
學習目標:1.了解大氣的組成成份及其作用。2.了解大氣的垂直分層,掌握各層的主要特征。
一、大氣的組成
1.低層大氣中除去水汽和雜質以外的混合氣體,稱為干潔空氣。25千米以下的干潔空氣中,氮氣和氧氣合占總體積的99%。氧是人類和其他生物維持生命活動所必需的物質;氮是地球上生物體的基本元素。
2.大氣中二氧化碳和臭氧含量雖少,但對地球上的生命活動和自然環(huán)境有著重要作用。二氧化碳是綠色植物進行光合作用的基本原料,另外,它吸收地面輻射的能力強,使氣溫升高,對地面有保溫作用。臭氧能吸收太陽光中的紫外線,被譽為“地球生命的保護傘”。
3.大氣中的水汽和雜質含量很少,卻在天氣變化中扮演重要角色。大氣中的雜質作為凝結核,是成云致雨的必要條件。
二、大氣的垂直分層
1.分層依據(jù)
大氣在垂直方向上的溫度、密度及運動狀況的差異。
2.垂直分層
1.為什么對流層的天氣現(xiàn)象復雜多變?
[答案] 一方面,對流層集中了幾乎全部的水汽和雜質,另一方面,對流層溫度隨高度的升高而降低,使水汽和雜質通過對流運動向上層空間輸送。在上升過程中隨著氣溫的降低,容易成云致雨,所以對流層天氣現(xiàn)象復雜多變。
2.為什么不同緯度對流層厚度不同?
[答案] 對流層的厚度受地面溫度高低的影響。地面溫度越高,對流運動越強,對流層厚度越大,地面溫度越低,對流運動越弱,對流層厚度越小。
探究點一大氣的垂直分層
[材料] 北京時間2011年9月29日21時25分45秒,我國自主研制的“天宮一號”目標飛行器在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后準確進入預定軌道?!疤鞂m一號”是中國首個空間實驗室的名稱,將在太空中分別與“神舟八號”、“神舟九號”、“神舟十號”飛船對接。從而建立第一個中國空間實驗室?!疤鞂m一號”其中一項任務是實現(xiàn)航天員的在軌駐留、生活和工作,為航天員提供在組合體內工作生活所需的基本條件。
[問題] “天宮一號”升空過程中,依次經(jīng)過了大氣層的哪幾層?
[提示] 對流層、平流層和高層大氣。
大氣層各層的主要特點
【例1】 讀“大氣氣溫垂直變化曲線示意圖”,回答(1)~(2)題。
(1)上圖中能正確表示大氣氣溫垂直變化的曲線是( )
A.① B.② C.③ D.④
(2)飛機平穩(wěn)飛行過程中所處的大氣層是( )
A.Ⅰ層中部B.Ⅱ層
C.Ⅲ層底部D.Ⅲ層中部
[審題指導] 注意圖中四條曲線的形狀及橫坐標對應的數(shù)值。
[解析] 第(1)題,大氣氣溫垂直變化的特點為對流層氣溫隨海拔升高而降低,平流層氣溫隨海拔升高而升高,高層大氣氣溫隨海拔升高先降低后升高,故③④錯誤。近地面溫度約20 ℃,對流層頂溫度約-50 ℃,故②正確,①錯誤。第(2)題,飛機平穩(wěn)飛行過程中所處的大氣層是平流層,空氣以平流運動為主,有利于飛行,對應圖中Ⅱ層,B項正確。
[答案] (1)B (2)B
大氣氣溫垂直變化曲線的判讀
(1)看形狀:逆時針旋轉90°后呈“W”形。
(2)看變化趨勢:對流層氣溫隨高度升高而降低,平流層氣溫隨高度升高而升高;高層大氣氣溫隨高度升高先降低后升高。
(3)看特殊高度的氣溫數(shù)值:近地面氣溫約20 ℃,對流層頂氣溫約-50 ℃。
探究點二對流層氣溫的變化
[材料] 中新社北京2014年12月21日電 隨著本輪冷空氣過程趨于結束,取而代之的是卷土重來的霧霾天氣。中央氣象臺預計,12月下旬冷空氣雖活動頻繁,但勢力偏弱,大氣靜穩(wěn)程度增加,霧、霾天氣將有所發(fā)展。
中央氣象臺預計,2014年12月21日夜間至23日白天,華北中南部、黃淮等地將有輕度至中度霾天氣;此外,25日至26日、28日至29日,華北黃淮等地空氣污染氣象條件等級較高,不利于污染物擴散,會出現(xiàn)兩次霾天氣過程。
[問題] 你知道霧霾天氣與大氣運動的關系嗎?
