3.1 大气的组成与垂直分层 课件(共54张PPT)

(共54张PPT)
3-1 大气的组成和垂直分层
一、课程标准
运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。
二、学习目标
1.运用图表等资料，说明大气的组成成分及其主要作用；
2.结合图表资料分析人类活动对大气环境带来的影响；
3.归纳大气垂直分层的特点，并举例说明其对生产生活的影响；
4.结合示意图说明辐射逆温现象产生的原理；
学习目标
1
大气的组成成分
2
大气环境的变化
3
大气的垂直分层
4
逆温原理及影响
目录
课程导入
“空气罐头”作为商品源于日本，在富士山景区，作为旅游纪念品的“空气罐头”大为畅销。而被誉为国家公园省的贵州空气质量备受关注，2014年全国两会期间，中共中央总书记、国家主席习近平参加贵州团审议时则称：“PM2.5空气质量直接关系百姓的幸福感了，将来贵州可以卖‘空气罐头’。”
思考：“空气罐头”的主要成分是什么？
1.大气的组成成分
包围地球的空气称为大气。如今的大气成分是地球长期演化的结果，在短期内不会有明显的变化，大气为地球生命的繁衍和人类的发展提供了必要条件。大气是多种气体的混合物。
低层大气
干洁空气
水汽、杂质
=
+
思考：“空气罐头”的主要成分是什么？
主要成分有水汽、杂质、氮气、氧气等
1.大气的组成成分
（1）干洁空气——78%N2
氮是地球上生物体的基本成分，是构成蛋白质分子，是细胞核中核酸、酶以及细菌等等中的重要组成部分。
每一秒钟的雷电就能让大气中降下大约2万吨的氮肥。在全球，每年雷电产生的氮肥就有4亿吨。
思考：将氮气转化的自然固氮方法有哪几种？
根瘤菌是与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌
1.大气的组成成分
（1）干洁空气
21%O2：
氧是人类和其他好氧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。
思考：雷阵雨过后，为什么我们有时候会闻到一股刺鼻的气味？
O3：淡蓝色气体，气味类似鱼腥味，能让太阳光中的可见光通过，且能吸收掉99%以上的有害紫外辐射。
雷雨后会产生稀薄的臭氧
1.大气的组成成分
（1）干洁空气——CO2
主要来自火山喷发、动植物的呼吸以及人类活动。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，也是一种常见的温室气体。
思考：二氧化碳越多为什么相当于“给地球穿上了棉衣” ？
它吸收地面辐射的能力强，使气温升高
CO2 + H2O → C6H12O6 + O2
然而……
人类不合理的活动正在影响甚至改变着大气的成分和含量
从而产生大气污染
对地球生命生命造成严重的影响
2.大气环境的变化
（1）二氧化碳浓度升高
自工业革命以来，全球大气二氧化碳浓度上升了120ppm，其中一半的增长出现在1980年以后。2015年3月，全球大气二氧化碳平均浓度突破400ppm。这是有记录以来全球大气二氧化碳月均浓度首次突破这一高值。二氧化碳等温室气体排放量增加，是导致全球变暖的一个重要原因。
思考：二氧化碳浓度不断升高的原因？
人类生活在大气圈底部，大气的物理状态和组成成分的变化，时刻影响着我们。
探究：大气中二氧化碳浓度的变化和人类活动
二氧化碳体积分数的变化
不到300年增加了40%
（1）说说该图的Co2体积分数的变化趋势。
（2）分析导致这种变化的原因是什么？
呈现上升趋势，增长速度加快
化石燃料燃烧：
工业：交通工具，电厂
农业：农业机械
生活：液化气、天然气、私家车
土地利用的变化（砍伐森林）
毁林（开荒、采矿、获取木材），森林面积缩小，减少对二氧化碳的吸收。
2.大气环境的变化
大量燃烧化石（煤炭、石油）燃料
CO2
增多
气温升高
全球变暖
