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第一节 大气的组成和垂直分层
1.低层大气的组成及其主要作用
必备知识 清单破
知识点 1 大气的组成
低层大气的组成 主要作用
干洁 空气 氮气(78%) 氮是地球上生物体的基本元素
氧气(21%) 氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
二氧化碳 (0.038%,变动) 是绿色植物进行光合作用的基本原料;吸收地面辐射的能力强,使气温升高
臭氧(很少) 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
水汽 很少,含量因时因地而异 水的相变,产生云、雨、雾、雪等天气现象,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
杂质 很少,含量因时因地而异 作为凝结核,是成云致雨的必要条件
2.人类活动影响大气成分和含量
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。
3.大气含氧量减少对人体产生的影响
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。
知识拓展 适宜中长跑运动员训练的环境条件
1.高海拔:2 000米左右是最适宜的海拔,此海拔的大气含氧量保持在普通大气含氧量的80%
左右,有利于激发运动员的运动潜力。
2.低纬度:纬度低,重力加速度小,体重轻,运动员训练时能量消耗少。
3.气候适宜:气候温和、雨量充沛。这种气候特点能够减少运动员体内水分的流失。
1.大气的垂直分层示意图
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、平流层和高层大气。
知识点 2 大气的垂直分层
2.大气各垂直分层的特点及与人类的关系
(1)对流层
①高度:在低纬度地区为17~18千米;在中纬度地区为10~12千米;在高纬度地区为8~9千米。
②特点: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;高度因纬度而
异;气温随高度的升高而递减,海拔每升高100米,气温约下降0.6℃;上部冷、下部热,有利于大
气的对流运动;容易成云致雨,几乎所有的天气现象都发生在这一层,可直接影响人类的生产
和生活。
(2)平流层
①范围:对流层顶部至50~55千米高空。
②特点:平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线,使大气增温;臭氧含量最大值区域(22~27千米
范围内)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”;气温随高度的升高而升高;上部热、下部冷,不易形成对流,以平流运动为主;水汽、
杂质含量很少,无云雨现象,能见度好,适合航空飞行。
(3)高层大气
①范围:平流层以上的大气。
②特点:气温从下到上先下降后持续上升;流星现象多出现在80~120千米高空中;气压低,空气
密度很小;在80~500千米高空,有若干电离层,电离层大气处于高度电离状态,能反射无线电
波,对无线电通信有重要作用。
归纳提升 大气对流的根本原因及对天气现象的影响
受热膨胀,遇冷收缩,故大气的温度越高,密度往往就越小,反之就越大。若空气上冷下热,
就会出现上重下轻的情况,这时就会出现大气对流现象。
(1)对流层上冷下热,大气对流旺盛,所以被称为对流层。由于大气中水汽和杂质多,在大气上
升过程中水汽容易遇冷凝结,所以对流层易形成云、雨、雾、雪等天气现象。
(2)平流层上热下冷,大气以平流运动为主,所以被称为平流层。由于大气以平流运动为主,且
水汽和杂质少,平流层不易形成云、雨等天气现象,能见度好。
(3)在高层大气的下部,其气温变化规律为随海拔的升高而降低,即上冷下热,大气对流也很强
烈,但不会形成云雨现象,这是因为这里大气中水汽和杂质很少。
1.各垂直分层的气温变化特点
(1)对流层:气温随高度的升高而递减。
(2)平流层:气温随高度的升高而升高。
(3)高层大气:自下而上气温先降低后升高。
2.各垂直分层气温变化的原因分析
(1)对流层:对流层大气中含有大量水汽和少量二氧化碳、臭氧。太阳辐射中的紫外线绝大