[提示] 霧霾天氣多形成于大氣穩(wěn)定無風狀況下。
1.氣溫垂直遞減率的變化
正常情況下,海拔每升高100米,氣溫約下降0.6 ℃。但在不同的地點和不同的時間,氣溫垂直遞減率可能會小于0.6 ℃或大于0.6 ℃,如下圖所示(表現(xiàn)為曲線變陡或變緩)。在②情況下,大氣的對流運動減弱,大氣比較穩(wěn)定;在①情況下,大氣對流運動更加強烈。
2.對流層中的逆溫現(xiàn)象
(1)含義
在對流層,氣溫垂直分布的一般情況是隨高度增加而降低,大約每升高100米,氣溫降低0.6 ℃。這主要是由于對流層大氣的主要熱源是地面輻射,離地面越遠,受熱越少,氣溫就越低。但在一定條件下,對流層中也會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而上升的現(xiàn)象,稱為逆溫現(xiàn)象。
(2)輻射逆溫的發(fā)展過程
經(jīng)常發(fā)生在晴朗無云的夜間或黎明,由于大氣逆輻射較弱,地面輻射散失熱量多,近地面氣溫迅速下降,而高處大氣層降溫幅度較小,從而出現(xiàn)上暖下冷的逆溫現(xiàn)象。這種逆溫現(xiàn)象黎明前最強,日出后逆溫層自下而上消失。具體過程如下圖所示:
無逆溫―→逆溫生成―→逆溫消失
(3)逆溫的類型
(4)逆溫的影響
①出現(xiàn)多霧和晴朗天氣。早晨多霧的天氣大多與逆溫有密切的關系,它使能見度降低,給人們的出行帶來不便,甚至引發(fā)交通事故。
②加劇大氣污染。由于逆溫現(xiàn)象的存在,空氣垂直對流受阻,會造成近地面污染物不能及時擴散,從而危害人體健康。
③對航空造成影響?!澳鏈亍倍喑霈F(xiàn)在低空,多霧天氣給飛機起降帶來不便。如果出現(xiàn)在高空,對飛機飛行極為有利,因為大氣以平流運動為主,飛行中不會有較大的顛簸。
【例2】 下圖是某地氣溫垂直分布圖,讀圖回答(1)~(2)題。
(1)①②③④四幅圖中,最有利于大氣污染物擴散的是( )
A.① B.② C.③ D.④
(2)下列哪種地形易造成該地氣溫由①到④的演變( )
A.山地 B.谷地 C.平原 D.丘陵
[審題指導] 先明確插圖體現(xiàn)的是逆溫的過程,然后結合逆溫的類型和影響等進行分析。
[解析] 第(1)題,空氣對流越旺盛,越有利于大氣污染物擴散。四幅圖中,①圖上、下溫差最大,且底層溫度高,上層溫度低,因此空氣對流最旺盛,A項正確。第(2)題,圖示由①到④的變化體現(xiàn)了逆溫的形成過程,從地形角度來看,最易造成逆溫的是谷地。
[答案] (1)A (2)B
(1)逆溫的影響主要從逆溫抑制空氣的對流運動角度進行分析。
(2)大氣中出現(xiàn)的逆溫常常是由幾種原因共同引起的,因此,在分析逆溫的成因時,必須結合當時的具體條件具體分析。
讀圖,完成1~2題。
1.從大氣垂直分層看,圖示大氣層是( )
A.低緯度的對流層
B.中緯度的平流層
C.高緯度的對流層
D.低緯度的平流層
2.該層大氣( )
A.隨高度增加,溫度增幅變小
B.能夠大量吸收紫外線長波輻射
C.以水平運動為主,有利于飛機高空飛行
D.受強烈的太陽輻射呈電離狀態(tài)
[解析] 本題組考查大氣的垂直分層及平流層的特點。圖中顯示大氣層高度在12~50千米之間,且溫度隨高度的增高而增加,因此可判斷為中緯度平流層,該層大氣以水平運動為主,有利于飛機高空飛行;紫外線輻射為短波輻射。
[答案] 1.B 2.C
氣球作為探空的工具已被廣泛使用,如下圖所示,一探空氣球由地面上升至100千米處。據(jù)其可能探測到的現(xiàn)象回答3~4題。
3.探空氣球記錄的隨高度增加氣溫變化的規(guī)律可能是( )
A.一直遞減
B.一直遞增
C.遞增→遞減→遞增→遞減
D.遞減→遞增→遞減→遞增
[解析] 探空氣球在上升的過程中,依次經(jīng)過對流層、平流層和高層大氣,因此氣溫變化規(guī)律是遞減→遞增→遞減→遞增。
[答案] D
4.探空氣球探測到水汽集中的層次是( )
A.對流層B.平流層
C.高層大氣D.電離層
[解析] 水汽幾乎全部都集中在對流層。
[答案] A
5.讀“大氣垂直分層示意圖”,回答問題。
(1)A是________層,該層氣溫隨高度的變化特點是___________________。
(2)B是________層,該層氣流平穩(wěn),適合于________飛行。
(3)地球人造衛(wèi)星在軌運行期間,主要是在大氣中的________中運行,其返回時,在距地面1000米的高度內,所經(jīng)歷的氣溫變化特點是________________________,原因是什么?
