2.1.2 大气的组成和垂直分层（第二课时）-【争鸣学堂】2024-2025学年高一地理上学期同步课件（人教版2019必修第一册）

【导入导学】 【情景材料】 2012年10月14日，奥地利“坠落人”菲利克斯·鲍姆加特纳，在美国新墨西哥地区乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后从那里跳下，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。 “奥地利“坠落人”——菲利克斯·鲍姆加特纳 (1)39千米高空的大气与地面有哪些不同？ (2)他为什么需要配备特制宇航服？ 【问题】 第二章 地球上的大气 第一节 大气的组成和垂直分层 2 【课标要求】 1.运用图表等资料,说明大气的组成及其与生产、生活的联系。 2.运用图表等资料,说明大气的垂直分层及其与生产、生活的联系。 【教学目标和要求】 运用图表等资料,说明大气的组成和垂直分层,及其与生产和生活的联系。 【主题探究】——大气的垂直分层 2024年4月25日20时59分，神舟十八号载人飞船在长征二号F遥十八运载火箭的托举下，搭载着三名航天员，从酒泉卫星发射中心点火升空。下图为大气的垂直分层及飞船拍摄的太阳表面照片示意图。 据此探究下列问题： (1)写出神舟飞船从发射到进入轨道过程中，其外部气温、气压变化情况。 (2)假如飞船在上升过程中，与基站的通信信号发生异常，请指出此时飞船所在大气圈层并说明发生异常的原因。 (3)发射塔所在的大气圈层被称为“天气变化总表演师”，试阐述其原因。 (1)写出神舟飞船从发射到进入轨道过程中，其外部气温、气压变化情况。 (2)假如飞船在上升过程中，与基站的通信信号发生异常，请指出此时飞船所在大气圈层并说明发生异常的原因。 【主题探究】——大气的垂直分层 2024年4月25日20时59分，神舟十八号载人飞船在长征二号F遥十八运载火箭的托举下，搭载着三名航天员，从酒泉卫星发射中心点火升空。下图为大气的垂直分层及飞船拍摄的太阳表面照片示意图。 (3)发射塔所在的大气圈层被称为“天气变化总表演师”，试阐述其原因。 ①对流层，随着海拔升高，气温逐渐降低，加上地表受热不均，故对流作用显著； ②几乎所有的水汽都分布在对流层，为降雨提供充足的水汽； ③其有大量的固体杂质，可为降水提供凝结核，故风、云、雨、雪等都发生在该圈层。 气温先降低，然后升高，再降低，后升高； 气压不断下降。 高层大气。原因：高层大气有电离层，太阳活动强烈时会干扰电磁波无线通信，因而飞船与地面基站的通信会受干扰而发生异常。 二、大气的垂直分层 (一)大气层的物理性质 ： 地球大气从地面向上,可延伸到数千千米高空。根据温度、运动状况和密度,大气自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气(图2.5大气的垂直分层示意)。 二、大气的垂直分层 (二)大气的垂直分层： 1.对流层 (1)概念：是近地球表面的一层大气， 空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫作“对流层”。 对流层是厚度因纬度和季节而不同。对流层的平均厚度在 低纬度为：17—18千米 中纬度为：10—12千米 高纬度为：8—9千米 对流作用的强度因季节而有所不同，因此任何纬度，尤其是中纬度的对流层厚度，夏季较大，冬季较小。例如，南京（32°N)对流层厚度在夏季约为15千米，冬季约为11千米。 ①随纬度变化：由赤道向两极递减 ②随季节变化： 夏季：厚 冬季：薄 二、大气的垂直分层 (二)大气的垂直分层： 1.对流层 (2)特征： ①对流层中气温随高度增加而降低 因为对流层空气主要依靠地面长波辐射增热，愈近地面，空气受热愈多，反之则愈少。因此，高度愈大，气温愈低。平均每升高100米，气温降低0.6℃。 ②空气对流运动显著 由于地面的不均匀加热，空气出现垂直对流运动。对流运动的强度因纬度和季节而不同，低纬较强，高纬度较弱;夏季较强，冬季较弱。这种对流运动，使高低层空气得到交换，近地面的热量、水汽和杂质通过对流向上空输送，从而引发一系列天气现象。 ③气象要素水平分布不均匀：形成复杂的天气现象 由于对流层受地表的影响最大，而地表的性质差异也很大，因而在对流层中，温度、湿度的水平分布是不均匀的，于是可产生一系列物理过程，形成复杂的天气现象。因此，对流层与地表自然界和人类关系最为密切。 二、大气的垂直分层 (二)大气的垂直分层： 2.平流层 也称同温层，平流层范围自对流层顶部至50—55千米高空。在22-27千米范围内， 臭氧含量达到最大值，形成臭氧层。臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害,被称为“地球生命的保护伞”。 在平流层内，随着高度的增加，气温最初保持不变或微有上升，至30千米高度以上时，由于臭氧含量多，吸收了大量的紫外线，因此升温很快，并大致在50千米高空形成一个暖区。 到平流层顶，气温约升到-3—-17℃。 【课堂拓展】——平流层 平流层水汽含量极少，因而没有对流层内出现的那些天气现象，只是在底部有分散的贝母云（也叫珠母云，是具有珍珠彩色的云）的出现。 本层气流运动平稳，并以水平运动为主。平流层即因此而得名。平流层是现代民用航空飞机飞行的理想高度。 ▲‖贝母云 【思维整合】——平流层的特征 ▲‖贝母云 ①25km以下温度递减率接近零，30km以上温度随高度明显增加。 ②平流层气流运动主要以水平运动为主。 ③水汽极少，颗粒物极少，能见度极好。 ④大气污染物进入平流层后能长期存在。 【导入导学】 【情景材料】 2012年10月14日，奥地利“坠落人”菲利克斯·鲍姆加特纳，在美国新墨西哥地区乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后从那里跳下，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。 “奥地利“坠落人”——菲利克斯·鲍姆加特纳 (1)39千米高空的大气与地面有哪些不同？ (2)他为什么需要配备特制宇航服？ 【问题】 39千米高空位于平流层，平流层的大气上部热、下部冷，不易形成对流，主要以平流运动为主。该层大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象,能见度好,适合航空飞行。 鲍姆加特纳从空中跳下的高度就在平流层范围内。那里氧气稀薄、气温低,必须配备特制的宇航服。 12 二、大气的垂直分层 (二)大气的垂直分层： 3.高层大气： 高层大气平流层以上的大气统称高层大气。自平流层顶部开始，由于没有吸收紫外线的臭氧,气温会下降;随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在300千米的高空,温度可达1000℃以上。 【课堂拓展】——高层大气 Ⅰ.中间层：自平流层顶到80—85千米是中间层。 ▲‖贝母云 该层的特点是，气温随高度增加而迅速下降，并有强烈的垂直运动，在这一层的顶部，气温降到-83 ℃以下，这可能与这一层中几乎没有臭氧有关。 【课堂拓展】——高层大气 Ⅱ. 热(暖)层（电离层)：自中间层顶到800千米高空属于暖层。 ▲‖贝母云 这一层的空气密度很小，在700多千米厚的大气层中只含大气总质量的0.5%。这一层的特点是，气温随高度的增加而迅速升高，据人造卫星的观测，在300千米高度上，气温可达1 000℃以上。 这是因为所有波长小于0.175微米的太阳紫外线辐射，都为该层中的大气物质（主要是氧原子）所吸收，并处于高度电离状态，所以暖层又称电离层。 【课堂拓展】——高层大气 Ⅱ. 热(暖)层（电离层)：自中间层顶到800千米高空属于暖层。 ▲‖贝母云 热层中各高度上空气电离的程度是不均匀的，其中电离程度较强的有高度在： 100—120千米的E层 200—400千米的F层， 以及介于中间层和暖层之间、只在白天出现、高度大致为80千米的D层。 电离层能反射短波波段的无线电波，故在远距离短波无线电通信中具有重要意义。 【课堂拓展】——高层大气 Ⅲ.散逸层（外层)：自中间层顶到800千米高空属于暖层。 ▲‖贝母云 热层顶之上，即 800千米高度以上的大气层，称为散逸层。它是大气的最高层。 本层是大气圈与星际空间的过渡地带。这一层的气温随高度的增加而升高。 由于温度高，粒子运动很快，又因距地较远，地球引力作用较小，所以这一层的主要特征是大气质点经常散逸至星际空间。 