2.1 大气的组成和垂直分层 2026-2027学年高一上学期高中地理人教版必修第一册

该高中地理课件聚焦“大气的组成和垂直分层”，以鲍姆加特纳39千米高空跳伞案例导入设疑，通过“问题提出—知识学习—导入回顾”的脉络，构建从大气成分作用到分层特征的知识支架，帮助学生系统理解低层大气组成及对流层、平流层、高层大气的划分与特性。 其亮点在于以真实案例激发兴趣，结合饼图、分层示意图等图表分析和高原训练基地、雾与霾分辨等实践活动，培养综合思维与地理实践力。融入人类活动对大气的影响及臭氧层保护等内容，渗透人地协调观，助力学生形成系统认知，也为教师提供生动高效的教学资源。

第一节 大气的组成和垂直分层 人教版·必修第一册 第二章 地球上的大气 新课导入 2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后，他从那里跳下，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（图2.1）。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。 39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？ 图2.1 自由落体状态中的鲍姆加特纳 核心素养 人地协调观 认识大气组成与分层对人类生存的重要性，如氧气供呼吸、臭氧层防紫外线，同时理解人类活动（如排放污染物）对大气的破坏，树立保护大气环境、维持圈层平衡的意识。 区域认知 对比不同纬度、海拔区域的大气垂直分层差异（如高纬对流层薄、低纬厚），理解区域环境差异与大气分层的关联，明确不同区域大气特征的地理意义。 综合思维 综合大气各组成成分（如氮气、氧气、水汽）与垂直分层（对流层、平流层等），分析各部分功能及相互联系，认识大气作为整体对地球环境的作用，形成系统认知。 地理实践力 通过解读大气垂直分层示意图、收集当地空气质量数据等实践，提升对大气组成与分层的直观认识，培养数据解读与分析大气问题的实践能力。 课标要求：运用图表资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系 教学重难点 01 重点 低层大气的组成成分及其作用 大气垂直分层的划分、特征及成因 02 难点 大气垂直分层的成因及其与人类活动的关系 目录 01 大气的组成 02 大气的垂直分层 CONTENTS PART 1 大气的组成 大气组成成分及其作用 二氧化碳（0.038%） 氩气（0.93%） 臭氧（极少） 其他 如今的大气成分是地球长期演化的结果，在短时期内不会有明显的变化。 低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体，称为干洁空气。 低层大气 干洁空气 水汽 杂质 干洁空气 水汽 杂质 0.9 0.05 0.05 干洁空气 氮气 氧气 其他 0.78 0.21 0.01 大气组成成分及其作用 78% 氮：含量最多，是地球上生物体的基本元素 大气组成成分及其作用 21% 氧：是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质 8 O 15.9994 Oxygen 大气组成成分及其作用 0.038% 二氧化碳：是绿色植物进行光合作用的基本原料；吸收地面辐射的能力强，使气温升高 CO2 44.0095 Carbon dioxide 变动 大气组成成分及其作用 极少 臭氧：能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用 O3 48.00 Ozone 穿过大气到达地面的少量紫外线，具有杀菌的作用 大气组成成分及其作用 很少，因时因地而异 水汽：水的相变，产生云、雨、雾雪等一系列天气现象，同时伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度 H2O Water vapor 雨 雪 冰雹 大气组成成分及其作用 很少，因时因地而异 固体杂质（尘埃）：反射太阳辐射，降低地面温度；作为凝结核，促进云雨的形成；影响人的呼吸系统，给人体健康带来一定的损害 Atmospheric impurity 雾霾下的城市 沙尘暴下的城市 尘埃 促使空气中水汽凝结的微粒 知识拓展 降水的形成过程 上升气流 空气中含有足够的水汽和凝结核。 空气温度下降到水汽能够凝结出来，并形成小水滴或冰晶。 小水滴或冰晶还需要互相碰撞、合并，使体积增大到一定程度后才能降落到地面；另外，空气做上升运动时，温度才能下降。 大气组成成分及其作用 大气成分的时空差异 大气成分 时空差异 二氧化碳 大致是夏季较少，冬季较多；乡村较少，城市较多，重工业发达城市更多 水汽 集中于大气低层。因海陆位置、纬度、地势、天气条件不同而有差异。 大致是低纬多于高纬，海上多于陆地 杂质 集中于大气低层。一般来说，陆地多于海上，城市多于乡村，冬春季节多于夏秋季节，早晨和夜晚比午后多 补充：干洁空气中各种气体的比例在自然状态下基本不变 人类活动对大气组成的影响 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。 人类工业生产排放的废气、汽车排放的尾气等会造成大气污染。图为北京优良天气和重污染天气对比。 图2.3 大气污染现象举例 人类活动对大气组成的影响 你能分辨雾和霾吗？ 雾：悬浮于近地面空气中的水滴或冰晶。 