新人教版高考地理一轮复习第二章地球上的大气第5讲大气的组成和垂直分层学案

第5讲　大气的组成和垂直分层

一、大气的组成

1．干洁空气

(1)氧：人类和其他生物维持生命活动所必需的物质。

(2)氮：地球上生物体的基本元素。

(3)二氧化碳

(4)臭氧

2．水汽和杂质

(1)水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象，同时伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。

(2)大气中的杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。

3．人类活动排放的污染物进入大气，会影响大气的成分和含量，产生大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。

 (1)人类大量排放氟氯烃使大气中臭氧减少。

(2)城市中人类生产、生活活动比较密集，使大气中的杂质增多。

(3)人类燃烧化石燃料，使大气中的二氧化碳增多。

二、大气的垂直分层

1．依据：大气从地面向上的温度、运动状况和密度。

2．各层特征比较

拓展　大气成分的时空变化

点拨　影响对流层厚度的因素

影响对流层厚度的主要因素是地面温度，地面温度越高，对流层越厚。故对流层的厚度低纬厚，高纬薄；夏季厚，冬季薄；白天厚，夜晚薄。

点拨　平流层是航空的理想空域的原因

平流层中水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，能见度高；以平流运动为主，气流稳定；并且很少有飞鸟出现。

技法　根据热量来源推理各层大气的特点

拓展　臭氧层空洞出现的地区

由于“三极”(南极、北极、珠穆朗玛峰)地区上空的对流层的高度较低，相应的平流层的高度也低。人们向对流层大气中排放的氟氯烃会随着大气的环流运动到达“三极”地区上空的平流层，进而破坏臭氧层。

　大气的垂直分层

【命题情景】

材料一　2019年1月11日，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功把中国最新研制的通信广播卫星“中星2D”发射升空，卫星进入预定轨道。

材料二　下图为大气垂直分层示意图。

【问题探究】

探究1　我国的西昌卫星发射中心所在地区的对流层厚度相对于我国东部地区来说是较厚还是较薄？为什么？[区域认知]

探究2　“长征三号乙”运载火箭刚离开地面升空时，其所经历的气温变化特点是什么？[综合思维]

探究3　发射成功的“中星2D”卫星，在轨运行所在的大气层有何特点？[综合思维]

[提示]　1.较薄。因为西昌位于我国的川西高原地区，海拔较高。

2．火箭刚离开地面时，位于对流层中，其气温随高度增加而降低。

3．在轨运行所在的大气层为高层大气，大气密度极小，气温随高度的增加先降低后增加，存在若干电离层。

大气垂直分层及其特点

下图为大气垂直分层示意图。读图，完成1～3题。

1．图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是(　　)

A．①   B．②

C．③   D．④

2．对无线电短波通信具有重要意义的电离层位于(　　)

A．Ⅰ层顶部   B．Ⅱ层底部

C．Ⅱ层中部   D．Ⅲ层

3．我国发射的“神舟”号飞船运行轨道所在的大气层(　　)

A．气温在－50～20 ℃

B．气温随高度增加平稳下降

C．最低气温约为－80 ℃

D．最高气温约为40 ℃

【解题流程】

【尝试解答】　1.B　2.D　3.C

2020年11月17日－18日，发生狮子座流星雨，狮子座流星雨33年出现一次流量高峰，峰期每小时流量可达上百颗。读大气垂直分层示意图，完成1～3题。

1．观测者所见流星雨现象多发生在(　　)

A．对流层   B．平流层

C．中间层   D．热层

2．关于大气垂直分层，叙述正确的是(　　)

A．对流层顶部适合航天飞机飞行

B．平流层的臭氧吸收大量红外线

C．中间层气温随高度升高而升高

D．外大气层中人造卫星分布集中

3．对流层气温存在垂直变化，主要是由于(　　)

A．地面是大气主要的直接热源

B．地面对太阳辐射有反射作用

C．大气对太阳辐射有削弱作用

D．高山地区海拔高，空气稀薄

解析：第1题，从图中可知，观测者所见流星雨现象多发生在热层。第2题，对流层空气对流运动强烈，不适宜航天飞机飞行，平流层空气以水平运动为主，适合航天飞机飞行，A错；平流层的臭氧吸收大量紫外线，B错；中间层气温随高度升高而降低，C错；外大气层中人造卫星分布集中，D对。第3题，对流层海拔越高，气温越低。对流层气温存在垂直变化，主要是由于地面是大气主要的直接热源，A对。

答案：1.D　2.D　3.A

　逆温现象

【命题情景】

一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，可是在某些天气条件下，地面上空的大气会出现气温随高度增加而升高的现象，气象学上称之为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。逆温层至地面的距离下限称逆温高度，上下限的温度差称逆温强度。银川市主城区在全年各季节中均有逆温层存在。据统计，银川市2015－2019年逐月平均逆温强度和厚度如下图所示。

【问题探究】

探究1　概括银川市2015－2019年的逆温时间分布特征。[综合思维]

探究2　分析银川市逆温在秋冬季节发生频率较高的原因。[综合思维]

探究3　说出逆温现象对银川市生产和生活的影响。[地理实践力]

[提示]　1.总体上冬半年逆温强度和厚度大于夏半年；逐月逆温强度变化差异较大；8时逆温厚度始终大于20时逆温厚度。

2．秋冬季节多晴天，傍晚后近地面空气温度迅速降低，上层空气温度仍然较高，因此形成逆温层；冬季银川市夜长而昼短，使得日照增温不足，辐射降温时间更长，使逆温层难以被破坏；银川市属于中温带大陆性气候，春迟秋早、夏热而无酷暑、冬长而无奇冷，因此逆温层在秋冬季节发生的频率较高且厚度大、强度高；秋冬季节，银川市植被覆盖率较低，近年来，城镇化进程进一步加快，从而使全区植被覆盖率进一步降低，导致地面保温能力不足，逆温发生频率高，强度大。

