2.1 大气的组成和垂直分层 课件 (共50张PPT)

(共50张PPT)
The atmosphere of the earth
大气的
组成和垂直分层
Composition and v-s of
the atmosphere
第2章 第1节
Chapter2 section 1
CONTENTS
01
AIR COMPOSITION.
… …
大气的组成
02
Vertical stratification of the atmosphere.
… …
大气的垂直分层
图2.1自由落体状态中的鲍姆加特纳
2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空；约3小时后，他上升至39千米高空
随后，他从那里跳下，4分钟后才打开降落伞，成为第一个自由落体速度超音速的人
他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气;头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器
——Pre class guidance
图2.1自由落体状态中的鲍姆加特纳
39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？
鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？
——Pre class guidance
大气的组成
——AIR COMPOSITION.
壹
大气状态与干洁空气 Atmospheric state and dry clean air
-01
如今的大气成分是地球长期演化的结果，在短时期内不会有明显的变化
低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体，称为干洁空气
… …
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干洁空气的成分体积 Component volume of dry clean air
-02
在25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%
干洁空气的氧气概况 General situation of oxygen in dry and clean air
-03
氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
化学式O2，无色无味气体，在航空航天、动物呼吸、燃烧和一切氧化过程（包括有机物腐烂）都消耗氧气，但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充
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O2
干洁空气的氮气概况 General situation of nitrogen in dry clean air
-04
氮是地球上生物体的基本元素
化学式N2，无色无味气体，氮气大气中占78%，惰性元素；它在生活中是必不可少的，其化合物可用肥料
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N2
大气成分中的二氧化碳 Carbon dioxide in atmospheric composition
-05
大气中二氧化碳仅占0.038%(变动)，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用
二氧化碳是一种常见的温室气体 ，不支持燃烧，是绿色植物进行光合作用的基本原料，另外，它吸收地面辐射的能力强，使气温升高
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CO2
大气成分中的臭氧概况 General situation of ozone in a-composition
-06
化学分子式为O3，因其类似鱼腥味的臭味而得名
臭氧能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
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O3
大气成分中的水汽、杂质 Water vapor and impurities in a-composition
-07
大气中的水汽和杂质含量很少，却在天气变化中扮演重要角色
水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象，同时伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度
大气中的杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件；大气中的水汽和杂质含量，因时因地而异
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成分 作用
干 洁 空 气 氮气 地球上生物体的基本元素
氧气 一切生物维持生命活动必需的物质，并参与有机物的燃烧、腐败和分解过程
二氧 化碳 CO2→吸收长波辐射(地面辐射)→升温的同时释放热能→热量射向地面→保温作用,CO2→植物光合作用→太阳能转化为化学能
臭氧 平流层中的O3→吸收紫外线→升温的同时阻挡到达地面的紫外线→保护地球上的生物免受紫外线伤害
水汽 近地面水汽吸收地面热量→大气升温,水汽温度变化→吸热或放热→水的相变→云、雨、雾、雪等天气现象发生
杂质 杂质→吸附水汽→成云致雨,杂质→削弱太阳辐射→大气能见度降低
大气的成分及对大气环境的影响
Human activities and air pollution.
… …
人类活动
与大气污染
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
人类工业生产排放的废气、汽车排放的尾气会造成大气污染；图为北京优良天气和重污染天气对比
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大气中二氧化碳含量
的变化与人类活动
Changes of carbon dioxide content in atmosphere and human activities
然而，从1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多
二氧化碳体积分数的变化
在过去80万年的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓
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大气中二氧化碳含量
的变化与人类活动
Changes of carbon dioxide content in atmosphere and human activities
化石燃料燃烧，会释放二氧化碳
森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量
二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)
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全球温度与二氧化碳变化示意图
全球温度变化
二氧化碳
非洲运动员成绩优异与大气含氧量的关系
Relationship between excellent performance of African athletes and atmospheric oxygen content
在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异
在非洲地形图上，找出这两个国家，归纳它们共同的地形特点
由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗
埃塞俄比亚
肯尼亚
A
08
埃塞俄比亚高原
东非高原
南非高原
——African topography
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… …
大气中氧气含量对人体健康至关重要；科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力；但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命
我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标 地点 甘肃榆中 青海多巴 云南海埂 河北兴隆 云南呈贡
海拔/m 1996 2366 1888 2118 1906
经度 104°02′E 101°31′E 102°41′E 117°22′E 102°48′E
纬度 35°52′N 36°40′N 25°01′N 40°36′N 24°53′N
-08
甘肃·榆中
青海·多巴
云南·海埂
河北·兴隆
云南·呈贡
不同海拔与海平面的含氧量比 O-content ratios at d-altitudes and sea levels
目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米
表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗
参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因
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… …
表2.2 不同海拔与海平面的含氧量比 海拔/m 0 1000 2000 3000 4000
含氧量比/% 100 89 78 70 61
大气的垂直分层
——Vertical stratification of the atmosphere.
贰
大气的垂直分层概况 Vertical stratification of the atmosphere
-01
地球大气从地面向上，可延伸到数千千米高空；根据温度、运动状况和密度，大气自下而上可以划分为
对流层 平流层 高层大气
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… …
对流层
平流层
高层大气
(一) 对流层
Troposphere
对流层是大气圈的最底层，集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，大气中的污染物也多集中在这一层
对流层的高度因纬度而异，在低纬度地区为17-18千米，在高纬度地区仅为8-9千米
对流层的大气层特征概况
Atmospheric characteristics of troposphere
对流层气温随高度的升高而递减，在对流层的顶部气温降至-60℃
对流层的大气上部冷、下部热，有利于大气的对流运动
Temperature characteristics.
……
气温特征
低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高
近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，在上升过程中随着气温降低，容易成云致雨
Weather characteristics.
……
天气特征
云、雨、雾、雪等天气现象都发生在对流层，人类生活在对流层的底部
大气分层 高空俯瞰对流云层景观
Atmospheric stratification and tropospheric cloud layer at high altitude
对流层
平流层
高层大气
(二) 平流层
Stratosphere
平流层范围自对流层顶部至50-55千米高空；
平流层气温随高度升高而升高
该层大气的下层气温随高度变化很小，但是在30千米以上，气温随高度增加而迅速上升；这是因为平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温
在22-27千米范围内， 臭氧含量达到最大值，形成臭氧层；臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害，被称为“地球生命的保护伞”
平流层大气层结构特征 臭氧层
Characteristics of stratospheric atmospheric structure and ozone layer
A
平流层的大气上部热、下部冷，不易形成对流，主要以平流运动为主；该层大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行
平流层大气层结构特征 气温特征
Characteristics of stratospheric atmospheric structure and temperature
B
图2.1自由落体状态中的鲍姆加特纳
39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？
鲍姆加特纳从空中跳下的高度就在平流层范围内；那里氧气稀薄、气温低，必须配备特制的宇航服
——Analysis of reading guidance before class
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南极臭氧层空洞
Antarctic ozone hole
臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓度最小处，是臭氧层缺失处，有臭氧层空洞的地区会对生物产生重大的影响
自学：全球合作 保护臭氧层 G-cooperation to protect the ozone layer
-02
20世纪80年代初，科学家观测发现，南极上空每年春季臭氧含量比之前有大幅度下降，并将这一现象称为“臭氧空洞”
“臭氧空洞”的出现，表明臭氧层被破坏，臭氧含量减少
… …
… …
O3
DU即多布森单位，标准大气状态下千分之厘米臭氧层的厚度为1个多布森单位，吴氧含量低于220个多布森单位时，称为“臭氧空洞”
臭氧空洞期
多布森单位
·
总臭氧量
《保护臭氧层维也纳公约》
Vienna Convention for the protection of the ozone layer
为了保护臭氧层，国际社会于1985年缔结了《保护臭氧层维也纳公约》(以下简称《公约》)，开启了全球携手保护臭氧层的历程
1987年9月16日，46个缔约方在加拿大蒙特利尔达成了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(以下简称《议定书》)，限制生产和使用氯氟碳化物等消耗臭氧层的物质
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… …
自学：全球合作 保护臭氧层 G-cooperation to protect the ozone layer
-02
O3
1995年， 联合国大会决定，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”
《公约》和《议定书》得到了全世界绝大多数国家和地区的支持，成为联合国数百个公约中参与度最高的公约
《公约》及其《议定书》的有效实施，使得“臭氧空洞”开始缩小，在全球范围内避免了数百万例可能由紫外线带来的人类疾病，如皮肤癌、白内障等；另外，保护臭氧层还减缓了气候变化的幅度
目前，人类面临的全球性环境问题，如全球变暖、臭氧层破坏等，都需要国际合作才能解决
保护臭氧层的成功，成为全球合作成功解决这类问题的典范
对流层
平流层
高层大气
(三) 高层大气
Upper atmosphere
平流层以上的大气统称高层大气
自平流层顶部开始，由于没有吸收紫外线的臭氧，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，在300千米的高空，温度可达1000℃以上
高层大气中在80-120千米的高空，多数来自太空的流星体会燃烧，成为我们夜晚看到的流星
高层大气大气层结构特征 流星燃烧
Structure characteristics of upper atmosphere and meteor combustion
A
在80-500 千米的高空，有若干电离层
电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用
高层大气大气层结构特征 无线电通信
Characteristics of upper atmosphere structure and radio communication
B
由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉
高层大气大气层结构特征 极光
Structure characteristics of upper atmosphere and Aurora
C
高层大气的空气密度很小；在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近；这里的一些高速运动的空气质点经常散逸到宇宙空间，这个高度可以看作是地球大气的上界
高层大气大气层结构特征 大气上界
Structure characteristics of upper atmosphere and Aurora
D
大气的垂直分层 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，气温约下降0.6℃） 地面是对流层大气的主要直接热源 对流层与人类关系最密切
空气对流运动显著 该层上部冷、下部热 天气现象复杂多变 对流运动显著，易成云致雨 平流层 自对流层顶部至50~55千米 气温随高度升高而升高 该层中的臭氧大量吸收太阳紫外线 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、杂志含量很少，大气平稳 高层大气 自平流层顶部到3000千米 大气密度非常小，气温随高度的增加先降低后升高 距地面远，受到引力小 电离层（在80-500千米的高空）能反射无线电波
课堂小结
大气主要成分
大气成分的作用
大气
的组成
垂直分层
对流层

