第二章 第三节大气环境(课时1)

第三节 大 气 环 境

第

2014年12月28日早晨, 一架亚航QZ8501航班客机从印尼泗水飞往新加坡途中与地面控制中心失去联系后坠毁, 机上载有162人全部遇难。这架客机飞行员最后一次与空管中心通话是在清晨6时12分, 当时飞行员“要求左转并提升至38000英尺(11582米) 避风”, 但是空管中心没有立即同意他的请求。同学们, 为什么飞行员认为提高飞行高度, 飞机会更安全呢? 这节课就让我们来探寻大气层的秘密。

1. 了解大气的垂直分层结构, 理解各层的主要特征及其与人类活动的关系。 2. 理解对流层大气的受热过程, 掌握温室效应的原理。

一、大气垂直分层

1. 对流层:气温随高度增加而①空气②, 天气现象复杂多变。 2. 平流层:气温随高度增加而③大气以水平运动为主。

3. 高层大气:气温随高度增加先④⑤ 二、大气的受热过程

1. 大气对太阳辐射的削弱作用 (1) ⑥

⑦吸收波长较短的⑧; ⑨和二氧化碳吸收波长较长的红外线。

(2) 散射和⑩。 2. 地面辐射

(1) 地面辐射为长波辐射, 是对流层大气增温的直接热源。

(2) 影响因素:

3. 大气逆辐射:射向地面的大气辐射称为大气逆辐射, 对地面起到 【答案】 ①降低 ②对流 ③升高 ④降低 ⑤升高 ⑥选择性 ⑦臭氧 ⑧紫外线 ⑨水汽 ⑩反射

1. 可作为“地球的天然屏障”的是哪一层? 人类活动对这一层有怎样的影响?

【提示】 平流层中的臭氧层。人类排放大量的氟氯烃, 导致臭氧减少。 2. 玻璃温室的保温原理是什么?

纬度

保温

1课时 对流层大气的受热过程

【提示】 温室顶棚的玻璃窗(塑料薄膜) 对太阳辐射几乎是透明的, 太阳辐射可以顺利地进入温室内部, 温室内部接收太阳辐射以后, 也要向外放出地面辐射, 但这种地面长波辐射却难以穿透温室顶棚的玻璃窗(塑料薄膜), 使得从太阳辐射那里获得的能量得以保存在大棚内部。

1. 诗句“我欲乘风归去, 又恐琼楼玉宇, 高处不胜寒”反映的是( ) 。

A. 平流层大气的逆温现象

B. 对流层大气垂直方向上气温变化

C. 海拔越高, 空气越稀薄, 大气吸收的太阳辐射越少 D. 海拔越高, 气压越高, 到达的地面辐射越少

【解析】 “高处不胜寒”是关键词, 体现了对流层大气垂直方向上气温递减的现象。 【答案】 B

2. 由于大气的散射作用而产生的自然现象有( ) 。

①晴朗的天空呈蔚蓝色; 日落后和日出前仍有一段时间天空是明亮的 ②夏天天空多云, 白天气温不太高 ③阴天的室外和晴天的室内, 没有太阳光的直接照射也是明亮的 ④多云的夜晚通常比晴朗的夜晚温暖些

A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 【解析】 夏天白天多云, 反射强, 气温不高; 多云的夜晚因大气逆辐射强, 气温比晴朗的夜晚高。

【答案】 C

读大气受热过程图, 回答3~4题。

3. 下列使近地面大气温度升高的热量传递过程顺序, 正确的是( ) 。

A.①—②—③ B.①—④—② C.②—③—④ D.③—④—②

4. 影响对流层大气温度随高度升高而递减的是箭头( ) 。

A.① B.② C.③ D.④

【解析】 第3题, 读图可以看出, ①是太阳辐射, ②是地面辐射, ③是大气逆辐射, ④是到达地面的太阳辐射。近地面大气温度升高的热量传递的顺序是①→④→②。第4题, 地面辐射是对流层大气的直接的主要热源, 因此应该为箭头②。

【答案】 3.B

4.B

大气的垂直分层

[互动探究] 结合教材图2-23“大气的垂直分层示意”及下图, 回答下列问题。

(1) 说出大气垂直分层中A 、B 、C 三层的名称。

(2) A 层气温如何变化? B 层气温如何变化? 原因分别是什么?

