2025年高三地理一轮复习大专题知识整合7——大气受热过程

主题七 大气受热过程 第一部分 基础知识 地球大气的形成 地球形成初期，引力较弱，地球大气层非常不稳定，容易在太阳风的影响下脱离地球控制飘散向宇宙空间。主要由氢、氦、甲烷、氨、二氧化碳、水汽等组成。 后来在剧烈的火山运动中，存在于地球内部的大量气体被释放，其中有大量水汽、二氧化碳、二氧化硫等，但几乎没有氧气。 随着地球逐渐冷却，水汽凝结成云，大量的降水汇集成海洋。大约35亿年前，海洋中的细菌通过光合作用开始向水中释放氧气，随着产生氧气的有机体越来越多，氧气进入大气。另外，氧分子（O2）在紫外线照射下会形成臭氧（O3），臭氧可以吸收大量紫外线辐射，因受到大气臭氧的保护，使海洋生物能够顺利向陆地演化成为可能。后来经过漫长演化，逐渐形成现在的大气结构。下面我们将走进大气，学习地球大气中发生的各种地理现象。早期火山活动释放大量气体 大气垂直分层示意图 基础一 大气组成 低层大气由干洁空气、水汽、杂质构成。大气中除去水汽和杂质以外的混合气体，称为干洁空气。25km以下的干洁空气中，氮气、氧气占总体积99%，其他仅占1%，虽然占比小，但对地理环境意义重大。 干洁空气成分在短期内不会有明显变化，但在近百年来，二氧化碳含量呈上升趋势；臭氧含量呈下降趋势，尤其在两极表现为臭氧层空洞。而水汽、杂质因时因地含量变化很大，污染严重的地区杂质含量高。干洁空气成分的体积分数 （25km以下） 对流层厚度示意图 基础二 大气垂直分层 地球大气从地面向上延伸至数千米高空。根据温度、密度、大气运动状况，我们将大气自下而上划分为：对流层、平流层和高层大气（高层大气又具体分为中间层、热层、散逸层）。 对流层 高度：地面受热越多对流越强，因此高度随纬度升高呈递减趋势。低纬度17-18km；中纬度10-12km；高纬度8-9km。 温度分布：随海拔升高气温降低，形成下热上冷结构。一般海拔 每升高100m，气温下降0.65℃，叫做气温垂直递减率。 热量来源：越靠近地面越热，因此热量来自地面。 大气运动：空气受热密度小，空气冷却密度大。因此对流层空气要做垂直运动，称为对流。 应用：发生云、雾、雨、雪等各种天气现象。 高层大气 高度：2000-3000km高空大气已非常稀薄，可视为地球大气上界。 温度分布：85km以下——因无臭氧吸收紫外线，气温下降。 85km以上——紫外线被大气（氧原子等）吸收，气温升高。 现象： ① 流星坠落时与大气摩擦燃烧； ② 存在多个电离层：大气被紫外线及宇宙射线等电离，能反射无线电波，利用该层特性就能够收听到远方的无线广播。 ③ 太阳辐射粒子扰动两极电离层，产生极光。 平流层 高度：对流层顶至55km高空。 温度分布：随高度升高而升高。 热量来源：因在平流层中含有臭氧层（含量最大约22-27km）。臭氧吸收大量紫外线，使大气增温。热量来自太阳辐射。 大气运动：下冷上热结构使大气稳定，不易对流，以平流为主。 应用：适合飞机飞行。 对流层厚度示意图 大气垂直分层示意图 几点说明： 1、真实的大气厚度 大气层是在地球引力下形成的，因此越靠近地面大气浓度越高，高度越高大气越稀薄。现实情况下，大气层并没有明确的上界，仅仅是离地球越远，大气分子越来越少，直至无限接近宇宙空间，我们所确定的上界2000-3000km已经是比较稀薄的状态，可视为上界。 2、对流层的厚度 对流层内大气之所以会垂直运动，是因为形成了下热上冷的大气结构。上部大气冷，密度大要下沉；下部热，密度变小要上升，就产生对流运动。下面是关于对流的几个理解： ① 飞机飞行中的颠簸：飞机颠簸指飞机飞行中突然出现的忽上忽下、左右摇晃、机身震颤等的现象。一般飞机会在对流层与平流层交界附近飞行，正常情况下气流平流，飞行平稳，但当飞至某对流较强的地区上空时，飞机会受上升气流扰动而发生颠簸。从该实例我们可以看出，虽然我们已经有大致的对流层高度范围，但现实情况下因局部受热或气流抬升等影响，会导致某局部区域对流较强，影响高度也会相应变高。所以，对流层高度并非一个定值，要受实际垂直气流强度影响。 ② 季节变化：同样的道理，因夏季地面受热，所以上升气流强，即对流强。冬季地面冷却，对流弱。 第二部分 重点知识讲解 大气受热过程 地球大气存在温度，其能量从根本上来说来源于太阳。太阳源源不断向外放射电磁波，称为太阳辐射。地球接收到这些辐射从而导致大气开始升温，中间经过了怎样的过程，下面我们逐一探索，首先我们大致将受热过程分为三个阶段： 大气吸收示意图 第一阶段 第三阶段 第二阶段 第一阶段 简述：太阳辐射穿过茫茫宇宙，到达地球，首先要穿过厚厚的大气才能到达地球表面。太阳辐射在传播过程中，小部分被大气吸收、发射、散射，大部分到达地球表面，地面将辐射吸收而升温。（“太阳暖大地”） 1、太阳辐射 受多种因素影响，地面接受的太阳辐射量存在差异，主要影响因素有： ① 纬度（太阳高度）：纬度低，太阳高度大，太阳辐射强。如赤道与两极的差异。 ② 天气：晴朗天气，太阳辐射强。如同位于赤道的亚马孙平原和太平洋中部的差异。 ③ 地形：地势高，空气稀薄，太阳辐射强。如四川盆地与青藏高原的差异。 ④ 昼夜长短：昼越长，太阳辐射强。如北京冬季与夏季太阳辐射量的差异。 ⑤ 海陆位置：内陆地区空气干燥，晴天多，太阳辐射强。如我国西北和东部沿海的差异。 2、大气的削弱作用 太阳辐射到达大气层会受到大气中成分的影响，从而被削弱，主要通过以下三个环节进行削弱： ① 吸收：当太阳辐射到达高层大气或平流层时，其中的大气成分会对太阳辐射进行少量吸收，尤其是平流层内的臭氧（O3），几乎吸收了所有的紫外线，使到达对流层的能量大大减少。对流层对太阳辐射吸收则很少。 ② 反射：大气中的水汽、云、尘埃颗粒等各种杂质对太阳辐射有反射作用，当云层越厚、颗粒物越多时，反射也越强。反射的光线射向宇宙，不能到达地面。 ③ 散射：大气中的空气分子、水汽、尘埃颗粒等物质对太阳光有散射作用。被散射的光线不能到达地面。 大气散射示意图 大气反射示意图 大气吸收示意图 3、地面反射与地面吸收 ① 地面反射 太阳辐射穿过大气重重阻碍到达地面。但实际地面状况往往差异较大，有森林、草地、裸地、雪面、水面等等，我们用“下垫面”一词来表达这种不同的地面状况。下垫面的不同或多或少对太阳辐射有反射作用，称地面反射。右图示意不同下垫面的反射率，可以得到以下几点： Ⅰ 陆地上：浅色比深色地表反射率高、平滑比粗糙地表反射率高、干燥比湿润地表反射率高。 Ⅱ 陆地总体较水面反射率高。入射角越小，水面反射率越高。 Ⅲ 雪面反射率最高，可达90%以上。 ② 地面吸收 剩余的所有太阳辐射将由地面吸收，地面吸收量与地面的反射量相关：反射的多，吸收的就少；反射的少，吸收的多。 第二阶段 简述：地面因吸收太阳辐射而增温，同时又以长波辐射的形式把热量传递给近地面大气，称为地面辐射。近地面大气吸收地面长波辐射后，又以对流、传导等方式层层向上传递能量。（“大地暖大气”） 1、短波辐射、长波辐射 一般来说，物体温度越高，辐射的电磁波波长越短，温度越低波长越长。（如右图） 太阳温度高，因此太阳辐射波长较短，称为短波辐射；而地面受热升温后温度较低，因此地面辐射波长较长，称为长波辐射。近地面大气不吸收短波辐射，但对长波辐射吸收效率高，主要吸热物质是水汽和二氧化碳以及其他温室气体。这些成分大量吸收（75%-95%）地面辐射，使大气增温。因此，地面长波辐射是近地面大气最主要、最直接的热源。（最根本的热源是太阳辐射）未被吸收的少量地面辐射将散失到宇宙空间中。电磁波波长示意图 2、日最高气温的滞后性 太阳辐射出的能量要先晒热地面，地面继续传递热量，才使大气增温。所以一天之中，气温最高的时刻并非正午12：00，此时太阳辐射最强，热量经过上述过程传递后，气温才能达到最高，一般在午后2时（14：00）。可以看出气温对于太阳辐射的滞后性。 正午过后，随着太阳高度逐渐减小，没有了充足的太阳热量补给，气温也开始下降，进入黑夜后依然下降，直至第二天重新接受到太阳辐射，温度才开始回升，因此，日最低气温一般在日出前后出现。