平流层

高层大气

人与大气的关系

Class assignment————————————
地球大气又称“氮氧大气”,结合地球大气圈25 km以下干洁空气的主要成分表,完成1、2题。
1.地球大气称为“氮氧大气”是因为两者 (　　)
A.占干洁空气成分的99% B.占大气成分的99%
C.是生命活动必不可少的物质 D.在其他天体上不存在
气体成分 体积分数(%) 质量分数(%)
氮(N2) 78.08 75.52
氧(O2) 20.94 23.15
氩(Ar) 0.93 1.28
二氧化碳(CO2) 0.03(变动) 0.05
地球大气又称“氮氧大气”,结合地球大气圈25 km以下干洁空气的主要成分表,完成1、2题。
2.目前,导致二氧化碳变动的主要因素是 (　　)
①植树造林；②大量燃烧矿物化石燃料；③新能源公交车的逐渐普及；④森林、草原开垦成农田
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
气体成分 体积分数(%) 质量分数(%)
氮(N2) 78.08 75.52
氧(O2) 20.94 23.15
氩(Ar) 0.93 1.28
二氧化碳(CO2) 0.03(变动) 0.05
下图为大气垂直分层示意图。读图完成3～5题。
3.下列叙述正确的是 (　　)
A.低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成
B.云、雨、雪、雷电等天气现象,发生在平流层
C.大气中的臭氧可以减少红外线对生物的伤害
D.大气组成成分比例不会因人类活动影响而改变
4.地球大气层,一般随高度增加 (　　)
A.气温降低 B.气压升高 C.密度减小 D.湿度增大
5.北京飞往美国华盛顿的飞机,升空20分钟后遇到雷雨天气,此时飞机应(　　)
A.迅速进行迫降 B.不断降低飞行高度
C.保持原有高度 D.升至万米以上高空
2017年8月28日,遥感卫星17号从酒泉发射升空。据此回答6、7题。
6.右侧图示能正确反映遥感卫星17号在升空过程中经历的大气环境状况的是(　　)
7.下列有关Ⅰ、Ⅱ层可能出现的现象描述不正确的是 (　　)
A.飞机在Ⅰ层飞行有时会出现颠簸现象
B.飞机在Ⅱ层飞行时,飞行员常感觉是万里无云
C.在Ⅰ层中有时会出现气温随高度增加而上升现象
D.在Ⅱ层中沐浴阳光时不会损伤皮肤
下图为“大气垂直分层示意图”。读图,回答8～10题。
8.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
9.对无线电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
10.我国发射的“神舟”飞船的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 ℃