在2000—3 000千米的高空,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。 地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体，可伸展到2200千米高度，称为地冕。 【思维整合】——大气的垂直分层 高度 气温变化特点 空气运动特点 与人类关系 对流层 高纬8~9km 中纬10~12km 低纬17~18km 气温随高度增加而下降（每上升1000m，气温降低6°C） 原因：地面是对流层大气的直接热源 对流运动强烈 天气现象复杂多变 平流层 对流层顶到50~55km 气温随高度的增加而上升 原因：臭氧能吸收太阳紫外线 平流运动为主 大气平稳，天气晴朗，利于飞机飞行；臭氧是地球生命的保护伞 高层大气 对流层顶到2000~3000km 气温随高度的增加先降低后上升 反射无线电波 根据大气垂直方向上的温度、密度和运动状况的差异划分层次。 【自学窗】——全球合作 保护臭氧层 20世纪80年代初，科学家观测发现，南极上空每年春季臭氧含量比之前有大幅度下降，并将这一现象称为“臭氧空洞”。“臭氧空洞”的出现，表明臭氧层被破坏，臭氧含量减少。 多布森单位： 是评估臭氧层健康状况的重要指标。全球大气臭氧柱总量平均值约为300 DU，即其厚度将为3毫米。臭氧层空洞是指臭氧总量低于220 DU的区域。这个标准被用来定义臭氧层空洞的范围。南极春季平流层中，臭氧总量低于220 DU的区域被称为南极臭氧洞。这个标准帮助科学家们监测和评估臭氧层受损的程度，从而采取相应的保护措施。 多布森单位 · 总臭氧量 多布森单位（Dobson unit，简称DU）是用来度量大气中臭氧柱尺度的单位。它定义为在标准大气状态下，千分之一厘米臭氧层的厚度。这个单位是为了纪念英国牛津大学的物理学家和气象学家‌Gordon Dobson，他在20世纪20年代制造了第一台地面测量臭氧总量的仪器——‌多布森臭氧分光计。 19 【自学窗】——全球合作 保护臭氧层 为了保护臭氧层，国际社会于1985年缔结了《保护臭氧层维也纳公约》(以下简称《公约》)，开启了全球携手保护臭氧层的历程，1987年9月16日，46个缔约方在加拿大蒙特利尔达成了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(以下简称《议定书》)，限制生产和使用氯氟碳化物等消耗臭氧层的物质。1995年， 联合国大会决定，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。 ‌氯氟碳化物： 由氯、氟和碳组成的有机物，常温下为无色气体或液体，易挥发，因其稳定性高、不自燃、不助燃、不易起化学反应以及对人体伤害较小等优点，广泛应用在冷藏器的冷冻剂‌、‌发泡剂‌、‌冷媒(冰箱、汽车、空调)、清洗剂‌、喷雾剂‌、灭火剂等，‌然而，氯氟碳化物会对臭氧层造成破坏，因此被广泛认为是导致臭氧层消耗的元凶之一。少用或者不用对臭氧层有损害的氟氯化碳、哈龙、氯氟烃、甲基溴等物质‌。 20 【自学窗】——全球合作 保护臭氧层 21 【自学窗】——全球合作 保护臭氧层 《公约》和《议定书》得到了全世界绝大多数国家和地区的支持，成为联合国数百个公约中参与度最高的公约。《公约》及其《议定书》的有效实施，使得“臭氧空洞”开始缩小，在全球范围内避免了数百万例可能由紫外线带来的人类疾病，如皮肤癌、白内障等；另外，保护臭氧层还减缓了气候变化的幅度。 目前，人类面临的全球性环境问题，如全球变暖、臭氧层破坏等，都需要国际合作才能解决。保护臭氧层的成功，成为全球合作成功解决这类问题的典范 ▲‖图2.7南极上空大气臭氧总量最低值(每年10月份)卫星监测数据 22 【素养提升】——保护臭氧层 最新研究发现，自签订蒙特利尔协定书以来，臭氧层确实在缓慢修复，臭氧层空洞也在不断缩小之中！据联合国环境规划署分享的美国太空总署(NASA)的观测证据显示，自2005年来，臭氧消耗速率减少了20%，臭氧空洞中的氯离子含量正在下降。由此可见、当世界各国团结一致、共同为保护地球家园而采取切实行动的时候，真正的改变就一定会出现！ 简述臭氧层被破坏带来的危害，并列举保护臭氧层的措施。 