部分被臭氧吸收;红外线一部分被水汽和二氧化碳吸收,一部分被反射、散射和衍射,一部分
会到达地面;可见光几乎都能到达地面。故对流层大气直接从太阳辐射中吸收的能量有限。
最终到达地面的主要是可见光、一部分红外线和极少的紫外线,它们加热地面,使地面产生
波长较长的地面辐射。绝大部分的地面辐射被对流层中的二氧化碳和水汽吸收,由于高度越
关键能力 定点破
定点 1 为何大气各垂直分层的气温变化规律不同
高距离地面越远,空气也越稀薄,故其吸收的地面辐射就会越少,温度也就越低;相反,高度越
低,大气吸收的地面辐射就会越多,温度也就越高。因此地面辐射是对流层大气主要的、直
接的热源。
(2)平流层:平流层中有臭氧层,臭氧可以吸收大量波长大于0.175微米的太阳紫外线,使得平流
层上热下冷。
(3)高层大气:①高层大气的下部没有臭氧,不能吸收太阳紫外线,从而导致海拔越高,气温越
低。②随后,由于高空有若干个电离层,这里有大量的氧原子,氧原子可以吸收波长小于0.175
微米的太阳紫外线,故气温随高度的增加而升高。
1.逆温层的形成
一般情况下,对流层的大气温度随着高度升高而下降,可是在某些天气条件下,地面上空的大
气会出现温度随高度升高而升高的反常现象,气象学上称之为“逆温”,发生逆温现象的大
气层称为“逆温层”。
2.逆温层形成的界定
出现以下两种情况,就可以判断逆温层已经形成:
(1)在对流层中出现气温随高度升高而上升的现象。
(2)对流层中随高度的升高,降温速率小于0.6℃/100m。
定点 2 逆温层的形成和影响
4.逆温现象的形成原因
逆温现象其实就是在对流层出现了随海拔升高气温逐渐升高,或者气温下降,但降温速率小
于0.6℃/100m的现象,这种现象主要是受季节、大气运动和地形等条件影响而形成的。按照
形成原因,逆温可分为辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆
3.逆温现象的一般形成及消失过程
温和锋面逆温等。由于形成逆温的原因有很多,有的理解起来难度还比较大,在此不做具体
分析,在以后的地理学习中会慢慢学习和领悟。
5.逆温现象出现的时间规律
一般情况下,冬季最容易出现逆温现象,夏季最不容易出现逆温现象;在一天中,气温逐渐下降
时,有可能会逐渐形成逆温现象;在气温最低时,往往是逆温现象最强、逆温层厚度达到最大
的时候;在气温逐渐升高时,逆温层可能会逐渐消失;气温最高时,是逆温层最不容易形成的时
候。
6.逆温对地理环境的主要影响
(1)容易形成雾:早晨多雾的天气大多与逆温有密切关系,它能使大气的能见度降低,给人们的
出行带来不便,甚至导致交通事故。
(2)造成大气污染:由于逆温现象的存在,空气对流运动受阻,会造成近地面污染物不能及时扩
散,从而加重大气污染,危害人体健康。
(3)对航空造成影响:逆温如果出现在低空,多雾天气会给飞机起降带来不便。但逆温如果出
现在海拔较高的对流层中,对飞机飞行还是有利的,因为这时的大气以平流运动为主,飞机飞
行中不会有较大颠簸。
典例 (2023河南豫东名校期中联考)逆温是在一定条件下出现的气温随高度上升而升高的现
象。某校气象兴趣小组在十月下旬晴朗的夜晚对我国南方山区谷地进行逆温测定。下图示
意该小组多次观测所得的逆温时空变化平均结果。读图完成下面两题。
(1)下列关于该地逆温特征的描述,正确的是 ( )
A.逆温强度接近地面较大,向上减小
B.逆温强度午夜达到最大,后减弱
C.逆温现象日落前出现,日出前消失
D.强逆温前半夜增速慢,后半夜降速快
(2)造成逆温层上界峰值在时间上滞后于强逆温层上界峰值的主要原因是 ( )
A.大气吸收地面辐射存在昼夜差异
B.大气散射、反射在高度上存在差异
C.空气上下热量传递存在时间差异
D.下垫面反射率在时间上存在差异
A
C
信息提取 ①逆温是气温随高度上升而升高的现象;②图中虚线表示逆温层上界;③图中实
线表示强逆温层上界。
解析 第(1)题,据图中曲线所代表的含义和分布可知,海拔越低,逆温强度越强,逆温强度整体
向上逐渐减小,A正确。无论是从强逆温层来看,还是从逆温层来看,强度均非在午夜达到最
大,B错误。根据逆温层16时之前出现、次日10时以后消失可知,该地逆温现象应在日落前出
现,日出后消失,C错误。读图可知,该地强逆温层上界曲线前半夜斜率较大,增速快,后半夜斜
率较小,降速慢,D错误。第(2)题,空气上下热量传递存在时间差异,因此强逆温层上界峰值出
现较早,逆温层上界峰值出现较晚,C正确。由于低处大气和高处大气同在一个地区,故在昼
夜、时间上没有差异,逆温层上界峰值在时间上滞后于强逆温层上界峰值与大气的散射和反
射也没有关系,故A、B、D均错误。第二章 地球上的大气
第一节 大气的组成和垂直分层
基础过关练
题组一 大气的组成
科学家在一家农场里进行实验,发现二氧化碳在农作物的生长旺盛期和成熟期作用最显著。在这两个时期,如果每周喷施两次二氧化碳气体,喷上4~5次后,蔬菜可增产90%,水稻可增产70%,大豆可增产60%,高粱甚至可以增产200%。据此完成下面两题。
1.干洁空气中,二氧化碳的特征是( )
A.约占大气总重量的0.038%
B.海拔25km以下的干洁空气中其含量最高
C.在地球不同地区分布不均匀
D.是地球上生物体的基本元素
2.施用二氧化碳气体可以使农作物增产,主要是因为二氧化碳( )
A.是绿色植物进行光合作用的基本原料
B.能吸收紫外线使植物不受伤害
C.能吸收地面辐射,使大气温度升高
D.直接影响地面温度,增加降水量
题组二 大气的垂直分层
民航客机飞行分起飞阶段、巡航阶段、降落阶段。民航客机起飞和降落阶段处于对流层,在平流层都是巡航阶段,也就是飞机平飞阶段。2024年1月5日,某航班从加拿大起飞,飞越北极上空,然后当晚顺利降落在深圳宝安国际机场。据此完成下面两题。
3.平流层适宜飞机飞行的主要原因是( )
A.大气以平流运动为主,且大气能见度好
B.水汽含量多,但杂质少,水汽不易成云致雨
C.存在多个电离层,有利于保持与地面的短波通信
D.气温下高上低,大气稳定
4.该航线所经地区大气对流层高度的变化是( )
A.高度递增 B.高度递减
C.先减后增 D.先增后减
2023年6月7日12时10分,力箭一号遥二运载火箭在我国酒泉卫星发射中心成功发射升空,采取“一箭26星”方式,将搭载的试验卫星顺利送入预定轨道。下图示意大气垂直分层。据此完成下面三题。
5.大气垂直分层的主要依据有大气( )
①温度 ②高度
③密度 ④运动状况
A.①②③ B.①③④
C.②③④ D.①②④
6.进入预定轨道的试验卫星附近的大气层( )
A.气压较高 B.有臭氧层
C.天气多变 D.密度较小
7.图中( )
A.①层适合航天飞机飞行
B.②层大气处于高度电离状态
C.③层气温随高度增加急剧下降
D.④层可常见雷雨和冰雹现象
能力提升练
题组 大气的垂直分层
如果对流层大气出现上热下冷(随高度上升,气温也上升),即逆温现象时,大气对流运动减弱,不利于污染物的扩散。下图为大气垂直方向温度变化图。读图,完成下面两题。
1.图中表示近地面出现逆温现象的是( )
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
2.对流层大气出现逆温现象时,近地面空气中污染物含量较高的主要原因是( )
A.阻挡了近地面空气水平运动
B.近地面大气中的水汽含量增大
C.抑制了近地面空气对流上升
D.近地面人类排放污染物增多
3.阅读图文材料,完成下列要求。(10分)
北京时间2023年6月3日21时29分,神舟十五号载人飞船与空间站组合体成功分离。6月4日7时9分,神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场(41°N,100°E)成功着陆。下图示意地球大气垂直分层。
(1)描述图中②大气层的主要特征。(3分)
(2)说出东风着陆场所在地对流层的大致高度。(2分)
(3)描述神舟十五号载人飞船从空间站返回地面经历的气温变化,并说明理由。(5分)
答案与分层梯度式解析
第二章 地球上的大气
第一节 大气的组成和垂直分层
基础过关练
1.C 海拔25千米以下的干洁空气中二氧化碳的含量很少,仅占大气总体积的约0.038%,A、B错误;二氧化碳在地球不同地区分布是不均匀的,森林茂密地区含量低,人口稠密、经济发达地区含量高,C正确;氮是地球上生物体的基本元素,D错误。
2.A 二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料,施用二氧化碳气体能增强农作物的光合作用,使农作物增产,A正确;能吸收紫外线、使植物免受伤害的是臭氧,B错误;大气中的二氧化碳和水汽可吸收地面辐射,使大气增温,但这不是农作物增产的主要原因,C错误;空气中的二氧化碳会间接影响地面温度,不会增加降水量,D错误。