3．不利影响：大气污染现象加重；危害人体健康；产生霜冻现象，不利于农业发展。

有利影响：抑制沙尘暴的产生。

1．逆温现象产生的机理

在对流层，气温垂直分布的一般情况是随高度增加而降低，大约海拔每升高100 m，气温降低0.6 ℃，这主要是由于对流层大气的主要热源是地面，离地面越远，受热越少，气温就越低。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称为逆温现象。

2．逆温的类型、成因及特点

3.逆温的形成及消失过程

(1)图①为对流层正常气温垂直分布状况。在晴朗无云或少云的夜晚，地面很快冷却，贴近地面的大气也随之降温。离地面越近，降温越多；离地面越远，降温越少，因而形成了自地面开始的逆温(图②)。

(2)随着地面辐射冷却的加剧，逆温层逐渐向上扩展，黎明时达到最强(图③)。

(3)日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温层便自下而上逐渐消失(图④、图⑤)。

4．逆温的影响

(1)有利方面

①逆温的出现阻碍了空气对流，因此可以抑制沙尘暴的发生。

②逆温出现在高空，有利于飞机的飞行。

③与其他天气现象一样，逆温可以被当作一种气候资源加以利用。例如，在我国新疆伊犁河谷，逆温出现在10月至次年3月，长达半年之久，有效地提高了冬季谷地的温度，使多年生果树越冬可以免受冻害等。

(2)不利方面

①逆温时大气结构比较稳定，容易加重大气污染。

②对天气的影响：容易产生大雾等不利天气。

③对交通的影响：能见度降低，地面湿滑。

(高考浙江卷)逆温是在一定条件下出现的气温随高度上升而升高的现象。某校气象兴趣小组在十月下旬晴朗的夜晚对我国南方山区谷地进行逆温测定。下图为该小组多次观测所得的逆温时空变化平均结果。回答1～2题。

1．下列关于该地逆温特征的描述，正确的是(　　)

A．逆温强度近地面较大，向上减小

B．逆温强度午夜达到最大，后减弱

C．逆温现象日落前出现，日出前消失

D．强逆温前半夜增速慢，后半夜降速快

2．造成逆温层上界峰值在时间上滞后于强逆温层上界峰值的主要原因是(　　)

A．大气吸收地面辐射存在昼夜差异

B．大气散射反射在高度上存在差异

C．空气上下热量传递存在时间差异

D．下垫面反射率在时间上存在差异

【解题流程】

【尝试解答】　1.A　2.C

(2021·太原高三模拟)阅读图文材料，回答问题。

城市混合层是指靠近城市下垫面的一部分大气层。夜晚，郊区由于地面辐射冷却，在近地面形成逆温层。当郊区空气移动到城市上空时，城市的热岛效应使来自郊区的下层空气被加热，靠近地面的逆温层被破坏，从而形成城市混合层，其上部仍维持逆温现象。下图示意城市混合层形成。

(1)据图描述逆温层分布的特点。

(2)简述城市热岛效应对逆温层和城市混合层的作用。

(3)在区域静风条件下，推测一天中城市混合层高度最低的时段，并说明理由。

(4)说明城市混合层高度对城市大气环境的影响。

解析：(1)在对流层中，气温随高度的增加而递增的现象称为逆温。直接读图可以看出，郊区的逆温层较厚，城市的逆温层较薄；逆温层的厚度由郊区向城市中心变薄。(2)城市气温比郊区高的现象被称为城市热岛效应。与郊区气温相比，城市气温越高，热岛效应越强，对来自郊区的冷空气加热作用越显著，对近地面的逆温层破坏越严重，逆温层变得越薄；而逆温层越薄则城市混合层高度越高。(3)在区域静风条件下，一天中城市混合层的高度大小可以从气温日变化的角度进行分析。城市的气温日变化主要受大气削弱作用和保温作用的影响，一天中，日出前后气温最低，逆温层的厚度达到最大，而逆温层的厚度达到最大则城市混合层的高度达到最低。所以，在区域静风条件下，推测一天中城市混合层高度最低的时段为日出前后。(4)混合层高度对于城市大气中污染物的扩散与稀释具有直接的影响，这可以从对流运动的强弱方面进行分析。城市大气的混合层高度越高，对流运动越强，越有利于大气中污染物的扩散与稀释，污染物浓度越低，大气环境质量越好；相反，城市大气的混合层高度越低，对流运动越弱，越不利于大气中污染物的扩散与稀释，污染物浓度越高，大气环境质量越差；二者呈正相关。

答案：(1)郊区逆温层厚，城市逆温层薄；由郊区到城市中心逆温层变薄。

(2)城市温度越高，热岛效应越强，对来自郊区的冷空气加热作用越显著，导致近地面的逆温层被破坏，逆温层变薄，城市混合层高度越高。

(3)日出前后。城市的气温日变化主要受大气削弱作用和保温作用的影响，日出前后气温最低，逆温层最厚，城市混合层高度最低。

(4)混合层高度对城市大气中污染物的扩散与稀释具有直接的影响；城市大气混合层高度越低，对流运动越弱；稀释污染物的空气量就越少，污染物浓度越高，大气环境质量越差，二者呈正相关(或城市大气混合层高度越高，稀释污染物的空气量就越多，污染物浓度越低，大气环境质量越好)。