2.1 大气的组成和垂直分层课件（43张）

大气的
组成和垂直分层
第2章 第1节
自由落体状态中的鲍姆加特纳
2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空；约3小时后，他上升至39千米高空
随后，他从那里跳下，4分钟后才打开降落伞，成为第一个自由落体速度超音速的人
他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气;头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器
（2）鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？
（1）39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？
大气的组成
——AIR COMPOSITION.
1
低层大气主要由干洁空气、水汽和固体杂质组成。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}三大组成成分
作用
水汽
固体杂质
成云致雨的必要条件
含量21%，生物维持生命活动所必须的物质
含量78%，组成生物体的基本成分
光合作用的原料、“温室效应”
吸收紫外线，“地球生命的保护伞”
成云致雨的必要条件、强烈吸收长波辐射，
影响气温
大气的组成
（阅读P28-29页，试着完成下表）
干洁
空气
氧
氮
二氧化碳
臭氧
干洁空气的成分体积
在25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%
氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
化学式O2，无色无味气体，在航空航天、动物呼吸、燃烧和一切氧化过程（包括有机物腐烂）都消耗氧气，但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。
二氧化碳
能量
氧气
糖分
氮是地球上生物体的基本元素，是蛋白质的基本元素。
化学分子式为O3，因其类似鱼腥味的臭味而得名
臭氧能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
前
后
人类活动与大气组成的相互影响
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，对生态系统和人类生存造成不利影响。
思考
1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数变化趋势怎么样？是什么原因产生的变化呢？造成什么影响？
变化趋势
呈现上升趋势，增加速度加快
原因
化石燃料燃烧（释放大量二氧化碳）
土地利用的变化（毁林，减少森林吸收二氧化碳的量）
影响
全球变暖、气候异常、生态恶化
大气中二氧化碳含量的变化与人类活动
全球变暖的后果
北极海冰减少
2018年全球的森林大火(2018年，仅在美国，野火烧毁的面积就超过了288.09平方公里)
海平面上升
1993年至2016年间，格陵兰和南极冰盖大约融化了4000亿加仑的水，相当于605830个奥林匹克游泳池的水量。
自1880年以来， 全球海平面大约上升了20.32厘米(8英寸)。
第二章 第一节
大气的组成和垂直分层
拓展内容：全球合作 保护臭氧
臭氧层（ozone layer）是大气层的平流层中臭氧浓度高的层次。浓度最大的部分位于22-27公里的高度处。若把臭氧层的臭氧校订到标准情况，则其厚度平均仅为3毫米左右。紫外辐射在高空被臭氧吸收，对大气有增温作用，同时保护了地球上的生物免受远紫外辐射的伤害，透过的少量紫外辐射，有杀菌作用，对生物大有裨益。就像是地球的“保护伞”
思考
大气中臭氧含量的变化与人类活动
第二章 第一节
大气的组成和垂直分层
臭氧层破坏
臭氧层破坏原因
人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏。在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚氮(N2O)、水蒸汽(H2O)、四氯化碳(CCl4)、甲烷(CH4)和现在最受重视的氯氟烃(CFC)等。这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后就变成了臭氧消耗物质。这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加，从而给地球生态和人类带来一系列问题。
臭氧层破坏
南极上空的臭氧空洞在9月8日达到了峰值，面积为630万平方英里（约合1640万平方公里），在此之后呈现下降趋势。
1987年臭氧空洞达到历史最大值。为避个氟氯碳化物继续破坏地球臭氧层世界各国签署了《蒙特利尔议定书》。相关数据显示，臭氧空洞的面积总体上正在逐年缩小，科学家预测南极臭氧空洞可能在2060年左右完全愈合。
活动
