第3章 第1节 大气的组成与垂直分层（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中地理必修第一册（湘教版2019）

第一节　大气的组成与垂直分层 课程标准及解读 知识点一 大气的组成 　　大气是多种气体的混合物，低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质三部分组成。 1．干洁空气 成分 作用 氮气 地球上生物体的基本成分 氧气 ①人类和其他好氧生物维持生命活动必需的物质；②参与有机物的燃烧、腐败和分解过程 二氧化碳 绿色植物进行光合作用的基本原料，对地面起着保温作用 臭氧 强烈吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过量紫外线的伤害 2.水汽 (1)分布 ①水平方向：海洋上空高于陆地上空，湿润地区上空高于干旱地区上空。 ②垂直方向：自地面向高空逐渐减少。 (2)作用：产生云、雾、雨、雪等一系列天气现象。 3．杂质 (1)分布：在近地面大气中，陆上多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。 (2)作用 不断“变化”的大气成分 (1)大气中的杂质含量随时间、地点、天气条件而变化。 (2)人类活动会影响大气成分的变化。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。 知识点二 大气的垂直分层 根据大气的温度、密度和运动状况在垂直方向上的差异，大气自下而上可划分为对流层、平流层和高层大气。 分层 气温特点 大气运动状况 与人类的关系 对流层 对流层气温随高度的增加而递减 对流运动显著 最为密切，天气现象复杂多变 平流层 随高度增加而上升 以水平运动为主 在15～35千米处形成臭氧层，吸收大量紫外线；天气晴朗，利于高空飞行 高层 大气 随高度增加先降低后增加 60～500千米的高空有若干电离层，对远距离无线电通信有重要作用 1．对流层的高度“变化” (1)温度越高，对流层厚度越大。故同一地区夏季对流层厚度大，冬季厚度小。 (2)地面是对流层大气主要的直接热源，故对流层随高度升高气温下降。 2．大气层中的“层中层” (1)臭氧集中在15～35千米的大气层(对流层)中，形成臭氧层。 (2)高层大气中60～500千米的高空有若干电离层。 ◆自主检测 1．判断。 (1)干洁空气主要成分是氮和氧。(　　√　　) (2)大气圈中最多的成分是氧。(　　×　　) (3)二氧化碳是光合作用的基本原料，对地表气温没有影响。(　　×　　) (4)臭氧对人类和动物是无害的。(　　×　　) (5)全球各地对流层的高度是一样的。(　　×　　) (6)对流层的高度受地面影响很大。(　　√　　) (7)对流层的厚度低纬度地区大于高纬度地区，夏季大于冬季。(　　√　　) (8)高层大气气温随高度的升高而升高。(　　×　　) 2．画图。 指出图中A、B、C大气层的名称，补绘图中A、B两层的气温变化曲线。 A：________；B：________；C：________。 提示： A：对流层；B：平流层；C：高层大气。 3．思考。 (1)全球变暖主要与哪种大气成分增多有关？ 提示：二氧化碳。 (2)平流层为什么适合航空飞行？ 提示：平流层的气温下低上高，空气难以形成对流，大气以水平运动为主，飞机飞行时不会上下颠簸；平流层少水汽和尘埃，天气晴朗少变，能见度高，利于飞机飞行。 (3)分析在高层大气中，部分地区温度可达数千摄氏度，可飞行器却不会被烧毁，为什么？ 提示：高层大气中空气稀薄，航天飞行器从中吸收和与之摩擦产生的热量有限。 任务一__大气的垂直分层 绿色植物在太阳光照射下，利用水分和二氧化碳制造葡萄糖并释放氧气的过程，叫作光合作用。绿色植物通过光合作用改变了原始大气的成分。 1．此图显示二氧化碳的主要作用是什么？ 提示：绿色植物进行光合作用的基本原料。 2．此图中产生的氧气在地理环境中有何作用？ 提示：氧气是人类和其他好氧生物维持生命活动必需的物质。 3．举例说明人类活动对大气成分的影响，并分析由此带来的环境问题。 提示：人类排放大量二氧化碳，导致全球气候变暖；人类排放大量的二氧化硫，导致酸雨发生；人类大量使用制冷剂，导致大气中含有大量氟氯烃，造成臭氧层空洞等。 