第三节　大气环境 第一课时　对流层大气的受热过程

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电视连续剧《闯关东》第23集有这样的场景:深秋季节广袤的东北平原上,玉米、大豆等农作物长势喜人,丰收在望。霜期就要来了,为了不让农作物受冻害,主人公朱开山一家决定堆草熏烟防霜冻。众乡里来帮助朱家抗霜,他们把农作物的秸秆等杂草运到田间地头,一堆堆放好。在霜头来临时,点燃一堆堆秸秆,田野上空弥漫着一层浓浓的烟雾,众人齐心协力抗击霜冻成功了……霜冻会对农作物产量产生一定的影响,严重的甚至导致植株死亡。当地农民一般采用覆盖抗霜、喷水抗霜、加热抗霜、烟雾抗霜等方式,减轻霜冻造成的损失。 尝试探究:利用熏烟的方法防霜冻的原理是什么? 答案:人造烟雾含有大量的二氧化碳、水汽、尘埃,能吸收地面辐射,增强大气逆辐射,减少夜晚地面辐射损失的热量,从而对地面起到保温作用。

一、课标要求 运用图表说明大气受热过程。 二、学习目标 1.了解大气的垂直分层、各层特点及其与人类的关系。 2.理解太阳辐射、地面辐射、大气辐射的概念,明确它们在对流层大气增温过程中的作用。 3.运用图表说明对流层大气的受热过程。

1.在高层大气中,部分地区气温可达数千度,可运行在其中的航天飞行器却不用担心被烧毁,为什么? 基础梳理 思维启迪 1.在高层大气中,部分地区气温可达数千度,可运行在其中的航天飞行器却不用担心被烧毁,为什么? 答案:高层大气空气稀薄,航天飞行器从中吸收的热量和与之摩擦产生的热量都有限。 一、大气的垂直分层

答案:对流层大气的直接热源是地面,海拔越高,获得地面辐射的热量越少,气温越低。因此说“高处不胜寒”。 垂直分层 气温特点 与人类关系 基础梳理 思维启迪 2.为什么说“高处不胜寒”? 答案:对流层大气的直接热源是地面,海拔越高,获得地面辐射的热量越少,气温越低。因此说“高处不胜寒”。 垂直分层 气温特点 与人类关系 A对流层 随高度升高而降低 最为密切 B平流层 随高度升高而升高 适合飞机飞行 C高层大气 随高度增加先降低后升高 人造卫星等在此运行

1.大气对太阳辐射的削弱作用:主要有选择性吸收、散射和反射三种方式。 基础梳理 思维启迪 二、对流层大气的受热过程 1.大气对太阳辐射的削弱作用:主要有选择性吸收、散射和反射三种方式。 2.地面辐射、大气辐射及其影响因素 3.为什么同一季节的白天多云,气温不会太高;夜间多云,气温不会太低? 答案:同一季节,白天多云,太阳辐射经过大气层时,被削弱得多(吸收、反射多),故气温不会太高;夜晚多云,特别是有浓密的低云,空气中湿度比较大,大气逆辐射增强,对地面的保温作用强,气温不会太低。

(1)概念比较 序号 辐射名称 辐射类型 辐射方向 作用 ① 太阳辐射 短波辐射 射向地面 地面的直接热源 ② 地面辐射 长波辐射 基础梳理 思维启迪 (1)概念比较 序号 辐射名称 辐射类型 辐射方向 作用 ① 太阳辐射 短波辐射 射向地面 地面的直接热源 ② 地面辐射 长波辐射 主要射向大气层 对流层大气的直接热源 ③ 大气辐射 射向高层大气 和宇宙空间 大气逆辐射会 使地面增温 ④ 大气逆 辐射

①纬度因素:同样性质的地表,纬度越低,年平均正午太阳高度越大,太阳辐射经过大气的路程越短,地表受到的太阳辐射的强度就越大,地面辐射也就越强。 基础梳理 思维启迪 (3)影响地面辐射的因素 ①纬度因素:同样性质的地表,纬度越低,年平均正午太阳高度越大,太阳辐射经过大气的路程越短,地表受到的太阳辐射的强度就越大,地面辐射也就越强。 ②下垫面因素:下垫面状况不同,吸收和反射的太阳辐射比例也不同。 4.四川盆地和青藏高原相比,哪个地区地面获得的太阳辐射多?为什么? 答案:青藏高原获得的太阳辐射多。因为青藏高原地区海拔高,空气稀薄,对太阳辐射削弱少;地势高,日照时间长。四川盆地阴雨天气多,对太阳辐射削弱作用强,地势低,日照时间短。 (2)影响大气逆辐射的因素 大气逆辐射增强

