第二章 地球上的大气
1.低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。干洁空气主要成分是氮气和氧气。
2.大气中的氧气、二氧化碳、水汽等对生命活动、自然环境具有重要作用，与人类活动有着密切的联系。
3.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。
4.人类生活在对流层的底部，并充分利用各层大气的特点开展相应活动。
5.太阳辐射加热地面，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
6.大气通过大气逆辐射对地面起保温作用。
7.地表冷热不均，形成大气热力环流。大气热力环流是大气运动的一种简单形式。
8.大气的水平运动即风。风主要受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的影响。
学习本章内容，能够运用气象仪器、简易教具等，观察、识别、描述与大气有关的自然现象；具备一定的运用考察、实验、调查等方式进行科学探究的意识和能力（地理实践力）。能够运用大气科学的基础知识，说明一些大气现象之间的关系和变化过程（综合思维）。能够在一定程度上合理描述和解释特定区域的天气和气候现象，并说明其对人类的影响（区域认知、人地协调观）。
与本章知识相关的名校及专业
《中国大学及学科专业评价报告（2017—2018）》大气科学类专业大学排名
排名
学校名称
星级
1
南京信息工程大学
★★★★★
2
南京大学
★★★★
3
北京大学
★★★★
4
兰州大学
★★★
5
中山大学
★★★
6
中国海洋大学
★★★
7
中国科学技术大学
★★★
与本章知识相关的名人及职业
第一节 大气的组成和垂直分层
课标内容
核心素养目标
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.观察、识别、描述与大气有关的自然现象，形成科学探究的意识和能力。【地理实践力】
2.利用不同区域对流层高度的变化，分析飞机飞行高度变化。【综合思维】
3.能够解释大气成分变化的影响及各圈层的人类活动、地理现象等。【区域认知】
4.理解大气对人类活动的影响，树立人类与大气环境相互协调意识。【人地协调观】
知识清单一 大气的组成
组成
含量
作用
干洁空气
氮
二者占干洁空气体积的99%
地球上生物体的基本元素
氧
一切生物维持生命活动必需的物质
二氧化碳
很少
绿色植物进行光合作用的基本原料；对地面有保温作用
吸收二氧化碳，放出氧气
臭氧
很少
吸收太阳光中的紫外线，保护地球生物
水汽
很少
影响天气变化的重要因素
固体杂质
知识清单二 大气的垂直分层
（1）依据：大气在垂直方向上温度、运动状况和密度。
（2）各个大气层的特点和作用
①对流层
②平流层
③高层大气
大气中的臭氧被誉为“地球生命的保护伞”，它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线，使生物免遭这种射线的危害。
不同纬度对流层高度是不一样的
低纬地区，地面受热多，对流活动旺盛，因此对流层的高度高；而高纬地区，地面受热较少，对流活动较弱，所以，对流层的高度低。
任务清单一 大气的组成及其作用
情境探究
[情境] 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。阅读材料，小组合作探究：
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%。氟氯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，全球氟氯烃的年消费量已达到100万吨。
[探究] 大气组成的这种变化，会产生什么影响？
提示 如果二氧化碳继续增加，地球持续变暖，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。氟氯烃给人类带来的危害是损害大气的臭氧层，导致全世界皮肤癌发病率上升和全球气温增高。
素养凝练
臭氧层破坏
1.原因：①自然：太阳活动的自然因素；②人为：人类向大气中排放消耗臭氧的物质（例如：氟氯烃类化合物）。
2.后果：①影响人类的健康。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病的人数大量增加；另一方面，过量的
紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率；②影响农作物的产量和质量；③影响水生生态系统，会直接引起整个水生食物链的破坏。