大气的垂直分层 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 气温随高度的增加而降低(每升高1千米气温大约下降6 ℃) 地面是对流层大气主要的直接热源 人类就生活在对流层底部，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，易成云致雨 集中了大气质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；对流运动显著 平流层 自对流层顶向上至50～55千米高空 气温随高度升高而升高 该层中的臭氧吸收太阳紫外线 平流层有利于高空飞行；臭氧层有保护地球生命的作用 以水平运动为主 该层上部热、下部冷，大气稳定 无云雨现象 能见度好,水汽、杂质少，气流平稳 高层大气 平流层顶以上至2 000～3 000千米的高空 气温随高度增加先降低后升高 下部臭氧含量较少，上层接收紫外线较多 60～500千米的高空，有若干电离层，电离层能反射无线电波，对远距离无线电通信有重要作用 空气密度很小 距地面远，受到的引力小 下图为大气垂直分层示意图。读图，完成1～2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 1．B　2.D　解析：第1题，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线在Ⅱ层上半部分气温变化出现错误，故只有②正确。第2题，高层大气(Ⅲ层)中存在若干电离层。 2024年1月17日晚，中国龙年首单“太空快递”正式发出，随后到达离地面380千米的天和核心舱。读大气垂直分层示意图，完成3～4题。 3．关于大气各层特点的叙述正确的是(　　) A．大气质量约75%都在a层 B．纬度越高a层层顶越高 C．b层是臭氧吸收红外线而增温 D．高层大气对流明显，天气多变 4．下列是“太空快递”升空新闻上部分网友的弹幕，没有道理的是(　　) A．我晕，越来越缺氧 B．经历了风吹雨打，前途晴空万里 C．小哥不易啊，一阵冷一阵热地往上飞 D．我要飞得更高，离地300千米去见我的彩虹妹妹 3．A　4.D　解析：第3题，据图可知，a为对流层，大气质量约75%都在对流层，故A项正确；纬度越低，热量越丰富，对流层高度越高，纬度越高，对流层的高度越低，故B项错误；b为平流层，大气以水平运动为主，臭氧吸收紫外线放热而增温，故C项错误；对流层的大气对流明显，天气多变，不是高层大气。第4题，“太空快递”由对流层上升到高层大气，随着高度的升高引力减小，大气越来越稀薄，氧气越来越少，所以越来越缺氧，A项不符合题意；在对流层会出现风、雨、雷电等天气现象，在平流层大气以平流运动为主，会出现晴空万里的现象，B项不符合题意；在对流层气温随着高度的升高而下降，在平流层气温随着高度的上升而上升，会出现一阵冷一阵热地往上飞的现象，C项不符合题意；彩虹出现在对流层中，300千米的高空不会有彩虹出现，D项符合题意。 任务二__对流层大气的逆温现象 一般情况下，对流层温度上低下高，但在一定条件下，对流层的某一高度范围内有时会出现气温随高度增加而升高的现象，这种气温逆转的现象我们称为“逆温”。它有时会造成严重的大气污染事件，给我们的生产和生活带来不利影响。下图为某城市清晨低层大气剖面图。 1．图中气温分布异常的是①②③中的________，判断依据是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：②　气温随高度增加而升高 2．该城市工业高度集中，当天发生了重大的烟雾事件，造成这一恶性事件的人为原因、气象原因、地形原因分别是什么？ 提示：人为原因：工厂烟囱排放大量的煤烟、粉尘和硫氧化物，使凝结核增多，空气污浊，烟雾弥漫。气象原因：大气中出现了逆温(即气温下部低、上部高)，抑制了气流的上升，不利于污染物扩散。地形原因：城市位于谷地(或盆地)中，污染物不易扩散。 1．气温垂直递减率的变化 正常情况下，对流层气温随海拔升高而逐渐降低，海拔每升高1 000米，气温下降约6 ℃(如图1所示)，但是在不同的地点和不同的时间，可能会小于6 ℃或者大于6 ℃，如图2表现为曲线变陡或变缓，在①情况下，大气对流运动会更加强烈，在②情况下，大气的对流运动会减弱，大气比较稳定。 2．逆温现象 (1)类型 类型 成因 特点 辐射 逆温 地面辐射冷却，在晴朗无云或少云的夜晚，地面辐射冷却快，离地面越近，降温越快 大陆上常年均可出现，尤以冬季最强 平流 逆温 暖空气水平移动到冷的地面或水面上，而发生的冷接触作用 愈近地表，降温愈快 锋面 逆温 冷暖气团温度差异显著，暖气团位于锋面上部 出现于锋面附近 地形 逆温 冷空气沿斜坡向低谷和盆地流动 出现于山谷或盆地 (2)逆温的形成与消失过程 3．