中图版 (2019)必修 第一册大气受热过程与热力环流教课课件ppt

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第三节 大气受热过程与热力环流 在晴朗的夏日，当太阳刚刚升起的时候,空气的温度还相对较低,随着太阳的不断升高,气温也随之上升。到中午时，气温已变得比较高了。那么大气是如何受热升温的呢?大气的受热过程就整个地球大气而言,热量的根本来源是太阳 辐射。太阳辐射被地球大气吸收与转化的过程十分复杂。大气是在对太阳辐射起削弱作用和对地面起保温作用的同时实现自身受热的。 大气对太阳辐射的削弱作用 太阳辐射要穿过厚厚的大气层才能到达地球表面。太阳辐射在经过大气层时,会有一部分被大气反射、散射和吸收因此到达地面的太阳辐射已被削弱。太阳大气上界云层、大颗粒尘埃水汽、CO2大气吸收19%地面吸收47%大气和地面反射、散射34%大气对太阳辐射的反射。大气中的云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。云的反射作用尤为显著,云层愈厚,云量愈多，反射作用愈强。大气对太阳辐射的散射。太阳辐射通过大气的过程中遇到空气分子、尘粒、云滴等,就会改变辐射的方向，向四面八方发生散射。经过散射后,有一部分太阳辐射就不能到达地面了。大气对太阳辐射的吸收具有选择性,平流层大气中的臭氧，强烈地吸收太阳辐射中波长较短的紫外线;对流层大气中的水汽和二氧化碳等,主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。大气对太阳辐射的吸收。太阳辐射经过大气层时,其中一小部分被大气吸收。水汽，二氧化碳，吸收红外线可见光很少被吸收臭氧吸收紫外线 但大气对太阳辐射中能量最强的可见光吸收得很少,大部分可见光能够透过大气射到地球表面上来。因此，大气直接吸收太阳辐射能量是很少的，吸收对太阳辐射的削弱作用不是最显著的。到达地面的太阳辐射不是均匀分布的,而是由低纬度地区向两极地区递减的。低纬度地区的太阳高度角大，一方面太阳辐射强度大,另一方面太阳辐射经过大气层的路程短,被大气削弱得少,地球表面吸收的太阳辐射就多。高纬度地区的情况则相反。天空的颜色 仰望天空,你所看到的颜色就是太阳光被大气中的气体分子散射后形成的颜色。在太阳辐射的可见光中，波长较短的蓝色光最客易被散射,所以晴朗的天空呈现蔚蓝色。 日出或日落时分,太阳高度角小,太阳光要穿过一层比正午时更厚的大气层,大部分蓝色光线已经被散射掉了，剩下主要包括红色和橙色的可见光。所以天空看起来是橙红色，绚丽多彩。大气对地面的保温作用地球表面吸收太阳辐射增温的同时,也向外辐射能量。物体辐射的规律是:物体温度愈高，辐射中最强部分的波长愈短;物体温度愈低，辐射中最强部分的波长愈长。地球表面的平均气温约为15℃，比太阳表面的平均温度低得多，所以地面辐射为长波辐射，太阳辐射为短波辐射。地面辐射经过大气时，几乎全部被大气中的水汽和二氧化碳(主要在对流层中)吸收,从而使大气温度升高。所以,地面是大气主要的直接热源。 “太阳暖大地，大地暖大气，大气还大地”大气在增温的同时,也向外辐射长波辐射。大气辐射仅有一小部分射向宇宙,而大部分则射向地面，其方向与地面辐射正好相反，被称为大气逆辐射。大气逆辐射又把热量还给地面，在一定程度上补偿了地面辐射散失的热量，对地面起到保温作用。这种作用，其效果类似于玻璃温室，人们通常称之为大气的“温室效应”。有研究认为，如果没有大气对近地面的保温作用,地球表面的平均气温会下降到-18℃。