3.措施：①减少破坏臭氧层的有害气体的排放，如冰箱制冷剂氟氯昂的排放（改为无氟制冷剂）；②寻找新的替代品，对替代品的研制要加大力度。
素养应用
例1：（人地协调观）
阅读图文资料，合作探究完成下列要求。
氟氯烃等气体在低空不易分解，上升到平流层，破坏臭氧，使臭氧层变薄或出现空洞。
南极臭氧层空洞的变化
臭氧空洞最严重的是南北极和青藏高原地区，这“三极”自然条件恶劣，人烟稀少，当地人们向大气中所排放的氟氯烃数量有限，为什么“三地”上空臭氧层所受的破坏反而比较严重呢？
提示 由于“三极”地区上空的对流层较低，相应的平流层的高度也随之降低。人们向对流层大气中排放的氟氯烃会随着大气的环流运动而到达“三极”地区的上空，进而破坏臭氧层。
任务清单二 大气的垂直分层
情境探究
[情境] 下图为低层大气的垂直分层示意图。请小组合作探究：
[探究] （1）对流层的气温在垂直方向上分布有何特点？该层的厚度随纬度如何变化？为什么？
（2）平流层的气温分布有何特点？原因是什么？
提示 （1）对流层的气温随高度增加而降低。对流层的厚度随纬度增高而降低。低纬地区受热多，气温高，空气对流旺盛，所以高度大；高纬地区受热少，对流较弱，所以高度小。
（2）平流层的气温随高度升高迅速上升，是因为该层上部有臭氧层，吸收太阳紫外线的热量。
素养凝练
1.大气的垂直分层及其特点
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：
17～18千米
中纬：
10～12千米
高纬：
8～9千米
气温随高度的增加而递减（每升高100米，气温平均下降0.6 ℃）
地面是对流层大气的主要直接热源
人类生活在对流层底部，对流层与人类关系最密切
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、杂质都集中在该层，对流运动显著，易成云致雨
平流层
从对流层顶至50～55千米
气温随高度增加呈明显递增趋势
该层中的臭氧吸收太阳紫外线
人类生存环境的天然屏障；利于航空飞行
以平流运动为主
该层大气上热下冷，大气平稳
天气晴朗
水汽、杂质含量极少，大气平稳
高层大气
从平流层顶到3 000千米
大气密度非常小
距地面远，受到引力小
电离层能反射无线电短波
2.大气逆温与生产生活
（1）逆温的含义有两种情况：①海拔上升，气温升高；②海拔上升，气温下降，但幅度小于每上升1 000米，温度降低6 ℃。（即气温下降幅度小于垂直递减率）。
（2）逆温的影响
对天气而言：表明大气结构稳定，对流微弱，天气晴好为主。
对环境而言：它可以阻碍空气垂直运动的发展，使大量烟、尘、水汽凝结物聚集在其下面，使能见度降低等。
素养应用
例2：（地理实践力）
由于“逆温层”的存在，大气很稳定，对流作用减弱，空气中水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，只能滞留在近地面。张华居住在某重工业城市，他习惯于在清晨的林荫道上跑步。根据下图说明他选择的锻炼时间是否科学？请你帮他分析原因，并说出他应该在什么时候锻炼身体最适宜。
提示 不科学。清晨，大气逆温层存在，大气对流运动微弱，城市空气中的水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，大气污染物质浓度较高。日出前绿色植物以呼吸作用释放二氧化碳为主，造成清晨林荫道上的空气中二氧化碳含量较高。他应该把锻炼时间改为下午或傍晚。
课堂小结
核心要点
1.知道大气的组成及其作用。
2.知道大气的垂直分层。
3.理解大气各主要层次的特点。
4.理解各大气层特点与生产、生活的联系。
课堂学业达标
下图为大气垂直分层示意图。读图回答1～3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
3.我国于2016年9月发射了“天宫二号”空间实验舱，并随后发射了“神舟十一号”飞船和“天舟一号”货运飞船与之对接，计划2022年前后完成空间站建造工作。实验舱和飞船的运行轨道所在的大气层（ ）
A.Ⅰ层 B.Ⅱ层
C.Ⅲ层 D.Ⅱ层顶部
解析 第1题，根据大气的密度、温度和运动特征，自下而上可将大气层分为对流层、平流层和高层大气，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线气温变化范围出现错误，故②正确。第2题，高层大气（Ⅲ层）中存在若干电离层。第3题，实验舱和飞船位于高层大气中。
答案 1.B 2.D 3.C
有人在朋友圈晒了一张客机飞行抓拍图，深色为蓝天，白色为云。据此完成4～5题。
4.此刻，客机飞行在（ ）
A.对流层 B.平流层
C.臭氧层 D.高层大气
5.飞机尾气中含有大量二氧化碳气体，会加剧（ ）