3.A 平流层由于上热下冷,大气以水平运动为主,且水汽含量少,大气能见度好,飞机在平流层飞行时既平稳又安全,因此该层适宜飞机飞行,A正确、B错误。电离层存在于高层大气中,C错误。若气温下高上低,则大气不稳定、对流运动旺盛,D错误。
4.C 对流层的高度因纬度而异,在低纬度地区为17~18千米,在中纬度地区为10~12千米,在高纬度地区为8~9千米。整体来看,对流层的高度随纬度的升高而递减。由图文材料可知,该飞机由温哥华起飞,沿航线经过北极上空,最后抵达深圳,所经地区的纬度变化为较低纬度—高纬—较低纬度,故对流层高度的变化是先减后增,C正确。
归纳提升 对流层高度的分布规律及变化特点
对流层的高度取决于大气对流运动的强度,而大气对流运动强度又取决于近地面气温的高低。由于纬度越低,近地面气温往往越高,故全球对流层高度总体由低纬向高纬递减,赤道地区最高,两极地区最低。而从时间变化来看,由于夏季气温高,冬季气温低,故某地的对流层高度一般在夏季最高,在冬季最低。
5.B 结合所学知识可知,根据温度、密度和运动状况的不同,大气自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气,①③④正确,选B。
6.D 图中显示,进入预定轨道的试验卫星应大致运行于800km高空,位于高层大气中。高层大气气压较低、有电离层、天气单一、密度较小,D正确。
7.C 图中显示,①层为对流层,对流层中水汽和杂质多,天气复杂多变,不适合航天飞机飞行;②层为平流层,该层大气以平流运动为主,适合航天飞机飞行,该层有臭氧层而无电离层;③层为高层大气的下部,由于无臭氧吸收紫外线,故其气温随高度增加急剧下降;④层为高层大气的上部,存在电离层,电离层中大气处于高度电离状态,但高层大气无雷雨和冰雹现象。综上分析,C正确。
能力提升练
1.A 本题关键信息为“近地面”。据图可知,对流层内出现大气温度随高度增加而上升现象(即逆温现象)的有甲、乙、丁三幅图,但乙图中逆温层出现在对流层上部,丁图中从近地面至对流层顶全部为逆温层,只有甲图中逆温层出现在近地面,故A项符合题意。乙图和丁图所示的逆温层到达对流层顶是不符合地理事实的,而丙图大致为正常的气温垂直变化图。
2.C 结合材料和所学知识可知,对流层大气出现逆温现象时,近地面空气对流运动会受到抑制,使得空气中的污染物无法及时扩散,出现污染物集聚,进而导致近地面空气中污染物含量较高,出现大气污染问题,C正确;逆温现象主要阻挡近地面空气对流运动(垂直运动),而非水平运动,A错误;近地面大气中污染物含量较高与水汽含量关系不大,B错误;人类排放污染物增多不会只发生在逆温现象出现时,D错误。
3.答案 (1)气温随高度的升高而升高;大气以水平运动为主;天气晴朗,大气能见度好。
(2)10~12km。
(3)气温随着高度的降低而出现降低—升高—降低—升高的变化。
理由:④层大气吸收波长较短的紫外线,气温随海拔降低而降低;③层是高层大气的底层,由于没有臭氧吸收紫外线,气温随海拔降低而升高;②层中臭氧吸收紫外线使大气增温,气温随海拔降低而下降;在①层,地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源,气温随海拔降低而升高。
解析 (1)图中②大气层为平流层,掌握相关基础知识即可准确回答。(2)结合材料和所学知识可知,东风着陆场(41°N,100°E)地处中纬度地区,中纬度的对流层高度为10~12km。(3)从图中可以看出载人飞船从空间站返回地面的过程中,依次经历了高层大气、平流层和对流层,所以气温会依次出现降低—升高—降低—升高的变化(判断本题时一定要注意:载人飞船是从空间站返回地面的,而不是从地面前往空间站)。气温变化的理由是:④层为高层大气的上层,该层有氧原子,可以吸收波长较短的紫外线,使得气温随海拔的降低而降低;③层为高层大气的下层,由于既没有氧原子也没有臭氧,不能吸收紫外线,使得气温随海拔的降低而升高;②层为平流层,该层有臭氧层,可以大量吸收紫外线,导致气温随海拔的降低而降低;①层为对流层,地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源,因此该层气温随海拔降低而升高。
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