2019-2020学年高中地理 第二章 自然环境中的物质运动和能量交换 2.3.1 大气的垂直分层及

第1课时大气的垂直分层及对流层大气的受热过程学习目标1．掌握大气的垂直分层，理解对流层、平流层、高层大气的特点及与人类的关系。2．掌握对流层大气的受热过程，理解大气的削弱作用和大气的保温作用。知识导引一、大气的垂直分层1．大气垂直分层的依据：大气在垂直方向上的温度、密度和运动状况的差异。2．垂直分层垂直分层气温特点气流特点与人类的关系A对流层随高度增加而降低对流运动显著最为密切B平流层随高度增加而升高以平流运动为主适合飞机飞行C高层大气随高度增加先降低后升高人造卫星等在此运行大气的组成大气组成重要作用干洁空氮(N)地球上生物体的基本成分氧(O)一切生物维持生命必需的物质二氧化碳绿色植物光合作用的重要原料；大量吸收红外线，对地面起气(CO2)到保温作用臭氧(O3)大量吸收太阳紫外线，保护生物免受伤害水汽(H2O)成云致雨的必要条件固体杂质二、对流层大气的受热过程1．大气对太阳辐射的削弱作用：主要表现为选择性吸收、散射和反射。(1)选择性吸收：平流层中的臭氧吸收波长较短的紫外光，对流层中的水汽和二氧化碳吸收波长较长的红外光。(2)散射和反射：散射主要改变太阳光线的方向；云层或尘埃能反射太阳光线，云层越厚，对太阳辐射反射越强。2．地面辐射和大气辐射(1)地面辐射：如图中的B，从波长看，地面辐射属于长波辐射，地面辐射是对流层大气增温的直接能量来源。(2)大气辐射：大气吸收地面辐射增温的同时，也向外辐射能量，即为大气辐射。(3)大气逆辐射：射向地面的大气辐射称为大气逆辐射，如图中的C，对地面起到保温作用；云量越大，大气逆辐射越强。太阳辐射是短波辐射，而地面辐射和大气辐射是长波辐射。物体温度越高，其辐射中最强部分的波长越短；反之，物体温度越低，其辐射能力越弱，辐射波长越长。太阳表面温度高达6000K，它的辐射能量主要集中在可见光部分(0.4微米～0.76微米)，故被称为短波辐射。地面温度和大气温度比太阳温度低得多，其辐射的波长范围主要集中在3微米～120微米之间的红外波部分，因而被称为长波辐射。3.影响地面辐射的主要因素影响因素影响的原理具体影响纬度因素纬度低，年平均正午太阳高度大，太阳辐射经过大气的路径短，太阳辐射强度大，地面辐射强；反之则弱太阳辐射强度由低纬向两极递减下垫面因素下垫面状况不同，吸收和反射的太阳辐射比例不同各地地面辐射的变化，不完全与纬度的变化相一致气象因素同纬度地区，年日照时数长短不同同纬度地区，地面获得的太阳辐射不同点拨：太阳辐射、地面辐射和大气辐射三者的波长关系为：太阳辐射地面辐射大气辐射。探究点一大气的垂直分层[核心归纳]1．大气的垂直分层地球大气从地面可延伸到数千千米高空，根据温度、密度和大气运动状况，可将其划分为对流层、平流层和高层大气，其主要特点及与人类关系如下表所示：垂直分层高度分布主要特点与人类关系对流层高度因纬度而异：低纬17～18km，中纬10～12km，高纬8～9km①气温随高度增加而递减；②空气对流运动显著；③天气现象复杂多变与人类关系最为密切，人类就生存在对流层底部平流层对流层顶到50～55km①气温随高度增加迅速上升；②大气以水平运动为主，气流平稳是人类生存环境的天然屏障高层大气平流层顶到大气上界在80～500km高空，大气处于高度电离状态影响无线电通信2.逆温现象(1)含义在对流层，气温垂直分布的一般情况是随高度增加而降低，大约每升高100米，气温降低0.6℃。这主要是因为对流层大气的主要热源是地面，离地面越高，受热越少，气温就越低。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称为逆温现象。(2)逆温类型①辐射逆温：在晴朗无云的夜间或黎明，由于大气逆辐射较弱，地面辐射散失的热量多，近地面气温迅速下降，而高处大气层降温幅度较小，从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温现象黎明前最明显，日出后逆温层自下而上消失。