3.1 大气的组成与垂直分层 讲义 2026-2027学年高一上学期地理湘教版必修第一册

本讲义系统梳理大气的组成（干洁空气、水汽、杂质）、人类活动对大气的影响（如CO₂增多、臭氧减少）、垂直分层（对流层、平流层、高层大气）及逆温、雾霾等核心知识点，构建从基础组成到人类影响再到空间结构的完整学习支架。 该资料通过图表（如干洁空气成分比例图、大气垂直分层示意图）辅助教学，结合人类活动案例（如化石燃料燃烧、南极臭氧洞）培育人地协调观，垂直分层的气温与运动分析提升综合思维，高频考点和答题模板助力学生课后查漏补缺，课中辅助教师系统授课。

高中地理湘教版必修一 · 大气的组成与垂直分层 第一节大气的组成与垂直分层 讲义 一、大气的组成 低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质三部分组成。大气包围着地球，是多种气体的混合物，人类生活在大气圈的底部。 图1 干洁空气成分比例 （一）干洁空气 干洁空气是指低层大气中，除去水汽和杂质以外的混合气体。主要成分按体积分数如下： 成分 体积分数 主要作用 氮气（N₂） 约78% 地球生物体内蛋白质的重要组成部分，是生物体基本元素；性质稳定，可稀释氧气，防止地表燃烧过快 氧气（O₂） 约21% 人类和其他好氧生物维持生命活动必需的物质；参与有机物的燃烧、腐败和分解过程 氩气（Ar） 约0.93% 惰性气体，一般条件下不与其他元素反应，无明显地理作用 二氧化碳（CO₂） 约0.04%（变动） 绿色植物进行光合作用的基本原料；能强烈吸收地面长波辐射，对地面起着保温作用（温室效应） 臭氧（O₃） 极少 主要存在于平流层，能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过量紫外线的伤害 【特别提醒】从地面到约80km的高空，干洁空气中氮气和氧气的比例基本保持不变。 （二）水汽 1. 水汽的分布 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 1. 垂直方向：自地面向高空逐渐减少，主要集中在对流层 1. 时间变化：夏季多于冬季，白天少于夜晚（与光合作用相关） 2. 水汽的作用 1. 通过水的三态变化（气态→液态→固态），产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象 1. 在相变过程中释放或吸收潜热，影响大气温度和能量平衡 1. 是重要的温室气体，对地面有保温作用 （三）杂质（固体颗粒物） 1. 杂质的来源 1. 自然来源：火山喷发的烟尘、海浪溅沫形成的盐粒、土壤扬尘、花粉、细菌等 1. 人为来源：工业排放、交通尾气、建筑施工扬尘等 2. 杂质的分布 1. 水平方向：近地面大气中，陆上多于海上，城市多于乡村 1. 时间变化：冬季多于夏季（冬季燃煤取暖、大气对流弱） 3. 杂质的作用 1. 作为凝结核，是成云致雨的必要条件（水汽凝结需要依附在凝结核上） 1. 过多时会降低大气能见度，形成雾霾天气 1. 雨后空气清新：杂质作为凝结核随降雨降落到地面 二、人类活动对大气组成的影响 自工业革命以来，人类的生产活动向大气排放了大量污染性气体，使大气成分变得复杂，并由此产生了大气污染现象，影响了大气环境的发展变化。 人类活动 大气成分变化 环境与气候影响 化石燃料燃烧 CO₂增多 温室效应增强 → 全球变暖；海平面上升、极端天气频发 毁林（减少森林面积） CO₂吸收减少 加剧全球变暖；破坏碳循环平衡 制冷剂等排放（氟氯烃） 臭氧减少 臭氧层破坏 → 南极臭氧洞；紫外线辐射增强 工业排放、汽车尾气 杂质增多（PM2.5等） 雾霾天气；危害人体健康；酸雨（硫氧化物、氮氧化物） 拓展阅读：南极臭氧洞 图2 NASA监测的南极臭氧洞变化及Dobson单位趋势 臭氧层是地球的“保护伞”，能吸收99%以上的太阳紫外线辐射。20世纪80年代以来，科学家发现南极上空臭氧浓度在春季（9-10月）显著下降，形成“臭氧洞”。研究表明，人类排放的氟氯烃（CFCs，即氟利昂）是主要原因。国际社会通过《蒙特利尔议定书》限制消耗臭氧层物质的生产和使用，臭氧洞近年来有缩小趋势。 臭氧层保护措施 1. ① 减少使用含氟制冷剂和喷雾剂 1. ② 推广环保型制冷技术 1. ③ 加强国际合作，落实《蒙特利尔议定书》 三、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，大气自下而上依次分为对流层、平流层和高层大气。 图3 大气垂直分层结构示意图 分层 高度范围 气温变化 大气运动 与人类关系 对流层 低纬17-18km 中纬10-12km 高纬8-9km 随高度升高 而递减 对流运动显著 与人类关系最密切；天气现象复杂多变 平流层 对流层顶至 50-55km 随高度升高 而递增 以水平运动 为主 臭氧层保护生物；适合航空飞行 高层大气 55km至 2000-3000km 先递减后 急剧递增 空气极其 稀薄 电离层反射无线电波；卫星运行区域 （一）对流层 1. 高度范围 1. 低纬度地区：17-18km 1. 中纬度地区：10-12km 1. 高纬度地区：8-9km 1. 