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境有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。
在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞尔比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。
在非洲地形图上，找出在两个国家，归纳它们共同的地形特点。由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗？
青海多巴
海拔：2366m
甘肃榆中
海拔：1996m
云南海埂 海拔：1888m
呈贡 海拔：1906m
河北兴隆
海拔：2118m
我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地。目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。
活动 了解大气含氧量减少对人体产生的影响
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}海拔/m
0
1000
2000
3000
4000
含氧量比
100%
89%
78%
70%
61%
目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。我国的高原训练基地的海拔在这个范围内吗？推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。
思考
大气的垂直分层
——Vertical stratification of the atmosphere.
2
大气的垂直分层
阅读课本“大气的垂直分层图”思考：
1.右图大气分为几层？
2.各层气温与高度的关系。
3.各层大气的运动特点。
4.各层大气运动特点的原因
The Ozone Hole
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
对流层
高度
低纬：17-18km;中纬：10-12km;高纬: 8-9km
特点成因
①地面是低层大气热量的直接来源
②该层大气上冷下热
③集中了整个大气圈质量的四分之三和几乎全部的水汽、杂质；对流运动易成云致雨
特点
①气温随高度升高而递减(海拔每上升100米，气温降低0.6℃)
②空气对流运动显著
③天气现象复杂多变
22
峨眉山
最高海拔3099米
为什么夏天山顶看日出还要租军大衣呢？
对流层厚度的变化
夏季：厚
冬季：薄
随季节变化
随纬度变化
上海：夏季16千米
冬季11千米
对流层的厚度为什么存在时空差异？
地表气温差异导致对流强度不同。
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人造卫星
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12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
平流层
高度
从对流层顶部至50-55千米高空
特点
①气温随高度增加而升高
②气流以平流运动为主
③无云雨现象
特点成因
①臭氧集中分布在22-27千米，它可以吸收大量紫外线
②该层大气上热下冷，大气稳定
③水汽、杂质少，气流平稳
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人造卫星
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12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
高层大气
从平流层顶到3000km的高空
特点
①温度随高度增加先降低后增加
②大气密度极小，在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近
距地面远，受到引力小
高度
特点成因
高层大气中在80-120千米的高空，多数来自太空的流星体会燃烧，成为我们夜晚看到的流星
高层大气大气层结构特征 ? 流星燃烧
在80-500 千米的高空，有若干电离层
电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，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
高层大气大气层结构特征 ? 无线电通信
由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉
高层大气大气层结构特征 ? 极光
高层大气的空气密度很小；在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近；这里的一些高速运动的空气质点经常散逸到宇宙空间，这个高度可以看作是地球大气的上界
高层大气大气层结构特征 ? 大气上界
大气分层
垂直高度
特点
特点成因
与人类的关系