(4)300千米以上的大氣層氣溫高達1000 ℃以上,但其中運行的人造衛(wèi)星不會被燒毀,主要原因是( )
A.衛(wèi)星與大氣處于相對靜止狀態(tài)
B.衛(wèi)星在大氣中高速運行,能很好地散熱
C.該層大氣稀薄,衛(wèi)星從中吸收的和與之摩擦產(chǎn)生的熱量都有限
D.該層大氣密度很大,有利于衛(wèi)星散熱
[解析] 從圖中各層高度數(shù)值可以看出,A是對流層,B是平流層,50千米以上是高層大氣。各層的氣溫變化從氣溫垂直分布曲線上讀出。300千米以上的高層大氣中,氣溫很高,但空氣稀薄,氣壓低,人造衛(wèi)星在運行中與空氣摩擦產(chǎn)生的熱量很有限,并且人造衛(wèi)星從大氣中吸收的熱量很少,所以不會被燒毀。
[答案] (1)對流 氣溫隨高度的增加而降低
(2)平流 飛機
(3)高層大氣 氣溫逐漸升高 地面輻射是近地面大氣的直接熱源,越靠近地面,大氣所獲得的地面輻射熱量越多。
(4)C
課后作業(yè)(五)
一、單項選擇題
1.對流層大氣中氧氣的主要作用是( )
A.光合作用的原料B.吸收紫外線
C.維持地球生命活動D.生物體的基本成分
[解析] 對流層大氣中光合作用的原料是二氧化碳,能吸收太陽輻射中紫外線的是臭氧和氧原子,組成生物體的基本成分是氮,氧氣的作用是維持生命活動。
[答案] C
2.大氣中能夠成云致雨的主要成分是( )
A.二氧化碳和水汽B.臭氧和二氧化碳
C.水汽和塵埃D.氧和氮
[解析] 水的相變產(chǎn)生云、雨、霧、雪等天氣現(xiàn)象,塵埃是水汽凝結的凝結核,是成云致雨的必要條件。
[答案] C
3.對地面有保溫作用的大氣成分主要是( )
A.氧B.氮
C.二氧化碳D.臭氧
[解析] 本題考查二氧化碳對地面的保溫效應。二氧化碳和水汽能吸收地面的長波輻射,并以逆輻射的形式將其還回地面。
[答案] C
4.對流層高度隨緯度增高而降低,原因是( )
A.近地面氣壓高緯度高,低緯度低
B.近地面氣溫低緯度高,高緯度低
C.水汽含量低緯度多,高緯度少
D.高空氣溫低緯度低,高緯度高
[解析] 下部熱上部冷的氣溫分布利于空氣的對流運動。低緯地區(qū)受熱多,下部空氣熱,對流旺盛,對流層所達高度就高。高緯地區(qū)受熱少,下部空氣較低緯冷,對流層高度較低。
[答案] B
5.有關電離層的敘述,錯誤的是( )
A.出現(xiàn)在平流層和對流層之間
B.大氣在太陽紫外線和宇宙射線作用下電離
C.對無線電通信有重要作用
D.大約在80~500千米高空有若干電離層
[解析] 電離層出現(xiàn)在高層大氣中,在80~500千米的高空有若干電離層,電離層大氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用下,處于高度電離,故能反射無線電短波,對無線電通信有重要作用。
[答案] A
下圖為“地球大氣的垂直分層圖(部分)”,讀圖回答6~8題。
6.①、②、③、④四條曲線中,正確表示圖示大氣層氣溫垂直分布狀況的是( )
A.① B.② C.③ D.④
7.影響該大氣層氣溫垂直變化的主要因素是( )
A.地面輻射B.CO2氣體
C.臭氧氣體D.人類活動
8.有關該大氣層的敘述,正確的是( )
A.有電離層,對無線電通訊有重要作用
B.天氣晴朗,對流旺盛,有利于高空飛行
C.上部冷下部熱,空氣以平流運動為主
D.頂部與底部的氣溫相差約50 ℃左右
[解析] 本題組考查了大氣的垂直分層及特點。第6題,根據(jù)圖中大氣層距地面的高度可知該大氣層是平流層,平流層下層氣溫隨高度變化很小,30 km以上氣溫隨高度增加而迅速上升,B、C、D錯,故選A。第7題,平流層較高,受地面影響很小,依靠臭氧氣體吸收紫外線而增溫,故選C。第8題,平流層上熱下冷,大氣以水平運動為主,大氣平穩(wěn),天氣晴朗,有利于高空飛行,圖中大氣層的溫差約為50 ℃。