逆温的影响 (1)有利影响 ①逆温可提高谷地在冬季的温度，冻害得以避免或减轻。 ②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。 ③逆温出现在高空，有利于飞机的飞行。 (2)不利影响 ①逆温时大气结构比较稳定，容易加重大气污染。 ②对天气的影响：容易产生大雾等不利天气。 ③对交通的影响：能见度降低，地面湿滑。 晴朗无风的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地面大气冷却强烈，高空大气冷却较慢，气温从地面开始向上递增，称为辐射逆温。读下图，完成1～2题。 1．图中a表示辐射逆温形成前的气温垂直分布，一般出现在午后；b表示辐射逆温形成后，一般出现在黎明以前。则c出现的时间最可能是(　　) A．上午 B．正午 C．傍晚 D．凌晨 2．逆温的影响有(　　) ①利于污染物的扩散 ②利于雾的形成 ③抑制沙尘暴的发生 ④减轻山区农作物冻害 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 1．A　2.B　解析：第1题，c表示逆温逐渐消失，故c出现的时间是在黎明之后，正午之前即上午时间。第2题，逆温出现后近地面温度低，高空温度高，气体不易发生对流运动，不利于污染物的扩散，故①错误；由于近地面的温度较低，有利于水汽凝结成雾，故②正确；逆温出现后，大气运动会减弱，可以抑制沙尘暴的发生，故③正确；山区农作物分布海拔较高，如处于逆温层，温度较高可以减轻冻害，故④正确。故选B项。 2023年入冬以来，雾霾天气在我国频繁出现，空气质量问题已引起全社会关注。下图示意气温垂直分布的4种情形。读图完成3～4题。 3．假设四幅气温垂直分布图反映了一次雾霾天气的生消过程，则正确反映雾霾天气生消过程的是(　　) A．①→②→③→④ B．④→①→②→③ C．③→④→①→② D．②→③→④→① 4．图中最有利于大气污染扩散的情形是(　　) A．① B．② C．③ D．④ 3．D　4.A　解析：第3题，雾霾的形成与逆温有密切的关系，故雾霾的生消过程与逆温过程大体一致。图中②→③→④→①的顺序是逆温由出现到消失的过程，D项正确。第4题，读图可知，①情形时气温随高度的增加而降低，利于空气对流运动及大气污染物的扩散，A项正确。②③④情形时均存在气温随高度的增加而升高的情况，即大气中均存在逆温层。逆温层底部气温低、顶部气温高，不利于空气的对流运动，大气污染物不易扩散。 [创新素材] 飞机飞行的平流层 平流层的上限在50千米左右，最低的地方可以低到7千米，根据纬度和季节变化，平流层的下限也会变化，在7～12千米，所以民航客机平飞的时候，高度10千米左右，就已经到了平流层了。在平流层平飞，主要的优点是气流相对稳定，没有雷电、雨、雪等天气现象。一般都在云层之上，安全性也好一些。不过也都不绝对，高空冷云也可能达到14千米左右，同样有闪电，只不过概率小很多。如果飞得更高，20千米，就会完全避开天气现象，但是因为大气密度太低，飞机气动升力不足，无法长时间平飞，或者燃油经济性不佳。所以民航飞机平飞的高度也就在10千米左右。国际航线高一些，可以到14千米左右。 平流层适合飞机安全飞行的优点如下： (1)受力稳定：平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵驾驶。 (2)能见度高：地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行。 (3)安全系数高：飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全。当然，在起飞和着陆时，要想方设法驱赶开飞鸟才更为安全。 (4)噪声污染小：平流层距地面较高，约12～50千米，飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪声污染相对较小。 (5)升力条件仍在：跟在对流层一样，飞机航行在平流层仍然需要升力，平流层空气密度较小，但依然有空气，可以让飞机产生升力。 [新题优选] 乘坐飞机出行是人们常见的行为方式。据此完成1～2题。 1．人们出行坐飞机时，飞机最可能在(　　) A．平流层顶部飞行 B．平流层中部飞行 C．平流层底部飞行 D．平流层任意高度飞行 2．