季节变化：夏季厚、冬季薄 【规律】纬度越低，气温越高，对流越旺盛，对流层越厚。 2. 气温特点 气温随高度增加而递减，平均每升高100m，气温约降低0.6℃。 成因：地面是对流层大气的直接热源（地面吸收太阳辐射后向外辐射热量，加热近地面大气）。 3. 大气运动 对流运动显著。由于下热上冷，空气产生强烈的垂直对流运动。 4. 天气特征 1. 几乎全部的水汽和杂质都集中在此层 1. 天气现象复杂多变：云、雨、雾、雪、雷电等主要发生在此层 1. 集中了大气质量的约3/4 5. 与人类的关系 1. 人类生活在对流层底部，与人类关系最为密切 1. 大气污染物的扩散主要在对流层中进行 （二）平流层 1. 高度范围 自对流层顶向上至50-55km高度的范围。 2. 气温特点 气温随高度增加而升高（逆温特征）。 成因：平流层中的臭氧（约15-35km处浓度最大）强烈吸收太阳紫外线辐射，使大气增温。 3. 大气运动 以水平运动（平流运动）为主。由于上热下冷，大气稳定，垂直对流很弱。 4. 天气特征 1. 水汽和杂质含量极少 1. 无云雨现象，天气晴朗，大气透明度好 图4 平流层云海（航拍视角，可见云层顶部平坦） 5. 与人类的关系 1. 臭氧层（约15-35km）吸收大量紫外线，是地球生物的天然保护伞 1. 气流平稳、能见度好，适合民航飞机飞行 1. 大气污染物一旦进入平流层，可滞留很长时间 图5 民航客机在平流层底部飞行（利用平流层平稳气流） （三）高层大气 高层大气是指从平流层顶（约55km）以上的大气部分，进一步可分为中间层、热层（暖层）和散逸层。 分层 高度范围 气温变化 主要特征与人类关系 中间层 平流层顶至85km 随高度升高而降低（顶部可达-113℃） 有强烈的垂直对流运动，又称“高空对流层”；流星现象多发生在此层 热层 （暖层） 85km至500km 随高度升高急剧升高（顶部可达1000℃以上） 大气处于高度电离状态，形成电离层；能反射无线电短波，对远距离通信有重要作用 散逸层 500km以上 气温很高且昼夜变化大 大气极其稀薄，大气质点可逃逸到太空；人造卫星、空间站运行区域 四、拓展知识：逆温现象 （一）概念 对流层中，气温正常情况下随高度增加而递减。但在某些条件下，会出现气温随高度增加而升高（即下冷上热）的现象，称为“逆温”。出现逆温的大气层称为“逆温层”。 （二）常见类型 类型 形成原因 典型特征 辐射逆温 晴朗无云的夜晚，地面辐射冷却快，近地面气温迅速下降，上层降温慢 最常见；多出现在秋冬晴朗的夜晚至清晨；厚度从几十米到几百米 平流逆温 暖空气流经冷地面（如暖湿气流经过冷海面），底层空气冷却 常出现在沿海地区；可形成平流雾 地形逆温 山地或盆地中，冷空气沿山坡下沉堆积在谷底，暖空气在上 盆地、谷地尤为明显；易导致雾霾积聚 （三）逆温的影响 有利影响 不利影响 • 抑制沙尘暴（大气稳定，减少对流） • 减少热量散失，有一定保温作用 • 高空飞行平稳（逆温层以上） • 加剧大气污染（逆温层阻碍空气对流，污染物不易扩散） • 多雾天气，降低能见度，影响交通 • 影响低空航空起降安全 五、知识拓展：雾与霾 对比项 雾（Fog） 霾（Haze） 本质 水汽凝结现象（液态小水滴） 固体颗粒物悬浮（PM2.5为主） 形成条件 充足水汽 + 遇冷 + 凝结核 大量固体杂质 + 大气稳定 + 风小 出现时间 多出现在晴朗夜晚和清晨，日出后消散 一天中任何时间均可出现 颜色/能见度 乳白色，能见度<1km 灰黄色，能见度<10km 共同点 都需要凝结核（固体杂质）；都使能见度下降 都需要凝结核（固体杂质）；都使能见度下降 雾霾天气对生活的影响：危害人体健康（呼吸系统疾病）；影响出行和交通安全；降低生活质量。 六、高频考点与易错点 （一）易错判断题 判断内容 正误 解析 大气中含量最多的气体是氧气 ✖ 含量最多的是氮气（78%），氧气占21% 臭氧层因吸收红外线而保护地球生物 ✖ 臭氧层主要吸收太阳紫外线辐射 对流层气温随高度增加而升高 ✖ 对流层气温随高度增加而递减 平流层大气以对流运动为主 ✖ 平流层以水平运动（平流）为主 电离层对无线电通信有重要作用 ✔ 电离层能反射无线电短波 对流层厚度：低纬>中纬>高纬 ✔ 纬度越低，气温越高，对流越旺盛，对流层越厚 （二）核心答题模板 Q1：为什么对流层天气复杂多变？ 答：① 对流层集中了几乎全部的水汽和固体杂质；② 地面是对流层直接热源，下热上冷，对流运动强烈；③ 水汽随上升气流冷却凝结，杂质作为凝结核，易成云致雨。 Q2：为什么民航飞机在平流层飞行？ 答：① 平流层大气以水平运动为主，气流平稳，飞行安全；② 水汽和杂质含量少，天气晴朗，能见度高；③ 无云雨天气，避免对流层中的颠簸和雷电。 Q3：为什么平流层气温随高度增加而升高？ 答：平流层中的臭氧（约15-35km处浓度最大）强烈吸收太阳紫外线辐射，使大气温度升高，因此越往高处气温越高。 Q4：简述逆温现象对大气环境的影响。 答：不利影响为主——逆温层使大气稳定，阻碍空气对流运动，大气污染物不易扩散，导致近地面污染加重；同时多雾天气，降低能见度，影响交通安全。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $