第一节 大气的组成和垂直分层
(时间:30分钟 满分:50分)
基础达标
地球大气又称“氮氧大气”。结合地球大气圈25千米以下干洁空气的主要成分表(表1),回答1~2题。
表1
气体成分 体积分数/% 质量分数/%
氮气(N2) 78 75.52
氧气(O2) 21 23.15
氩(Ar) 0.93 1.28
二氧化碳(CO2) 0.042(变动) 0.05
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
【答案】 A
【解析】 地球大气主要由干洁空气、水汽和杂质等构成,干洁空气是其主要成分,干洁空气中氮气和氧气的体积分数和质量分数均约占99%,因此地球大气称为“氮氧大气”,
A正确。
2.下列关于二氧化碳作用的说法,正确的是( )
[A]人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
[B]地球上生物体的基本元素
[C]二氧化碳作为凝结核,是成云致雨的必要条件
[D]吸收地面辐射能力强,使气温升高
【答案】 D
【解析】 一般认为,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,A、B错误;杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件,C错误;二氧化碳吸收地面长波辐射能力强,具有保温作用,使气温升高,D正确。
臭氧可以分为“好”臭氧和“坏”臭氧。臭氧的好坏取决于其所处的位置。“好”臭氧组成臭氧层,可以吸收太阳紫外线;通常情况下,机动车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物,在强烈阳光辐射下就可以生成“坏”臭氧,近地面高浓度臭氧会危害人体健康和生态环境。据此回答3~4题。
3.“好”臭氧主要分布在大气层中的( )
[A]对流层 [B]平流层
[C]高层大气 [D]电离层
【答案】 B
【解析】 “好”臭氧组成臭氧层,主要分布在大气层中的平流层,B正确。
4.推测“坏”臭氧污染严重的时间和地点是( )
[A]清晨的乡村 [B]午后的乡村
[C]清晨的城市 [D]午后的城市
【答案】 D
【解析】 机动车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物,在强烈阳光辐射下就可以生成“坏”臭氧。乡村和城市相比,城市人口数量多,机动车数量更多,产生的氮氧化物和碳氢化合物更多,故城市大于乡村,A、B错误;清晨的城市,温度相对较低,臭氧生成速率较慢,此时“坏”臭氧浓度一般较低,C错误;午后的城市,太阳高度较大,太阳辐射强,氮氧化物和碳氢化合物易生成“坏”臭氧,D正确。
读北半球1月和7月下层大气气温(单位:℃)随纬度和高度的变化图(图1),回答5~
7题。
图1
5.关于对流层气温分布规律的叙述,正确的是( )
[A]顶部,南北温差夏季大于冬季
[B]从底部到顶部的温差,各纬度7月小于1月
[C]顶部,纬度越高,气温越低
[D]从底部到顶部,气温垂直递减率相同
【答案】 A
【解析】 由图可知,北半球7月,对流层顶赤道与北极温差在20℃左右,1月,温差为0℃左右,对流层顶部南北温差夏季大于冬季,A正确;从图中可以看出,从底部到顶部的温差,各纬度7月大于1月,B错误;对流层顶部,夏季纬度越高,气温越高,冬季纬度越高,气温先高后低,C错误;从底部到顶部,气温垂直递减率增加,D错误。
6.形成对流层顶高度变化规律的主要原因是( )
[A]纬度越高,昼长越短
[B]高纬度地区的臭氧含量更高
[C]从底部到顶部的温差,随纬度增加而减小
[D]纬度越高,近地面气温越低,对流强度越弱
【答案】 C
【解析】 由图可知,对流层的高度低纬度高,高纬度低,对流层内大气温度在水平方向的差异和在垂直方向上的递减,是造成对流运动的两个主要原因。低纬度地区受热多,气温高,空气对流旺盛,所及高度高,对流层顶高;高纬度地区受热少,对流较弱,所及高度低,对流层顶低。因此从底部到顶部的温差,随纬度增加而减小,是形成对流层顶高度变化规律的主要原因,C正确。
7.与平流层相关的叙述,正确的是( )
[A]各处都是上暖下冷
[B]太阳紫外线强度随高度上升而递减
[C]气温随高度上升而递减
[D]低纬度地区气温的垂直递增率大
【答案】 D
【解析】 据图可知,平流层高纬度地区上冷下暖,A错误;太阳紫外线强度随高度上升而递增,B错误;气温随高度上升而递增,C错误;低纬度地区气温的垂直递增率大,D正确。
能力提升
雨幡洞云是一种奇特的天气现象(图2),薄薄的云层出现一个空洞,一缕缕“云丝”似乎从洞中心部分落下,犹如“空中水母”。专家解释,这是由于大气层中存在低于0℃而仍然保持液态的过冷液滴,受飞机飞行产生扰动而产生云洞。据此回答8~10题。
图2
8.雨幡洞云位于大气垂直分层中的( )
[A]平流层 [B]对流层
[C]高层大气 [D]无法判断
【答案】 B
【解析】 雨幡洞云是云层的一种,云层分布在水汽和尘埃较多、垂直运动明显的对流层,B正确。
9.过冷液滴没有凝结成冰晶的原因,可能是该区域空气中缺少( )
[A]水汽 [B]低温环境
[C]凝结核 [D]低压环境
【答案】 C
【解析】 水汽凝结成冰晶,一是需要水汽达到过饱和,二是要有凝结核,因此过冷液滴没有凝结成冰晶,是因为缺少凝结核,C正确。
10.发生雨幡洞云的云层温度较低,是由于( )