(3) 二氧化碳和臭氧分别有什么作用? 人类活动对其含量有何影响? (4) 简述平流层适宜飞机飞行的原因。

(5) 燃烧矿物燃料、毁林等使大气中的二氧化碳浓度升高, 这会有何影响? 会带来什么问题?

(6) 简述对流层与人类关系最为密切的原因。 【答案】 (1) A. 对流层, B. 平流层, C. 高层大气。

(2) A 层气温变化随高度的增加而递减。原因:地面是对流层大气的主要直接热源, 离地面越远, 气温越低。B 层气温随高度增加而升高。原因:该层的气温基本上不受地面影响, 而是靠臭氧吸收太阳紫外线而增温的。

(3) 二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料, 并对地面起保温作用; 臭氧能大量吸收太阳紫外线, 保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害, 被誉为“地球生命的保护伞”。由于人类活动的影响, 使得大气中二氧化碳含量不断增加, 臭氧总量减少。

(4) 平流层中大气以水平运动为主, 水汽少, 杂质小, 能见度好, 故非常适宜飞行。 (5) 影响:使大气逆辐射增强, 近地面气温升高。带来的问题:温室效应、全球变暖。

(6) 主要原因:一是人类生活在对流层的底部; 二是云、雨、雾、雪等天气现象都发生在对流层。

对流层大气的受热过程

[互动探究] 1. 读教材“大气对太阳辐射的削弱作用”表、图2-24、图2-25、图2-26和阅读材料“大气的温室效应和保温作用”, 回答下列问题。

(1) 太阳辐射经过大气层时受到哪些削弱作用?

(2) 大气中的哪些成分对太阳辐射有吸收作用? 这种吸收作用有选择性吗? 说明理由。 (3) 大气中的哪些成分对太阳辐射有散射作用? 在太阳辐射的可见光中, 哪种光最容易被散射?

(4) 大气中的哪些成分对太阳辐射有反射作用? 这种反射作用有选择性吗?

(5) 地面对穿过大气的太阳辐射有何作用?

(6) 教材图2-26反映了太阳辐射在地球上的分布受哪个因素的影响? 为什么? 【答案】 (1) 反射、散射和吸收。

(2) 平流层中的臭氧和对流层中的水汽和二氧化碳。大气对太阳辐射的吸收作用有选择性, 因为平流层中的臭氧主要吸收紫外线, 而对流层中的水汽和二氧化碳主要吸收红外线。

(3) 空气分子和细小尘埃。波长较短的蓝色光。 (4) 云层。没有选择性。

(5) 大部分被吸收, 一小部分被地面反射。

(6) 纬度。低纬度地区的太阳高度角大, 单位面积获得的太阳辐射能多, 且太阳辐射经过大气层的路程短, 被大气削弱的少, 地球表面吸收的太阳辐射就多; 高纬度地区的情况则相反。

2. 结合下面几幅示意图, 回答下列问题。

(1) 直观图解大气对太阳辐射的削弱过程(如下图所示), 为什么说“太阳暖大地”?

(2) 温度曲线反映大气的受热过程(如下图所示) 。

①太阳辐射、地面辐射、大气辐射有何特点? ②“大地暖大气”该如何解释?

(3) 直观图解大气受热过程(如下图所示) , 为什么说最终“大气返大地”?