③气象因素:同纬度地区,年日照时数的长短,会影响地面获得的太阳辐射。 3.大气的保温作用 基础梳理 思维启迪 ③气象因素:同纬度地区,年日照时数的长短,会影响地面获得的太阳辐射。 3.大气的保温作用 (1)地面辐射释放能量的绝大部分被截留在对流层大气中。 (2)大气逆辐射直接补偿地面的热量损失。

大气的垂直分层 大气 垂直 分层 高度 气温垂直变化 空气 运动 天气 现象 与人类 的关系 规律 原因 对流层 低纬:17~18千米,中纬:10~12千米,高纬:8~9千米 气温随高度增加而递减,大约每升高100米,气温降低0.6 ℃ 地面是对流层大气主要的直接热源,离地面越远,气温越低 对流运动显著 复杂多变 人类生活在对流层底部,与人类关系最密切

下层气温随高度变化很小,30千米以上气温随高度增加而迅速上升 该层主要靠臭氧层大量吸收太阳紫外线而增温,基本不受地面影响 续表 大气 垂直 分层 高度 气温垂直变化 空气 运动 天气 现象 与人类 的关系 规律 原因 平流层 自对流层顶至50~55千米高空 下层气温随高度变化很小,30千米以上气温随高度增加而迅速上升 该层主要靠臭氧层大量吸收太阳紫外线而增温,基本不受地面影响 平流运动为主 天气晴朗 ①臭氧层大量吸收紫外线,成为人类生存环境的天然屏障;②大气稳定,利于高空飞行

80~500千米高空有若干电离层,能反射无线电短波,对无线电短波通讯有重要作用 续表 大气 垂直 分层 高度 气温垂直变化 空气 运动 天气 现象 与人类 的关系 规律 原因 高层大气 自平流层顶到大气上界2 000~3 000千米高空 起初随高度增加而递减,后随高度增加而上升 高空有氧原子吸收太阳辐射 自下 而上 先对 流后 平流 稳定少变 80~500千米高空有若干电离层,能反射无线电短波,对无线电短波通讯有重要作用

【典例剖析】 有关“大气垂直分层示意图”的叙述,正确的是(　　) A.②层与人类的关系最为密切 B.③层适合飞机飞行 C.能大量吸收紫外线的是①层 D.①层气温随高度增加而降低

思维导图: 答案:D

逆温现象的成因及其危害 (1)概念:一般情况下,对流层温度上冷下暖。但在一定条件下,对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象,这种气温逆转的现象为“逆温”。 (2)成因:产生逆温现象的原因有很多种:气层也随之降温,离地面愈近,降温愈快,因此形成了自地面开始的逆温。这种逆温在大陆上常年都可出现,尤以冬季最强。 一是地面辐射冷却。在晴朗无云或少云的夜间,地面辐射冷却快,贴近地面的 二是空气平流。当暖空气水平移动到冷的地面或水面上,会发生接触冷却的作用。愈近地表,降温愈快,于是产生逆温现象。 三是锋面因素影响。在锋面上,如果冷暖空气的温度差异比较显著,由于暖空气位于锋面之上,而冷空气位于锋面之下,也会产生明显的逆温现象,如图。

(3)影响:无论哪种条件形成的逆温,都会对大气质量产生很大的影响。逆温层的存在,使局部大气上热下冷,阻碍了空气垂直运动的发展,使大量烟尘、污染物、水汽凝结物等聚集在它的下面,能见度变差,空气污染加重。尤其是城市及工业区上空,由于凝结核多,易产生浓雾天气,有的甚至造成严重的大气污染事件。