[A]距离太阳较远 [B]距离地面较远
[C]距臭氧层较远 [D]距电离层较远
【答案】 B
【解析】 雨幡洞云现象发生于对流层,对流层热量来自地面,雨幡洞云的云层温度较低,主要是因为距离地面较远,B正确。
图3是某地某日垂直温度变化时空分布图。读图,回答11~12题。
图3
11.该日此地发生大气逆温现象的时段是( )
[A]8:00—16:30 [B]17:00—23:00
[C]16:30至次日7:00 [D]23:00至次日5:00
【答案】 C
【解析】 逆温指大气在垂直方向上气温随海拔升高而升高的现象,即气温的垂直变化大于0℃,由图可知16:30至次日7:00为逆温出现的时段。故选C。
12.当此地大气发生逆温现象时( )
[A]空气对流更加显著
[B]抑制污染物向上扩散
[C]有利于成云致雨
[D]减少大气中臭氧的含量
【答案】 B
【解析】 逆温现象出现时,大气对流运动减弱,不利于近地面污染物的扩散,也不利于成云致雨,B正确,A、C错误;图中逆温主要出现在近地面对流层,对大气中臭氧含量没有影响,D错误。
13.(14分)阅读图文材料,回答下列问题。
大气中的氧分子在强烈紫外线照射下分解出氧原子,氧原子和氧分子结合会形成臭氧。臭氧主要存在于大气层的对流层和平流层,其中90%的臭氧分布在平流层,剩余10%的臭氧存在于对流层。受人类活动等因素影响,大气中臭氧含量逐渐发生变化。图4、图5分别示意2005—2020年我国山西省大气对流层中臭氧含量的季节和年际变化。
图4
图5
(1)说明臭氧对平流层气温垂直变化的影响。(6分)
(2)简述山西省大气对流层中臭氧含量的变化特征。(4分)
(3)分析山西省大气对流层中臭氧含量季节变化的原因。(4分)
【答案】 (1)臭氧能够吸收太阳辐射中的紫外线,从而使气温升高;从对流层顶往上的平流层,臭氧含量较小,气温随高度变化不大;但是在22~27千米范围内,臭氧含量达到最大,大量吸收紫外线而使气温随高度上升而迅速升高。(6分)
(2)季节和年际变化均较大;从季节变化看,夏季臭氧含量大,冬季臭氧含量小;从年际变化看,臭氧含量总体呈波动上升趋势。(4分)
(3)夏季气温高,太阳辐射中的紫外线强;大气中的氧分子在强烈紫外线照射下分解出氧原子,氧原子和氧分子结合形成臭氧。(4分)
【解析】 第(1)题,平流层中的臭氧能够吸收太阳辐射中的紫外线,使平流层大气温度升高;从对流层顶开始,向上到22千米之间,臭氧的浓度较小,气温随高度的变化不大;在22~
27千米,臭氧的浓度达到最大值,能够大量吸收紫外线,气温随高度的上升而迅速升高。第(2)题,根据图示信息可知,山西省大气对流层中臭氧含量季节变化较大;夏季的臭氧含量较高,冬季的臭氧含量较低。山西省大气对流层中臭氧含量的年际变化也较大,整体呈波动上升的趋势。第(3)题,夏季太阳高度较大,太阳辐射中的紫外线较强,气温较高;大气中的氧分子在强紫外线的照射作用下,发生分解,形成氧原子,氧原子与氧分子结合,形成臭氧,所以夏季臭氧的含量较高;冬季形成的臭氧较少,臭氧含量较低。
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第一节 大气的组成和
垂直分层
【目标导航】
课标要求 素养目标
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。 1.了解低层大气的组成及其作用。(区域认知)
2.运用示意图,分析大气垂直分层的特点及与人类的关系。(综合思维)
3.充分利用各种大气成分与大气层,发挥对人类生产与生活的积极影响。(人地协调观)
4.绘制大气垂直分层图,参与减缓全球变暖和臭氧层破坏的生活实践。(地理实践力)
必备知识·预习导学
一、大气的组成
1.低层大气的组成
低层大气是由干洁空气、水汽和杂质组成的。
2.现代大气的成分及作用
紫外线
成分 作用
干洁空气 氧气(21%) 氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
氮气(78%) 氮是地球上生物体的基本元素
二氧化碳
(0.042%变动) ①二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料;
②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(很少) ①吸收太阳光中的 ,使大气增温;
②减少到达地面的紫外线,对生物具有保护作用
水汽 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
杂质 作为凝结核,是成云致雨的必要条件
温度
3.人类活动对大气组成的影响
人类活动排放的 进入大气,会影响大气的成分和含量,产生
,对生态系统和人类生存造成不利影响。
污染物
大气污染
[想一想] 大气的组成成分是固定不变的吗
提示:不是。从地质作用看,原始大气成分和现代大气成分不同;从当前来看,不同区域地理环境的变化,会导致大气成分的变化;现代生产、生活排放大量的废气,有害气体增加,加剧大气环境的污染。
二、大气的垂直分层
根据温度、运动状况和 ,大气自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气。
1.对流层
(1)位置:在大气圈的最底层。低纬度地区为 千米,高纬度地区仅为 千米。
密度
17~18
8~9
(2)主要特征。
主要特征 成因