[答案] 6.A 7.C 8.D
晴朗無風的夜晚,地面因輻射而失去熱量,近地面大氣層冷卻強烈,較高大氣層冷卻較慢,氣溫從地面開始向上遞增,稱為輻射逆溫。讀圖回答9~10題。
9.圖中a表示輻射逆溫形成前的氣溫垂直分布,一般出現(xiàn)在午后;b表示輻射逆溫形成后,一般出現(xiàn)在黎明以前。則c出現(xiàn)的時間最可能是( )
A.上午 B.正午 C.傍晚 D.凌晨
[解析] c出現(xiàn)的時間最可能是上午,日出后,近地面吸收太陽輻射增溫,大氣吸收地面輻射增溫,近地面慢慢增溫,形成c圖的形態(tài),A項正確。
[答案] A
10.逆溫的影響有( )
①利于污染物的擴散 ②破壞臭氧層 ③抑制沙塵暴的發(fā)生 ④減輕山區(qū)農(nóng)作物凍害
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
[解析] 逆溫時大氣上熱下冷,空氣穩(wěn)定,對流活動弱,不利于污染物的擴散。逆溫能抑制沙塵暴的發(fā)生,可減輕山區(qū)農(nóng)作物凍害。臭氧層的破壞與氟利昂排放有關,與逆溫關系不大。
[答案] B
浙江省山地、丘陵廣布,適宜茶樹生長,但春季逆溫天氣頻繁出現(xiàn),茶園易受霜凍天氣影響。為此,當?shù)夭鑸@引進了防霜凍風扇。當夜晚溫度約降到4 ℃時,風扇會自動打開,從而減輕霜凍對茶樹的傷害。圖甲為風扇防霜凍的工作機理示意圖,圖乙為茶園某時氣溫垂直分布示意圖。據(jù)此回答11~12題。
11.防霜凍風扇最適宜的安裝高度為( )
A.9~10米B.7~8米
C.6~7米D.4米以下
[解析] 讀圖可知,4~8米范圍內出現(xiàn)了逆溫,且在8米附近氣溫最高。防霜凍風扇可將上層的暖空氣吹到下層,與下層冷空氣混合,提高下層空氣溫度,所以防霜凍風扇安裝高度以7~8米為宜。
[答案] B
12.關于防霜凍風扇的工作機理的說法,正確的是( )
①防霜凍風扇可以把高處的暖空氣往下吹到茶樹上 ②防霜凍風扇吹出的熱風可以使茶樹免受霜凍影響 ③防霜凍風扇的轉動會增加下層暖空氣上升速度 ④防霜凍風扇轉動可帶動空氣流動,提高下層空氣溫度
A.①③ B.②④ C.②③ D.①④
[解析] 根據(jù)上題分析可知,防霜凍風扇位于逆溫層氣溫較高處,可把高處暖空氣吹到茶樹上,①正確;防霜凍風扇本身并不能吹出熱風,②不正確;防霜凍風扇可將上層暖空氣吹到下層,③錯誤;防霜凍風扇的轉動,加快了空氣流動,提高了下層空氣溫度,④正確。
[答案] D
二、非選擇題
13.右圖表示某一高度的大氣,根據(jù)所學知識回答下列問題。
(1)若該層是人類生存環(huán)境的天然屏障,則該層是________層,原因是__________________。該層因______________________而有利于高空飛行。
(2)若該層的熱量直接來自地面,則該層是________層,其空氣運動以________為主,原因是_____________________。該層的天氣特征是__________________________。
(3)該層對無線電通信有重要作用,則該層是________層,原因是_______________,導致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是____________。
(4)若人類活動導致其成分增加或減少,則該層可能是________和________。