极冰融化
海平面上升
淹没沿海低地
过度砍伐森林
温室效应
（1）二氧化碳浓度升高
2.大气环境的变化
思考：结合生活实际，如何减少二氧化碳的排放量？
多使用清洁能源，提高能源利用技术和效率；提高自身的环保意识；避免浪费，减少废弃物排放；
植树种草，恢复植被
臭氧洞
20 世纪 70 年代,科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重,出现了“南极臭氧洞”。“南极臭氧洞”是一种形象的说法,指的是在南极地区上空出现了全球臭氧量最低值（低于全球臭氧平均值的 30%~40%）,相对于其他地区来说,就像是一个空洞。 2006 年,“南极臭氧洞”面积已经超过北美洲的面积。
对人类健康影响：1．增加皮肤癌。2．损害眼睛，增加白内障患者。3．削弱免疫力，增加传染病患者。
对生态影响1．农产品减产及其品质下降。2．减少渔业产量。3．破坏森林。
措施：研发新型制冷设备,控制氟氯烃的产生。
南极臭氧洞9-11月最大
臭氧层破坏的原因:人类使用冰箱、空调等制冷设备，释放出大量的氟里昂。
(5)水汽、杂质:
作用：含量很少，却在天气扮演重要的角色。
水汽：水平方向：海洋上空高于陆地上空；湿润地区上空高于干旱地区上空
垂直方向：一般自地面向高空逐渐减少
杂质：近地面大气中，陆上大于海上；城市大于乡村；冬季大于夏季
水汽可产生云、雾、雨、雪等一系列天气现象
杂质会使大气能见度变差,但作为凝结核,是成云致雨的必要条件。
降水形成条件：
1.充足的水汽
2.温度下降
3.凝结核
雨后空气是清新的：杂质作为凝结核随降雨降落到地面
1.大气的组成成分
（5）水汽和杂质
水汽：在大气温度变化的范围内，水汽可发生固、液、气三态转化，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。
气态水
液态水
固态水
液化
气化
升华
凝华
熔化
凝固
放热
吸热
思考：水相态的转化与热量的吸收释放之间的关系？
小 结 1
大气成分 主要作用
干洁 空气 N2 地球生物体的基本成分
O2 人类和一切生物维持生命活动所必需的物质
CO2 绿色植物光合作用的原料；调节地表温度（温室气体）
O3 能吸收太阳紫外线，使大气增温，保护地球生物
固体杂质 作为凝结核，是成云致雨的必要条件
水汽 成云致雨的必要条件，影响地面和大气温度
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( ) 。
D
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( ) 。
C
A.二氧化碳 B.氧气 C.尘埃 D.水汽
大气的垂直分层
part 03
Vertical stratification of the atmosphere
地球内部是可以分层的，那外部大气是否也可以分层呢？依据是什么？
活动：互助学习探究
任务安排：阅读课本的相关内容，独立思考下面学习任务2分钟后，组内讨论交流。
1.大气垂直分层的划分依据、和具体的划分。
2.随着海拔的上升，对流层和平流层的温度是怎么变化的？
3.为什么说对流层和人类的关系比较密切？
4.飞机一般在哪一层飞？为什么？
任务安排
大气的垂直分层
对流层
平流层
高层大气
温度
密度
运动状况
对流层为什么会对流？
T
气温随高度的升高而递减
海拔每升高100m，气温下降0.6℃
地面长波辐射：主要热源
热
冷
3.大气的垂直分层
（1）大气分层——对流层
对流层是贴近地面的大气最低层。集中了约3/4的大气和几乎全部的水汽、固体杂质，大气中的污染物也多集中在这一层。
3.大气的垂直分层
（1）大气分层——对流层
思考：同地区不同的季节对流层高度为什么会发生变化？
对流层厚度：
低纬度:17~18km
中纬度:10~12km
高纬度:仅为8~9km
夏季厚、冬季薄
不同纬度大气对流层厚度
3.大气的垂直分层
太阳加热
热力
抬升
凝结高度
对流
对流
冷空气
冷空气
暖空气
暖空气
地球表面的加热产生气流热力抬升而把热量和水汽向上输送
上升冷空气冷却并达到凝结高度后形成云。上升的暖空气和下沉的冷空气形成对流环流。
地表气温差异导致对流强度不同，对流强度不同对流层厚度也不同
（1）大气分层——对流层
对流层的主要特点及成因
2、空气对流运动显著
3、天气现象复杂多变
1、气温随高度增加而递减，每上升100米降低0.6℃。
高度
km
20
0
120
60
100
80
40
-100
-50
0
50
100
对流层
电离层(热层)
平流层
高
层
大
气
温度
℃
地面是对流层的直接热源
上冷下热，
差异大，对流强
水汽杂质多
对流显著气流
上升气温降低，
水汽凝结，成
云致雨
（2）大气分层——平流层
平流层的主要特点及成因
1、气温随高度升高而升高。
臭氧层（15-35千米）吸收大量紫外线使大气增温
2、大气以水平运动为主
大气上热下冷，大气稳定
3、大气平稳,天气晴朗,有利高空飞行
水汽和杂质含量少，
无云雨现象，能见度好
自对流层顶部至50-55千米高空。
3.大气的垂直分层
（2）大气分层——平流层
思考：平流层为什么适合航空飞行？
该层中水汽、杂质含量稀少，天气现象少见。平流层大气稳定、天气晴朗，有利于航空飞行。
（2）大气分层——高层大气
高层大气的主要特点并分析其成因
1、气温随高度升高先降低后上升
2、底部对流运动，上部平流运动
4、有极光和流星现象
3、存在电离层（60~500千米），能反射
无线电波，对无线电通信有重要作用
自平流层顶开始，由于没有吸收紫外线的臭氧，气温下降；其后大气吸收太阳辐射，温度又上升。
电离层大气在紫外线和宇宙射线作用下，大气分解为离子，处于高度电离状态
注意两个层（臭氧层与电离层）及其作用
小结2
垂直分层 气温变化 与人类关系
对流层 随高度升高而降低 大气下热上冷，空气上升，对流现象显著，与人类关系最密切
平流层 随高度升高而增高 大气平稳，天气晴朗，适合飞机飞行
高层大气 随高度增加先降后增 有若干电离层，对无线电通信有重要作用
北京时间2023年10月26日11时14分，搭载“神舟十七号”载人飞船
的“长征二号F遥十七”运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。约10分
钟后，“神舟十七号”载人飞船与火箭成功分离，成功奔赴轨道高度为
400—450 km的中国空间站，发射取得圆满成功。读大气垂直分层图，
回答3~5题。
3.“长征二号F遥十七”运载火箭升空过程中，( ) 。
D
A.依次经过臭氧层、平流层和对流层
B.经过c层时，大气对流运动显著
C.经过a层时，有若干电离层
D.太阳辐射越来越强
4.下列关于b层的说法，不正确的是( ) 。
C
A.气温随高度升高而升高，是因
为臭氧吸收紫外线
B.有被誉为“地球生命的保护
伞”的臭氧层
C.有云、雨、雾等复杂的天气现象
D.适合航空飞行
一位游客的旅行日记中这样写道：“飞机平稳地飞行在万米的高空，
透过窗外看到纯净蔚蓝的天空，而在飞机下方则是翻腾的云海”。
据此回答6~7题。
6.对“翻腾的云海”所在大气层的描述，错误的是( ) 。
A
A.天气变化小 B.对流运动显著 C.存在水平运动 D.空气杂质较多
7.“飞机平稳地飞行”主要是因为所在大气层( ) 。
B
A.空气密度接近于真空
B.天气晴朗，大气能见度高
C.气温上冷下热，气流平稳
D.有若干电离层，无线电通信方便
17.（改编题）阅读材料，回答下列问题。（19分）
气象气球是用橡胶或塑料等材料制成球皮，
充以氢、氦等气体，携带仪器升空，进行高空
气象观测的探测平台，待升至一定高度后，将
爆炸成碎片。研究表明，高浓度臭氧会对制造
气象气球的聚硫橡胶产生影响，使其被腐蚀，
影响气球使用寿命，我国的高空气象气球由耐
臭氧性能材料制作而成。下图示意地球大气温
度垂直变化特点。根据不同观测站气象气球传
回的数据，得到低纬度、中纬度、高纬度地
区0—30 km高度年均温垂直分布。
（1） 判断图中各曲线代表的纬度地带，并结合材料说明理由。（7分）
[答案] ①为低纬度，②为中纬度，③为高纬度。对流层高度随纬度增加
而降低；纬度越高，近地面平均气温越低。
（2） 说明气象气球最终发生爆炸的原因。（4分）
[答案] 气象气球升空后，随着高度不断上升，周围空气越来越稀薄，气
压不断减小，气球不断膨胀并最终爆炸。
（3） 简述气象气球爆炸从高空坠落的过程中，经历的气温变化特征。（2分）
[答案] 气温先逐渐下降，后逐渐上升。
（4） 说明我国高空气象气球采用耐臭氧性能材料制作的原因。（6分）
[答案] 高空气象气球多在平流层飞行；平流层中分布有臭氧层，臭氧含
量高，浓度大，对用普通材料制成的气象气球具有腐蚀作用；采用耐臭
氧性能材料制作，可延长气球使用寿命，并减少对臭氧层的破坏。
[解析] 高空气象气球经过平流层，由材料“高浓度臭氧会对制造气象气
球的聚硫橡胶产生影响，使其被腐蚀，影响气球使用寿命”可知，制作
高空气象气球要考虑臭氧对其造成的影响。
4.逆温原理及影响
逆温现象——对流层有时可能出现温度随高度上升而增高现象或者（气温垂直递减率小于0.6℃／100米），称为气温逆温，简称逆温。
出现逆温的大气有一定的厚度，这层大气称为逆温层。
对流层大气的热量主要直接来自地面。在对流层，海拔每上升100米，气温下降约0.6℃，称为气温垂直递减率，为0.6℃／100米。
温度℃
高度m
正常现象
温度℃
高度m
逆温现象
导学案P59
4.逆温原理及影响
辐射逆温原理
日落后：地面逐渐冷却，贴近地面的大气层也随之降温
离地面愈近，降温愈多
离地面愈远，降温愈少
日出前后：随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，日出前后达到最强
自地面开始的逆温
日出后：太阳辐射逐渐增强，地面很快增温
逆温便逐渐自下而上消失
离地面愈近，升温愈多
离地面愈远，升温愈少
4.逆温原理及影响
日落逐渐出现
加厚
日出前后最厚
地面升温
日出后，
开始消失
白天
正午
辐射逆温——温度垂直变化示意图
思考：辐射逆温为什么容易出现在晴朗少云，无风或微风的夜晚？
晴朗无云、无风或微风的夜晚地面冷却速度较快，容易出现辐射逆温现象
①出现多雾天气。早晨多雾的天气大多与逆温有密切的关系,它使能见度降低,给人们的出行带来不便,甚至出现交通事故。
②加剧大气污染。由于逆温现象的存在,空气垂直对流受阻,会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,对飞机飞行极为有利,因为大气以平流运动为主,飞机飞行中不会有较大的颠簸。
有利影响：逆温现象一定程度上可以抑制沙尘暴的发生，对飞机的飞行也十分有利，也可应用于谷物种植，提高产量及质量。
思考：逆温对环境产生怎样的影响？
4.逆温原理及影响
雾霾，是雾和霾的组合词。我国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称“雾霾天气”。其实，雾和霾是两种截然不同的天气现象。
思考：观察下列两幅图，结合生活实际，分析雾和霾的区别？
雾
霾
4.逆温原理及影响
思考：霾天气对我们生活有怎样的影响？
雾 霾
物质组成 由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统 空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子的集合体，能够使空气混浊