气温随高度的升高而递减 热量来自地面辐射
大气对流运动显著 上部冷,下部热
天气现象复杂多变 集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质
(3)与人类活动的关系:人类生活在对流层的底部。
2.平流层
(1)位置:自对流层顶部至50~55千米高空。
(2)组成:在22~27千米范围内含有大量的臭氧,形成 。
(3)主要特征。
臭氧层
[想一想] 将平流层特征及成因连线。
答案:
(4)与人类活动的关系:适合航空飞行。
·技法点拨·
对流层和平流层的判读方法
可以依据大气的物理性质和运动状况等特点进行判读。
(1)温度:温度随高度增加而降低则为对流层;温度随高度增加而增加则为平流层。
(2)气流运动:空气以对流运动为主则为对流层;空气以平流运动为主则为平流层。
(3)天气状况:天气复杂多变则为对流层;以晴朗天气为主则为平流层。
3.高层大气
(1)位置:平流层以上的大气。
(2)主要特征。
要素 主要特征
气
温 下层 没有臭氧吸收紫外线,气温会下降
上层 大气吸收更短波长的太阳紫外线,温度持续上升
密度 很小,在2 000~3 000千米的高空,大气密度与星际空间密度非常接近
电离层 空气高度电离,能反射无线电波
(3)与人类活动的关系:电离层能反射无线电波,对无线电通信有重要作用。
[画一画] 绘制大气垂直分层示意图。
答案:
关键能力·情境导学
学习任务一 大气的组成
【情境·探究导学】
大气成分与气候变化
2023年,天气的异常变化让全球各地的人们都感受到了大自然的威力。从极寒到极热,从暴雨到干旱,各种极端天气层出不穷,让人不禁想问:这个世界怎么了 根据气象学家们的研究,这些极端天气的出现,其实与全球气候变化有着密切的关联。随着人类活动导致温室气体排放的增加,地球的气候系统逐渐失衡,从而引发了一系列极端天气事件。
美国环保局发现臭氧总量每耗减1%,地面紫外线会增加1.5%~2%。他们预测,如果氯氟碳化物的生产和消费不加限制,到2075年,地球臭氧总量将比1985年再耗减25%。
(1)全球变暖与大气中的哪种主要成分有关
提示:二氧化碳。
(2)臭氧有什么作用
提示:臭氧能大量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,保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害。
(3)针对上述问题,你能提出哪些有效的措施
提示:减少化石能源的使用;保护森林;植树造林;研发新型制冷设备,控制氯氟碳化物的产生。
1.大气成分的时空变化
【核心·归纳总结】
成分 变化特点
二氧化碳 夏季较少,冬季较多;乡村较少,城市较多,重工业发达的城市更多
杂质 一般来说,近地面大气陆地多于海洋,城市多于乡村,冬春季节多于夏秋季节
水汽 因海陆位置、纬度、地势高低而有差异,大致低纬度地区多于高纬度地区,海洋多于陆地
·方法点拨·
辩证分析大气成分对人类活动的影响
大气成分 适量 过量
二氧化碳 光合作用原料,地表保温 全球变暖,气候异常,生态恶化
杂质 成云致雨 大气污染
2.人类活动对大气成分的影响
由人类活动造成的大气的成分和含量变化已导致大气污染,并造成了全球性的大气环境问题。
水的相变与潜热输送
水的相变(气态、液态、固态三者的相互转变)产生了云、雨、雾、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。如下图所示。
·拓展延伸·
近年来,生活在沃拉斯顿群岛的许多动物视力严重退化,羊患上了白内障,野兔和鸟类几乎双目失明,渔民捕到的鱼大多是盲鱼。当地居民外出时暴露的皮肤很快就被晒得通红,眼睛也有痒痛感。这种情况是由大气层中臭氧层被破坏而造成的。读图,回答1~2题。
【实践·学以致用】
B
1.造成当地环境问题的臭氧层空洞出现在
( )
[A]北极上空 [B]南极上空
[C]赤道上空 [D]青藏高原上空
【解析】 本题考查臭氧层空洞位置。纬度位置→沃拉斯顿群岛位于南半球中高纬度地区→靠近南极→受南极上空臭氧层空洞的影响。
2.臭氧层能够大量吸收( )
[A]太阳辐射中的紫外线
[B]太阳辐射中的红外线
[C]地面辐射
[D]大气辐射
A
【解析】 本题考查臭氧对生物的作用。臭氧层能够大量吸收太阳辐射中的紫外线,对生物具有保护作用。
低层大气的组成成分主要分三部分:干洁空气、水汽和杂质。据此回答3~5题。
3.空气是一种宝贵的资源。干洁空气中能吸收紫外线的是( )
[A]二氧化碳 [B]氮气
[C]氧气 [D]臭氧
D
【解析】 臭氧主要分布在地球大气平流层,能够吸收太阳光中的紫外线,保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害,D正确。
4.大气中( )
[A]氧气是光合作用的基本原料
[B]二氧化碳是地球生物体的基本元素
[C]氮气是维持生命活动所必需的物质
[D]水汽和杂质是成云致雨的必要条件
D
【解析】 绿色植物利用太阳光能进行光合作用,把二氧化碳等物质合成有机物,因此二氧化碳是光合作用的基本原料,A错误;氧气是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质,氮气是地球上生物体的基本元素,B、C错误;水汽和杂质是成云致雨的必要条件,D正确。
5.大气中二氧化碳含量与日俱增的原因主要是( )