对流层





平流层





高层大气


低层大气的主要组成成分以及作用
低纬：17-18km;中纬：10-12km;高纬:8-9km
从对流层顶部至50-55千米高空
从平流层顶到3000km的高空
①气温随高度增加而升高
②气流以平流运动为主
③无云雨现象
①气温随高度升高而递减(海拔每上升100米，气温降低0.6℃)
②空气对流运动显著
③天气现象复杂多变
①温度随高度增加先降低后增加
②大气密度极小，在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近
①地面是低层大气主要的直接来源
②该层大气上冷下热
③集中了整个大气圈质量的四分之三和几乎全部的水汽、杂质；对流运动易成云致雨
①臭氧集中分布在22-27千米，它可以吸收大量紫外线
②该层大气上热下冷，大气稳定
③水汽、杂质少，气流平稳
距地面远，受到引力小
人类就生活在对流层底部，与人类关系最密切
水平运动有利于高空飞行；臭氧层有保护地球生命的作用
80-500km有若干电离层，电离层能反射短波无线电波，对无线电通信有重要作用
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人造卫星
50
12
高 层 大 气
平流层
对流层
温度/℃
高度/Km
气温垂直分布
流星
深度思考
大气垂直分层示意图
1. 为什么平流层适合飞机飞行？
2.无线电通信利用了哪层大气的特性？
平流层的大气上部热，下部冷，不易形成对流，大气平稳，以平流运动为主，且该层大气在水汽和杂质含量少，天气晴朗，能见度好，适合飞机飞行。
利用了电离层大气反射无线电波的特征，电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线作用，大气处于高度电离状态，能反射无线电波。
32
正常
逆温
气温随高度升高而递减
气温随高度升高而递增
拓展内容
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,飞行中不会有较大的颠簸。
完成课时作业本 P15-P16，1-12题
地球大气又称“氮氧大气”,结合地球大气圈25 km以下干洁空气的主要成分表,完成1、2题。
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
气体成分
体积分数(%)
质量分数(%)
氮(N2)
78.08
75.52
氧(O2)
20.94
23.15
氩(Ar)
0.93
1.28
二氧化碳(CO2)
0.03(变动)
0.05
地球大气又称“氮氧大气”,结合地球大气圈25 km以下干洁空气的主要成分表,完成1、2题。
2.目前,导致二氧化碳变动的主要因素是 (　　)
①植树造林；②大量燃烧矿物化石燃料；③新能源公交车的逐渐普及；④森林、草原开垦成农田
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
气体成分
体积分数(%)
质量分数(%)
氮(N2)
78.08
75.52
氧(O2)
20.94
23.15
氩(Ar)
0.93
1.28
二氧化碳(CO2)
0.03(变动)
0.05
下图为大气垂直分层示意图。读图完成3～5题。
3.下列叙述正确的是 (　　)
A.低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成
B.云、雨、雪、雷电等天气现象,发生在平流层
C.大气中的臭氧可以减少红外线对生物的伤害
D.大气组成成分比例不会因人类活动影响而改变
4.地球大气层,一般随高度增加 (　　)
A.气温降低 B.气压升高 C.密度减小 D.湿度增大
5.北京飞往美国华盛顿的飞机,升空20分钟后遇到雷雨天气,此时飞机应(　　)
A.迅速进行迫降 B.不断降低飞行高度
C.保持原有高度 D.升至万米以上高空
2017年8月28日,遥感卫星17号从酒泉发射升空。据此回答6、7题。
6.右侧图示能正确反映遥感卫星17号在升空过程中经历的大气环境状况的是(　　)
7.下列有关Ⅰ、Ⅱ层可能出现的现象描述不正确的是 (　　)
A.飞机在Ⅰ层飞行有时会出现颠簸现象
B.飞机在Ⅱ层飞行时,飞行员常感觉是万里无云
C.在Ⅰ层中有时会出现气温随高度增加而上升现象
D.在Ⅱ层中沐浴阳光时不会损伤皮肤
下图为“大气垂直分层示意图”。读图,回答8～10题。
8.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
9.对无线电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
10.我国发射的“神舟”飞船的运行轨道所在的大气层 (　　)
A.气温在-50 ℃到20 ℃之间 B.气温随高度增加平稳下降
C.最低气温约为-80 ℃ D.最高气温约为40 ℃
11.读“大气的垂直分层图”,完成下列问题。
(1)大气垂直分层的依据是什么?
(2)A层大气在气温、气流状况及与人类关系方面,各有哪些特点?
大气垂直方向上的温度、运动状况和密度差异。
①气温随高度增加而递减;
②对流运动显著,易成云致雨;
③天气现象复杂多变,与人类关系最密切。
11.读“大气的垂直分层图”,完成下列问题。
(3)人类生存环境的天然屏障指的是哪一层?为什么?该层空气的主要运动方式是什么?气温在垂直方向上如何变化?
(4)电离层分布在__________(填字母);利于高空飞行的是__________(填字母),为什么?
B平流层。该层中有臭氧层,能强烈吸收太阳辐射中的紫外线,使地球生命免受过量紫外线的伤害。　该层空气以平流运动为主。　气温随高度增加而增加。
空气以平流运动为主,大气平稳,水汽杂质少,天气晴朗。
C
B