(4) 读太阳高度与受热面大小的关系图, 分析全球热量由低纬向高纬递减的原因。

【答案】 (1) “太阳暖大地”:太阳辐射能是地球上最主要的能量来源, 虽然需要穿过厚厚的大气, 但大气直接吸收的太阳辐射能量很少, 只有臭氧和氧原子吸收一部分波长较短的紫外线, 水汽和二氧化碳吸收波长较长的红外线, 而能量最强的可见光被吸收的很少, 绝大部分透过大气射到地面, 地面因吸收太阳辐射能而增温。

(2) ①任何物体都要向外辐射能量, 物体的温度越高, 辐射中最强部分的波长越短; 反之则相反。太阳的温度远远大于地面的温度; 大气的温度又略低于地面的温度。所以这三者对比, 太阳辐射属于短波辐射, 而地面辐射、大气辐射属于长波辐射。

②地面增温的同时向外辐射热量。相对于太阳短波辐射, 地面辐射是长波辐射, 除少数透过大气返回宇宙空间外, 绝大部分(75%~95%) 被近地面大气中的水汽和二氧化碳吸收, 使大气增温。

(3) 大气在增温的同时, 也向外辐射热量, 既向上辐射, 也向下辐射, 其中大部分朝向地面, 称为大气逆辐射, 大气逆辐射把热量还给地面, 在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量, 对地面起了保温作用。

(4) 同束光线, 太阳高度越大, 辐射面积越小, 即单位面积太阳辐射越强; 太阳高度越大, 太阳辐射经过的大气路程越短, 大气对其削弱越少, 太阳辐射越强。纬度越高, 年平均正午太阳高度越小。

2. 大气受热过程图示

读图, 回答1~2题。

1. 下列关于图中内容的叙述, 正确的是( ) 。

A. 大气垂直分层的依据是高度、温度和气压的变化 B. 随高度增加气温渐高, 气压渐低

C. 距地面20千米处气压降为地面的一半

D. 对流层垂直方向上温度变化范围是20 ℃~-60 ℃ 2. 下列关于图中①②层大气的叙述, 正确的是( ) 。

A.①层大气厚度随纬度增加而增厚 B.②层因氧原子吸收紫外线而增温

C. 中纬度大陆地区冬季夜间①层大气易出现逆温现象 D.②层复杂的天气现象不利于飞行

【解析】 第1题, 大气垂直分层的依据是温度、密度和大气运动状况; 随高度的增加, 不同层次温度变化不同; 对流层气温随高度增加而降低, 海拔每升高100米, 气温下降约0.6 ℃; 由对流层的高度可知其温度变化为20 ℃~-60 ℃。第2题, ①为对流层, ②为平流层。对流层大气厚度随纬度增加而减小; 平流层因臭氧吸收紫外线而增温; 平流层大气运动以平流运动为主, 有利于飞行。中纬度冬季, 由于陆地降温快, 导致近地面气温低, 易形成逆温现象。

【答案】 1.D

2.C

3. 读大气对地面保温作用的过程示意图, 回答下列问题。

(1) 写出相应的辐射名称的代号。

图中表示地面吸收的长波辐射是 , 短波辐射是 ; 表示大气吸收的短波辐射是 , 长波辐射是 。能使大气增温的辐射是 , 能对地面起保温作用的辐射是 。被反射和散射回宇宙空间的是 。

(2) 其中, , 从而气温日较差。

(3) 在晚秋或寒冬, 用人造烟幕来防御霜冻的原理是。

【解析】 太阳辐射到达地面, 地面吸收太阳辐射后地面增温; 地面增温后产生地面辐射(长波), 大气强烈吸收地面辐射而增温; 大气产生大气辐射, 它将其中很大一部分返回给地面, 称之为大气逆辐射。大气逆辐射在很大程度上弥补了地面辐射所损失的能量, 从而对地面起到了保温作用。从大气对地面的保温作用这一过程中, 不难得出地面辐射是近地面大气(对流层) 的主要的、直接的热量来源, 而地面辐射的主要能量来源是太阳辐射。太阳辐射是地球上