物质状态 气态和液态物质 固态颗粒物
影响 都能造成空气的能见度下降
日出后变化 一般日出后即散 日出后不会消散
对人体产生的危害，比如对呼吸系统、心血管系统等的影响；
对生态环境和交通造成的危害，比如霾天气时，由于空气质量差，能见度低，容易引起交通阻塞，发生交通事故。
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
A
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( ) 。
B
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
读某地四个不同时刻大气气温垂直变化情况示意图，回答8~10题。
8.图中表示非逆温现象的是( ) 。
A
A.① B.①②
C.①②③ D.①②③④
9.四个时刻中，最容易导致近地
面大气污染物聚集的是( ) 。
D
A.① B.②
C.③ D.④
10.图中所示大气温度除④外，总体趋势随高度的增加而递
减，其原因是( ) 。
A
A.大气热量主要来自地面
B.大气稳定，不发生垂直对流
C.没有臭氧，难以吸收太阳热量
D.多水汽、尘埃，易成云致雨
逆温现象是指随着高度增加，气温不降反升的现象，易引发雾霾等天气。
据山西省气象台天气预警，2023年1月3日至5日，全省仍有雾霾天气，道
路能见度将大幅下降，给道路交通安全带来影响，5日过后雾霾将逐渐消散。
读气温垂直分布的4种情形示意图，回答13~15题。
13.逆温现象主要发生在( ) 。
A.对流层 B.平流层
C.高层大气 D.电离层
A
14.若上图反映了这次雾霾天气的生消过程，则先后排序是( ) 。
B
A.②→①→③→④
B.③→②→①→④
C.③→①→②→④
D.②→③→④→①
15.为减少雾霾天气对出行的影响，一
天中出行时段最好选择在( ) 。
C
A.1—3时 B.3—5时
C.12—13时 D.20—21时
读北半球1月和7月气温（单位: ）随纬度和高度变化示意图,回答11~12题。
11.下列关于对流层气温分布规律的叙述,正确的是( ) 。
D
A.气温随纬度增加而升高 B.气温随高度增加而升高
C.顶部极地气温比热带地区低 D.南北温差冬季大于夏季
12.在平流层底部,冬季最高气温出现的纬度范围为( ) 。
B
A.10°—20° B.40°—60° C.70°—90° D.20°—40°
16.下表示意25 km以下干洁空气的主要成分。读表，回答下列问题。（24分）
成分 体积分数/%
甲 78.000
乙 21.000
氩气（Ar） 0.930
丙 0.038（变动）
（1） 除干洁空气外，大气还包括______和______。
指出这两种成分的主要作用。（6分）
水汽
杂质
[答案] 水汽和杂质是天气变化的重要角色，是成云致雨的必要条件。
（2） 判断甲、乙、丙成分及其主要作用。（12分）
（2） 判断大气成分及其主要作用。（12分）
成分 主要作用
甲 氮气 氮是地球上生物体的基本成分
乙 氧气 氧是人类和其他好氧生物维持生命活动所必需的物质
丙 二氧化碳 植物光合作用的基本原料，对地面起着保温作用
（3） 指出丙成分体积分数变动的特点及原因。（6分）
[答案] 特点：二氧化碳含量升高。原因：森林的破坏，特别是热带雨林
的破坏，植物吸收二氧化碳的能力减弱；矿物燃料的大量燃烧，排放大
量的二氧化碳。
课堂小结
大气的组成和垂直分层
大气的组成成分
大气的垂直分层
低层大气=干洁空气+水汽+杂质
干洁空气：氮气、氧气、臭氧、二氧化碳
对流层：下热上冷
大气垂直运动-对流运动
平流层：下冷上热
大气水平运动-平流运动
地球保护伞——臭氧层
适合航空飞行
高层大气：电离层
逆温原理及影响
辐射逆温原理
影响：雾霾
大气的环境变化
二氧化碳含量增加、臭氧层破坏