②平流逆温：当暖空气运动到冷的地面上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换，暖空气下层受冷地面影响大，气温降低较快，上层降温较慢，从而形成逆温。该逆温现象多出现在中纬度沿海地区。③锋面逆温：锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面之上，冷气团在下，在冷暖气团之间的过渡带上形成逆温。④地形逆温：常发生在山地、盆地和谷地中。由于山坡散热快，山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温一般是在一定的地形条件下形成的，所以称为地形逆温。状元随笔逆温的影响(1)不利影响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，它使大气能见度降低，给人们的出行带来不便，甚至导致交通事故。②加剧大气污染。由于逆温现象的存在，空气垂直对流受阻，会造成近地面大气中的污染物不能及时扩散，从而危害人体健康。(2)有利影响①抑制沙尘暴的发生。因为沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流运动。②逆温若出现在高空，对飞机的飞行极为有利，使飞机在飞行中不会有大的颠簸，同时也提高了大气能见度，使飞行更加安全。[应用体验]如图为大气垂直分层示意图。读图回答1～2题。1．图中能正确表示大气层气温垂直变化的曲线是()A．①B．②C．③D．④2．对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层解析：第1题，由教材知识可知，Ⅰ层为对流层，Ⅱ层为平流层，Ⅲ层为高层大气。地面气温在20℃左右，对流层顶部气温在－50℃左右，平流层顶部气温在0℃左右，在高层大气中上部为热层，拐点温度为－80℃左右。第2题，在高层大气中有电离层，能反射无线电短波。答案：1.B2.D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。如图为该小组多次观测所得的逆温时空变化平均结果。完成3～4题。3．下列关于该地逆温特征的描述，正确的是()A．逆温强度近地面较大，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4．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解析：第3题，由图中信息可知，强逆温层出现在近地面，A对；逆温强度22－23时最大，B错；逆温现象日出后逐渐消失，C错；强逆温前半夜增速快，后半夜降速慢，D错。第4题，地面是大气的直接热源，离地面越近，受地面辐射影响越大，升温和降温的变化速度越快。夜晚地面温度逐渐降低，受其影响，近地面大气层温度迅速降低，而离地面较远的大气层，受其影响较小，因为大气通过对流等形式向上传递热量，需要一个过程。故C正确。答案：3.A4.C探究点二对流层大气的受热过程[核心归纳]1．大气对太阳辐射的削弱作用大气对太阳辐射的削弱作用，主要表现为大气对太阳辐射的反射、散射和吸收三个方面。作用形式作用特点参与作用的大气成分被削弱的辐射形成的自然现象反射作用无选择性云层、较大尘埃各种波长的太阳辐射夏季多云的白天，气温不太高散射作用有选择性空气分子微小尘埃波长较短的蓝、紫色光晴朗天空呈蔚蓝色无选择性颗粒较大的尘埃等各种波长的太阳辐射阴天、黎明天空呈灰白色吸收作用有选择性臭氧、水汽、二氧化碳紫外线、红外线2.大气对地面的保温作用太阳辐射是大气热量的根本来源，热量在地面与大气之间的传递过程如图所示：由上图可知，大气对地面保温作用的过程可归纳如下表：图示名称具体过程热量来源Ⅰ太阳暖大地太阳辐射到达地面，地面吸收后增温太阳辐射Ⅱ大地暖大气地面增温后形成地面辐射，大气吸收后增温地面辐射Ⅲ大气还大地大气增温后形成大气辐射，其中向下的部分称为大气逆辐射，它将大部分热量还给地面大气辐射状元随笔大气对地面的保温作用的简化认识“太阳暖大地”“大地暖大气”“大气还大地”3．大气热力作用原理的实例分析现象原因阴天时天空不是很暗，白天时，房间里、树阴下明亮空气分子或微小尘埃的散射作用改变了太阳辐射的方向，使之到达地平线以上或者太阳不能直接照射的地方交通信号“红灯停，绿灯行”的科学依据红色光线波长较长，难被散射，穿透力强，以红灯作为停止信号更为醒目白天多云时气温比晴天低；夜晚多云时气温白天多云时反射作用强，到达地面的太阳辐比晴天高射少；夜晚多云时大气逆辐射强，地面散失热量少晚秋或寒冬，霜冻出现在晴朗夜晚及“十雾九晴”晴朗夜晚，大气逆辐射弱，热量散失快，气温低，易出现霜冻及雾等天气现象对流层中“高处不胜寒”地面是对流层大气的直接热源，离地面越远，获得的地面热量越少青藏高原是我国太阳辐射最强的地区青藏高原的海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，所以太阳辐射强状元随笔保温作用原理的应用应用于农业生产实践，提高生产效益①采用塑料大棚发展反季节农业，利用玻璃温室育苗等。塑料薄膜、玻璃能使太阳短波辐射透射进入棚内或室内，而地面长波辐射却不能穿透塑料薄膜或玻璃把热量传递出去，从而使热量保留在塑料大棚或玻璃温室里。②人造烟雾、浇水防冻。秋冬季节，我国北方常用人造烟雾来增强大气逆辐射，使地里的农作物免遭冻害。浇水可增加空气湿度，增强大气逆辐射；水汽凝结释放热量；水的比热容大，浇水可减小地表温度的下降速度和变化幅度，减轻冻害。4．影响地面辐射的主要因素(1)纬度因素(2)下垫面因素(3)气象因素气象因素主要包括空气密度的大小、空气的洁净程度两方面。空气稀薄，对太阳辐射削弱少，到达地面的太阳辐射多，地面辐射强；空气洁净，云量少，能见度好，到达地面的太阳辐射也多，地面辐射强。[应用体验]1．如图为“大气的受热过程图”。读后回答下列问题。(1)就波长来说，图中A为________辐射，J为________辐射。(2)图中F表示潜热输送，I表示湍流输送，H表示________。(3)图中字母表示的能量传递过程中，属于大气热量收入项的有________，支出项的有________，收支数值大致________，故大气温度________。(4)图中B只有A的百分之四十七，主要原因是________。(5)白天天气转阴时，D、G、H、K、L将发生变化，数值增大的是________，数值减小的是________。(填字母)解析：第(1)题，审题时要注意“就波长来说”这五个字，由于太阳辐射属于短波辐射，地面辐射属于长波辐射，所以A为短波辐射，J为长波辐射。第(2)题，地面热量传给大气有地面辐射、潜热输送和湍流输送三种方式，而地面辐射为最主要的方式，所以H为射向地面的大气辐射，应为大气逆辐射。第(3)题，热量直接传给大气层的为大气热量收入项C、F、I、K，热量由大气直接传给地面的H和传向宇宙空间的G为支出项；由于大气热量收支数值大致相等，故大气温度稳定。第(4)题，太阳辐射经过大气吸收、散射和大气、地面反射后，最后被地面吸收的热量只剩下百分之四十七了。第(5)题，天气转阴意味着大气中水汽增多，对太阳辐射的反射和地面辐射的吸收能力增强，保温作用也相应加强。答案：(1)短波长波(2)大气逆辐射(3)C、F、I、KG、H相等稳定(4)大气对太阳辐射的削弱(吸收、散射和反射)作用和地面的反射作用(5)D、H、KG、L地膜覆盖是一种现代农业生产技术，进行地膜覆盖栽培一般都可获得早熟增产的效果。读图，结合所学知识，完成2～3题。2．我国华北地区在春播时进行地膜覆盖，可有效地提高地温，保障了农作物的正常发芽生长，其主要原理是()A．减弱了地面辐射B．增强了大气逆辐射C．增强了太阳辐射的总量D．增强了对太阳辐射的吸收3．山东胶东的一些果农夏季在苹果树下覆盖地膜，其主要的作用是()A．减弱地面辐射，保持地温B．反射太阳辐射，降低地温C．反射太阳辐射，增加光效D．吸收太阳辐射，增加地温解析：第2题，我国北方春播时地温较低，进行地膜覆盖，可有效地减弱地面辐射，从而减少地面热量的散失，起到保温的效果。第3题，在苹果树下进行地膜覆盖可反射太阳辐射，增加光效，提高光合效率，而且可使苹果着色均匀，提高产品质量。答案：2.A3.C