A.环境污染 B.全球变暖
C.荒漠化 D.森林破坏
解析 第4题，天气现象如云、雾、雨、雪等出现在对流层中，据材料“深色为蓝天，白色为云”，说明客机飞行在对流层，故A项正确。第5题，飞机尾气中含有大量二氧化碳气体，会加剧全球变暖，B项正确。
答案 4.A 5.B
课后素养提升
合格考——大显身手
选择题（共20个小题，每小题5分，共100分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.我国新一代静止气象卫星“风云四号”能对云、雾、雨、雪等天气现象进行精密观测。这些天气现象主要出现在（ ）
A.对流层 B.平流层
C.高层大气 D.臭氧层
解析 云、雾、雨、雪等天气现象都发生在对流层。故A正确。
答案 A
2.逆温是指对流层中气温随高度上升而增高的现象。下列四图中表示近地面逆温现象的是（ ）
解析 判断时抓住“近地面”和“逆温”两个关键词。因为“近地面”在对流层底部，可以排除C、D，“逆温”指对流层中气温随高度上升而增高的现象，只有A图符合。
答案 A
2017年10月4日中秋之夜，我国云南省大理、丽江等地出现“火流星”照亮夜空的奇观。据卫星观测，该小行星因摩擦生热引发爆炸的高度只有37千米，很可能有未燃尽的陨石落到地面。读“大气垂直分层示意图”，完成3～6题。
3.大气圈能量的根本来源是（ ）
A.太阳辐射 B.太阳活动
C.地热能 D.风能
4.小行星爆炸发生在（ ）
A.对流层 B.平流层
C.高层大气 D.大气层以外
5.第4题所指大气层的气温（ ）
A.直接导致小行星的爆炸
B.随高度逐渐升高而递增
C.因臭氧吸收红外线而升高
D.达到大气温度的极大值
6.该事件说明，地球的大气圈能够（ ）
A.保护地面上生物免受过强紫外线的伤害
B.提供地球上生物生长所必需的空气
C.保持地球表面适宜的温度，防止水分散失
D.减轻宇宙中小天体对地球表面的撞击
解析 第3题，大部分太阳短波辐射可穿过大气层使地面增温，地面以长波辐射的形式释放能量，能量大部分被大气吸收，少部分散失到宇宙空间。因此大气圈能量的根本来源是太阳辐射。故A正确。第4题，从近地面到高空，在垂直方向上将大气分为对流层、平流层和高层大气，读图可知，平流层顶的高度为50 km，而小行星爆炸发生在37 km处，故B正确。第5题，第4题所指大气层为平流层，读图可知气温随高度逐渐升高而递增，故B正确。小行星爆炸是因高速运行与大气摩擦生热而引发，而不是因为气温的高低，故A错误。气温随高度逐渐升高而递增是因臭氧吸收紫外线，而非红外线，故C错误。读图可知，大气温度的极大值应位于高层大气，故D错误。第6题，材料显示，大部分小天体进入大气层后与大气摩擦而燃烧殆尽，很少能陨落到地表，故D正确。保护地面上生物免受紫外线的伤害是因为臭氧对紫外线的吸收作用，A、B、C三项与小行星的爆炸无关，故A、B、C错误。
答案 3.A 4.B 5.B 6.D
臭氧层保护是当今全球最重要的环保议题之一。下图反映了9月份30°～80°S平流层臭氧总量多年变化状况。据此完成7～8题。
7.随年份的推移，臭氧总量（ ）
A.最大值所在位置南移 B.在各纬度均出现递减
C.在高纬地区递减明显 D.随大气CO2浓度而增加
8.臭氧总量减少直接导致（ ）
A.太阳紫外线辐射减少 B.全球降水量减少
C.平流层气温降低 D.地面辐射强度减弱
解析 第7题，结合图示分析可知，随着年份的推移，臭氧总量最大值所在位置北移；在中纬度地区，臭氧总量随纬度的升高而递增，而在高纬度地区递减明显。第8题，臭氧层破坏直接导致到达地面的紫外线辐射增多，使平流层吸收太阳紫外线短波辐射的能力降低，从而引起平流层气温降低。
答案 7.C 8.C
读某地大气温度随高度变化示意图，完成9～11题。
9.该图示意的大气垂直分层属于（ ）
A.对流层 B.平流层
C.电离层 D.外层
10.②地区气温分布特征最可能导致（ ）
A.对流作用增强 B.平流作用为主
C.湍流作用增强 D.太阳辐射增多
11.①地区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.抑制了近地面空气对流上升
C.近地面大气中的水汽量增大
D.近地面人类排放污染物增多
解析 第9题，该地高度只有10千米，属于对流层。第10题，②区出现逆温，该层大气以水平运动为主。第11题，由于①层上部为逆温层，抑制了近地面空气对流上升，导致污染物含量较高。
答案 9.A 10.B 11.B
读“地球大气垂直分层图（部分）”，完成12～14题。
12.①②③④四条曲线中，正确表示大气层气温垂直分布情况的是（ ）
A.① B.②
C.③ D.④
13.影响该大气层气温垂直变化的主要因素是（ ）