对流层大气的受热过程 1.大气对太阳辐射的削弱作用 作用 形式 参与作用的 大气成分 波长段 作用特点 实例 吸收 臭氧 (平流层) 紫外线 吸收强烈,有选择性,对可见光吸收得很少 平流层气温随海拔增加而上升 水汽、CO2 (对流层) 红外线 反射 较大颗粒尘埃、云层 各种波长同 样被反射 无选择性,云层越厚,反射越强 夏季多云的白天,气温不会太高 散射 空气分子、微小尘埃 波长较短的 可见光(蓝 光、紫光) 向四面八方散射,有选择性 晴朗的天空呈蔚蓝色 颗粒较大的尘埃、雾粒、小水滴 样被散射 无选择性 阴天的天空灰蒙蒙的

2.地面辐射和大气辐射 概念 辐射 类型 作用 影响因素 地面 地面吸收透过大气的太阳辐射后升温,同时又持续向外释放辐射能量,形成地面辐射 长波辐射 是对流层大气增温的直接能量来源 纬度因素、下垫面因素 大气 大气吸收地面辐射增温的同时,也向外辐射能量 大气散失热量 水汽和二氧化碳的含量 逆辐射 射向地面的大气辐射 会使地面增温,而地面增温又加强了地面辐射 浓密的低云,空气湿度的大小

3.大气对地面的保温作用 太阳辐射把能量传递给大气的过程可简单表示为: 太阳辐射→地面吸收→地面辐射→大气吸收→大气辐射。如图所示:

【典例剖析】 如图是大气对地面的保温作用示意图。读图,回答(1)~(3)题: (1)图中太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射的数字代号按顺序依次是(　　) A.①②③④ B.③④②① C.④③②① D.②③④① (2)青藏高原比长江中下游平原气温日较差大的原因是(　　) ①离太阳近　②青藏高原比长江中下游平原太阳高度角小 ③云层厚而且夜晚长　④地势高,空气稀薄　⑤白天太阳辐射强　⑥夜晚大气逆辐射弱 A.①②③ B.④⑤⑥ C.②⑤⑥ D.①⑤⑥

(3)大气的保温效应主要是由于(　　) A.大气中的水汽和CO2吸收太阳辐射中的红外线以及臭氧吸收太阳辐射中的紫外线而增温 B.大气逆辐射是对地面辐射损失热量的补偿 C.大气中的云层和尘埃对地面辐射的反射作用 D.大气热容量大,容易降温 解析:第(1)题,该题主要考查从太阳辐射到大气逆辐射按顺序排列关系:太阳辐射→地面吸收→地面辐射→大气吸收→大气辐射→大气逆辐射。第(2)题,长江中下游平原地势低平,水域面积大,水汽、固体杂质集中在对流层底部,白天大气对太阳辐射的削弱作用强,晚上大气逆辐射强,气温日较差小。青藏高原海拔高,空气稀薄,水汽、固体杂质相对较少。白天大气对太阳辐射的削弱作用弱,晚上大气逆辐射较弱,气温日较差大。第(3)题,CO2能够强烈吸收红外线长波辐射,大气中的CO2和水汽增多,大气逆辐射增强。答案为(1)C,(2)B,(3)B。

影响地面辐射的主要因素

【典例剖析】 如图表示不同地物辐射温度在一天内的变化状况。读图,回答(1)~(2)题: (1)曲线①~④代表的地物分别可能是(　　) A.沙地、湖泊、林地、草地 B.沙地、草地、林地、湖泊 C.草地、沙地、湖泊、林地 D.草地、林地、沙地、湖泊 (2)该图显示(　　) A.日出前各地物间的温差最大 B.日落后地物①的降温速度最快 C.地物③的辐射温度白天夜晚都最低 D.地物④到达最高温度的时间早于其他地物

解析:第(1)题,由于物体的比热容不同,对温度的调节能力不同,一天内气温变化也就不同。沙地比热容小,所以升温快,降温也快,因此一天内气温变化最大,而湖泊由于水的比热容大,升温慢,降温也慢,气温调节能力强,所以一天内气温变化最和缓,草地与林地比较,草地的调节能力比林地弱。第(2)题,图中显示的内容需与第(1)题相结合判断,A项是错误的,从图中可以看出,正午时各地物间温差最大。①为沙地,比热容小,对气温调节作用最小,因此日落后降温最快。③为林地,林地的调节作用强,白天温度比沙地、草地低,比湖泊高,夜晚温度比草地、沙地高,比湖泊低。地物④为湖泊,由于调节作用最强,出现最高温度的时间比其他地物都晚。答案为(1)B,(2)B。