具体时刻根据当地实际日出时间确定。气温日变化 第三阶段 简述：大气在增温的同时，也向外辐射长波辐射，称为大气辐射。大气辐射一小部分向上射向宇宙，大部分向下射向地面，称为大气逆辐射。大气逆辐射把热量传给地面，补偿部分地面损失的热量，对地面起保温作用。（“大气返大地”） 1、大气逆辐射使地面的冷却速度变慢 用倒出来的热水和暖瓶内的热水模拟大气逆辐射的保温作用 如果地球没有大气，地面接收太阳辐射后，向宇宙空间散失热量，此时不存在大气逆辐射，就好像一杯倒出来的热水，降温速度会比较快。但有了大气，就好像将热水盛到了暖水瓶里，大气就是暖瓶内胆，虽然热量也会损失，但速度减慢，也就是起到了保温效果。 2、大气逆辐射量受大气成分影响 当大气中水汽、云雾、尘埃颗粒物等浓度越大，大气逆辐射作用越强；反之，大气越清洁，大气逆辐射越弱。我们前面在提到大气削弱作用时，同样也是受这些物质影响。 总 结 ① 大气受热过程的三个阶段简记为：太阳暖大地、大地暖大气、大气返大地。其中，在不同阶段会涉及到各个辐射环节，题目会着重考查对各个辐射环节的理解，应当把握到位。 ② 各辐射环节中，太阳辐射、地面反射在白天发生，夜晚将消失；地面辐射、大气逆辐射全天都在发生。 ③ 影响各环节辐射量（强度）的因素汇总如下： Ⅰ太阳辐射量：当太阳辐射到达大气上界时，总量是一样的。当穿过大气层到达地表时，地表接收的太阳辐射量差异大，主要影响因素有：纬度（太阳高度）、地形、天气、昼夜长短、海陆位置等。 Ⅱ地面反射量：看当地下垫面状况。与地面吸收量、地面辐射量成反比。 Ⅲ地面辐射量：看地面温度。温度高，地面辐射强；温度低，地面辐射弱。 Ⅳ大气逆辐射量：看大气清洁度。水汽、尘埃等多，大气逆辐射强；反之，大气逆辐射弱。 第三部分 知识关联 1、大气削弱作用、保温作用 我们通过探索大气的受热过程，发现大气对辐射热量而言，有两个很明显的作用——削弱作用和保温作用。削弱作用主要指大气通过吸收、反射、散射等作用削弱太阳辐射；保温作用主要指大气通过大气逆辐射对地面进行保温。我们可以用这两个重要作用解释现象： ① 解释昼夜温差大小 如，晴天要比雨天昼夜温差大，可以用两个作用解释：晴天，白天时大气对太阳辐射削弱作用弱，使白天气温较高；夜晚时大气逆辐射弱，保温作用弱，大气降温快，所以昼夜温差大。阴天，白天时大气对太阳辐射削弱作用强，使白天气温较低；夜晚时大气逆辐射强，保温作用强，大气降温慢，所以昼夜温差小。 ② 分析某地太阳能的多寡 如，高海拔地区空气稀薄，削弱作用弱，太阳能丰富；内陆地区晴天多，削弱作用弱，太阳能丰富；湿润地区盆地内多雨雾，削弱作用强，太阳能缺乏。 ③ 分析全球气候变暖原因 近百年来人类大量排放二氧化碳等温室气体，使大气吸收地面辐射变多，大气逆辐射也增强，保温作用增强，使全球平均气温升高。 ③ 生产实践应用 Ⅰ利用大棚种植反季节蔬菜：增加大气逆辐射，保温作用增强。 Ⅱ深秋农民利用秸秆制造烟雾预防霜冻：增加大气逆辐射，保温作用增强。 Ⅲ寒潮来临前覆盖地膜：减少地面辐射，保存地温。 Ⅳ寒潮来临前往田内灌水：水冻结时放热，防止冻害。 2、理解：太阳高度影响太阳辐射量 前面我们已经总结：当太阳高度大时，太阳辐射强；当太阳高度小时，太阳辐射弱。为什么这样，可从两个角度进一步理解。②与大气层厚度有关：太阳高度越小，太阳辐射穿过的大气层越厚，大气削弱作用越强，到达地面的太阳辐射少。如清晨和傍晚时的太阳辐射较小。 ①与散布面积有关： 太阳高度越小，等量的太阳辐射散布面积越大。因此，单位面积上所获得的太阳高度就越小。如高纬度地区获得的太阳辐射少。 3、霞与散射 在上一个知识的基础上，拓展一个常见的自然现象——“霞”。 其形成原因是：早晨和傍晚时，太阳高度角较小，可见光穿过大气层的距离变长，波长较短的蓝光先散射，波长较长的红光较难被散射，穿透性更强。如果近地面大气含有较多水汽或尘埃时，红色光也将被散射，使天空呈现红色，称为早霞或晚霞。