2.1大气的垂直组成与垂直分层（学案）

第二章地球上的大气
第一节 大气的组成和垂直分层
一、教学目标
1.我能解释大气的存在对人类活动的影响，尤其是对流层和平流层、电离层与人类活动的关系。
2.我能运用图表掌握大气圈层的空间结构。
3.我能分析大气垂直分层中各层的气温特征，理解各层气温变化的原因。
一、大气的组成
1．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__。25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%。__氧__是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质；__氮__是地球上生物体的基本元素。
2．大气中二氧化碳和臭氧含量虽少，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，对地面有__保温__作用。__臭氧__能吸收太阳光中的紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”。
3．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。大气中的__杂质__作为凝结核，是成云致雨的必要条件。
二、大气的垂直分层
1．划分依据：__温度__、__运动状况__和密度。
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 随高度的升高而__递减__ __对流__运动显著 有__云、雨，雾、雪__等天气现象，与人类关系最密切
B__平流__层 随高度升高而__升高__ __平流__运动为主 适合__航空__飞行，臭氧层吸收太阳紫外线，保护地球生物
C高层大气 随高度升高先__下降__后又持续__上升__ 有__电离层__，能反射无线电波，对__无线电通信__有重要作用
然而，大气的组成不是固定不变的，人类活动造成的大气污染，使大气的成分发生了越来越明显的变化。资料：
（1）由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍，再加上大量砍伐森林，减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的能力，大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了12%；
（2）氯航烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷剂，火箭推进剂等，到80年代中期为止，全球氯氟烃的年消费量已达到100万吨。
提问：大气组成的这种变化，会产生什么影响？
回答：
1.如果二氧化碳继续增加，地球持续不断变暖，对人类生存将产生严重影响。它将使极地冰雪融化、海平面上升，世界上许多的桑田将变成沧海。
2.氯氟烃给人类带来的危害是正在损害大气的臭氧层，导致全世界皮肤癌发病率上升和全球气温增高。
由于人类活动造成的危害是全球性的，目前，已引起了国际社会的高度重视，纷纷采取措施，保护全球的大气环境。
氢--生物体的基本成分
干洁空气 氧—维持生命活动
大气 二氧化碳--对地面起保温作用
臭氧--地球生命的保护伞
水汽、固体杂质： 成云致雨的必要条件
【过渡】我们在前面了解到大气的组成成分以及各自的作用，下面让我们在垂直方向上来学习一下大气的组成。
二、大气的垂直分层
思考：非洲最高的山峰乞力马扎罗山，地处赤道附近，山顶却终年积雪，这是为什么？
气温随海拔高度的增加而递减，乞力马扎罗山海拔高（接近6000米），因此，山顶气温很低：终年积雪。
大气的质量虽然只相当于地球质量的百万分之一，却分布在地球外围2000~3000千米的大气层中，在这厚厚的大气层中，气温随高度的增加是不是一直递减呢？
二、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
(1)氧气是大气中含量最多、最重要的气体组成。 (　　)
(2)臭氧层因强烈吸收红外线而对地表生物有保护作用。 (　　)
(3)对流层、平流层的温度变化特征相似。 (　　)
(4)高层大气中的电离层的存在影响人类的无线电通信。 (　　)
(5)能够见到各种天气变化现象的大气分层是(　　)
A．对流层　 B．平流层
C．高层大气 D．臭氧层
提示：(1)×　大气中含量最多的气体是氮气。
(2)×　臭氧层主要吸收太阳辐射中的紫外线。
(3)×　对流层中温度随高度增加而降低，平流层是相反的。
(4)√　高层大气中的电离层能反射无线电波，影响无线电通信。
(5)A　[对流层中的天气现象复杂多变。]
问题探究_
2020年4月5日清明假期，王老师一家乘飞机从济南到昆明去旅游。起飞时还是细雨蒙蒙，起飞后不久却是晴空万里，阳光普照。
根据材料和图探究以下问题：
(1)运用“综合思维”分析为什么会出现这种变化？
(2)运用“综合思维”分析有利于飞机飞行的大气层应具有什么样的特征？
(3)从“地理实践力”的角度探讨，飞机起飞和降落时能不能拨打电话？为什么？
提示：(1)起飞时细雨蒙蒙是由于飞机仍在对流层大气中，当飞机穿过对流层，进入平流层飞行时，天气晴好。
(2)大气上部热，下部冷，不易形成对流，主要以水平运动为主，大气平稳，且该层无云雨现象，天气晴朗，能见度好。