平流层适合飞机飞行的主要原因是(　　) ①平流层大气气温上热下冷，以水平运动为主 ②平流层大气气温下热上冷，以平流运动为主 ③水汽和杂质含量少，无云雨现象，能见度好 ④天气复杂多变，利于观赏 A．①④ B．①③ C．②③ D．②④ 1．C　2.B　解析：第1题，飞机飞行时，遇到大气对流运动，会使得飞机颠簸，安全性受到威胁，因此人们出行坐飞机时，飞机最可能在以水平运动为主的平流层中飞行，但由于平流层中、上部空气密度小，机翼上下产生的气压差小，不利于飞机飞行，因此飞机应在空气密度较大的平流层底部飞行，C项正确。第2题，根据所学知识可知，平流层大气随高度升高气温上升，气温上热下冷，以水平运动为主，利于飞机飞行，①正确，②错误；相对于对流层，平流层高度较高，水汽和杂质含量少，无云雨现象，能见度好，利于飞机飞行，③正确，④错误。综上所述，①③正确，故选B项。 [命题解读] [知识谱系] [问题清单] 1．组成大气的主要成分及其作用是什么？ 2．大气是怎样进行分层的？ 3．对流层有何特点？ 4．平流层主要特点有哪些？ 5．高层大气的主要特点是什么？ 大气是由多种混合组成的气体及悬浮其中的液态和固态杂质所组成。据此完成1～2题。 1．低层大气的组成成分是(　　) A．氧气、氮气和干洁空气 B．二氧化碳、水汽和杂质 C．干洁空气、水汽和杂质 D．氮气、水汽和干洁空气 2．大气中二氧化碳的主要作用是(　　) A．调节地表温度 B．维持生物的呼吸 C．保护地球生命 D．构成生物体组成 1．C　2.A　解析：第1题，低层大气由干洁空气、水汽和杂质组成。第2题，大气中的二氧化碳含量很少，既是绿色植物进行光合作用的基本原料，也对地面有保温作用。 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，完成3～4题。 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 3.地球大气被称为“氮氧大气”，主要是因为二者(　　) 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 4．目前，导致二氧化碳浓度升高的主要因素是(　　) 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 3．A　4.B　解析：第3题，氮和氧是大气的主要成分，在干洁空气成分中，氮和氧二者约占99%，故又称地球大气为“氮氧大气”。第4题，目前，大气中的二氧化碳浓度逐渐升高，原因一是森林破坏，二是大量燃烧化石燃料。 气球作为探空的工具已被广泛使用，如图所示，一探空气球由地面上升至高空100千米处。据此完成5～6题。 5．探空气球记录的随高度增加而气温变化的规律可能是(　　) A．一直递减 B．一直递增 C．递增→递减→递增→递减 D．递减→递增→递减→递增 6．探空气球探测到水汽集中在(　　) A．对流层 B．平流层 C．高层大气 D．电离层 5．D　6.A　解析：第5题，从图中看到该气球所在高度约为100千米，处于高层大气中，所以该探空气球飞越了对流层、平流层、高层大气，气温变化符合D项描述。第6题，大气总质量的四分之三集中在对流层，对流层以上云雨绝迹，故几乎所有的水汽和杂质集中在对流层，故选A项。 下图为“地球大气的垂直分层(部分)示意图”。读图，完成7～9题。 7．正确表示图示大气层气温垂直变化规律的曲线是(　　) A．① B．② C．③ D．④ 8．决定图示大气层气温垂直变化的因素是(　　) A．地面辐射 B．二氧化碳 C．臭氧 D．人类活动 9．下列关于图示大气层的叙述，正确的是(　　) A．顶部与底部的气温差约为55 ℃ B．有电离层，对无线电通信有重要作用 C．天气晴朗，对流旺盛，利于高空飞行 D．上部冷下部热，空气以对流运动为主 7．A　8.C　9.A　解析：第7题，根据图中大气层距地面的高度为12～50千米，可知该大气层为平流层；平流层存在臭氧层，可以吸收紫外线增温，臭氧层以下气温随高度变化很小，臭氧层以上，气温随高度增加而迅速上升，①曲线符合该特征。故选A项。第8题，平流层靠臭氧大量吸收紫外线使大气增温，C项正确。第9题，由前面分析可知①曲线表示图示大气层的气温垂直变化规律，读图可知其顶部与底部的气温相差约55 ℃，A项正确。电离层位于高层大气。平流层上部热下部冷，空气以水平运动为主，气流稳定，利于高空飞行，B、C、D项错误。 在对流层中，大气的组成并不是固定不变的。据此完成10～11题。 10．