23 大气垂直分层示意,据图回答: 【图表解读】 1.读教材图2 (1)由图分析大气一般分哪几层? 23　大气垂直分层示意,据图回答: (1)由图分析大气一般分哪几层? (2)图中的横坐标、纵坐标和曲线分别表示什么内容? (3)从图中可以看出大气的各分层与人类活动有什么关系? 答案:(1)对流层、平流层和高层大气三层。 (2)横坐标表示温度,纵坐标表示高度,曲线表示大气温度随高度的变化情况。 (3)对流层在大气最底层,与人类的关系最密切;平流层是大型飞机飞行最理想的层次;高层大气在50千米以上,有流星、极光等现象出现,也是人造卫星运行的层次。

25 太阳辐射和地面辐射、大气逆辐射关系示意,据图回答: 23),读图需要“三看一关注”。 “三看”:一看纵坐标,看各层大气的高度和名称;二看横坐标,明确各层大气气温的垂直变化规律;三看各层大气中的地理事象。 “一关注”:各地理事象的形成过程,分析各层大气的特征。 2.读教材图2 大气垂直分层示意”(教材图2 25　太阳辐射和地面辐射、大气逆辐射关系示意,据图回答: (1)地面的主要热量来源是什么? (2)对流层大气的主要热量来源是什么? (3)真正对地面起保温作用的是哪一种辐射? 答案:(1)太阳辐射。 (2)地面辐射。 (3)大气逆辐射。

太阳辐射和地面辐射、大气逆辐射关系示意”(教材图2 25),读图应关注: ①各箭头的指向:它表示能量的提供者、传递过程和接受者。 ②各箭头的含义。 ③各箭头的宽度:它表示能量的大小,并关注哪些箭头的宽度是可变的,哪些箭头的宽度是不可变的,能分析出箭头宽度变化的因素和变化过程。 ④按能量的传递过程描述太阳辐射和地面辐射、大气逆辐射的关系。 ⑤根据箭头上的数字,理解能量守恒定律。

【活动点拨】 一、教材第43页活动 答案:1.随高度的上升,对流层的气温逐渐降低,平流层的气温则逐渐升高。 2.人类的生产和生活活动,几乎都是在对流层进行的。 3.平流层的气温下低上高,空气难以对流,以平流运动为主,飞机飞行不会上下颠簸;平流层少水汽和尘埃,天气晴朗少变,能见度好,利于飞机飞行。 二、教材第44页活动 答案:1.大气对太阳辐射的削弱作用,主要有吸收、散射和反射三种形式。吸收具有选择性,主要吸收波长较长的红外光和波长较短的紫外光;太阳辐射可见光部分中波长较短的蓝色光容易被散射;反射则无选择性,像反光镜一样把光线反射回宇宙空间。 2.波长较短的蓝色光容易被空气分子所散射,空气越洁净,这种散射越明显,因此晴朗的天空多呈现蔚蓝色。

三、教材第45页活动 点拨:本活动旨在引导学生更深刻地理解“大气的保温作用”以及大气保温作用的实际应用。 答案:1.月球上没有大气,白天在太阳的照射下,月球表面温度升得很高,夜间,月球表面辐射强烈,并直接散失到宇宙空间,月球表面温度骤降,所以温度变化剧烈。地球上有大气存在,白天,大气的反射、散射和选择性吸收作用,削弱了到达地面的太阳辐射,使地面温度不至于过高;夜间,地面辐射绝大部分热量被近地面大气吸收,又被大气逆辐射还给了地面使地面增温,使地面温度不至于降得过低,从而减小了气温日较差。 2.晴朗的夜晚,天空中无云,大气逆辐射弱,地面辐射热量散失得多,致使地面温度低,所以深秋至第二年早春季节,霜冻多出现在晴朗的夜晚。 3.人造烟幕中含有大量的二氧化碳、水汽和尘埃,能强烈吸收地面辐射,从而增强了大气逆辐射,减少了地面辐射损失的热量,对地面起到保温作用,使地里的蔬菜免遭冻害。