[A]冰川融化,海平面上升
[B]臭氧的大量减少
[C]全球变暖越来越严重
[D]化石能源燃烧和森林破坏
D
【解析】 全球变暖越来越严重、冰川融化,海平面上升是二氧化碳增加的结果,而不是其成因,A、C错误;臭氧的减少与二氧化碳的增加之间并无关联,B错误;大量使用煤炭、石油等化石能源,排放大量二氧化碳,森林被大肆破坏,导致二氧化碳吸收减少,使得大气中的二氧化碳增多,D正确。
【情境·探究导学】
神舟十七号成功返回
中国空间站“天宫号”的轨道高度为400~450千米,空间站每90分钟左右即可绕地球运行一圈。2024年4月30日,载有3名航天员的神舟十七号载人飞船成功降落在东风着陆场。下图示意神舟十七号返回的主要阶段。
学习任务二 大气的垂直分层
(1)指出神舟十七号返回时依次经过的大气层。
提示:神舟十七号自上而下依次经过高层大气、平流层和对流层。
(2)说出神舟十七号在④点位时所在大气层名称,其主要的特点有哪些
提示:④点位所在大气层为对流层,对流层大气的主要特点为:对流层集中了几乎全部的水汽、杂质;对流层中对流运动显著;对流层能产生丰富的云、霜、雾、雪、风、雨、雷、电等天气变化;对流层温度随高度升高而降低。
(3)简述神舟十七号从②点位到③点位时大气密度、大气压强、气温的变化。
提示:从②点位到③点位时大气密度增大、大气压强增加、气温先降后增。
大气的垂直分层
【核心·归纳总结】
大气分层 对流层 平流层 高层大气
高度 低纬度地区17~18千米,中纬度地区10~12千米,高纬度地区8~9千米 自对流层顶部至50~55千米高空 平流层以上的大气
气温垂直变化 规律 气温随高度升高而递减,每升高100米,气温降低约0.6℃ 下层气温随高度变化很小,30千米以上气温随高度增加而迅速上升 起初气温随高度增加而递减,后随高度增加而上升
原因 地面是对流层大气主要的、直接的热源,气温随高度升高而递减 该层靠臭氧大量吸收太阳紫外线而增温 高空有氧原子等吸收太阳辐射
空气运动 对流运动显著 平流运动为主 自下而上先对流后平流
天气现象 复杂多变 天气晴朗 稳定少变
与人类的关系 人类生活在对流层底部,对流层与人类关系最密切 臭氧层大量吸收紫外线,被称为“地球生命的保护伞”;大气稳定,适合航空飞行 存在若干电离层,能反射无线电波,对无线电通信有重要作用
对流层厚度的变化
(1)随季节变化:夏季厚,冬季薄。
(2)随纬度变化:不同纬度对流层厚度不一样,低纬度地区地面受热多,对流活动旺盛,因此,对流层的厚度厚;而高纬度地区地面受热较少,对流活动较弱,所以,对流层的厚度薄;中纬度地区则居中。如下图所示:
·拓展延伸·
在中国北极科考期间,“雪龙”号科考船利用高空气球探空仪在北极太平洋区(70°N~85°N,150°W~170°W)开展探空观测,平均探空高度为31.15千米。下图示意科考人员某次放飞的探空仪及其获取的低层大气垂直方向温度变化。读图,回答1~2题。
【实践·学以致用】
1.对流层顶部的高度因纬度不同而异。据图推测北极地区对流层顶部高度为( )
[A]0~2千米 [B]8~9千米
[C]10~11千米 [D]13~14千米
C
【解析】 对流层温度随高度的升高而降低。图示2千米以下气温随海拔升高而升高,属于近地面逆温层,2千米处接近逆温层顶部,但仍在对流层,A错误;8~9千米气温随海拔升高而降低,仍在对流层内部,B错误;10~11千米以上气温随海拔升高而升高,说明已到达了对流层顶,进入平流层,C正确;13~14千米处气温随海拔升高而基本保持不变,属于平流层,D错误。
2.高空气球探空仪在上升到30千米左右后易自行爆炸,主要是因为升空过程中( )
[A]臭氧浓度增加 [B]宇宙射线增强
[C]气温先降后升 [D]气压不断降低
D
【解析】 受地心引力的影响,大气层随着高度的不断上升,周围空气越来越稀薄,气压不断减小,在气球内部气压远高于外部气压的情况下易自行爆炸,D正确。
积状云是垂直发展的云块,具有孤立分散、云底平坦和顶部凸起的形态。其形成与不稳定的大气对流运动有关。大气对流强度不同,分别会形成淡积云、浓积云和积雨云三种类型。下图为三种积状云形成示意图。据此回答3~5题。
3.积状云形成在大气分层中的( )
[A]对流层 [B]平流层
[C]高层大气 [D]电离层
A
【解析】 积状云的形成与不稳定的大气对流运动有关,所以积状云形成于大气中的对流层,A正确。
4.在我国季风区,积雨云多出现在( )
[A]春季清晨 [B]夏季午后
[C]秋季傍晚 [D]冬季深夜
B
【解析】 积雨云主要是空气对流上升形成的,所以积雨云出现概率最大的时间即为对流最旺盛的时间,也就是近地面温度最高的时间,故积雨云多出现在夏季午后,B正确。
5.三种积状云出现冰雹天气概率最大的是( )
[A]淡积云
[B]浓积云
[C]积雨云
[D]无法判断
C
【解析】 形成冰雹天气的条件是水汽必须凝结成固态,即冻结,所以对流高度要达到冻结高度。能达到这个高度的只有积雨云,C正确。
课堂小结·视野拓展
课堂小结 地理视野
南极臭氧洞
位于南极地区上空大范围臭氧层厚度减薄和浓度减弱的区域。20世纪80年代初,科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重,习惯上将南极地区上空臭氧层厚度降到低于220个多布森单位(表示大气臭氧总含量和浓度的单位)的区域称为“南极臭氧洞”,主要是因为人类大量使用氯氟烃(氟利昂之类)造成每年在南半球春季(8—10月)时南极上空臭氧含量严重减少,与特定的气象条件有关。第一节 大气的组成和垂直分层