A.地面辐射
B.CO2气体吸收地面辐射
C.臭氧吸收紫外线
D.人类活动
14.有关图示大气层叙述正确的是（ ）
A.有电离层，对无线电通信有重要作用
B.天气晴朗，对流旺盛，利于高空飞行
C.上部冷下部热，空气以平流运动为主
D.顶部与底部的气温相差50 ℃左右
解析 第12题，从图中高度上可知，该层为平流层，气温随高度升高，开始变化不大，然后随着高度上升气温迅速升高。第13题，该层大气中含有大量臭氧，它能强烈吸收紫外线导致该层大气升温。第14题，该层大气上热下冷，以平流运动为主，天气晴朗利于高空飞行，顶部与底部温度相差50 ℃左右；电离层不在平流层中。
答案 12.A 13.C 14.D
15.2018年1月19日，我国长征十一号固体运载火箭“一箭六星”在酒泉卫星发射中心成功发射。火箭从发射至万米高空，经历的大气层气温（ ）
A.一直升高 B.一直降低
C.先降低，后升高 D.先升高，后降低
解析 题干中的“万米高空”，说明火箭仍然在对流层，所以气温一直降低。
答案 B
2017年9月29日，长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心成功将遥感三十号01组卫星发射升空。读地球大气气温垂直变化示意图，完成16～17题。
16.长征二号丙运载火箭发射升空穿越大气层时的温度变化，与图中曲线相符的是（ ）
A.① B.②
C.③ D.④
17.对无线电通信有重要作用的大气层是（ ）
A.对流层 B.平流层
C.臭氧层 D.电离层
解析 第16题，长征二号丙运载火箭发射升空穿越大气层依次为对流层、平流层和高层大气，排除③与④。②近地面的温度为－50 ℃，与实际情况不符，①为20 ℃左右，符合实际情况。故A正确。第17题，在高层大气约80～500千米的高空，有若干电离层，其能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
答案 16.A 17.D
等级考——小试牛刀
（附加题）气温垂直递减率是指空气温度在垂直方向上随高度升高而降低的数值。读“某地春季某日气温垂直递减率（℃/100米）时空变化图”，回答18～20题。
18.当天该地几乎没有对流运动发生的时段是（ ）
A.9时～17时 B.18时～次日7时
C.17时～次日9时 D.19时～次日8时
19.发生大气逆温现象的最大高度约为（ ）
A.100米 B.200米
C.400米 D.500米
20.如果该地位于华北地区，这天（ ）
A.大气环境质量好
B.不容易有沙尘暴形成
C.较有可能出现阴雨天气
D.能见度高，行车方便
解析 第18题，气温垂直递减率为正值，则表明气温随高度增加而降低（正常分布），为负值则表明气温随高度增加而升高（出现逆温）。图中18时至次日7时，气温垂直递减率为负值，故出现了逆温现象，对流运动不会发生。第19题，发生逆温现象的最大高度与图中等值线0的最大分布高度接近。第20题，逆温现象抑制了空气对流，近地面污染物聚集，大气能见度差，环境质量差；空气对流弱，不易形成阴雨天气；近地面沙尘不易被上升气流带起，沙尘暴不易发生。
答案 18.B 19.C 20.B
课件32张PPT。第二章 地球上的大气1.低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。干洁空气主要成分是氮气和氧气。
2.大气中的氧气、二氧化碳、水汽等对生命活动、自然环境具有重要作用，与人类活动有着密切的联系。
3.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。
4.人类生活在对流层的底部，并充分利用各层大气的特点开展相应活动。
5.太阳辐射加热地面，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。6.大气通过大气逆辐射对地面起保温作用。
7.地表冷热不均，形成大气热力环流。大气热力环流是大气运动的一种简单形式。
8.大气的水平运动即风。风主要受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的影响。学习本章内容，能够运用气象仪器、简易教具等，观察、识别、描述与大气有关的自然现象；具备一定的运用考察、实验、调查等方式进行科学探究的意识和能力（地理实践力）。能够运用大气科学的基础知识，说明一些大气现象之间的关系和变化过程（综合思维）。能够在一定程度上合理描述和解释特定区域的天气和气候现象，并说明其对人类的影响（区域认知、人地协调观）。与本章知识相关的名校及专业