四、教材第47页活动 点拨:本活动旨在借助问题,引导学生分析材料,以便更深刻地理解温室效应及其在现实生活中的应用意义。 答案:1.由于玻璃(或塑料薄膜)的阻断作用,使温室内的红外线长波辐射不能穿过玻璃(或塑料薄膜)与室外的大气进行交换,使大部分热量保留在室内,故温室内气温高于室外。 2.利用温室效应原理,采取温室育秧或覆膜育秧。在地热能较丰富的地区,也可用地下热水育秧。 3.农民在冬季采用塑料大棚发展农业,是对气候条件的改造,在大棚内可提高温度和湿度,并进行人工通风等。

测控导航 知识点 题号 大气的垂直分层 2、3 对流层大气的受热过程 1、4、5、6

一、单项选择题(对应学生用书第42~43页) 1.大气对太阳辐射的削弱作用,不包括(　　) A.选择性吸收 B.折射 C.散射 D.反射 解析:B　大气对太阳辐射的削弱作用,主要表现为选择性吸收、散射和反射,不包括折射。 2.大气中的臭氧主要存在于(　　) A.平流层 B.对流层 C.高层大气 D.中间层 解析:A　平流层的特点是气温随高度增加而上升,主要是因为在此高度存在臭氧层,吸收太阳辐射中的紫外线,使大气的温度升高。

3.(2011年临沂模拟)有关对流层的正确叙述是(　　) ①低纬度比高纬度厚而比中纬度薄　②平原上空无论冬夏都比高原上空要厚　③对流层厚度与纬度、地形以及季节均无关系　④由于大气中的水汽主要来自地表江河湖海的蒸发以及植物的蒸腾,所以几乎全部的水汽集中在距地面最近的对流层 A.①② B.③④ C.②④ D.①③ 解析:C　对流层的厚度由低纬度向高纬度递减;对流层的厚度取决于近地面气温的高低,平原地区气温高对流层的厚度厚,高原地区气温低对流层的厚度薄;夏季气温高,对流层的厚度厚,冬季气温低,对流层的厚度薄。对流层距离地面近,受地球的引力大,几乎所有的水汽和大气质量的四分之三都分布在对流层。

　《齐民要术》中有这样一段描述:“凡五果,花盛时遭霜,则无子。天雨新晴,北风寒彻,是夜必霜。此时放火作煴(yūn:无焰的微火),少得烟气,则免于霜矣。”据此回答4~5题: 4.“天雨新晴,北风寒彻”造成“是夜必霜”的原因是(　　) A.d作用弱 B.a辐射弱 C.b辐射弱 D.c辐射弱 5.“放火作煴,少得烟气,则免于霜矣”的原因是(　　) A.“烟气”使大气更多吸收太阳辐射 B.“烟气”主要成分为CO2,增强大气逆辐射,对地面起保温作用 C.“放火作煴”,直接烤热地面 D.“放火作煴”,直接熏暖大气 解析:4.D　5.B　第4题,造成“是夜必霜”的原因是晴天大气逆辐射(即图中的c辐射)弱,地面热量大量散失。第5题,烟气能增强大气逆辐射,对地面起保温作用。

二、综合题(对应学生用书第43页) 6.矿物能源的大量使用,会使大气中二氧化碳的浓度不断提高;开发利用新能源,减少二氧化碳排放,降低大气中二氧化碳的浓度已成为一种必然趋势。下面甲、乙两图反映的是开发利用新能源的两种途径。据此回答下列问题: (1)冬季晴天时,在未采用任何取暖设备的条件下,图甲所示“阳光居室”室内的最高温度可达22 ℃。请分析“阳光居室”是如何达到这一保温效果的。 (2)开发利用新能源,能够减缓全球变暖。请根据“温室效应”的原理,解释其原因。

解析:第(1)题,“阳光居室”的保温原理与大气的保温效应有相似之处,也有独特之处。第(2)题,从二氧化碳吸收地面长波辐射和大气以大气逆辐射的形式补偿地面热量损失两方面考虑。 答案:(1)大部分太阳辐射能透过“阳光居室”的玻璃到达室内地面,地面吸收太阳辐射而增温,并以长波辐射的形式把热量传递给室内大气;地面长波辐射不能穿透玻璃而被反射回地面,从而将热量保留在居室内。同时,封闭的空间也隔绝了室内外热量的交换,加强了保温效果。 (2)开发利用新能源可使大气中二氧化碳减少,大气吸收的地面辐射也会减少,大气逆辐射会变弱,大气的保温作用减弱,使气温升高趋势减缓。

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