【目标导航】
课标要求 素养目标
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。 1.了解低层大气的组成及其作用。(区域认知) 2.运用示意图,分析大气垂直分层的特点及与人类的关系。(综合思维) 3.充分利用各种大气成分与大气层,发挥对人类生产与生活的积极影响。(人地协调观) 4.绘制大气垂直分层图,参与减缓全球变暖和臭氧层破坏的生活实践。(地理实践力)
一、大气的组成
1.低层大气的组成
低层大气是由干洁空气、水汽和杂质组成的。
2.现代大气的成分及作用
成分 作用
干洁空气 氧气 (21%) 氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
氮气 (78%) 氮是地球上生物体的基本元素
二氧 化碳 (0.042% 变动) ①二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料; ②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 (很少) ①吸收太阳光中的紫外线,使大气增温; ②减少到达地面的紫外线,对生物具有保护作用
水汽 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
杂质 作为凝结核,是成云致雨的必要条件
3.人类活动对大气组成的影响
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。
[想一想] 大气的组成成分是固定不变的吗
提示:不是。从地质作用看,原始大气成分和现代大气成分不同;从当前来看,不同区域地理环境的变化,会导致大气成分的变化;现代生产、生活排放大量的废气,有害气体增加,加剧大气环境的污染。
二、大气的垂直分层
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。
1.对流层
(1)位置:在大气圈的最底层。低纬度地区为17~18千米,高纬度地区仅为8~9千米。
(2)主要特征。
主要特征 成因
气温随高度的升高而递减 热量来自地面辐射
大气对流运动显著 上部冷,下部热
天气现象复杂多变 集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质
(3)与人类活动的关系:人类生活在对流层的底部。
2.平流层
(1)位置:自对流层顶部至50~55千米高空。
(2)组成:在22~27千米范围内含有大量的臭氧,形成臭氧层。
(3)主要特征。
[连一连] 将平流层特征及成因连线。
答案:
(4)与人类活动的关系:适合航空飞行。
对流层和平流层的判读方法
可以依据大气的物理性质和运动状况等特点进行判读。
(1)温度:温度随高度增加而降低则为对流层;温度随高度增加而增加则为平流层。
(2)气流运动:空气以对流运动为主则为对流层;空气以平流运动为主则为平流层。
(3)天气状况:天气复杂多变则为对流层;以晴朗天气为主则为平流层。
3.高层大气
(1)位置:平流层以上的大气。
(2)主要特征。
要素 主要特征
气 温 下层 没有臭氧吸收紫外线,气温会下降
上层 大气吸收更短波长的太阳紫外线,温度持续上升
密度 很小,在2 000~3 000千米的高空,大气密度与星际空间密度非常接近
电离层 空气高度电离,能反射无线电波
(3)与人类活动的关系:电离层能反射无线电波,对无线电通信有重要作用。
[画一画] 绘制大气垂直分层示意图。
答案:
学习任务一 大气的组成
【情境·探究导学】
大气成分与气候变化
2023年,天气的异常变化让全球各地的人们都感受到了大自然的威力。从极寒到极热,从暴雨到干旱,各种极端天气层出不穷,让人不禁想问:这个世界怎么了 根据气象学家们的研究,这些极端天气的出现,其实与全球气候变化有着密切的关联。随着人类活动导致温室气体排放的增加,地球的气候系统逐渐失衡,从而引发了一系列极端天气事件。
美国环保局发现臭氧总量每耗减1%,地面紫外线会增加1.5%~2%。他们预测,如果氯氟碳化物的生产和消费不加限制,到2075年,地球臭氧总量将比1985年再耗减25%。
(1)全球变暖与大气中的哪种主要成分有关
提示:二氧化碳。
(2)臭氧有什么作用
提示:臭氧能大量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,保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害。
(3)针对上述问题,你能提出哪些有效的措施
提示:减少化石能源的使用;保护森林;植树造林;研发新型制冷设备,控制氯氟碳化物的产生。
【核心·归纳总结】
1.大气成分的时空变化
成分 变化特点
二氧化碳 夏季较少,冬季较多;乡村较少,城市较多,重工业发达的城市更多
杂质 一般来说,近地面大气陆地多于海洋,城市多于乡村,冬春季节多于夏秋季节
水汽 因海陆位置、纬度、地势高低而有差异,大致低纬度地区多于高纬度地区,海洋多于陆地
辩证分析大气成分对人类活动的影响
大气成分 适量 过量
二氧化碳 光合作用原料,地表保温 全球变暖,气候异常,生态恶化
杂质 成云致雨 大气污染
2.人类活动对大气成分的影响
由人类活动造成的大气的成分和含量变化已导致大气污染,并造成了全球性的大气环境问题。