《中国大学及学科专业评价报告（2017—2018）》大气科学类专业大学排名与本章知识相关的名人及职业第一节 大气的组成和垂直分层氮知识清单一 大气的组成光合作用吸收二氧化碳，放出氧气氧保温紫外线水汽知识清单二 大气的垂直分层运动状况高度递减对流运动天气高度升高平流运动臭氧航空飞行无线电波大气中的臭氧被誉为“地球生命的保护伞”，它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线，使生物免遭这种射线的危害。不同纬度对流层高度是不一样的低纬地区，地面受热多，对流活动旺盛，因此对流层的高度高；而高纬地区，地面受热较少，对流活动较弱，所以，对流层的高度低。任务清单一 大气的组成及其作用
情境探究
[情境] 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。阅读材料，小组合作探究：
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%。氟氯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，全球氟氯烃的年消费量已达到100万吨。[探究] 大气组成的这种变化，会产生什么影响？
提示 如果二氧化碳继续增加，地球持续变暖，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。氟氯烃给人类带来的危害是损害大气的臭氧层，导致全世界皮肤癌发病率上升和全球气温增高。素养凝练
臭氧层破坏
1.原因：①自然：太阳活动的自然因素；②人为：人类向大气中排放消耗臭氧的物质（例如：氟氯烃类化合物）。
2.后果：①影响人类的健康。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病的人数大量增加；另一方面，过量的紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率；②影响农作物的产量和质量；③影响水生生态系统，会直接引起整个水生食物链的破坏。
3.措施：①减少破坏臭氧层的有害气体的排放，如冰箱制冷剂氟氯昂的排放（改为无氟制冷剂）；②寻找新的替代品，对替代品的研制要加大力度。素养应用
例1：（人地协调观）
阅读图文资料，合作探究完成下列要求。
氟氯烃等气体在低空不易分解，上升到平流层，破坏臭氧，使臭氧层变薄或出现空洞。南极臭氧层空洞的变化臭氧空洞最严重的是南北极和青藏高原地区，这“三极”自然条件恶劣，人烟稀少，当地人们向大气中所排放的氟氯烃数量有限，为什么“三地”上空臭氧层所受的破坏反而比较严重呢？
提示 由于“三极”地区上空的对流层较低，相应的平流层的高度也随之降低。人们向对流层大气中排放的氟氯烃会随着大气的环流运动而到达“三极”地区的上空，进而破坏臭氧层。任务清单二 大气的垂直分层
情境探究
[情境] 下图为低层大气的垂直分层示意图。请小组合作探究：[探究] （1）对流层的气温在垂直方向上分布有何特点？该层的厚度随纬度如何变化？为什么？
（2）平流层的气温分布有何特点？原因是什么？
提示 （1）对流层的气温随高度增加而降低。对流层的厚度随纬度增高而降低。低纬地区受热多，气温高，空气对流旺盛，所以高度大；高纬地区受热少，对流较弱，所以高度小。
（2）平流层的气温随高度升高迅速上升，是因为该层上部有臭氧层，吸收太阳紫外线的热量。素养凝练
1.大气的垂直分层及其特点2.大气逆温与生产生活
（1）逆温的含义有两种情况：①海拔上升，气温升高；②海拔上升，气温下降，但幅度小于每上升1 000米，温度降低6 ℃。（即气温下降幅度小于垂直递减率）。（2）逆温的影响
对天气而言：表明大气结构稳定，对流微弱，天气晴好为主。
对环境而言：它可以阻碍空气垂直运动的发展，使大量烟、尘、水汽凝结物聚集在其下面，使能见度降低等。素养应用
例2：（地理实践力）
由于“逆温层”的存在，大气很稳定，对流作用减弱，空气中水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，只能滞留在近地面。张华居住在某重工业城市，他习惯于在清晨的林荫道上跑步。根据下图说明他选择的锻炼时间是否科学？请你帮他分析原因，并说出他应该在什么时候锻炼身体最适宜。提示 不科学。清晨，大气逆温层存在，大气对流运动微弱，城市空气中的水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散，大气污染物质浓度较高。日出前绿色植物以呼吸作用释放二氧化碳为主，造成清晨林荫道上的空气中二氧化碳含量较高。他应该把锻炼时间改为下午或傍晚。课堂小结核心要点
1.知道大气的组成及其作用。
2.知道大气的垂直分层。
3.理解大气各主要层次的特点。
4.理解各大气层特点与生产、生活的联系。
