第三节大气受热过程与热力环流讲义2026-2027学年高一上学期 中图版必修一

第三节 大气受热过程与热力环流 讲义 一、教学目标（地理核心素养四维目标） （一）人地协调观 理解大气受热过程与人类生产生活的密切联系，如温室大棚、霜冻防御、城市热岛等。 树立合理利用大气原理、保护大气环境的意识，认识到人类活动对大气环境的影响。 （二）综合思维 综合分析太阳辐射、地面辐射、大气逆辐射之间的能量转换关系。 从热力、动力角度综合分析热力环流的形成过程及其与风的联系。 （三）区域认知 结合具体区域（如海陆、城市与乡村）分析热力环流的差异表现。 理解不同区域大气受热与环流特征的地域差异。 （四）地理实践力 能够绘制大气受热过程示意图与热力环流模式图。 运用大气原理解释生活中的地理现象，开展简易的气温观测与探究活动。 二、教学重难点 教学重点 1.大气的受热过程：太阳辐射的削弱作用、地面辐射是近地面大气主要直接热源、大气逆辐射的保温作用。 2.热力环流的形成原理：冷热不均→垂直运动→水平气压差异→水平运动。 3.大气水平运动（风）的受力分析：水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力。 教学难点 1.理解地面辐射与大气逆辐射之间的能量转换关系，区分“太阳暖大地”“大地暖大气”“大气还大地”三个环节。 2.等压面的弯曲规律及其与气压高低、气流运动方向的判断。 近地面与高空风向的受力差异，以及南北半球风向的判断。 三、课堂导入 情境导入·生活现象激趣 【情境呈现】请同学们思考以下生活现象： 为什么白天多云时气温不会太高，而夜晚多云时气温不会太低？ 为什么月球表面昼夜温差可达 300 ℃以上，而地球表面昼夜温差却小得多？ 为什么我国西北内陆地区昼夜温差大（“早穿棉袄午穿纱”）？ 为什么全球气候变暖会引起全世界的关注？ 【追问引导】这些现象背后都与大气对太阳辐射的削弱作用、大气的保温作用密切相关。大气就像地球的“棉被”，既会“遮挡”一部分太阳辐射，又会“留存”一部分地面辐射。今天我们就一起来揭开大气受热过程与热力环流的奥秘。 【承转】要理解这些现象，我们需要从大气的受热过程入手，进而探究因受热不均而产生的热力环流。 四、大气的受热过程 （一）大气对太阳辐射的削弱作用 太阳辐射穿过厚厚的大气层到达地球表面，在这个过程中，大气对太阳辐射起到了削弱作用，主要包括吸收、反射和散射三种方式。 图4-1 大气对太阳辐射的削弱作用示意图 1. 吸收作用 具有选择性：平流层中的臭氧（O₃）主要吸收太阳紫外线，对流层中的水汽（H₂O）和二氧化碳（CO₂）主要吸收太阳红外线。 大气对可见光的吸收很少，因此大部分可见光能够穿透大气到达地面。 2. 反射作用 云层、较大尘埃是主要反射体，云的反射作用最为显著。 反射没有选择性，将太阳辐射反射回宇宙空间，削弱作用最强。 夏季白天多云，气温不会太高，就是因为云层的反射作用强。 3. 散射作用 空气分子或微小尘埃对太阳辐射的散射。 具有选择性：波长较短的蓝紫光最容易被散射。 因此晴朗的天空呈现蔚蓝色，日出日落时太阳呈红色。 知识拓展·天空颜色的成因 大气散射使得天空呈蔚蓝色：波长较短的蓝紫光被空气分子散射得较多。而朝霞、晚霞呈红色，是因为早晚太阳高度角小，太阳辐射穿过的大气层更厚，蓝紫光被大量散射掉，剩下波长较长的红光、橙光到达地面。 图4-2 高层大气吸收紫外线与散射可见光原理示意图 （二）大气的受热过程（三个环节） 大气的受热过程可以概括为三个基本环节，即“太阳暖大地、大地暖大气、大气还大地”。 图4-3 大气受热三阶段示意 环节一：太阳暖大地（太阳短波辐射） 太阳辐射是地球的根本能量来源，属于短波辐射。 太阳辐射穿过大气时被部分削弱，大部分可见光到达地面，使地面增温。 环节二：大地暖大气（地面长波辐射） 地面吸收太阳辐射后增温，向外辐射能量，即地面辐射。 地面辐射属于长波辐射。 对流层大气几乎直接热源是地面辐射（而非太阳辐射），地面是近地面大气主要、直接的热源。 环节三：大气还大地（大气逆辐射） 大气吸收地面辐射后增温，也向外辐射能量，即大气辐射。 大气辐射中射向地面的部分称为大气逆辐射。 大气逆辐射将热量返还给地面，对地面起到保温作用。 图4-4 太阳光大气吸收及地面辐射流程图 （三）大气的保温作用（温室效应） 大气中的水汽、二氧化碳等温室气体能够强烈吸收地面长波辐射，并通过大气逆辐射将热量返还地面，从而起到保温作用，这就是大气的温室效应。 图4-5 温室效应原理示意图 图4-6 太阳光被温室气体吸收与重新释放原理示意图 原理小结 温室气体（水汽、二氧化碳、甲烷等）对太阳短波辐射吸收很少，使大部分太阳辐射到达地面。 温室气体强烈吸收地面长波辐射，使大气增温。 大气增温后产生大气逆辐射，补偿地面热量损失，对地面起到保温作用。 生活应用 温室大棚：玻璃或塑料薄膜使太阳短波辐射进入，却阻止地面长波辐射散失，从而提高棚内温度。 