3.1 《大气的组成与垂直分层》 课件 2026-2027学年高一上学期地理湘教版必修一

章 三 第 大气的组成与垂直分层 2012年10月14日，全世界在关注同一件事，红牛平流层计划。跳伞运动员菲利克斯搭乘氦气球，上升至3万9000米的太空边缘，一跃而下。数据显示，在起跳40秒后，高度约为30000米时，菲利克斯自由落体速度达到了时速1357.6公里，也就是秒速377.1米，成为了人类历史上首个不借助人工动力而实现超音速运动的人。 红牛平流层计划：跳伞运动员菲利克斯将搭乘氦气球，上升至3万9000米的太空边缘，一跃而下。极限运动，红牛负责出钱，你负责出命 2014年10月24日，阿兰·尤斯塔斯同样选择了乘坐氦气球，上升至了41419米的高空，随后切断自己的安全绳，一跃而下，以最高时速1287.5公里回归地面。在经历了数分钟的自由落体后，阿兰·尤斯塔斯打开降落伞，成功完成挑战。就此打破菲利克斯留下的数项记录，成为了太空跳伞第一人。 思考：39千米高空的大气与地面大气有哪些不同? 跳伞员为什么需要穿特制宇航服？ 在第一章中，我们学习了大气圈与水圈、岩石圈、生物圈之间相互联系、渗透，共同构成了人类赖以生存和发展的自然环境。本节课，我们具体来学习大气圈的性质及其与人类活动的关系。连续包围地球的气态物质叫做大气。大气是地球上出现生命的基础之一。那么，大气的组成是什么呢？ 原始大气→现代大气 原始大气：氢气、氨气、水汽、二氧化碳和甲烷等 近地面大气=干洁空气+水汽+杂质 干洁空气=氮气+氧气+其它气体 底层大气除去水汽和其它杂质的混合气体 25千米以下 距今45至50亿年前，地球上的原始大气由甲烷、氦、氨气、水汽和一些微量气体组成，经过漫长的发展才形成了现在的大气 大气是包围地球的多种气体的混合物， 近地面大气，低层大气是25km以下的部分 课前预习——自主探究 生命体的基本元素 维持生命活动 地球生命的保护伞 水汽的凝结核，成云致雨的必要条件 植物光合作用的原料，对地面有保温作用 调节地面和大气的温度、湿度 二氧化碳 水汽 臭氧 氮 氧气 杂质 大气的组成 天雷勾地火 氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。氧气是助燃剂，如果氮气含量没有这么高，氧气含量提升，地球上火灾就会变得不可控制。可能一个闪电就会导致森林大火，并且越烧越旺。 雷击引起森林火灾的主要原因是雷暴，特别是干雷暴。没有降水的闪电、雷鸣现象，称干雷暴。雷暴形成的雷电接触地面可燃物，便具备了“天雷勾地火”的条件，极易引起森林火灾。 在我国，内蒙古大兴安岭和黑龙江大兴安岭林区是雷击火发生最频繁的地区。 大气的组成——水汽 水汽的分布规律？ 水平方向上，海洋上空高于陆地上空，湿润地区上空高于干旱地区上空 垂直方向上，一般自地面向高空逐渐减少 在低纬度的温暖洋面上，水汽含量大；干旱的沙漠和极地地区，水汽含量少。一般情况下，同一地区夏季水汽含量较大。 大气的组成——杂质 杂质的分布规律？ 近地面，陆上多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。 城市雨岛效应 城市空气中粉尘较多，成为雨滴的凝结核，所以城市地区阴雨天气相对多于郊区 大气中的杂质可能来源于火山喷发产生的火山灰，也可能来自于人类生活，比如工厂废气、汽车尾气、地面扬尘等。比如中国东部和印度北部，有很多没有安装使用过滤装置的发电厂和工厂，它们在燃烧煤的过程中，产生了盈千累万的硫酸盐和烟尘微粒。机动车尾气也制造出相当多数量的硝酸盐和其他微粒。此外，还有农作物废弃物焚烧和柴油发动机燃烧产生的煤烟颗粒 大气中的杂质含量，随时间、地点、天气条件而变化。冬季寒冷，下沉气流为主，不利于杂质扩散，冬季取暖燃烧能源 大城市高楼林立，空气循环不畅，加之盛夏时节，建筑物空调、汽车尾气更加重了热量的超常排放，使城市上空形成热气流，热气流越积越厚，最终导致降水形成（雨岛效应） 人类活动对大气组成的影响 问题1：1960年到2020年，二氧化碳的体积分数变化趋势怎么样？是什么原因产生的变化呢？造成什么影响？ 化石燃料燃烧（释放大量二氧化碳） 土地利用的变化（毁林，减少森林吸收二氧化碳的量） 变化趋势 呈现上升趋势 原因 影响 全球变暖、海平面上升 ①CO2浓度上升的原因及影响 二氧化碳排放量增加会导致温室效应，温室效应的原理就是二氧化碳等温室气体增加从而增强了大气的保温作用，从而导致全球变暖 思考：结合生活实际，如何减少二氧化碳的浓度？ 多使用清洁能源，提高能源利用技术和效率；提高自身的环保意识；避免浪费，减少废弃物排放； 植树种草，恢复植被 人类活动对大气组成的影响 问题2：智利科伦娜岬角岛屿上的绝大多数动物都是瞎子，猎物因为视力不好，常被猎人捕获，鸟类因为视力不好，常误闯入百姓的家里，就连水里面的鱼也是盲鱼，这到底是怎么回事呢？ 臭氧层是“地球生命的保护伞” ②臭氧层变薄的原因及影响 臭氧洞 原因 影响 氟利昂等化学物质被广泛运用作为冰箱、空调等的制冷剂。 