，D错。
7．大气垂直分层的主要依据是温度、密度、大气运动状况，气压的变化不是划分依据，A错；在对流层，随高度的增加，气温和气压均越来越低，平流层随着高度增加，气温升高，B错；气压是单位面积上空气柱产生的压强，结合图示纵轴数值，距地面20km处空气稀薄，气压不到地面的十分之一，C错；对流层垂直方向上温度变化范围大致是－60～20℃，D对。
8．我国发射的“天宫二号”空间实验室运行轨道所在的大气层属于高层大气，气压很低、空气密度很小，A对；根据图示曲线判断，最高气温约为0℃，B错；气流以平流运动为主的是平流层，C错；不会发生云、雨、雾、雪等天气现象，D错。
9．读图，完成下列问题。
（1）该图反映的是________纬度大气的垂直分层，理由是__________________________________。
（2）A层大气热量主要直接来自________，该层大气天气现象复杂多变的原因是：
①_________________________________________________________________________________；
②__________________________________________________________________________________。
（3）补绘B层气温变化曲线，该层22～27千米高度处________含量达到最大值，成为人类生存环境的天然屏障。
（4）图中C层下部气温随高度变化的特点是________，推测气流运动状况是_____________________
_____________________________________。
（5）C层中有若干________层，________强烈时，________信号会受影响。
（6）A→B→C大气密度变化趋势是________。
【答案】（1）中　该地对流层高度为12千米，而对流层的高度在低纬为17～18千米，在高纬为8～9千米
（2）地面　该层集中了大气中几乎全部的水汽和固体杂质　该层上部冷下部热，空气对流运动显著
（3）臭氧
（4）随海拔高度的升高，气温逐渐降低　以对流运动为主
（5）电离　太阳活动　无线电短波
（6）逐渐减小
【解析】第（1）题，对流层的厚度因纬度而异。低纬度为17～18千米，中纬度为10～12千米，高纬度为8～9千米。根据图示可判定该图反映的是中纬度大气的垂直分层。
第（2）题，对流层大气的热量主要直接来自地面。其天气复杂多变的原因有两点：一是该层集中了大气中几乎全部的水汽和固体杂质；二是空气的对流运动显著，气流上升时，气温下降，水汽易凝结，容易成云致雨。
第（3）题，B层为平流层，因臭氧的存在，该层大量吸收紫外线，一方面使气温随高度的增加而升高；另一方面使射向地面的紫外线大大减少，成为人类生存环境的天然屏障。
第（4）题，在50～85千米高度的范围内，气温的变化跟对流层的气温变化相似，都是随高度的上升而下降。据此可以推测该层的空气运动以对流运动为主。
第（5）题，C层为高层大气，该层有电离层，电离层能反射无线电波，太阳活动能对电离层产生扰动，导致无线电短波部分或全部被吸收。
第（6）题，由于大气层越高，距地心越远，受地球的吸引力越小，故大气密度越来越小。