危害: ①臭氧层被破坏后，到达地球表面的紫外线明显增加，会加剧温室效应; ②危害人体健康; ③造成农作物减产; ④影响水生生态平衡利水体的白净能力; ⑤加速塑料老化; ⑥增加城市光化学烟雾等。 保护措施: ①我们应采取实际行动少用或者不用对臭氧层有损害的物质(如氣氨碳、哈龙、氯氟烃、甲基溴等)及物品(如冰箱、空调等制冷设备，泡沫，灭火剂，气雾剂，清洗剂，膨胀烟丝等) ②研发新型制冷剂; ③加强国际合作等。 【素养提升】——臭氧及臭氧层 材料一　下图为我国季风区某市臭氧浓度的日变化与月均变化图。 (1)在下图中用“O3”符号标出臭氧扮演地球生物保护伞角色时所处的位置。说明该层大气温度随高度变化的特点及原因。 材料二　臭氧层能吸收太阳放射出的大量对人类、动植物和农作物有害的紫外线辐射，保护地球生物圈。但是，臭氧一旦从平流层进入对流层，就会由“地球卫士”变成“健康杀手”，对地球环境造成伤害。作为光化学烟雾的主要成分，臭氧还可诱发其他大气光化学反应；这种情况下，臭氧便成为了一种污染物，也就是人们所说的近地面“臭氧污染”。臭氧污染并非直接由污染源排放导致，其生成主要与两类污染物有关——氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)。环境中的臭氧是由进入到大气中的NOx和VOCs在阳光下发生光化学反应产生的，属于大气二次污染物。 (2)依据图中信息，推测该市可能发生臭氧污染的日变化、季节变化特征，并阐述原因。 (3)为降低臭氧污染对人类的危害，请提出合理化建议。 【素养提升】——臭氧及臭氧层 材料一　下图为我国季风区某市臭氧浓度的日变化与月均变化图。 (1)在下图中用“O3”符号标出臭氧扮演地球生物保护伞角色时所处的位置。说明该层大气温度随高度变化的特点及原因。 特点： 平流层温度随海拔升高而升高。 原因： 臭氧吸收太阳辐射中的紫外线升温。 【素养提升】——臭氧及臭氧层 材料一　下图为我国季风区某市臭氧浓度的日变化与月均变化图。 材料二　臭氧层能吸收太阳放射出的大量对人类、动植物和农作物有害的紫外线辐射，保护地球生物圈。但是，臭氧一旦从平流层进入对流层，就会由“地球卫士”变成“健康杀手”，对地球环境造成伤害。作为光化学烟雾的主要成分，臭氧还可诱发其他大气光化学反应；这种情况下，臭氧便成为了一种污染物，也就是人们所说的近地面“臭氧污染”。臭氧污染并非直接由污染源排放导致，其生成主要与两类污染物有关——氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)。环境中的臭氧是由进入到大气中的NOx和VOCs在阳光下发生光化学反应产生的，属于大气二次污染物。 (2)依据图中信息，推测该市可能发生臭氧污染的日变化、季节变化特征，并阐述原因。 日变化特征：白天污染大，夜晚污染小，午后污染最大。 原因：白天臭氧浓度高，温度高，光照强，大气光化学反应强，易产生臭氧污染。 季节变化特征：夏季污染大，冬季污染小。 原因： 夏季臭氧浓度高，温度高，光照强，大气光化学反应强，易产生臭氧污染。 【素养提升】——臭氧及臭氧层 材料一　下图为我国季风区某市臭氧浓度的日变化与月均变化图。 材料二　臭氧层能吸收太阳放射出的大量对人类、动植物和农作物有害的紫外线辐射，保护地球生物圈。但是，臭氧一旦从平流层进入对流层，就会由“地球卫士”变成“健康杀手”，对地球环境造成伤害。作为光化学烟雾的主要成分，臭氧还可诱发其他大气光化学反应；这种情况下，臭氧便成为了一种污染物，也就是人们所说的近地面“臭氧污染”。臭氧污染并非直接由污染源排放导致，其生成主要与两类污染物有关——氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)。环境中的臭氧是由进入到大气中的NOx和VOCs在阳光下发生光化学反应产生的，属于大气二次污染物。 (3)为降低臭氧污染对人类的危害，请提出合理化建议。 ①完善臭氧污染监测及预警(或颁布与臭氧污染控制相关的法律法规)； ②控制机动车数量，提高其尾气排放标准； ③尽量避免户外活动，减少与高污染空气的接触； ④加强技术投入，减少氮氧化合物等污染物排放。 ▲‖中国空间站 本节课结束，谢谢！ $$