霜冻防御：夜晚燃烧秸秆、浇水、覆盖地膜等，都是为了增强大气逆辐射，起到保温作用。 全球气候变暖：大气中二氧化碳浓度增加，温室效应增强，全球气温升高。 （四）大气受热过程的应用与实例 1. 昼夜温差的影响因素 天气状况：白天多云，反射作用强，气温不高；夜晚多云，大气逆辐射强，保温作用好，气温不低。因此多云天气昼夜温差小。 下垫面性质：陆地比热容小，升温降温快，昼夜温差大；海洋比热容大，昼夜温差小。 海拔：海拔高，空气稀薄，削弱作用和保温作用都弱，昼夜温差大。 2. 月球昼夜温差远大于地球的原因 月球没有大气层，白天没有大气对太阳辐射的削弱作用，太阳辐射全部到达月面，温度很高。 夜晚没有大气逆辐射的保温作用，月面热量迅速散失，温度很低。 因此月球昼夜温差可达 300 ℃以上，而地球因有大气层的调节作用，昼夜温差要小得多。 五、热力环流 （一）热力环流的形成原理 热力环流是大气运动最简单的形式，其根本原因是地面冷热不均。 图5-1 热力环流概念及等压面示意图 热力环流的形成可分为四个步骤： 地面冷热不均：不同地区的地面因纬度、下垫面性质等差异，受热不均。 空气的垂直运动：受热地区空气膨胀上升，冷却地区空气收缩下沉。 同一水平面上的气压差异：空气上升使高空空气堆积，形成高压；空气下沉使高空空气减少，形成低压。近地面则相反。 空气的水平运动：在同一水平面上，空气由高压区流向低压区，形成环流。 （二）等压面的变化规律 等压面是指气压相等的点连成的面。在热力环流中，等压面会发生弯曲，其规律如下： 图5-2 热力环流等压面示意图 受热上升地区：近地面空气减少，气压降低，等压面下凹；高空空气增多，气压升高，等压面上凸。 冷却下沉地区：近地面空气增多，气压升高，等压面上凸；高空空气减少，气压降低，等压面下凹。 口诀：“热低压、冷高压”——受热地区近地面形成低压，冷却地区近地面形成高压。 （三）热力环流的形成过程示意图 图5-3 热力环流形成过程示意图 （四）热力环流的常见形式 1. 海陆风 白天：陆地增温快，气温高，空气上升，近地面形成低压；海洋增温慢，气温低，近地面形成高压。风从海洋吹向陆地，称为“海风”。 夜晚：陆地降温快，气温低，空气下沉，近地面形成高压；海洋降温慢，近地面形成低压。风从陆地吹向海洋，称为“陆风”。 2. 山谷风 白天：山坡受热快，空气上升，风从山谷吹向山坡，称为“谷风”。 夜晚：山坡降温快，冷空气沿山坡下沉，风从山坡吹向山谷，称为“山风”。 3. 城市热岛环流 城市人口集中、工业发达、交通繁忙，释放大量人为热，且城市下垫面多为水泥、沥青，比热容小，升温快，导致城市气温高于郊区，形成“城市热岛效应”。 图5-4 城市热岛效应下的建筑红外热成像 城市中心气温高，空气上升，近地面形成低压。 郊区气温低，空气下沉，近地面形成高压。 近地面风从郊区吹向城市，高空风从城市吹向郊区，形成城市热岛环流。 意义：应将污染严重的工厂布局在城市热岛环流之外，避免污染物随环流进入市区。 六、大气的水平运动——风 （一）风的形成原因 风是大气的水平运动，其直接原因是水平面上的气压梯度（气压差）。水平气压梯度力是风形成的原动力。 （二）作用于风上的力 图6-1 作用于风上的力：水平气压梯度力及地转偏向力 1. 水平气压梯度力 方向：垂直于等压线，由高压指向低压。 是形成风的直接原因，决定风力大小（气压梯度越大，风力越大）。 2. 地转偏向力 方向：始终与风向垂直，北半球向右偏，南半球向左偏。 只改变风向，不改变风速。 赤道上为零，纬度越高，地转偏向力越大。 3. 摩擦力 方向：与风向相反，削弱风力。 近地面风受摩擦力影响，高空风可忽略摩擦力。 （三）风向的受力分析 1. 高空大气中的风 高空风只受水平气压梯度力和地转偏向力作用。 当二力达到平衡时，风向平行于等压线。 2. 近地面大气中的风 近地面风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用。 风向斜穿等压线，由高压指向低压（北半球向右偏约 30°~45°）。 图6-2 北半球近地面风的形成受力分析示意图 （四）南北半球风向判断口诀 北半球：背风而立，高压在右后方，低压在左前方（“风压定律”）。 南半球：背风而立，高压在左后方，低压在右前方。 北半球向右偏，南半球向左偏，可借助手势判断。 七、课堂小结 知识框架 本节的两条主线： 大气的受热过程：削弱作用（吸收、反射、散射）→ 太阳暖大地 → 大地暖大气 → 大气还大地（保温作用）。 热力环流与风：地面冷热不均 → 垂直运动 → 水平气压差异 → 水平运动（风）。 核心要点 1.地面是近地面大气主要、直接的热源。 2.大气逆辐射对地面起保温作用。 3.热力环流的根本原因是地面冷热不均。 4.水平气压梯度力是形成风的原动力。 5.高空风平行于等压线，近地面风斜穿等压线。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $