第三章整合与评价
微专题：等压面的判读和应用
1.判读技巧
结合下图说明判读等压面图的基本技巧和应注意的问题。
(1)大气密度随高度的增加而降低,不同高度的大气所承受的空气柱质量不同,导致在垂直方向上随着高度增加气压降低。即PA>PC,PB>PD。
(2)地面冷热不均,导致同一水平面上出现气压差异,等压面发生弯曲,在同一水平面上,等压面上凸者气压高,下凹者气压低,即PC>PD,PB>PA。
(3)同一垂直方向上,近地面和高空的气压类型相反,即近地面为高压,高空则为低压。
2.等压面图的应用
(1)判断气压高低:如上图中比较同一地点不同高度的气压值和同一水平面上不同点的气压值可得:PB>PA>PC>PD。
(2)判断下垫面的性质
①判断陆地与海洋(湖泊)
夏季:等压面下凹者为陆地,上凸者为海洋(湖泊)。
冬季:等压面下凹者为海洋(湖泊),上凸者为陆地。
②判断裸地与绿地:裸地同陆地,绿地同海洋。
③判断城区与郊区:等压面下凹者为城区,上凸者为郊区。
(3)判断近地面天气状况和气温日较差
等压面下凹者,多阴雨天气,气温日较差较小,如A地;等压面上凸者,多晴朗天气,气温日较差较大,如B地。
3.判读关键
温压关系是判读气流垂直运动和气压高低的依据,而风压关系是确定水平气流的关键。
典例巩固 读北半球某滨海地区等压面(单位:hPa)示意图(图 Ⅰ )和近地面海洋和陆地气温特征图(图 Ⅱ ),回答(1)~(3)题。
(1)图Ⅰ①②③④四地气压按大小顺序排列,正确的是( )。
A.①②③④
B.②①④③
C.③④①②
D.④③①②
(2)下列对图Ⅰ、图Ⅱ描述正确的是( )。
A.图Ⅱ中曲线⑤是海洋气温变化曲线
B.图Ⅱ中曲线⑥是陆地气温变化曲线
C.图Ⅰ对应的时段可能是图Ⅱ中10时至16时
D.图Ⅰ对应的时段可能是图Ⅱ中18时至次日6时
(3)若该滨海地区位于我国东南沿海,此时近地面的风向是( )。
A.东风
B.偏北风
C.西风
D.偏南风
【答案】 (1)D (2)C (3)D
【解析】 第(1)题,根据图Ⅰ的高空等压线可知,等压面上凸为高压,下凹为低压,故①地为高压,②地为低压,①地气压高于②地;高空风由①地吹向②地;近地面气压与高空相反,③地为低压,④地为高压,④地气压高于③地;近地面气压远高于高空气压,所以④地高于①地,综上,四地气压按大小顺序排列为④③①②。第(2)题,陆地比热容比海洋小,升温快,降温也快。从图Ⅱ的日气温曲线中可以看出曲线⑤是陆地气温变化曲线,曲线⑥是海洋气温变化曲线;根据上题分析可知,近地面④地气压高于③地,此时近地面风由海洋吹向陆地,表示白天。第(3)题,根据上题分析可知,近地面风由海洋吹向陆地,故我国东南沿海近地面吹偏南风。
思维构建
2第二节 大气受热过程
【学习目标】
1.运用示意图、视频资源模拟实验等,说明大气受热过程(地理实践力)
2.运用大气受热过程原理解释相关地理现象。(地理实践力)
【自主预习】
一、大气对太阳辐射的削弱作用
1.反射作用
(1)表现
(2)特点:大气对太阳辐射的反射没有② ,反射光呈③ 。
(3)现象:减少了到达地面的太阳辐射,使白天的气温相对较④ 。
2.散射作用
(1)表现:当太阳辐射在大气中遇到空气分子或⑤ 时,太阳辐射的一部分便以这些质点为中心,向四面八方弥散。
(2)特点:大气对太阳辐射的散射作用具有⑥ ,在太阳辐射的可见光中,波长较短的蓝光、紫光容易被空气分子散射。
(3)现象
3.吸收作用
(1)特点:大气的吸收作用具有⑦ 。
a.臭氧:主要吸收太阳辐射中波长较短的⑧ 。
b.水汽和二氧化碳:主要吸收太阳辐射中波长较长的⑨ 。
c.大气对太阳辐射中能量最强的⑩ 吸收得很少。
(2)表现
4.到达地面的太阳辐射
(1)规律:不均匀分布,由 递减。
(2)原因:低纬度地区的太阳高度大,太阳辐射经过大气的路程 ,被大气削弱得少,到达地面的太阳辐射多;两极地区的情况则相反。
二、大气对地面的保温作用
1.保温过程
(1)太阳辐射透过大气射向地面,被地面吸收 地面增温,并以 的形式射向大气,大气能强烈吸收地面长波辐射 大气增温,大气增温后,也以长波辐射的形式向外辐射能量 大气辐射。
(2)大气辐射中的 把热量还给地面,对地面起到 作用。
2.表现
3.现象
【答案】 ①强 ②选择性 ③白色 ④低 ⑤微小尘埃 ⑥选择性 ⑦选择性 ⑧紫外线 ⑨红外线 ⑩可见光 低纬度向两极 短 长波辐射 大气逆辐射 保温 强 小 晴朗
【合作探究】
情境导入 初冬季节,农民常采用烟熏的方法来防止农作物遭受冻害,你能解释其原理吗
主题1：大气的削弱作用
主题探究
情境1 下图为大气受热过程示意图。
任务1 说出图中字母代表的箭头的含义。
【答案】 A为太阳辐射,B为大气吸收太阳辐射,C为大气反射、散射太阳辐射,D为到达地面的太阳辐射,E为地面反射太阳辐射,F为地面辐射,G为大气吸收地面辐射,H为地面辐射,I为大气逆辐射,J为大气辐射。
任务2 从数量上比较A与D的多少,并说明原因。
【答案】 A多于D。因为D是A经过大气层的削弱作用后到达地面的太阳辐射。