[解析] 解答此題的關鍵是掌握地球大氣各層的特點及其與人類活動的關系。解第(1)題的關鍵是對“天然屏障”有正確認識,大氣中的臭氧能夠阻隔太陽光中的紫外線,即判定該大氣為平流層中的臭氧層,又因該層水汽、固體雜質極少,天氣晴朗,能見度好,大氣平穩(wěn),利于高空飛行。第(2)題,大氣各層中只有對流層的熱量主要來自地面,導致垂直方向上氣溫自下而上遞減、空氣對流運動等。第(3)題考查的是電離層的知識,應了解電離層的成因。第(4)題,受人類活動影響,大氣成分變化明顯的是二氧化碳增多和臭氧減少,它們分別主要分布在對流層和平流層。
[答案] (1)平流 此層臭氧含量最多,臭氧大量吸收太陽輻射紫外線,保護地球生物免受傷害 天氣晴朗,能見度好,大氣平穩(wěn)
(2)對流 對流 上冷下熱 復雜多變
(3)電離 大氣處于高度電離狀態(tài) 太陽紫外線和宇宙射線的作用
(4)對流層 平流層
14.下圖表示近地面空氣若上升到3000米高度時,溫度往往為T。3000米高空的實際溫度為Ts,當Ts≥T時,近地面空氣上升將受阻,即出現(xiàn)了逆溫現(xiàn)象。讀某城市春季氣溫日變化圖,回答問題。
(1)若Ts穩(wěn)定在≤-8 ℃,該城市氣溫至少要上升到________ ℃以上時,逆溫現(xiàn)象才會結束,這時的時間約為________時。
(2)一般逆溫結束后2小時,近地面對流起到凈化空氣的作用。所以,在圖示的情況下,僅考慮空氣潔凈的因素,上午體育鍛煉的時間宜選在________時左右。
[解析] 逆溫層出現(xiàn)在高空3000米處,此時Ts=-8 ℃
因為:逆溫出現(xiàn)的條件為T≤Ts
所以:T≤-8 ℃
設此時城市氣溫為T0
因為:T=T0-0.6 ℃×3000米/100=T0-18 ℃
所以:T0-18 ℃≤-8 ℃
即:T0≤10 ℃
該式表明此城市夜間氣溫降到T≤10 ℃時逆溫出現(xiàn),同時也說明,日出后該城市氣溫升至T0>10 ℃時逆溫結束。所以,讀圖可知,當氣溫達到10 ℃時,此時約為8時;根據(jù)逆溫結束后2小時,近地面對流才能起到凈化空氣的作用,上午體育鍛煉應在8時向后移2小時,即10時為宜。
[答案] (1)10 8
(2)10
垂直分層
氣溫特點
與人類關系
A對流層
隨高度升高而降低
最為密切
B平流層
隨高度升高而升高
適合飛機飛行
C高層大氣
隨高度增加先降低后升高
人造衛(wèi)星等在此運行
輻射
逆溫
在晴朗無云或少云的夜間,地面輻射散失熱量多,地面迅速冷卻,使貼近地面的大氣層也隨之降溫,離地面越近,降溫越快,使得近地面空氣溫度低于上部空氣溫度,從而產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。這種逆溫,在大陸上常年都可出現(xiàn),尤以冬季最強
平流
逆溫
暖空氣平流到冷的地面或冷的水面上,由于暖空氣的下層受到冷地面或冷水面的影響而迅速降溫,上層受影響較小,降溫較慢,從而形成逆溫。這種逆溫現(xiàn)象主要出現(xiàn)在中緯沿海地區(qū)
鋒面
逆溫
在鋒面附近,由于冷暖空氣的溫度差比較大,暖空氣爬到冷空氣的上面,也會產(chǎn)生明顯的逆溫現(xiàn)象
地形
逆溫
在山谷(盆地)中,較重的冷空氣沿山坡流動下沉聚集在谷(盆)底,谷(盆)底原來的暖空氣被冷空氣抬擠上升,由此形成逆溫,這種逆溫一般發(fā)生在晚上;還有一種情況是冬半年冷空氣在向低緯地區(qū)運動過程中,因冷空氣較重,把地勢較低的盆(谷)地地區(qū)填滿,而盆(谷)地上空是暖空氣,盆(谷)地上空暖空氣與盆(谷)地內冷空氣交界附近的大氣層形成逆溫
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