过量的紫外线辐射会增加人的皮肤癌患病率，还会引发白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病。 课本74页有对南极臭氧洞的解释 紫外线会给人体带来巨大的损伤，尤其是眼睛和皮肤，如果长时间照射，还可能会诱发白内障，引起皮肤的癌变和皮肤肿瘤。海伦娜岬角是离南极最近的一个岛屿，地球的南北极具有极强的紫外线辐射，所以在这里生活的人和动物，每天都要面临极强的紫外线。只是自然照射的紫外线，还不足以让动物都成瞎子。最主要原因是在这片岛屿的上空，臭氧层遭到了损坏形成臭氧洞，使得紫外线投射到地表的强度再次加大，长时间生活在这种环境下的动物渐渐地就变成了瞎子。除了这些小动物，当地居民也深受其害，皮肤癌和白内障已经成为了当地居民的常见疾病。 臭氧层破坏，氟利昂是罪魁祸首 人类活动造成的危害是全球性的，全球一起保护大气环境 人类活动对大气组成的影响 雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物（PM）等物质组成。 PM2.5：直径小于等于2.5微米的颗粒物 核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒 接近地球表面、大气中悬浮的由小水滴或冰晶组成的水汽凝结物 ③水汽、杂质含量变化 雾霾是雾和霾的组合此词。当大气中的水汽比较多，并且有足够凝结核时，多余的水汽就会凝结成小水滴或冰晶，这些小水滴或冰晶组成的气溶胶系统就是雾。而霾就是悬浮在大气中的大量微小颗粒。 雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的主要原因，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是细颗粒物（PM2.5）。 雾 霾 雾霾 组成霾的粒子极小，不能用肉眼分辨，可在一天中的任何时候出现。霾天气是一种大气污染状态，表明大气中的各种悬浮颗粒含量超过一定标准，其中PM2.5 (直径小于或等于2.5微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的“元凶”。 1、雾霾天气的颗粒是怎么产生的呢？ 来自汽车尾气、工业废气、燃煤取暖产生的废气、建筑工地和道路交通产生的扬尘。 2、雾霾天气对我们生活的影响有哪些？ ①危害人体健康（呼吸系统） ②导致大气能见度降低，容易引起交通阻塞，发生交通事故。 活动探究 课本P72 习近平总书记指出“坚决打赢蓝天碧水净土保卫战” 保护环境，守护地球！ “十三五”以来，北京铁腕治污，“北京蓝”持续出现，空气质量改善取得历史性突破。 大气的垂直分层 part 02 Vertical stratification of the atmosphere 大气垂直分层 乞力马扎罗山为什么山顶终年积雪？ 海拔5895米 温度降低 非洲最高的乞力马扎罗山，地处赤道附近，山顶却终年积雪，为什么？ 气温随着海拔高度的增加而递减，乞力马扎罗山海拔接近6000米，因此山顶比较冷，终年积雪。 大气的质量虽然只相当于地球质量的百万分之一，却分布在地球外围2000~3000千米的大气层中，在这厚厚的大气层中，气温随着高度的增加是不是一直递减？ 大气垂直分层 A B C 气温随高度升高而降低 A对流层 气温随高度升高而升高 B平流层 气温随高度升高先降低后升高 C高层大气 根据大气的温度、密度和运动状况在垂直方向上的分异 地球内部有圈层结构，地球外部也有结构，根据大气的温度、密度和运动状况在垂直方向上的分异，可以将大气层分为对流层、平流层和大气层 读图，在垂直方向上随高度升高温度的变化 对流层 气温变化 随高度升高而降低，每上升100米约降低0.6℃（对流层顶部气温降至-60℃）（热量来自于地面） 天气状况 天气现象复杂多变，云、雾、雨、雪等天气现象出现在这一层 大气运动 空气对流运动显著（上部冷，下部热） 厚度变化 高纬度地区：8~9千米 中纬度地区：10~12千米 低纬度地区：17~18千米 对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是气象学、气候学研究的重点层次。 对流层有一个主要特征：气温随高度增加而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。高山常年积雪，高空的云多为冰晶组成，就是这一特征的明显表现。对流层中，气温随高度增加而降低的量值，因所在地区、所在高度和季节等因素而异。平均而言，高度每增加100米，气温则下降约0.65℃，这称为气温直减率，也叫气温垂直梯度 。 水汽、杂质几乎全部在对流层，并且对流层上部冷下部热，空气就会发生对流，因此天气现象都发生在该层 对流层厚度不是固定的 人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开 对流层——气温变化 对流层——天气变化 水汽上升 海拔升高，气温下降 形成小冰晶或小水滴 空气饱和，水汽凝结 形成云 云滴相互碰撞合并，重力>上升气流托举力 云、雨、雾、雪 降水形成过程 降水的形成条件 ①充足的水汽供应；②降温：水汽冷却凝结；③凝结核。 