(3)不能。在飞机上拨打电话会干扰飞机的通信、导航、操作系统，会干扰飞机与地面的无线信号联系。
图示理解对流层、平流层的特点
(1)对流层
(2)平流层
1．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。]
2．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。
【重难点解析】
逆温
在一定条件下，对流层的某一高度范围出现气温随高度的增加而升高的现象，称为逆温。
1.逆温的分类
（1）辐射逆温：多发生在晴朗无云的夜晚，地面辐射冷却快，近地面气温迅速下降，高处大气降温较慢。
（2）平流逆温：暖空气平流移动到冷地面或气层之上。
（3）地形逆温：山坡散热快，冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底暖空气被抬升。
（4）锋面逆温：锋面过境时，由于冷气团在下、暖气团在上而形成逆温。
2.辐射逆温的形成：在晴朗无云的夜间或黎明，由于大气逆辐射较弱，地面辐射散失的热量多，近地面气温迅速下降，而高处大气层降温幅度较小，从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温现象黎明前最明显，日出后逆温层自下而上消失。
3.逆温的影响
（1）利：逆温造成局部大气上热下冷，阻碍空气垂直对流发展，可抑制沙尘暴发生；逆温出现在高空，使飞机飞行平稳。
（2）弊：阻碍空气垂直对流运动，妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物扩散，利于雾的形成并使能见度降低，大气污染更加严重。
4.例题
晴朗无风的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地面大气层冷却强烈，较高大气层冷却较慢，气温从地面开始向上递增，称为辐射逆温。读图，回答下列两题。
（1）图中a表示辐射逆温形成前的气温垂直分布，一般出现在午后；b表示辐射逆温形成后，一般出现在黎明以前。则c出现的时间最可能是( )
A.上午 B.正午 C.傍晚 D.凌晨
（2）逆温的影响有( )
①利于污染物的扩散
②利于雾的形成
③抑制沙尘暴的发生
④减轻山区农作物的冻害
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
答案：（1）A；（2）B
解析：（1）由材料可知，辐射逆温主要是夜晚的地面因辐射而失去热量使得近地面大气层冷却强烈、较高大气层冷却较慢而形成的。由此可知逆温最强时即地面降温最强之时（即日出前后），此后地面逐渐升温，逆温现象逐渐减弱并由地面向高空方向消失，直至午后完全恢复。而c显示逆温现象尚存，但近地面气温已经恢复正常，可知c出现在日出之后、正午之前即上午，故选A。
（2）逆温出现后近地面温度低，高空温度高，气体对流运动减弱，不利于污染物的扩散；由于近地面的温度较低，有利于水汽的凝结，形成雾；逆温出现后，大气运动减弱，可以抑制沙尘暴的发生；逆温会增加大气的逆辐射，从而减轻山区农作物的冻害。②③④对，B正确。故选B。
题组1　大气的组成
大气圈是由各种气体和悬浮物质组成的复杂系统，据此，回答1～3题。
1．保护地球上的生物免受过多紫外线伤害的物质主要存在于大气圈中的(　　)
A．对流层　　　　　 B．平流层
C．电离层 D．高层大气
2．关于大气组成成分及其作用的叙述，正确的是(　　)
A．水汽和固体杂质不会影响地面的温度
B．干洁空气的主要成分是氧和氢
C．二氧化碳对地面有保温作用
D．臭氧能大量吸收太阳红外线
3．在大气成分中，既是植物光合作用的重要原料，又对地面有保温作用的是(　　)
A．氮 B．臭氧
C．二氧化碳 D．氧
1．B　2.C　3.C　[第1题，臭氧能吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过多紫外线伤害，主要分布于平流层。第2题，干洁空气由氮、氧、二氧化碳、臭氧等组成。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，对地面有保温作用；臭氧能大量吸收太阳光线中的紫外线；水汽和固体杂质的含量也很少，却是成云致雨的必要条件，同时也会影响地面和大气的温度。第3题，此题考查大气的组成成分及作用。二氧化碳既是植物光合作用的重要原料，又对地面有保温作用。]
题组2　大气的垂直分层
右图为大气垂直分层示意图。读图，完成4～5题。
4．下列叙述正确的是(　　)
A．低层大气主要由干洁空气、水汽和固体杂质组成
B．云、雨、雪、雷电等天气现象，主要发生在平流层
C．大气中臭氧的主要作用是减少红外线对生物的伤害
D．大气组成成分的比例不会因人类活动的影响而改变
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
4．A　5.D　[第4题，低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成；云、雨、雪、雷电等天气现象主要发生在对流层；大气中臭氧的主要作用是减少紫外线对生物的伤害；大气组成成分的比例会因人类活动的影响而改变，如二氧化碳比例的增加主要是人为原因。第5题，雷雨天气一般出现在对流层，飞机遇到雷雨天气说明还在对流层。对流层由于对流现象明显，大气不稳定，不适宜飞机飞行，飞机应升至万米以上高空的平流层，以保证安全。]