任务3 2022年1月15日,位于南太平洋的岛国汤加境内的海底火山(20.57° S,175.38° W)发生猛烈喷发,此次火山横向蔓延范围广,产生的灰烬多,火山喷发时白昼宛如黑夜,试分析其原因。
【答案】 火山喷发产生的水汽和较大颗粒的尘埃、固体杂质会反射太阳辐射。
情境2 材料一 “蓝蓝的天上白云飘,白云下面马儿跑……”
材料二 青藏高原是我国太阳辐射最强的地方,拉萨一向有“日光城”之称。四川盆地是我国太阳辐射最弱的地方,重庆被称为“雾都”。
任务1 晴朗的天空为什么呈蔚蓝色
【答案】 空气分子对太阳辐射可见光中的蓝色光散射最强,所以晴朗的天空多呈蔚蓝色。
任务2 云层对太阳辐射有何影响
【答案】 云层能反射太阳辐射,云层越厚,云量越多,反射作用越强。
任务3 为什么青藏高原是我国太阳辐射最强的地区,四川盆地却是我国太阳辐射最弱的地区
【答案】 青藏高原海拔高,空气稀薄,空气中的尘埃较少,晴天较多,日照时间较长,大气对太阳辐射的削弱作用弱,到达地面的太阳辐射能量多。四川盆地地势低,水汽不易扩散,空气中的水汽多,阴雨天较多,大气对太阳辐射的削弱强,从而造成日照时间短,日照强度弱,故该地太阳辐射最弱。
素养培育
地面反射率差异性——培育地理实践力
情境 不同性质下垫面对太阳辐射的反射情况。
任务1 比较不同性质下垫面的反射率。
【答案】 由图可知,新雪的反射率最大,海洋的反射率最小;陆地的反射率比海洋大;陆地上水泥路面的反射率大,有植被覆盖的下垫面反射率小。
任务2 分析下垫面的性质与反射率之间的关系。
【答案】 一般来说,深色土壤的反射率比浅色土壤小;潮湿土壤的反射率比干燥土壤小;粗糙表面的反射率比平滑表面小;陆地表面的反射率为10%~50%。新雪的反射率最大,可达95%;水面的反射率随太阳高度变化而变化,太阳高度愈小反射率愈大。
知识小结
作用形式 参与作用的大气成分 削弱的波长范围 作用特点 实例
吸收 O3(平流层) 紫外线 吸收强烈,有选择性,对可见光吸收得很少 平流层气温随海拔升高而上升
CO2、H2O(对流层) 红外线
反射 较大颗粒尘埃、云层 各种波长同样被反射 无选择性,云层越厚,反射越强 夏季多云的白天,气温不会太高(偏低)
散射 空气分子、微小尘埃 波长较短的可见光(蓝光、紫光) 向四面八方散射,有选择性 晴朗的天空呈蔚蓝色
对点训练
读大气受热过程图,回答1~2题。
1.图中箭头④比箭头①细的主要原因是( )。
A.大气的吸收作用
B.大气的反射作用
C.大气的削弱作用
D.大气的散射作用
2.青藏高原与同纬度地区相比太阳辐射强,主要是( )。
A.大气削弱①辐射少
B.大气削弱②辐射少
C.地面削弱③辐射少
D.地面削弱④辐射少
【答案】 1.C 2.A
【解析】 第1题,受大气削弱作用影响,到达地面的太阳辐射明显减少。第2题,青藏高原地势高,空气稀薄,大气的削弱作用弱,故与同纬度地区相比,太阳辐射强。
主题2：大气的保温作用
主题探究
情境 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 ℃;夜晚温度可降至-183 ℃。
任务1 月球上的气温变化为什么会如此剧烈
【答案】 月球上没有大气层,不能对昼夜温度进行调节。
任务2 地球和月球与太阳的距离相当,为什么地球上的气温比较稳定呢
【答案】 地球上有大气层,白天,大气层削弱太阳辐射,使得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。
任务3 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。
【答案】 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。
素养培育
地膜之绩——培育地理实践力
情境 农用地膜的使用是现代化农业生产方式的一项重要改变,通过配合农作物的其他栽培方式,可以显著改善农田生态环境条件,促使作物快速生长,是一种提高农作物产量与品质的实用性栽培技术。由于其颜色的不同,表现出来的具体性能不同。无色透明地膜广泛用于春季增温和蓄水保墒;黑色地膜能有效防止土壤中水分的蒸发和抑制杂草的生长;蓝色地膜的主要特点是在弱光照射条件下,透光率高于普通膜,在强光照射条件下,透光率低于普通膜,保温性能良好;银灰色地膜能增加地面反射光,有利于果实着色。地处不同区域,它们发挥的作用也不相同。华北地区在春播时进行地膜覆盖,可以有效提高地温,保障农作物的正常发芽生长;西北干旱农业区,地膜具有较好的保水、保墒、增温、增肥等作用,使相应农作物单产提高30%左右;山东胶东的一些果农夏季在苹果树下也覆盖地膜。
任务1 北方地区温室大棚生产中,最适合选择哪一种颜色的地膜 为什么
【答案】 蓝色地膜。可以增强保温效果。
任务2 说明华北地区在春播时利用地膜覆盖提高地温的原理。
【答案】 减少地面辐射,减少地面热量损失,起到保温效果。
任务3 山东胶东果农夏季会选择哪一种颜色的地膜覆盖在苹果树下 起到什么作用
【答案】 银灰色。反射太阳辐射,增加光效,提高光合效率;同时有利于苹果增色,提高品质。