霾：悬浮于大气中的微小尘粒、烟粒等杂质。 异： 同：均能降低大气能见度，易引发交通事故。 雾与霾的异同： 雾 霾 雾霾天气的影响？ 危害人体健康。 影响生活出行。 影响交通通行。 案例 大气中二氧化碳含量的变化与人类活动 在过去80万年的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓。然而，从1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多（图 2.4）。二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化（主要是毁林）。化石燃料燃烧，会释放二氧化碳；森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。 图2.4 二氧化碳体积分数的变化 活动 了解大气含氧量减少对人体产生的影响 大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力。但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地（表2.1）。 1.在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。在非洲地形图上，找出这两个国家，归纳它们共同的地形特点。由此，你能推测这两个国家中长跑运动 员成绩优异的原因吗？ 埃塞俄比亚和肯尼亚地形均以高原为主,海拔高大气稀薄,大气中含氧量低,长期在这样的环境中训练,有利于激发运动员的运动潜力。 埃塞俄比亚 肯尼亚 活动 了解大气含氧量减少对人体产生的影响 大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力。但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地（表2.1）。 2.在中国地图（地图册或教学挂图）上找到表 2.1所列的高原训练基地的位置。 渝中 多巴 海埂 兴隆 呈贡 活动 了解大气含氧量减少对人体产生的影响 大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力。但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地（表2.1）。 3. 目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1 800—2 400米。表 2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗？参照表 2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。 表中所列的榆中、多巴、海埂、兴隆、呈贡高原训练基地海拔均为1800-2400米。 结合表2.2可知,海拔越高的地方,与海平面的含氧量比越低,说明高海拔地区含氧量较低,在更高海拔训练会危及运动员的身体健康,反而达不到理想成绩。 PART 2 大气的垂直分层 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。 划分依据 对流层 平流层 高层大气 对流层 对流层 高度范围 平均高度为12千米 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 因季节而异：夏季较厚，冬季较薄 高度因纬度而异 对流层 主要特点 ①气温随高度的增加而降低 ②空气对流运动显著 ③天气现象复杂多变，风、云、雨、雾、雪等天气现象大都发生在这一层 对流层 原因 ①地面是低层大气主要的直接热源 ②该层上部冷、下部热 ③集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，随着温度降低，容易成云致雨 人类生活在对流层底部，对流层与人类生活、生产的关系最为密切。 对流层 原因 ①地面是低层大气主要的直接热源 ②该层上部冷、下部热 ③集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，随着温度降低，容易成云致雨 平流层 高度范围 平流层 自对流层顶部至50-55千米高空 平流层 主要特点 ①气温随高度升高而升高，（平流层大气的下层气温随高度变化很小，但在30千米以上，气温随高度增加而迅速上升） ②气流以水平运动为主 ③无云雨现象，能见度好 平流层 原因 臭氧集中分布在22-27千米，它可以吸收大量太阳紫外线，使大气增温 ②该层大气上部热、下部冷，大气稳定 ③水汽、杂质很少，气流平稳 ①臭氧层有保护地球生命的作用 ②有利于航空飞行 高层大气 高度范围 高层大气 自平流层顶部至3000千米的高空 高层大气 主要特点 ①气温随高度增加先降低后上升（在300千米的高空，温度可达1000℃以上） ②在80-500千米的高空有若干电离层 ③空气密度很小，在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近 高层大气 原因 ①自平流层顶部向上，由于没有吸收紫外线的臭氧，气温会下降；再向上，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度持续上升 ②电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态 ③距地面远，受到的引力小 ①出现流星现象 ②电离层能反射无线电波，对无线电通信有重要作用 在高层大气80-500 千米处,有若干电离层。