水的相变与潜热输送
水的相变(气态、液态、固态三者的相互转变)产生了云、雨、雾、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。如下图所示。
【实践·学以致用】
近年来,生活在沃拉斯顿群岛的许多动物视力严重退化,羊患上了白内障,野兔和鸟类几乎双目失明,渔民捕到的鱼大多是盲鱼。当地居民外出时暴露的皮肤很快就被晒得通红,眼睛也有痒痛感。这种情况是由大气层中臭氧层被破坏而造成的。读图,回答1~2题。
1.造成当地环境问题的臭氧层空洞出现在( )
[A]北极上空 [B]南极上空
[C]赤道上空 [D]青藏高原上空
【答案】 B
【解析】 本题考查臭氧层空洞位置。纬度位置→沃拉斯顿群岛位于南半球中高纬度地区→靠近南极→受南极上空臭氧层空洞的影响。
2.臭氧层能够大量吸收( )
[A]太阳辐射中的紫外线
[B]太阳辐射中的红外线
[C]地面辐射
[D]大气辐射
【答案】 A
【解析】 本题考查臭氧对生物的作用。臭氧层能够大量吸收太阳辐射中的紫外线,对生物具有保护作用。
低层大气的组成成分主要分三部分:干洁空气、水汽和杂质。据此回答3~5题。
3.空气是一种宝贵的资源。干洁空气中能吸收紫外线的是( )
[A]二氧化碳 [B]氮气
[C]氧气 [D]臭氧
【答案】 D
【解析】 臭氧主要分布在地球大气平流层,能够吸收太阳光中的紫外线,保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害,D正确。
4.大气中( )
[A]氧气是光合作用的基本原料
[B]二氧化碳是地球生物体的基本元素
[C]氮气是维持生命活动所必需的物质
[D]水汽和杂质是成云致雨的必要条件
【答案】 D
【解析】 绿色植物利用太阳光能进行光合作用,把二氧化碳等物质合成有机物,因此二氧化碳是光合作用的基本原料,A错误;氧气是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质,氮气是地球上生物体的基本元素,B、C错误;水汽和杂质是成云致雨的必要条件,D正确。
5.大气中二氧化碳含量与日俱增的原因主要是( )
[A]冰川融化,海平面上升
[B]臭氧的大量减少
[C]全球变暖越来越严重
[D]化石能源燃烧和森林破坏
【答案】 D
【解析】 全球变暖越来越严重、冰川融化,海平面上升是二氧化碳增加的结果,而不是其成因,A、C错误;臭氧的减少与二氧化碳的增加之间并无关联,B错误;大量使用煤炭、石油等化石能源,排放大量二氧化碳,森林被大肆破坏,导致二氧化碳吸收减少,使得大气中的二氧化碳增多,D正确。
学习任务二 大气的垂直分层
【情境·探究导学】
神舟十七号成功返回
中国空间站“天宫号”的轨道高度为400~450千米,空间站每90分钟左右即可绕地球运行一圈。2024年4月30日,载有3名航天员的神舟十七号载人飞船成功降落在东风着陆场。下图示意神舟十七号返回的主要阶段。
(1)指出神舟十七号返回时依次经过的大气层。
提示:神舟十七号自上而下依次经过高层大气、平流层和对流层。
(2)说出神舟十七号在④点位时所在大气层名称,其主要的特点有哪些
提示:④点位所在大气层为对流层,对流层大气的主要特点为:对流层集中了几乎全部的水汽、杂质;对流层中对流运动显著;对流层能产生丰富的云、霜、雾、雪、风、雨、雷、电等天气变化;对流层温度随高度升高而降低。
(3)简述神舟十七号从②点位到③点位时大气密度、大气压强、气温的变化。
提示:从②点位到③点位时大气密度增大、大气压强增加、气温先降后增。
【核心·归纳总结】
大气的垂直分层
大气分层 对流层 平流层 高层大气
高度 低纬度地区17~18千米,中纬度地区10~12千米,高纬度地区8~9千米 自对流层顶部至50~55千米高空 平流层以上的大气
气温垂直变化 规律 气温随高度升高而递减,每升高100米,气温降低约0.6℃ 下层气温随高度变化很小,30千米以上气温随高度增加而迅速上升 起初气温随高度增加而递减,后随高度增加而上升
原因 地面是对流层大气主要的、直接的热源,气温随高度升高而递减 该层靠臭氧大量吸收太阳紫外线而增温 高空有氧原子等吸收太阳辐射
空气运动 对流运动显著 平流运动为主 自下而上先对流后平流
天气现象 复杂多变 天气晴朗 稳定少变
与人类的关系 人类生活在对流层底部,对流层与人类关系最密切 臭氧层大量吸收紫外线,被称为“地球生命的保护伞”;大气稳定,适合航空飞行 存在若干电离层,能反射无线电波,对无线电通信有重要作用
对流层厚度的变化
(1)随季节变化:夏季厚,冬季薄。
(2)随纬度变化:不同纬度对流层厚度不一样,低纬度地区地面受热多,对流活动旺盛,因此,对流层的厚度厚;而高纬度地区地面受热较少,对流活动较弱,所以,对流层的厚度薄;中纬度地区则居中。如下图所示:
【实践·学以致用】
在中国北极科考期间,“雪龙”号科考船利用高空气球探空仪在北极太平洋区(70°N~85°N,150°W~170°W)开展探空观测,平均探空高度为31.15千米。下图示意科考人员某次放飞的探空仪及其获取的低层大气垂直方向温度变化。读图,回答1~2题。
1.对流层顶部的高度因纬度不同而异。据图推测北极地区对流层顶部高度为( )
[A]0~2千米 [B]8~9千米
[C]10~11千米 [D]13~14千米
【答案】 C
【解析】 对流层温度随高度的升高而降低。图示2千米以下气温随海拔升高而升高,属于近地面逆温层,2千米处接近逆温层顶部,但仍在对流层,A错误;8~9千米气温随海拔升高而降低,仍在对流层内部,B错误;10~11千米以上气温随海拔升高而升高,说明已到达了对流层顶,进入平流层,C正确;13~14千米处气温随海拔升高而基本保持不变,属于平流层,D错误。
2.高空气球探空仪在上升到30千米左右后易自行爆炸,主要是因为升空过程中( )
[A]臭氧浓度增加 [B]宇宙射线增强
[C]气温先降后升 [D]气压不断降低
【答案】 D
【解析】 受地心引力的影响,大气层随着高度的不断上升,周围空气越来越稀薄,气压不断减小,在气球内部气压远高于外部气压的情况下易自行爆炸,D正确。
积状云是垂直发展的云块,具有孤立分散、云底平坦和顶部凸起的形态。其形成与不稳定的大气对流运动有关。大气对流强度不同,分别会形成淡积云、浓积云和积雨云三种类型。下图为三种积状云形成示意图。据此回答3~5题。
3.积状云形成在大气分层中的( )
[A]对流层 [B]平流层
[C]高层大气 [D]电离层
【答案】 A
【解析】 积状云的形成与不稳定的大气对流运动有关,所以积状云形成于大气中的对流层,A正确。
4.在我国季风区,积雨云多出现在( )
[A]春季清晨 [B]夏季午后
[C]秋季傍晚 [D]冬季深夜
【答案】 B
【解析】 积雨云主要是空气对流上升形成的,所以积雨云出现概率最大的时间即为对流最旺盛的时间,也就是近地面温度最高的时间,故积雨云多出现在夏季午后,B正确。
5.三种积状云出现冰雹天气概率最大的是( )
[A]淡积云
[B]浓积云
[C]积雨云
[D]无法判断
【答案】 C
【解析】 形成冰雹天气的条件是水汽必须凝结成固态,即冻结,所以对流高度要达到冻结高度。能达到这个高度的只有积雨云,C正确。
课堂小结 地理视野
南极臭氧洞 位于南极地区上空大范围臭氧层厚度减薄和浓度减弱的区域。20世纪80年代初,科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重,习惯上将南极地区上空臭氧层厚度降到低于220个多布森单位(表示大气臭氧总含量和浓度的单位)的区域称为“南极臭氧洞”,主要是因为人类大量使用氯氟烃(氟利昂之类)造成每年在南半球春季(8—10月)时南极上空臭氧含量严重减少,与特定的气象条件有关。
(时间:30分钟 满分:50分)
基础达标
地球大气又称“氮氧大气”。结合地球大气圈25千米以下干洁空气的主要成分表(表1),回答1~2题。
表1
气体成分 体积分数/% 质量分数/%
氮气(N2) 78 75.52
氧气(O2) 21 23.15
氩(Ar) 0.93 1.28
二氧化碳(CO2) 0.042(变动) 0.05
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
【答案】 A
【解析】 地球大气主要由干洁空气、水汽和杂质等构成,干洁空气是其主要成分,干洁空气中氮气和氧气的体积分数和质量分数均约占99%,因此地球大气称为“氮氧大气”,
A正确。
2.下列关于二氧化碳作用的说法,正确的是( )
[A]人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
[B]地球上生物体的基本元素
[C]二氧化碳作为凝结核,是成云致雨的必要条件
[D]吸收地面辐射能力强,使气温升高
【答案】 D
【解析】 一般认为,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,A、B错误;杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件,C错误;二氧化碳吸收地面长波辐射能力强,具有保温作用,使气温升高,D正确。
臭氧可以分为“好”臭氧和“坏”臭氧。臭氧的好坏取决于其所处的位置。“好”臭氧组成臭氧层,可以吸收太阳紫外线;通常情况下,机动车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物,在强烈阳光辐射下就可以生成“坏”臭氧,近地面高浓度臭氧会危害人体健康和生态环境。据此回答3~4题。
3.“好”臭氧主要分布在大气层中的( )
[A]对流层 [B]平流层
[C]高层大气 [D]电离层
【答案】 B
【解析】 “好”臭氧组成臭氧层,主要分布在大气层中的平流层,B正确。
4.推测“坏”臭氧污染严重的时间和地点是( )
[A]清晨的乡村 [B]午后的乡村
[C]清晨的城市 [D]午后的城市
【答案】 D
【解析】 机动车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物,在强烈阳光辐射下就可以生成“坏”臭氧。乡村和城市相比,城市人口数量多,机动车数量更多,产生的氮氧化物和碳氢化合物更多,故城市大于乡村,A、B错误;清晨的城市,温度相对较低,臭氧生成速率较慢,此时“坏”臭氧浓度一般较低,C错误;午后的城市,太阳高度较大,太阳辐射强,氮氧化物和碳氢化合物易生成“坏”臭氧,D正确。
读北半球1月和7月下层大气气温(单位:℃)随纬度和高度的变化图(图1),回答5~
7题。
图1
5.关于对流层气温分布规律的叙述,正确的是( )
[A]顶部,南北温差夏季大于冬季
[B]从底部到顶部的温差,各纬度7月小于1月
[C]顶部,纬度越高,气温越低
[D]从底部到顶部,气温垂直递减率相同
【答案】 A