知识小结
1.大气受热过程和保温作用原理示意图
大气通过对太阳短波辐射和地面长波辐射的吸收,实现了受热过程,而大气对地面的保温作用是大气受热过程的延续。具体图解如下:
2.大气保温作用的基本过程
3.大气保温作用的意义
大气对地面的保温作用减少了地面热量的散失,使地球表面的温度不会降到很低。
4.大气受热过程和保温作用原理的应用
(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响
(2)在农业中的应用
措施 原理
采用塑料大棚、玻璃温室等育苗、生产反季蔬菜等 塑料薄膜、玻璃能让太阳短波辐射透射进入,而地面长波辐射却不能穿透塑料薄膜、玻璃,从而将热量保留在塑料大棚、玻璃温室里
深秋利用烟雾防霜冻 人造烟雾可以增强大气逆辐射,使农田的农作物免遭冻害
干旱、半干旱地区果园中铺沙或鹅卵石 不但能防止土壤水分蒸发,还能增加昼夜温差,有利于水果的糖分积累
5.昼夜温差大小的分析
分析昼夜温差的大小要结合大气受热过程原理,主要从地势高低、大气状况、下垫面性质方面分析:
对点训练
安徽农业大学对茶园进行稻草(10~15 cm)和薄膜覆盖保温试验。读上午8时不同覆盖物表面与对应地面的温差变化图(图Ⅰ)和大气受热过程图(图Ⅱ),回答1~2题。
1.下列关于稻草和薄膜覆盖效果的叙述,不正确的是( )。
A.降低茶园地表温度
B.促使早春茶芽萌发
C.增加茶园地表湿度
D.提高茶园经济效益
2.该试验影响大气受热过程的主要环节是( )。
A.①减弱 B.②不变
C.③增大 D.④增大
【答案】 1.A 2.C
【解析】 第1题,读图可知,上午8时稻草覆盖和薄膜覆盖均会使地表温度升高;稻草覆盖对地表的保温、保湿效果更明显,有利于促使早春茶芽萌发,使春茶上市时间提前,提高茶园经济效益。第2题,读图可知,①表示到达大气上界的太阳辐射,不会受影响;②表示地面辐射,稻草和薄膜覆盖使地表温度升高,②增强;③表示大气逆辐射,稻草和薄膜覆盖在一定程度上增强了大气逆辐射,对地表起到保温作用;④表示到达地表的太阳辐射,稻草和薄膜覆盖会削弱一部分太阳辐射,使④减弱。
【随堂检测】
思维构建
即时训练
20世纪50年代,法国艺术家伊夫·克莱因在米兰画展上展出了八幅涂满近似群青色颜料的画板,“克莱因蓝”正式亮相于世人眼前。2022年5月,成都地区频现“克莱因蓝”好天气(下图)。据此回答1~2题。
1.“克莱因蓝”天气出现时( )。
A.大气反射增强
B.大气吸收增强
C.地面辐射减弱
D.大气逆辐射减弱
2.有助于增加成都市“克莱因蓝”天气次数的有效举措是( )。
A.保护臭氧层
B.调整能源消费结构
C.加强热岛效应
D.扩大地面硬化面积
【答案】 1.D 2.B
【解析】 第1题,“克莱因蓝”天气出现时说明天空呈蓝色,是晴天,因此当“克莱因蓝”天气出现时候,天空云层较薄,大气反射减弱,大气吸收减弱;由于“克莱因蓝”天气出现的时候,天空云层较薄,所以大气对太阳辐射的削弱作用减弱,因此地面辐射增强;由于大气云层较薄,所以大气逆辐射减弱。第2题,“克莱因蓝”天气出现时说明天空呈蓝色,大气污染较少,由于“克莱因蓝”出现在近地面的对流层,而臭氧层在平流层,所以保护臭氧层对“克莱因蓝”天气的影响较小;调整能源消费结构有利于更好地使用清洁能源,能减少对大气的污染,有利于增加“克莱因蓝”的天气次数;热岛效应与地面硬化面积对“克莱因蓝”天气形成的影响较小。
下图为地球大气受热过程示意图,图中字母代表某种辐射或作用。读图,回答3~4题。
3.下列关于图中字母表达的含义,正确的是( )。
A.b——大气辐射
B.c——大气反射
C.g——地面辐射
D.f——大气吸收
4.霜冻多出现在晴朗的夜晚是因为( )。
A.a较强 B.b较弱
C.e较强 D.d较弱
【答案】 3.D 4.D
【解析】 第3题,读图可知,b代表被大气反射的太阳辐射;c代表被大气吸收的太阳辐射;g代表被地面反射的太阳辐射;f代表大气吸收地面辐射。第4题,晴朗的夜晚,云层较少,大气吸收的地面辐射较少,大气逆辐射较弱,大气保温作用弱,即图中的d较弱。
2第三节 大气热力环流
【学习目标】
1.通过学习和观测,认识不同区域之间热量的差异原因和不同区域之间风的形成及风力大小的变化原因,从而更好地对区域进行认知。(区域认知)
2.了解各种大气相关现象的原理及其与人类的关系,如:如何利用海陆风进行发电;如何利用山谷风原理解释盆地山谷多夜雨;等等。通过学习,更加了解生活中的地理知识,从而加深对人与自然之间的思考。(人地协调观)
3.运用实验、观察等方法,学习大气热力环流的相关知识。(地理实践力)
【自主预习】
一、大气热力环流的形成
1.大气运动的原因:太阳辐射在地球表面的① ,造成不同地区气温不同,并导致水平方向上各地间的② ,引起大气运动。
2.热力环流的形成(如图)
(1)垂直运动
(2)⑦ 运动
二、自然界的大气热力环流
1.山谷风
(1)定义:山谷风是在天气晴朗的山地区域,风向昼夜间发生反向转变的风。
(2)形成过程
a.谷风:日出后山坡受热,空气增温快,空气密度变小,但山谷上方同高度的空气增温较慢,密度仍较大。因而空气自山谷沿山坡⑧ ,形成谷风。
b.山风:夜间山坡辐射冷却比山谷上方同高度的空气要快,因而气温下降、空气密度⑨ 均较山谷上方同高度空气更快,使空气沿山坡流向山谷,形成山风。
(3)由于白天山坡受热所造成的温差,比夜间辐射冷却所造成的温差要大,因此谷风的风速⑩ 山风。
(4)意义:谷风沿山坡 时,常可形成山顶积云,有时甚至出现阵雨。
2.海陆风
(1)定义:海陆风是近海地区风向昼夜间发生反向转变的风。
(2)形成过程
a.海风:白天,陆地气温 海洋,风由海洋吹向陆地,即海风。
b.陆风:晚上,陆地降温 ,风由陆地吹向海洋,即陆风。
3.城市热岛环流:市区气温 郊区,市区盛行上升气流,近地面空气由郊区流向市区。
【答案】 ①差异分布 ②气压差异 ③冷却 ④受热 ⑤膨胀上升 ⑥冷却下沉 ⑦水平 ⑧上升 ⑨增大 ⑩大于 上行 高于 快 高于
【合作探究】
情境导入
《三国演义》中有一则故事:诸葛亮精心设计,把司马懿诱入上方谷内,以干柴、火把截断谷口。司马懿进退无路,面临火焚灭顶之灾。正在此时,天地间突然狂风大作、骤雨倾盆,司马懿趁机杀出重围。事后诸葛亮仰天长叹,谋事在人,成事在天,不可强也。诸葛亮不知道这火是他放的,同时这雨也是他自己造成的。为什么这样说呢
主题1：热力环流
主题探究
情境 实验用材:环流探测装置、测温探头、食用色素(红、蓝)、烧杯。
实验步骤:①分别向环流探测装置的1、2号柱内加入适量红色、蓝色色素;
②再分别向1、2号柱内加入等量温水,直至水位接近柱口;
③将环流探测装置分别放入两个装有不同温度的水的烧杯中;
④用测温探头测水温,测得甲号杯10 ℃、乙号杯30 ℃。
实验现象:甲、乙号杯内水的颜色都呈混合色。
任务1 实验后,红、蓝水开始流动,请在下图中(A、B、C、D间)用实线箭头画出该实验模仿的大气运动状况。
【答案】
任务2 将图中A、B、C、D四地气压由高到低排列。
【答案】 B>D>A>C。
任务3 请填写以下框图说明其过程。
【答案】 ①冷热不均 ②垂直运动 ③水平运动
知识小结
1.大气热力环流的形成原理
理解大气热力环流的形成,关键抓住以下三点关系:
(1)温压关系:
(2)风压关系:水平方向上,风从高压的地方吹向低压的地方。
(3)等压面凹凸关系:高压处等压面上凸,低压处等压面下凹。近地面与高空等压面弯曲方向相反。
2.等压面的判读方法
(1)根据等压面的弯曲状况判断气压的高低
①同一等压面:气压值相等。如图中Pa=Pb=1 000 hPa,Pc=Pd=500 hPa。
②垂直方向:气压随高度的升高而降低。如图中Pd
③水平方向:高压处的等压面向上凸起,低压处的等压面向下凹陷(即“高凸低凹”规律)。如图中PA综合以上分析可知,A、B、C、D四点气压值的排序应为PB>PA>PD>PC,进而可知图示地区的大气环流流向为B→A→D→C→B。
(2)根据近地面等压面的弯曲状况判断下垫面的性质
①判断陆地与海洋(湖泊)
夏季:等压面下凹者为陆地,上凸者为海洋(湖泊)。
冬季:等压面下凹者为海洋(湖泊),上凸者为陆地。
②判断裸地与绿地
裸地同陆地,绿地同海洋。
③判断城区与郊区
等压面下凹者为城区,上凸者为郊区。
(3)根据近地面等压面的弯曲状况判断天气状况和气温日较差
等压面下凹者,多阴雨天气,气温日较差较小;等压面上凸者,多晴朗天气,气温日较差较大。
对点训练
某中学生在我国西北某地野外考察时,感受到林地和沙地间存在热力环流。读图,回答1~2题。
1.该同学由沙地走向林地的过程中感受到风( )。
A.从东北吹来 B.从东南吹来
C.从西南吹来 D.从西北吹来
2.该同学依据观察结论绘制热力环流示意图,下列正确的是( )。
A B
C D
【答案】 1.B 2.C
【解析】 第1题,白天沙地升温快,气温高,盛行上升气流,近地面气压低;林地白天升温慢,气温低,盛行下沉气流,近地面气压相对较高,因此水平气压梯度力由林地指向沙地。根据图中方向标及材料“我国西北某地”可知,该地位于北半球,水平气流相对于水平气压梯度力向右偏,形成东南风,因此该同学由沙地走向林地的过程中感觉到风从东南吹来。第2题,沙地的比热容小于林地,因此白天沙地温度高于林地,气流上升,在近地面形成低压,林地气流下沉,近地面形成高压,在近地面风应从林地吹向沙地;同理,夜晚林地气温相对较高,气压低,沙地气温低,气压高,近地面风从沙地吹向林地;市区主要因废热排放较多而气温高于周围郊区,市区气流上升,在近地面形成低压,郊区近地面为高压,近地面风从郊区吹向市区。
主题2：热力环流的应用
主题探究
情境 图甲为北京近地面多年平均气温(单位:℃)分布图,图乙为北京城市热岛环流模式示意图。
任务1 读图,说出北京市近地面多年平均气温的分布特点及形成原因。
【答案】 分布特点:气温从市区向四周的郊区降低。
原因:市区与乡村相比,人口、工业集中,生产、生活释放的废热较多;城市下垫面性质改变(由林地、草地、湿地改造成建设用地);城市规划不合理,影响热量扩散。