电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,处于高度电离状态,能反射无线电波,对无线电通信有重要作用。无线电通信利用了高层大气中电离层的特性。 思考 1. 为什么平流层适合飞机飞行？ 2. 无线电通信利用了哪层大气的特性？ 平流层水汽、杂质极少,天气比较晴朗,光线比较好,能见度很高,利于飞机飞行;②平流层的大气上暖下凉,大气以平流运动为主,飞机在其中受力比较稳定,便于飞行员操纵飞机:③平流层距地面较高(约12-50km),飞机绝大部分时间在其中飞行,对地面的噪声污染相对较少;④飞鸟飞行的高度一般达不到平流层,飞机在平流层中飞行安全系数高。 知识拓展 逆温现象 含义：正常情况下，对流层气温随高度升高而逐渐降低，一般来说，气温每升高1km，气温下降约6℃。在一定条件下，对流层的某一个高度范围内会出现气温随高度增加而上升的现象，或者随高度的增加气温的垂直递减率小于6℃/km的现象，这种现象称逆温现象。 高度 温度 高度 温度 逆温层 正常情况 逆温层阻碍了空气对流运动，其下面的空气层常有雾、露、霜等天气现象出现 知识拓展 逆温的主要类型 在晴朗无云或少云的夜晚，大气逆温辐射较弱，地面冷却快，贴近地面的大气层也随之降温。离地面越近降温越快，离地面越远降温越慢，因而形成了自地面开始的逆温 发生的条件和过程 中高纬度地区，黎明前最强 出现的地区 知识拓展 逆温的主要类型 当暖空气运动到冷的地面上空时，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 发生的条件和过程 中纬度沿海地区 出现的地区 知识拓展 逆温的主要类型 锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面上部，冷气团在下部，会形成逆温 发生的条件和过程 冷暖气团之间的过渡带 出现的地区 知识拓展 逆温的主要类型 地形逆温 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，从而出现气温的倒置现象，即地形逆温 发生的条件和过程 山地、盆地和谷地 出现的地区 知识拓展 逆温的主要类型 亦称湍流逆温。由于低层空气的湍流混合作用而形成的逆温。当气层的气温直减率小于干绝热直减率时，经湍流混合后，气层的温度分布逐渐接近干绝热直减率，因湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度。空气上升到混合层顶部时，它的温度比周围的气温低，混合的结果，使上层气温降低；空气下沉时，情况相反，致使下层气温升高。这样就在湍流减弱层，形成逆温层。 发生的条件和过程 摩擦层的中上部，逆温离地面的高度依赖于湍流混合层的厚度，通常在1500米以下，其厚度一般为数十米 出现的地区 知识拓展 辐射逆温的生消过程 辐射逆温厚度从数十米到数百米，在陆地上常年都可出现。夏季夜短，逆温层较薄，消失较快；冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。 知识拓展 逆温的影响 出现多雾天气 加重大气污染 发生逆温的早晨易出现多雾天气，大气能见度降低，影响人们的出行，易诱发交通事故；低空逆温造成的多雾天气给飞机起降带来不便 低空逆温使空气垂直对流受阻，造成近地面污染物不能及时扩散（如雾霾），从而危害人体健康 不利影响 知识拓展 逆温的影响 可作为气候资源加以利用 把逆温现象看作一种气候资源，其主要出现在一些上坡或河谷地区。例如，在我国新疆伊犁河谷，逆温出现时间长达半年，有效提高了当地冬季的温度，使多年生果树越冬少受冻害 利于农业生产 可应用于谷物种植，提高产量及质量 抑制沙尘暴 逆温条件下，空气对流较弱，不利于沙尘扬起，可减轻沙尘暴的强度 利于高空飞行 逆温若出现在高空（如对流层顶部、平流层），则对飞机飞行极为有利，因为逆温条件下空气对流运动弱，飞机在飞行中不会有大的颠簸，飞行平稳；同时能见度较高，使飞行更加安全 有利影响 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。 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”。 《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 39千米高空的大气温度随高度增加而升高,大气以平流运动为主,天气晴朗;地面大气温度随高度增加而递减,大气以对流运动为主,天气复杂多变。 鲍姆加特纳配备的特制宇航服,外表绝缘,能隔绝极端气温，而且还能提供氧气，可保证其在高空存活。 导入回顾 2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后，他从那里跳下，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（图2.1）。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。 39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？ 图2.1 自由落体状态中的鲍姆加特纳 课堂小结 大气的组成 大气组成成分及其作用 人类活动对大气组成的影响 大气的垂直分层 划分依据 对流层 平流层 高层大气 课堂小练 下表是地球低层大气中干洁空气的主要成分表。据此完成下面小题。 1．表格中未显示，但却对地球生命有重要保护作用的气体是（   ） A．氮 B．甲烷 C．臭氧 D．一氧化碳 解析：氮气在表格中已显示，且主要作用是维持生命活动，并非保护作用，故A说法错误。甲烷未在表格中显示，但它是温室气体，对地球生命保护作用不显著，故B说法错误。臭氧未在表格中显示，其能吸收紫外线，保护地球生物免受辐射伤害，故C说法正确。一氧化碳未在表格中显示，但属于有毒气体，无保护作用，故D说法错误。故本题选C。 C 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 下表是地球低层大气中干洁空气的主要成分表。据此完成下面小题。 2．地球大气中的二氧化碳（   ） A．对地面有保温作用 B．含量少，可有可无 C．是植被光合作用的产物 D．大量吸收太阳紫外线 解析：二氧化碳能吸收地面长波辐射并释放热量，对地面有保温作用，故A说法正确。二氧化碳含量虽少，但参与光合作用和保温作用，不可替代，故B说法错误。二氧化碳是光合作用的原料，而非产物（产物是氧气和有机物），故C说法错误。吸收紫外线的主要是臭氧，二氧化碳主要吸收红外线，故D说法错误。故本题选A。 A 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 2025年8——9月，我国某科研单位在西藏林芝鲁朗镇开展青藏高原大气观测试验，累计完成多次夜晚气球升空飞行试验，气球最高可升至海拔5500m。该气球能获取大气成分、污染物分布等关键数据。图1示意徐徐升空的试验气球，图2示意大气垂直分层。据此完成下面小题。 3．该气球飞行的最高高度所处的大气层是（   ） A．对流层 B．平流层 C．高层大气 D．电离层 解析：对流层平均厚度约12千米，平流层为12-50千米，高层大气在50千米以上。该气球最高升至海拔5500m（5.5千米），处于对流层范围，A正确；平流层、高层大气、电离层超过该高度，B、C、D错误。 A 4．该气球升空至最高高度的过程中，其经历的气温变化是（   ） A．持续升高 B．持续降低 C．先升后降 D．先降后升 解析：对流层的气温随高度升高而降低，气球从地面升至5.5千米（全程在对流层内），因此其经历的气温变化为持续降低，B正确；持续升高、先升后降、先降后升均不符合对流层气温变化规律，A、C、D错误。 B 2025年8——9月，我国某科研单位在西藏林芝鲁朗镇开展青藏高原大气观测试验，累计完成多次夜晚气球升空飞行试验，气球最高可升至海拔5500m。该气球能获取大气成分、污染物分布等关键数据。图1示意徐徐升空的试验气球，图2示意大气垂直分层。据此完成下面小题。 5．该气球在升空过程中，途经的大气层的典型特征是（   ） A．臭氧含量高 B．无对流运动 C．天气现象多 D．能反射电波 解析：臭氧含量高是平流层的典型特征，A错误；对流层存在显著对流运动，并非无对流运动，B错误；对流层是天气现象的主要发生层，该气球全程在对流层内，因此会经历天气现象多的典型特征，C正确；能反射电波是电离层（高层大气）的特征，D错误。 A 下图为某日云贵高原局部地区垂直方向大气温度分布图，甲、乙、丙、丁为该地的四个聚落，其中某一聚落大气存在逆温现象。完成下面小题。 6．图中存在逆温现象的聚落是（   ） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 解析：逆温的判定是垂直方向上，某一地点上空的气温随海拔升高而升高。甲地上空出现两次5℃等值线，根据闭合等值线“大于大的，小于小的”判读原则，甲地近地面温度为0-5℃，气温随海拔升高而升高至5℃以上，是典型的逆温现象，A正确；乙、丙、丁上空等温线数值递减，气温随海拔升高正常降低，无逆温现象，BCD错误。故选A。 A 下图为某日云贵高原局部地区垂直方向大气温度分布图，甲、乙、丙、丁为该地的四个聚落，其中某一聚落大气存在逆温现象。完成下面小题。 7．一天中，逆温现象最容易出现在（   ） A．中午 B．半夜 C．傍晚 D．清晨 解析：结合所学知识，夜晚地面失去太阳辐射，通过地面辐射快速降温，近地面大气也随之降温，而高空大气降温速度慢，形成“近地面冷、高空暖”的逆温层，清晨是地面温度降至最低的时段，逆温层达到最厚、最稳定的状态，逆温现象最明显，D正确；傍晚至半夜，逆温层逐渐形成并增厚，逆温现象不如清晨明显，BC错误；中午太阳辐射强，地面升温快，大气对流旺盛，逆温层会迅速被破坏，A错误。故选D。 D 下图为某日云贵高原局部地区垂直方向大气温度分布图，甲、乙、丙、丁为该地的四个聚落，其中某一聚落大气存在逆温现象。完成下面小题。 8．在逆温作用影响下，该地区（   ） ①易出现大雾天气 ②大气对流作用较明显 ③空气质量较优 ④大气结构较为稳定 A．①② B．①④ C．②③ D．②④ 解析：逆温时大气结构稳定，垂直运动几乎停止，近地面的水汽、尘埃不易扩散，容易凝结形成大雾，①正确；  逆温的核心特征是抑制大气对流，对流作用极其微弱，并非“明显”，②错误，ABC错误；逆温阻碍空气污染物的扩散，污染物会在近地面堆积，导致空气质量变差，③错误；逆温使大气垂直运动受阻，结构稳定，④正确，B正确。故选B。 B THANKS 感谢观看 人教版·必修第一册 $