大气对太阳辐射的削弱作用能降低白天近地面的气温,使白天气温不至于过高;大气对地面的保温作用能弥补地面辐射损失的热量，使夜间气温不至于过低。这两种作用共同影响的结果是缩小了气温的日较差，使地表附近的气温变化幅度减小，从而为生物的生长发育和人类的活动提供了适宜的温度条件。热力环流与大气运动 大气运动的能量来自太阳辐射。太阳辐射的纬度分布不均,造成不同纬度之间的热量差异，这是引起大气运动的根本原因。热力环流热力环流是由地面冷热不均引起的大气运动，它是大气运动最简单的形式。如图2-3-5所示，当地面受热均匀时,大气没有垂直方向上的升降运动(图①)。如果A地受热多，B、C两地受热少，那么A地近地面的空气就会受热膨胀上升，到上空聚积起来，使上空空气的密度增大，形成高压区;B、C两地近地面的空气就会因冷却而收缩下沉，使其上空空气密度减小，形成低压区（图②)。于是，在上空，空气便从气压高的A地流向气压低的B、C两地。在近地面,A地空气上升后流向B、C两地的上空,近地面的空气密度减小,气压比周围地区低，形成低压区;B、C两地因有下沉气流,近地面的空气密度增大，形成高压区。这样,近地面的空气从B、C两地流回A地，以补充A地上升的空气，便形成了热力环流(图③)。大气的水平运动——风地面冷热不均，引起同一水平面上出现气压高低差别。只要同一水平面存在气压差，便会产生一种促使空气由高压流向低压的力，这个力叫作水平气压梯度力，简称气压梯度力。气压梯度力垂直于等压线，从高压指向低压。在气压梯度力的作用下，空气由高压沿着水平方向流向低压，这种空气的水平运动即为风。如果没有其他外力因素的影响，风向应该与气压梯度力的方向一致，即垂直于等压线的方向。然而，除赤道外，风一旦形成，不仅受到气压梯度力的作用，同时还受到地转偏向力的影响，地转偏向力使风向在北半球向右偏，在南半球向左偏。在气压梯度力和地转偏向力共同作用下，风向最终平行于等压线。此外,在近地面，空气运动还要受到地表摩擦力的影响。在气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力的共同作用下，风向总是与等压线斜交的。从近地面到高空,空气运动所受摩擦力逐渐减小，风向与等压线之间的夹角也逐渐减小，到一定的高度，摩擦力接近于零,风向与等压线也接近于平行了。大气运动的意义 大气运动使不同地区热量、水分得以交换,影响各地的水热状况，形成了各种复杂天气现象,也会导致气候变化,进而影响着区域自然地理环境。案例研究城市热岛效应大城市由于人口密度与建筑密度高,工业集中，造成气温高于周围郊区的现象，称为城市热岛效应。城市热岛效应产生的主要原因是地表性质发生了变化。首先，城市的高大建筑和水泥、柏油等路面，比郊区大面积的植被和土壤表面吸收和储存了更多的太阳辐射，导致热量吸收多;其次，城市地面大部分透水性较差，蒸发量小，导致热量散失少。城市温度较高的另一个原因是人为热源多，如家用电器、工业生产和交通运输等都会释放热量。城市热岛效应造成城区气温升高,导致城区与周围郊区的温差加大。当其他气流影响微弱时，城区的空气出现上升运动，周围郊区的空气出现收缩下沉运动。在水平方向上，高空的空气由城区流向郊区，近地面的空气由郊区流向城区。城区和郊区之间便形成了小型的、局部的热力环流。城市热岛效应还会延长植物的生长周期。很多研究发现,城市中植物春季生长开始的时间比郊区早，秋季生长结束的时间比郊区晚,导致城市植物的生长周期比郊区长。1.运用大气热力环流原理,画出城区与郊区之间的热力环流示意图。2．城市热岛效应对人类的生产活动有什么影响?