【解析】 由图可知,北半球7月,对流层顶赤道与北极温差在20℃左右,1月,温差为0℃左右,对流层顶部南北温差夏季大于冬季,A正确;从图中可以看出,从底部到顶部的温差,各纬度7月大于1月,B错误;对流层顶部,夏季纬度越高,气温越高,冬季纬度越高,气温先高后低,C错误;从底部到顶部,气温垂直递减率增加,D错误。
6.形成对流层顶高度变化规律的主要原因是( )
[A]纬度越高,昼长越短
[B]高纬度地区的臭氧含量更高
[C]从底部到顶部的温差,随纬度增加而减小
[D]纬度越高,近地面气温越低,对流强度越弱
【答案】 C
【解析】 由图可知,对流层的高度低纬度高,高纬度低,对流层内大气温度在水平方向的差异和在垂直方向上的递减,是造成对流运动的两个主要原因。低纬度地区受热多,气温高,空气对流旺盛,所及高度高,对流层顶高;高纬度地区受热少,对流较弱,所及高度低,对流层顶低。因此从底部到顶部的温差,随纬度增加而减小,是形成对流层顶高度变化规律的主要原因,C正确。
7.与平流层相关的叙述,正确的是( )
[A]各处都是上暖下冷
[B]太阳紫外线强度随高度上升而递减
[C]气温随高度上升而递减
[D]低纬度地区气温的垂直递增率大
【答案】 D
【解析】 据图可知,平流层高纬度地区上冷下暖,A错误;太阳紫外线强度随高度上升而递增,B错误;气温随高度上升而递增,C错误;低纬度地区气温的垂直递增率大,D正确。
能力提升
雨幡洞云是一种奇特的天气现象(图2),薄薄的云层出现一个空洞,一缕缕“云丝”似乎从洞中心部分落下,犹如“空中水母”。专家解释,这是由于大气层中存在低于0℃而仍然保持液态的过冷液滴,受飞机飞行产生扰动而产生云洞。据此回答8~10题。
图2
8.雨幡洞云位于大气垂直分层中的( )
[A]平流层 [B]对流层
[C]高层大气 [D]无法判断
【答案】 B
【解析】 雨幡洞云是云层的一种,云层分布在水汽和尘埃较多、垂直运动明显的对流层,B正确。
9.过冷液滴没有凝结成冰晶的原因,可能是该区域空气中缺少( )
[A]水汽 [B]低温环境
[C]凝结核 [D]低压环境
【答案】 C
【解析】 水汽凝结成冰晶,一是需要水汽达到过饱和,二是要有凝结核,因此过冷液滴没有凝结成冰晶,是因为缺少凝结核,C正确。
10.发生雨幡洞云的云层温度较低,是由于( )
[A]距离太阳较远 [B]距离地面较远
[C]距臭氧层较远 [D]距电离层较远
【答案】 B
【解析】 雨幡洞云现象发生于对流层,对流层热量来自地面,雨幡洞云的云层温度较低,主要是因为距离地面较远,B正确。
图3是某地某日垂直温度变化时空分布图。读图,回答11~12题。
图3
11.该日此地发生大气逆温现象的时段是( )
[A]8:00—16:30 [B]17:00—23:00
[C]16:30至次日7:00 [D]23:00至次日5:00
【答案】 C
【解析】 逆温指大气在垂直方向上气温随海拔升高而升高的现象,即气温的垂直变化大于0℃,由图可知16:30至次日7:00为逆温出现的时段。故选C。
12.当此地大气发生逆温现象时( )
[A]空气对流更加显著
[B]抑制污染物向上扩散
[C]有利于成云致雨
[D]减少大气中臭氧的含量
【答案】 B
【解析】 逆温现象出现时,大气对流运动减弱,不利于近地面污染物的扩散,也不利于成云致雨,B正确,A、C错误;图中逆温主要出现在近地面对流层,对大气中臭氧含量没有影响,D错误。
13.(14分)阅读图文材料,回答下列问题。
大气中的氧分子在强烈紫外线照射下分解出氧原子,氧原子和氧分子结合会形成臭氧。臭氧主要存在于大气层的对流层和平流层,其中90%的臭氧分布在平流层,剩余10%的臭氧存在于对流层。受人类活动等因素影响,大气中臭氧含量逐渐发生变化。图4、图5分别示意2005—2020年我国山西省大气对流层中臭氧含量的季节和年际变化。
图4
图5
(1)说明臭氧对平流层气温垂直变化的影响。(6分)
(2)简述山西省大气对流层中臭氧含量的变化特征。(4分)
(3)分析山西省大气对流层中臭氧含量季节变化的原因。(4分)
【答案】 (1)臭氧能够吸收太阳辐射中的紫外线,从而使气温升高;从对流层顶往上的平流层,臭氧含量较小,气温随高度变化不大;但是在22~27千米范围内,臭氧含量达到最大,大量吸收紫外线而使气温随高度上升而迅速升高。(6分)
(2)季节和年际变化均较大;从季节变化看,夏季臭氧含量大,冬季臭氧含量小;从年际变化看,臭氧含量总体呈波动上升趋势。(4分)
(3)夏季气温高,太阳辐射中的紫外线强;大气中的氧分子在强烈紫外线照射下分解出氧原子,氧原子和氧分子结合形成臭氧。(4分)
【解析】 第(1)题,平流层中的臭氧能够吸收太阳辐射中的紫外线,使平流层大气温度升高;从对流层顶开始,向上到22千米之间,臭氧的浓度较小,气温随高度的变化不大;在22~
27千米,臭氧的浓度达到最大值,能够大量吸收紫外线,气温随高度的上升而迅速升高。第(2)题,根据图示信息可知,山西省大气对流层中臭氧含量季节变化较大;夏季的臭氧含量较高,冬季的臭氧含量较低。山西省大气对流层中臭氧含量的年际变化也较大,整体呈波动上升的趋势。第(3)题,夏季太阳高度较大,太阳辐射中的紫外线较强,气温较高;大气中的氧分子在强紫外线的照射作用下,发生分解,形成氧原子,氧原子与氧分子结合,形成臭氧,所以夏季臭氧的含量较高;冬季形成的臭氧较少,臭氧含量较低。
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