并且空气中的水汽越多，散射越厉害，天空也就越红。 第四部分 实题演练 （2017·全国Ⅰ 6～8)我国某地为保证葡萄植株安全越冬，采用双层覆膜技术(两层覆膜间留有一定空间)，效果显著。下图中的曲线示意当地寒冷期(12月至次年2月)丰、枯雪年的平均气温日变化和丰、枯雪年的膜内平均温度日变化。读图，完成1～2题。 1、图中表示枯雪年膜内平均温度日变化的曲线是 A. ①　　 　B. ②　 　C. ③　　 　D. ④ 2、该地寒冷期 A. 最低气温高于-16 ℃ B. 气温日变化因积雪状况差异较大 C. 膜内温度日变化因积雪状况差异较大 D. 膜内温度日变化与气温日变化一致 【答案】1、B 2、C 【解析】1、读图，①②两条线整体气温比③④高，所以①②应是膜内温度，③④是膜外气温，从AB中选择。因为雪的覆盖会进一步保存膜内热量，所以平均气温更高且变化更平稳的①应是丰雪年，而②是枯雪年，B正确。 2、图中表示的均为平均气温，平均最低气温高于-16℃不代表实际最低气温就高于-16℃，A错误。读图，③④两条曲线应表示的丰枯雪年气温，差异并不大，B错误。①②两条曲线代表膜内温度，曲线差异较大，C正确。膜内温度和气温不一致，尤其是①曲线与③④不一致。 (2020·浙江 10～11)氧化亚氮(N2O)在百年尺度内的增温效应是等量二氧化碳的近300倍。农田是氧化亚氮的第一大排放源。完成3～4题。 3、氧化亚氮具有增温效应，主要是因为 A.大气辐射总量增加 B.大气吸收作用增强 C.地面辐射总量增加 D.地面反射作用增强 4、农田排放的氧化亚氮，主要来源于 A.作物生长时的排放 B.大气中氮气的转化 C.秸秆燃烧时的产生 D.生产中氮肥的施用 【答案】3、B 4、D 【解析】3、百年尺度内增温明显，说明增温与人类活动排放关系密切，气体浓度增加，吸收更多辐射才能增温，因此B正确。大气辐射总量增加是大气增温之后的结果，不是增温原因，A项错误。地面辐射要增加首先地面温度要高，材料并无任何信息说明该点，C错误。地面反射增强那地面性质应变化较大，材料无信息支撑，D错误。 4、作物生长多吸收氮元素，释放氧气或二氧化碳等，A错误。大气转化不能说明来自农田，B错误。燃烧多释放二氧化碳等碳化物，而非氮化物，C错误。近半年来化肥施用量增加，可能分解出过量的氧化亚氮，D正确。 (2020·全国Ⅱ 6～8)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。下图呈现该绿洲和附近沙漠某时段内地表温度的变化。据此完成5～7题。 5、图示观测时段内 A. 正午绿洲和沙漠长波辐射差值最大 B. 傍晚绿洲降温速率大于沙漠 C. 凌晨绿洲和沙漠降温速率接近 D. 上午绿洲长波辐射强于沙漠 6、导致绿洲夜间地表温度仍低于沙漠的主要原因是绿洲 ① 白天温度低　 ② 蒸发(腾)多　 ③ 空气湿度大　 ④ 大气逆辐射强 A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 7、这种现象最可能发生在 A. 1～2月 B. 4～5月 C. 7～8月 D. 10～11月 【答案】5、C 6、A 7、C 【解析】5、长波辐射量与地表温度直接相关，观察图示温度曲线，沙漠绿洲正午温度并非差异最大，而是在15时左右，A错误。图示15时后沙漠降温较快，B错误。图示0-6时降温速率接近，C正确。6-12时均为沙漠温度高，因此沙漠长波辐射强，D错误。 6、白天温度低，使温度基数小，晚上降温后仍然低是合理的，①可选。蒸发（腾）可带走地表热量，使地表温度降低，②可选。空气湿度大，则大气逆辐射会增强，对地面有保温作用，与题干说明的地面温度低逻辑相反，③④均不可选。 7、白天沙漠最高气温可达40℃左右，最低也在15℃以上，应当在夏季，C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$