对流层——对流运动 对流：流体（气体或液体）内部由于各部分温度不同而造成的相对流动，即流体通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程 热 冷 在对流层中，下部热，上部冷，这么一个特点导致较热的部分上升，较冷的部分下降，循环流动，互相掺和，最终使温度趋于均匀。 对流层——对流运动 对流特点： 1、下部热上部冷的结构，空气在垂直方向上会产生对流。热空气上升，冷空气下沉。 对流运动 对流特点3：对流运动越剧烈，天气状况越剧烈 对流层——对流运动 对流特点： 2、下部温度越高，对流作用越强。即当垂直方向上温差加大时，对流加强。 对流层 问题3：推断广西冬夏季对流层高度的差异，并说明理由 夏季对流层高于冬季，夏季受热更多，对流更旺盛，对流层所达高度就更高 低纬：17~18千米中纬：10~12千米高纬：8~9千米 低纬度地区温度高，大气层中对流运动剧烈，对流层厚度大。夏季温度高，对流层厚度大。 平流层 气温变化 上部臭氧吸收太阳辐射，随高度增加而上升 天气状况 天气晴朗 大气运动 水平运动，大气平稳 厚度变化 从对流层顶部向上至50~55千米；臭氧层在15~35千米处 在平流层内，气温随高度增加而升高，平流层这种气温分布特征是和它受地面温度影响很小，主要是存在着大量臭氧能够直接吸收太阳辐射有关。虽然30km以上臭氧的含量已逐渐减少，但这里紫外线辐射很强烈，故温度随高度增加得以迅速增高，造成显著的暖层。 平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合作用显著减弱。平流层中水汽含量极少，微尘也远较对流层中少，大多数时间天空是晴朗的。有时对流层中发展旺盛的积雨云也可能伸展到平流层下部。 在高纬度20km以上高度，有时在早、晚可观测到贝母云（又称珍珠云）。 平流层 问题4：为什么平流层大气运动以水平为主？ 问题5：平流层适合飞机飞行的原因？ 夏季对流层高于冬季，夏季受热更多，对流更旺盛，对流层所达高度就更高 ①平流层大气平稳，以平流运动为主 ②该层大气水汽和杂质少，天气晴朗，能见度好，适合飞机飞行。 民航长途航班巡航时，飞机大多会上升到万米左右的高空飞行，这个高度属于平流层。这里很少出现颠簸，天空晴朗少云，能见度很好。 高层大气 气温变化 下部气温随高度增加而降低；上部气温随高度增加而增加。 天气状况 天气晴朗，能见度好 大气运动 高空对流和高空平流 厚度变化 平流层顶至大气边缘。在60~500千米的高空，有若干电离层 这是大气的最高层，又称外层。这一层中气温随高度增加很少变化。由于温度高，空气粒子运动速度很大，又因距地心较远，地心引力较小，所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际空间，本层是大气圈与星际空间的过渡地带。 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，温度又持续升高。 高层大气大气层结构特征：无线电通信 电离层： 在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大气分子被分解为离子，使大气处于高度电离状态，所以称为电离层 作用： 电离层反射无线电波，对远距离无线电通信有重要作用 在80-500千米的高空，有若干电离层 高层大气大气层结构特征：保护人类免受流星体侵袭 高层大气中在80-120千米的高空，多数来自太空的流星体会燃烧，成为我们夜晚看到的流星 高层大气大气层结构特征：极光 由于太阳带电粒子流（ ）进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现灿烂美丽的光泽 太阳风 思考 思考：39千米高空的大气与地面大气有哪些不同? 跳伞员为什么需要穿特制宇航服？ 菲利克斯搭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 宇航服内层要填充氧气，头盔中有液氧系统，护目镜装有温度调节器 大气分层 垂直高度 特点 特点成因 与人类的关系 对流层 平流层 高层大气 随纬度、季节而差异 从对流层顶部至50-55千米高空 平流层顶以上 ①气温随高度增加而升高 ②气流以平流运动为主 ③无云雨现象 ①气温随高度升高而递减 ②空气对流运动显著 ③天气现象复杂多变 ①温度随高度增加先降低后增加 ②大气密度极小， ③流星现象、电离层存在于该层 ①地面是低层大气主要的直接热源 ②该层大气上冷下热 ③几乎全部的水汽、杂质集中在该层；对流运动易成云致雨 ①臭氧集中分布在22-27千米，它可以吸收大量紫外线 ②该层大气上热下冷，大气稳定 ③水汽、杂质少，气流平稳 距地面远，受到引力小 人类就生活在对流层底部，与人类关系最密切 水平运动有利于高空飞行；臭氧层有保护地球生命的作用 有电离层，电离层能反射短波无线电波，对无线电通信有重要作用 大气垂直分层性质——小结 活动P75 （1）近年来，贵阳将“中国避暑之都”作为城市名片，着力打造“避暑”旅游产品，大力发展“避暑”经济。在我国地形图上，找到贵阳、重庆、武汉、长沙、上海的位置；读图，说明贵阳打造避暑旅游名城的优势条件，并分析其形成原因。 相对于重庆、武汉、长沙、上海，贵阳虽然纬度较低，位于亚热带，但由于其处在云贵高原，海拔较高，故夏季天气凉爽。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 上海 长沙 重庆 贵阳 武汉 温度/℃ 23.9 23.6 28.1 28.4 28.7 28.2 28.6 28.1 28.0 27.8 7月 8月 贵阳 重庆 武汉 长沙 上海 活动P76 （2）每年3月，西藏大部分地区的隆冬尚未结束，林芝的桃花却竞相开放，争奇斗艳，皑皑白雪与灼灼桃花相互映衬，让人领略到“雪域江南”的独特春光。读图，试分析这一地理现象的形成原因。 西藏垂直高差大，山上海拔高，气温低，河谷地区地势较低，气温较高。 雪被 陆高/米 5000 3000 2000 1000 500 逆温及其影响 逆温：在一定条件下，对流层的某一高度会出现实际气温高于理论气温，甚至气温随高度的增加而升高的现象，称为逆温。 正常 逆温 分类： 辐射逆温 平流逆温 锋面逆温 地形逆温 1、图a为正常气温垂直分布情况。在晴朗无云或少云的夜晚，地面很快冷却，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(图b)。 2、随着地面冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达到最强(图c)。 3、日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温层便逐渐自下 而上消失(图d、e)。 辐射逆温 逆温及其影响 1、图a为正常气温垂直分布情况。在晴朗无云或少云的夜晚，地面很快冷却，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(图b)。 2、随着地面冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达到最强(图c)。 3、日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温层便逐渐自下 而上消失(图d、e)。 逆温及其影响 有利：①抑制沙尘暴的发生； （发生条件：大风，沙尘，强对流运动） 影响 不利：①加重大气污染；②易产生大雾天气。 逆温及其影响 垂直方向上有冷热区别才有热力环流，逆温导致冷热对比变小，垂直对流变小了 逆温使得空气垂直对流受阻，造成近地面污染物不能及时扩散，易出现雾霾，影响人体健康，同时影响飞机起飞。 地球大气又称“氮氧大气”。结合地球大气圈25千米以下的干洁空气的主要成分,完成第1~2题。 气体成分 体积分数/% 质量分数/% 氮气(N2) 78 75.52 氧气(O2) 21 23.15 氩气(Ar) 0.93 1.28 二氧化碳(CO2) 0.038 0.05 1.地球大气称为“氮氧大气”是因为两者(　　)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 2.下列叙述正确的是(　　)A.低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成B.云、雨、雪、雾等天气现象,主要发生在平流层C.大气中臭氧的主要作用是减少红外线对生物的伤害D.大气组成成分的比例不会因人类活动的影响而改变 A A 《学习与测评》P63 　　气球作为探空的工具已被广泛使用。如图所示为某一探空气球由地面上升至高空100千米处。据此完成3~4题。 3.随高度增加，探空气球记录的气温变化规律可能是 (　　) 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 4.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 《学习与测评》P63 D A 5.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，一般出现在黎明前。则c出现的时间最有可能是 (　　) A.上午 B.正午 C.傍晚 D.凌晨 6.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 　　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，该现象称为辐射逆温。读图，完成1~2题。 A B 《学习与测评》P61 $