任务2 根据城市热岛环流的大气运动特点,你认为北京市规划的以净化空气为主要目的的造林重点应选在图乙中①②③三地中的 (填序号)地,理由是 。
【答案】 ① 净化空气
任务3 北京市要把大气污染严重的某大型企业从图中的①地迁到③地。根据图乙城市热岛环流的特点,分析这对北京的城乡环境带来的影响。
【答案】 避免工厂排放的大气污染物从近地面流向北京市区,减轻了市区的大气污染;对乡村的大气环境产生了污染。
任务4 在图乙中补充热岛环流模型的气流运动方向。
【答案】 略。(左部逆时针,右部顺时针)
任务5 城市为什么还能形成“雨岛效应”
【答案】 城市多上升气流,且尘埃等凝结核多,易成云致雨。
素养培育
穿堂风的形成——培育地理实践力
情境 “穿堂风”也叫“过堂风”,是气象学中一种空气流动的现象,是流动于建筑物内部空间的风。我国许多地区民居设计都充分考虑了“穿堂风”。下图为我国西南山区传统民居“穿堂风”示意图。
任务1 与“穿堂风”的形成有关的地理原理是什么
【答案】 热力环流。
任务2 比较“穿堂风”形成过程中流入区和流出区的气温、气压差异。
【答案】 流入区:气温低、气压高。流出区:气温高、气压低。
任务3 民居房前铺设石子地面,房后种植林木,可以明显增强夏季“穿堂风”。请加以解释。
【答案】 石子地面增温较快,林木增温较慢,增强了房前房后的温差,增强了热力环流。
知识小结
常见的热力环流形式及其影响
热力环流是一种最简单的大气运动形式。海陆热力性质不同,山谷、山坡冷热不均,人类活动都有可能导致热力环流的形成。具体分析如图表所示。
形式 形成过程 图示 影响
海陆风 滨海地区白天陆地升温快,空气膨胀上升,近地面形成低压;海洋上气温低,产生下沉气流,形成高压,风由海洋吹向陆地,形成海风(图a);晚上与白天热力作用相反,风由陆地吹向海洋,形成陆风(图b) 海陆风使得滨海地区气温日较差减小,降水增多
山谷风 山谷地区白天山坡比同高度的大气温度高,暖空气沿山坡上升,形成谷风(图c);夜间山坡比同高度的大气温度低,冷空气沿山坡下滑,形成山风(图d) 在山谷和盆地,常因夜间冷的山风吹向谷底,使谷底和盆地内形成逆温层,阻碍空气的垂直运动,因此易造成大气污染
城市风 城市居民生活、工业生产和交通工具释放出大量的人为热量,导致城市气温高于郊区,形成“城市热岛”,引起空气在城区上升,在郊区下沉,在城区和郊区之间形成了小型的热力环流。近地面风由郊区吹向城区,叫城市风 一般将绿化带布置于气流下沉处或下沉距离以内,而将卫星城或污染较重的工厂布置于下沉距离之外
对点训练
图Ⅰ和图Ⅱ分别是北半球某海滨地区热力环流示意图和该地某日气温变化曲线示意图。读图,回答1~2题。
1.图Ⅰ中气温最低和气压最高的分别是( )。
A.①、② B.③、②
C.③、④ D.②、④
2.图Ⅱ会发生如图Ⅰ的海风的时间段是( )。
A.8~16时
B.6~18时
C.18时~次日6时
D.17时~次日8时
【答案】 1.B 2.A
【解析】 第1题,读图Ⅰ可知,①②位于近地面,③④位于高空。同一垂直面上,海拔越高,气压越低,所以①②两地气压高于③④两地气压。陆地垂直方向上的气流为上升气流,近地面空气流失,密度减小,①地为低压,海洋垂直方向为下沉气流,近地面空气堆积,密度增大,②地形成高压,所以气压①地<②地。陆地气流上升,故近地面陆地温度高于海洋,高空温度低于近地面,故③处气温最低。第2题,读图Ⅱ可知,8时至16时,海洋气温低于陆地,海洋气压高于陆地,此时吹海风,符合图Ⅰ的风向。
【随堂检测】
思维构建
即时训练
读某中学生绘制的不同地区热力环流示意图,回答1~2题。
1.图中所示热力环流正确的是( )。
A.① B.②
C.③ D.④
【答案】 B
【解析】 结合热力环流的形成原理可知,地面受热气流膨胀上升,受冷气流收缩下沉,图①错误;白天裸地升温快,气温高,气流上升,草地升温慢,气温低,气流下沉,图②正确;夜晚沿海地区应该吹陆风,图③错误;城市气温高,气流上升,郊区气温低,气流下沉,图④错误。
2.形成热力环流的根本原因是( )。
A.不同地区间的热量差异
B.不同地区间的气压差异
C.不同地区间的海陆差异
D.水平气压梯度力的存在
【答案】 A
【解析】 热力环流形成的根本原因就是地表冷热不均。
山谷风是局部性的大气运动,对小尺度区域的气候、农业影响较大。某中学地理学习小组对附近山区进行山风与谷风的观测,从而得出一些结论。据此回答3~4题。
3.下列示意图中,能够正确表示夜晚热力环流的是( )。
A B
C D
4.该中学附近山区某时刻旗子的飘向如下图所示,说明此时该地区( )。
A.山风势力较强 B.谷风势力较强
C.大气对流显著 D.受山谷风影响小
【答案】 3.B 4.D
【解析】 第3题,因为夜晚山坡降温快,山上的冷空气沿山坡形成山风,气流下沉到谷底,使谷底的暖空气抬升,图B符合。第4题,图中不同山坡、山顶旗子的飘向均一致,说明此时该地区受同一来向较大规模的风控制,受山谷风影响小;山风是从山上吹向山谷的,谷风是从谷底吹向山坡的,A、B选项与图示不符;对流旺盛时多降水,与图示内容不符。
2第一节 大气的组成与垂直分层
【学习目标】
1.运用图表掌握大气圈层的空间结构。(区域认知)
2.运用大气垂直分层示意图,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,并能联系实际了解全球气温上升与人类活动的关系。(地理实践力、人地协调观)
【自主预习】
一、大气的组成
1.干洁空气
(1)氮:大气中氮气含量最多,氮是地球上生物体的① 。
(2)氧:是② 和其他好氧生物维持生命活动必需的物质。
(3)二氧化碳
(4)臭氧:能强烈吸收太阳⑤ ,被誉为“地球生命的保护伞”。
2.水汽
(1)分布
(2)作用:产生云、雾、雨、雪等一系列天气现象。
3.杂质
(1)分布:陆上⑨ 海上,城市⑩ 乡村,冬季 夏季。
(2)作用
二、大气的垂直分层
1.依据:大气的温度、密度和 的差异。
2.对流层(A)
(1)范围:贴近地面的大气最低层。
(2)特点
a.物质组成复杂,空气密度大
集中了大气质量的3/4和几乎全部的 ,大气中的污染物也多集中在这一层。
b.对流层的高度
c.空气 运动显著。
d.天气现象复杂多变,云、雾、雨、雪等天气现象都发生在这一层。
e.人类生活在对流层的底部,对流层与人类的关系最为密切。
3.平流层(B)
(1)范围:自对流层顶向上至50~55千米高度。
(2)特点
a.气温随高度的增加而 。
原因:平流层中的臭氧吸收大量太阳 ,使大气增温。
b.大气以 运动为主。
c.水汽、杂质含量稀少,天气晴朗, 高,适合航空飞行。
4.高层大气(C)
(1)范围:平流层顶以上的大气。
(2)特点
a.气温随高度升高 。
b.电离层大气处于高度 状态,能反射无线电波,对远距离无线电通信有重要作用。
c.高层大气气压 ,密度 。
【答案】 ①基本成分 ②人类 ③绿色植物 ④保温作用
⑤紫外线 ⑥高于 ⑦高于 ⑧减少 ⑨多于 ⑩多于
多于 凝结核 运动状况 水汽、杂质 10~12 大 对流 上升 紫外线 平流 能见度 先下降后持续上升 电离 很低 很小
【合作探究】
情境导入 乞力马扎罗山是非洲最高的山,可以分成四层,最下面一层是热带雨林,中间的“腰部”有一条沼泽地带,再上面是高原沙漠,而顶部则是高山雪峰。远远地看,乞力马扎罗山就像一位拖着长长的洒地的绿裙,系了一条细细的腰带,身着紧身淡黄衬衫,头上俏皮地戴了顶白色小帽的青春少女。
为什么乞力马扎罗山会出现“绿裙、黄衫、白帽”
提示:对流层气温随海拔的升高而递减,热量变化导致植被发生变化。
主题1：大气的成分及其作用
主题探究
情境1 材料一 蛋白质是生物体的主要组成物质之一,所有蛋白质分子都含有C、H、O、N元素,其中N元素的含量比较稳定,平均含量为16%。
材料二 下图为CO2和O2作用示意图。
材料三 臭氧在常温下是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。近地面高浓度的臭氧会刺激和损害眼睛、呼吸系统等黏膜组织。图Ⅰ为臭氧浓度随高度变化图,图Ⅱ为臭氧层对紫外线的阻挡示意图。
注:臭氧层能过滤大部分对人体和生物有害的紫外线。
任务1 结合材料一,概括N元素的主要作用。
【答案】 N元素是组成生物体的基本元素。
任务2 结合材料二,说明O2和CO2的主要作用。
【答案】 O2是众多生物生命活动所必需的物质。CO2是植物进行光合作用的重要原料;另外,它能吸收地面辐射,对地面具有保温作用。
任务3 结合材料三,总结大气中臭氧浓度垂直分布的特点,并说明臭氧对人类、生命有机体的影响。
【答案】 特点:臭氧浓度随高度增加先增后减,最大值出现在20~25 km高度。
影响:臭氧能吸收太阳辐射中的紫外线,使生物免受紫外线的伤害;在低层大气中,臭氧浓度增加会对人体健康造成不利影响。
情境2 北京时间2022年1月15日,位于南太平洋的岛国汤加王国境内洪阿哈阿帕伊岛海底火山(20.57° S,175.38° W)发生猛烈喷发。2022年1月17日斐济环境部门警告,卫星数据显示,汤加及周边国家大气中的二氧化硫浓度增高。
任务1 汤加火山喷发对区域大气成分有何影响
【答案】 火山喷发会产生大量火山灰(固体颗粒物),水汽及二氧化硫等其他化合气体。
任务2 汤加火山喷发是否可能对区域降水产生影响 为什么
【答案】 可能。火山喷发会产生大量火山灰、水汽,水汽上升过程可能形成降水。
素养培育
竞技体育与地理——培育地理实践力、人地协调观、区域认知
情境 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。下图为埃塞俄比亚和肯尼亚的位置和地形图及我国国家级高原体育训练基地分布图。
任务1 简述埃塞俄比亚和肯尼亚两国地形的共同点。
【答案】 海拔高,地形以高原(山地)为主。
任务2 为什么埃塞俄比亚与肯尼亚长跑运动员成绩好
【答案】 大气密度随海拔增加而减小,所以高原地区的大气密度相对较小,每立方米空气中的氧气分子数较少,人体吸入的氧气量也相对较少,而适当的缺氧环境有利于激发运动员的运动潜力。
任务3 根据表中数据总结我国国家级高原体育训练基地海拔的分布范围。为什么我国国家级高原体育训练基地没有选在更高海拔的地区
【答案】 海拔的分布范围为1 900(1 800)~2 400 m。在更高海拔处训练,空气越来越稀薄,含氧量急剧下降,超过了人体的耐受力,反而使运动员的整体表现下降。
知识小结
1.大气的组成
大气组成 主要作用
干洁 空气 氧 人类和其他好氧生物维持生命活动所必需的物质
氮 地球上生物体的基本成分
二氧化碳 绿色植物光合作用的基本原料;吸收地面辐射,使大气增温
臭氧 吸收紫外线,使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害,被誉为“地球生命的保护伞”
水汽 水汽的相变(气态、液态、固态三者的互相转变),产生了云、雾、雨、雪等一系列天气现象,并伴随着热量的吸收和释放,直接影响地面和大气的温度
固体杂质 作为凝结核,是成云致雨的必要条件
2.人类活动对大气成分的影响
人类活动产生的污染物进入大气,会影响大气的成分和含量,造成大气污染,对生态系统和人类生存造成不利影响。
对点训练
大气中水汽和固体杂质很少,但却在天气变化中扮演重要的角色。据此回答1~2题。
1.下列关于大气中水汽和固体杂质的叙述,正确的有( )。
①水汽主要集中在平流层 ②水汽的相变直接影响地面和大气温度 ③固体杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件 ④在同一季节,各地大气中的水汽含量是一样的
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
【答案】 B
【解析】 大气中的水汽集中在对流层,影响对流层的天气变化,①错误;水汽的相变过程中伴随着热量的吸收和释放,直接影响地面和大气温度,②正确;大气中的固体杂质是成云致雨必需的凝结核,③正确;大气中水汽含量因时因地而异,④错误。
2.大气中固体杂质含量最多的地区是( )。
A.海洋上空 B.公园绿地
C.水田耕地 D.建筑工地
【答案】 D
【解析】 建筑工地灰尘多,大气中固体杂质最多;海洋、公园绿地和水田耕地对大气具有净化作用,固体杂质少。
主题2：大气垂直分层
主题探究
情境1 2022年9月3日,由航空工业一飞院研制的“启明星50”大型太阳能无人机(图Ⅰ)在陕西榆林顺利完成首飞任务,该无人机巡航高度可达2万米。图Ⅱ为大气垂直分层示意图。
任务1 指出甲、乙、丙分别代表的大气分层。
【答案】 甲代表对流层,乙代表平流层,丙代表高层大气。
任务2 说出“启明星50”无人机最大巡航高度所在大气层,并说明在该层巡航的优点。
【答案】 平流层。优点:大气平流运动,天气晴朗,能见度高,有利于飞行;太阳辐射强,能提供丰富太阳能,有利于提供充足能源。
任务3 简述甲层大气温度的变化规律及其产生的影响。
【答案】 规律:气温随海拔升高而降低。影响:空气对流显著,容易产生复杂多变的天气,影响人类的生产、生活。
情境2 对流层厚度随纬度变化示意图。
任务1 简述对流层厚度的分布规律。
【答案】 对流层厚度由低纬度向高纬度递减。
任务2 简述影响对流层厚度的因素。
【答案】 温度或纬度。纬度低,地面温度高,空气受热强烈,对流强烈,对流层厚;反之对流层薄。
任务3 一架飞机从北极出发到南极,飞行高度保持在10 km,该飞机依次经过哪些大气垂直分层
【答案】 平流层(高纬地区)到对流层(中低纬地区)再到平流层(高纬地区)。
素养培育
珠峰登顶——培育地理实践力、区域认知
情境 8 848.86 m——珠穆朗玛峰最新测定的高程。2020年12月8日,习近平主席同时任尼泊尔总统班达里互致信函,共同宣布了这一数字。这个数据是基于全球高程基准的珠穆朗玛峰雪面高程,也是中尼两国团队通过扎实工作并克服重重困难最终确定的。
任务1 世界最高峰的顶部位于大气垂直分层的哪一层
【答案】 珠穆朗玛峰位于中低纬度地区,对流层高度在12 km左右,虽然珠穆朗玛峰高度达到8 848.86 m,但仍然处于对流层的范围。
任务2 如果同一纬度海平面气温为26 ℃,在理想情况下,试推测珠穆朗玛峰顶部气温。
【答案】 在理想情况下,海拔每上升100 m,气温下降约 0.6 ℃。如果海拔0 m的温度是26 ℃,则珠穆朗玛峰顶部的温度约为-27 ℃。
知识小结
1.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:17~18km 中纬:10~12km 高纬:8~9 km 气温随高度增加而降低(高度每升高100 m,气温约降低 0.6 ℃) 地面辐射是对流层大气的直接热源 人类生活在对流层底部,与人类关系最为密切
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、大气中的污染物都集中在该层,对流运动易成云致雨
平流层 从对流层顶至50~55 km 气温随高度升高而升高 该层中的臭氧强烈吸收太阳紫外线 人类生存环境的天然屏障,适合航空飞行
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、杂质含量稀少,无云雨现象
高层大气 从平流层顶到大气上界的高空 大气密度极小 距地面远,受到的引力小 电离层能反射无线电短波,对无线电通信有重要作用
2.逆温及危害
(1)逆温现象
正常情况下,对流层的气温随高度增加而递减,且海拔每升高100 m,气温下降约0.6 ℃。但在一定条件下,对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高或者气温随高度增加而降低的幅度小于垂直递减率的现象,这种现象被称为“逆温”。如下图所示(辐射逆温生消过程)。
(2)逆温的类型
辐射逆温 在晴朗无风的夜晚,地面辐射减弱,地面大气迅速冷却,上层大气降温较慢,形成逆温。一天中逆温层在黎明时最厚。逆温层冬厚夏薄。易出现于中高纬地区,是最常见的逆温类型
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,底层空气因受下垫面的影响迅速降温,上层空气因距离较远,降温幅度较小,于是产生逆温。逆温的强弱主要由暖空气和冷地面的温差决定
锋面逆温 暖空气运移到冷空气之上,形成冷暖相交的锋面,如果锋面上下暖冷空气的温度差较大,则会形成逆温
地形逆温 局部地形条件引起。在山谷和盆地中,由于山坡散热快,晚上较重的冷空气沿山坡流动,聚集在山谷底部,由此形成下部是冷气层、上部是暖气层
下沉逆温 在高压控制区,高空存在着大规模的下沉气流,气流下沉的绝热增温作用,致使在下沉运动的终止高度出现逆温现象
(3)危害
①出现多雾天气。早晨多雾的天气大多与逆温有着密切的关系,它使能见度降低,给人们的出行带来不便,甚至导致交通事故。
②加剧大气污染。逆温现象的存在使空气垂直对流受阻,造成近地面污染物不能及时扩散,从而危害人体健康。
③对航空造成影响。“逆温”多出现在低空,多雾天气给飞机起降带来不便。如果出现在高空,则对飞机飞行极为有利,因为大气以平流运动为主,飞行中不会有较大的颠簸。
对点训练
神舟十四号载人飞船返回舱于北京时间2022年12月4日20时09分在东风着陆场(内蒙古阿拉善盟额济纳旗境内)成功着陆。据此回答1~2题。
1.返回舱返回过程中,穿越地球高层大气的气温变化是( )。
A.不断上升
B.不断下降
C.先升后降
D.先降后升
2.平流层气温随高度增加而上升,主要是因为平流层存在( )。
A.二氧化碳 B.水汽
C.臭氧 D.氧气
【答案】 1.D 2.C
【解析】 第1题,高层大气底部到顶部温度变化为先降低、再升高,故神舟飞船返回过程中,穿越地球高层大气的气温变化是先降后升。第2题,平流层气温随高度增加而上升,主要是因为该层存在臭氧,可以吸收波长较短的太阳辐射,特别是紫外线,从而受热升温。
【随堂检测】
思维构建
即时训练
低层大气的组成成分除干洁空气外,还有少量的水汽和固体杂质。据此回答1~2题。
1.低层大气的成分中( )。
A.氮气是地球上生物体内蛋白质的重要组成部分
B.氧气占大气质量的21%,是生命活动的必需物质
C.二氧化碳吸收太阳辐射中的可见光,削弱太阳辐射
D.水汽可以成云致雨,还可以提高人类生活舒适度
2.在成云致雨过程中,可以作为凝结核的是( )。
A.二氧化碳 B.氧气 C.尘埃 D.水汽
【答案】 1.D 2.C
【解析】 第1题,氮元素是地球上生物体内蛋白质的重要组成部分,而不是氮气;氧气占干洁空气的体积分数为21%,氧是人类和其他好氧生物维持生命的必需物质,并不是所有生物维持生命的必需物质;二氧化碳吸收太阳辐射中的红外线;水汽是成云致雨的必要条件,而且还可以提高人类生活舒适度。第2题,尘埃是成云致雨过程中的凝结核。
在对流层中,气温垂直分布一般为“上冷下热”,但有时会出现“上热下冷”的现象,我们将其称为逆温现象。读某地某时刻对流层气温垂直分布状况示意图,回答3~4题。
3.下列关于图示①②③层的叙述,正确的是( )。
A.①层海拔越高,受地面影响越小,气温越低
B.②层因臭氧吸收紫外线,出现逆温现象
C.③层中有电离层可反射无线电波
D.③层空气稀薄,无云雨现象
4.对流层出现逆温时,空气中污染物不易扩散的主要原因是( )。
A.人类排放污染物增多
B.抑制了①层空气的对流上升
C.增强了③层空气对流上升
D.阻挡了①层空气的水平运动
【答案】 3.A 4.B
【解析】 第3题,由图可知,①层随着海拔升高受地面影响越小,气温越低;图示①②③层都属于对流层,云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层;臭氧位于平流层,电离层位于高层大气。第4题,空气中污染物不易扩散与逆温有关,不是因为人类排放污染物增多;读图可知,当逆温现象出现时,②层空气温度“上热下冷”,大气层结构稳定,抑制了①层空气对流上升,①层空气中的污染物得不到及时扩散;近地面污染物主要在①层,②层出现逆温对污染物扩散影响大,③层空气运动对污染物扩散的影响不大;逆温主要是阻挡了空气对流运动,不会阻挡空气水平运动。
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