(地面和大气) 最根本的能量来源。对地面直接起保温作用的是大气逆辐射。

【答案】 (1) F D C H C 、H F K (2) K F 减小

(3) 增强大气逆辐射作用

【答案】 ①平流层 ②散射 ③保温

一、选择题

读大气受热过程示意图, 回答1~2题。

1. 青藏高原气温比同纬度四川盆地低的主要原因是( ) 。

A.①和②较小 B.②和③较小 C.③和④较小 D.③和⑤较小

2. 与青藏高原小麦产量高、质量好有关的是( ) 。

A.①小②大 B.①大③小 C.③小⑦大 D.④大⑥小 【解析】 由图可知⑦①②为太阳辐射, ⑤⑥为地面辐射, ③为大气逆辐射, ④为大气辐射射向宇宙空间的部分。青藏高原地势高、空气稀薄, ③⑤较小使得其气温比同纬度的四川盆地低, 同时由于①大③小导致当地太阳辐射强、气温日较差大而使得小麦产量高, 质量好。

【答案】 1.D 2.B

3. 下列关于平流层的叙述, 正确的是( ) 。

A. 大气以水平运动为主, 故称平流层 B. 气温随高度增加而递减

C. 该层中的CO 2可吸收大量紫外线

D. 天气现象复杂多变

【解析】 平流层下层随高度增加, 气温变化很小, 在30千米以上, 气温随高度增加而迅速上升; 平流层中的臭氧能吸收大量太阳紫外线; 平流层的水汽、固体杂质极少, 无气晴朗, 无复杂多变的天气现象。

【答案】 A

4. 下图中四地昼夜温差最小的是( ) 。

【解析】 云层对太阳辐射有削弱作用, 对地面有保温作用; 白天有云, 温度不致过高, 夜晚有云, 温度不致过低, 故日温差小。

【答案】 D

我国某中学地理研究性学习小组对霜冻现象进行探究性学习。下图是他们通过长期收听天气预报绘制的我国东部地区的平均初霜、终霜日期曲线图。读图, 回答5~6题。

5. 图中初霜、终霜出现时间差异很大, 造成这种差异的根本因素是( ) 。

A. 作物品种 B. 纬度位置 C. 海陆位置 D. 地形 6. 下列不利于霜冻发生的条件是( ) 。 ．

A. 天气严寒 B. 地面辐射强

C. 微风 D. 大气逆辐射强

【解析】 第5题, 由图可知, 纬度越高, 初霜越早, 终霜越晚; 霜期越长, 这主要是受纬度因素的影响。第6题, 霜冻的出现与低温和气温下降有关, 天气严寒, 地面辐射强及微风都有利于地面出现霜冻, 大气逆辐射强, 保温作用强, 不利于霜冻的出现。

【答案】 5.B 6.D 二、综合题

7. 读图, 回答下列问题。

(1) 图中箭头①表示大气对太阳辐射具有作用。 (2) 图中箭头②说明大气对地面具有

(3) 图A 比无云时大气温度较, 主要原因是 (4) 图B 比无云时大气温度较主要原因是 。

(5) 由此说明地球上存在生命的条件之一是

。

【解析】 白天, 主要考虑大气对太阳辐射削弱作用的强弱对温度的影响, 云层对太阳辐射的反射作用强, 所以白天多云比晴天温度低。夜晚没有太阳辐射, 近地面大气主要表现在逆辐射强弱对气温的影响, 晴天时大气逆辐射弱。另外, 此图还说明, 地球上厚厚的大气既适宜生物呼吸, 同时也保证了地球上有适宜的温度。

【答案】 (1) 反射 (2) 保温

(3) 低 云层对太阳辐射的反射作用削弱了到达地面的太阳辐射 (4) 高 云层加强了大气逆辐射

(5) 地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用是形成地球适宜生物生存的温度条件的重要原因之一