大气中含量虽很少，但却是天气变化重要角色的物质是(　　) A．二氧化碳和臭氧 B．氩和氖 C．水汽和杂质 D．氮和氧 11．人类活动造成的大气污染，已导致大气中一些成分比例发生明显变化，表现在(　　) A．臭氧增多 B．氧气增多 C．水汽增多 D．二氧化碳含量增加 10．C　11.D　解析：第10题，水汽可发生固、液、气三态的转化，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象，杂质作为凝结核，又是成云致雨的必要条件。第11题，化石燃料的燃烧和森林的破坏使大气中二氧化碳的含量在近300年里大量增加。 高空跳伞运动是指跳伞者乘飞机、气球等航空器升至高空后跳下，在张开降落伞之前和开伞后于空中做动作。现存最高跳伞纪录为3.3万米。下图示意大气的垂直分层。读图，完成12～13题。 12．关于对高空跳伞纪录保持者起跳高度所处的大气层，正确的叙述是(　　) A．气温随高度的增加而降低 B．气流平稳有利于高空飞行 C．大气对流运动易成云致雨 D．大气密度极小被高度电离 13．甲层大气的热量主要直接来自(　　) A．太阳辐射 B．地面辐射 C．大气辐射 D．大气逆辐射 12．B　13.B　解析：第12题，对流层的高度因纬度而不同，在低纬度地区平均高度为17～18千米，在中纬度地区平均为10～12千米，极地平均为8～9千米。平流层的高度为对流层顶部至50～55千米，平流层以上为高层大气。根据材料“现存最高跳伞纪录为3.3万米”可知，处于平流层，所以B项正确。平流层气温随高度的增加而增加，大气以平流运动为主，故A、C项错误。高层大气大气密度极小有若干电离层，D项错误。故选B项。第13题，根据大气的受热过程，近地面大气中的水汽、二氧化碳对地面的长波辐射具有很强的吸收能力，而对太阳短波辐射吸收能力较弱，故对流层大气的热量主要直接来自地面辐射，A项错误，B项正确；大气辐射和大气逆辐射由大气增温后释放，C、D项错误。故选B项。 飞机颠簸指飞机在飞行中遇到乱流而突然出现的忽上忽下、左右摇晃及机身震颤现象。飞行颠簸层高度一般不超过海拔1 000米，强颠簸层高度只有几百米，颠簸层水平范围多数在100千米以内。下图为2023年我国某航空公司西南高原航线飞行颠簸次数年内变化图。据此完成14～15题。 14．由青藏高原飞往云贵高原的飞机发生颠簸的概率会(　　) A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．先增大，后减小 D．先减小，后增大 15．若飞行员正在低空飞行时屏幕上显示前方有强颠簸区，应采取的措施是(　　) A．加速前行 B．调头返回 C．迅速爬升 D．向下俯冲 14．A　15.C　解析：第14题，青藏高原纬度和海拔较高，对流较弱，飞机颠簸概率较小；云贵高原纬度和海拔较低，且地势自西北向东南降低，对流较强且逐渐增强，飞机颠簸概率较大。因此，由青藏高原飞往云贵高原的飞机发生颠簸的概率会逐渐增大，A项正确，B、C、D项错误。第15题，飞机平稳飞行在平流层，飞行员在低空飞行发现或发生颠簸时，说明该区域对流层厚度大，应向上迅速爬升进入平流层，C项正确；加速前行可能会造成危险，A项错误；掉头返回会影响旅客行程，通常不会采取这样的方式，B项错误；俯冲向下，低空对流或湍流更强烈，更易发生飞机颠簸，D项错误。 对我国甘肃某绿洲观测发现，在天气稳定的状态下，会季节性出现绿洲地表温度全天低于周边沙漠的现象。主要成因是戈壁沙漠上空被加热的暖空气，通过局地环流作用输送到绿洲上空，形成一个上热下冷的逆温层，使近地面冷空气以保持稳定，于是形成了一个比较凉爽、湿润的小气候。结合所学知识，完成16～17题。 16．该现象出现时，下列各图当中，与绿洲上空气温变化情况相符的是(　　) A．① B．② C．③ D．④ 17．该现象的存在，会使绿洲地区(　　) A．热量交换变缓 B．空气对流增强 C．水汽蒸发加快 D．地面风速增强 16．D　17.A　解析：第16题，由材料可知，绿洲上空出现逆温现象，即海拔越高，气温越高，②③近地面没有出现逆温，B、C项错误；逆温层出现的高度有限，①出现两个逆温层，不符合题意，A项错误，④符合逆温分布的特征，D项正确。第17题，逆温的出现，使上下层大气难以形成对流，热量交换少，A项正确，B项错误；近地面气温低，蒸发弱，C项错误；由于垂直方向难以形成对流，使水平方向的气流难以形成气压差异，地面风速小，D项错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$