太阳辐射经过大气的路程愈短, 其能量被大气削弱的愈少, 到达地面的太阳辐射愈多, 太阳辐射强度愈大。读图, 回答8~9题。

8. 图中甲、乙、丙、丁四地太阳辐射最强和最弱的分别是( ) 。

A. 甲地、乙地 B.乙地、丙地 C. 丙地、丁地 D.甲地、丁地 9. 产生乙现象的原因可能是( ) 。

A. 天空多云 B. 天空晴朗 C. 地势较低 D. 地势平坦

【解析】 第8题, 读图可知, 该坐标图纵坐标表示太阳辐射强度, 越向上表示太阳辐射强度越大; 横坐标表示太阳辐射经过大气路程的长短, 越向右表示经过的大气路程越长。由此可以判断甲地太阳辐射强度最强, 丁地太阳辐射强度最弱。第9题, 太阳辐射经过大气路程越长, 对太阳辐射的削弱作用越大, 而乙地太阳辐射经过大气路程较短, 但太阳辐射较弱的原因可能是该地多云天气较多。

【答案】 8.D 9.A 10. 阅读材料, 回答问题。

材料一 由于“逆温层”的存在, 大气很稳定, 对流作用减弱, 空气中水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散, 只能滞留在近地面。

材料二 见下图。

张华居住在某重工业城市, 他习惯在清晨的林荫道上跑步, 根据以上材料说明他选择的锻炼时间是否科学。请帮他分析原因, 并说出他应该在什么时候锻炼身体最适宜。

【解析】 从图中看出, 早晨由于地面降温的影响, 近地面易形成逆温层, 不利于大气污染物的扩散, 污染物浓度高; 日出前植物以呼吸作用释放二氧化碳为主, 故清晨空气中二氧化碳含量较高, 而从污染物浓度变化图也可看出, 下午或傍晚空气较好。

【答案】 不科学。清晨, 大气逆温层存在, 大气对流运动微弱, 城市空气中的水汽、尘埃和其他污染物不易向高空扩散, 大气污染物质浓度较高。日出前, 绿色植物以呼吸作用释放二氧化碳为主, 造成清晨林荫道上的空气中二氧化碳含量较高。他应该把锻炼时间改为下午或傍晚。

11. 某学生在做一个实验, 实验用材:1.5升或更大的空矿泉水瓶(1个) 、温度计(2支) 、土壤(少量) 、玻璃盘(2个) 、剪刀、手表、纸笔等文具。 实验步骤如下。

Ⅰ:将一些土壤分别放入两个玻璃盘, 将温度计A 、B 分别放在其上。

Ⅱ:用剪刀将塑料瓶拦腰剪断, 将底部碗状部分倒扣在温度计A 上。温度计B 无任何遮盖物。 Ⅲ:将两个装置放置在阳光下, 保证两支温度计接受同样的光照射, 然后观察升温过程, 每隔1小时观察一次温度计, 并记录温度。 根据上述实验, 请你作出分析:

(1) 3小时后, 两个温度计的显示, 温度较高的是。

(2) 这个实验模拟的是原理, 并对该原理作简要分析。

(3) 这一原理已广泛应用于农业上, 尤其在北方地区的秋冬季节, 可以抵御和 等气象灾害对农作物的危害。

【解析】 本题主要考查的是温室效应(保温作用) 。解题的关键是要明确其原理:塑料瓶能让太阳短波辐射透射进来, 使地面温度增高, 地面放出的长波辐射却很少能穿透塑料瓶, 从而把热量保留在瓶中使温度升高。

【答案】 (1) A

(2) 温室效应(保温作用) 塑料瓶能让太阳短波辐射透射进来, 使地面温度增高, 地面放出的长波辐射却很少能穿透塑料瓶, 从而把热量保留在瓶中使温度升高。

(3) 霜冻 寒潮