一轮讲义:第7讲大气的垂直分层

第六讲

大气的垂直分层、受热过程及运动

一、对流层大气的受热过程

对流层中的气温变化和风霜雨雪等天气过程，是能量在对流层中传递和转化的表现。

1．大气对太阳辐射的削弱作用

(1)吸收作用：具有选择性。

上层大气和臭氧层吸收太阳辐射中波长较短的紫外线，对流层中的水汽、二氧化碳、浮尘主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。大气对太阳辐射中能量最强的可见光部分吸收得

很少。

(2)反射作用

大气中的云层和尘埃，把投射在其上的太阳辐射的一部分，反射回宇宙空间。云的反射作用最为显著。云层越厚，云量愈多，反射愈强。

(1)地面辐射和大气辐射

地面吸收太阳辐射后升温，同时又持续向外(主要是向大气层)释放辐射能量，形成地面辐射。地面辐射是对流层大气增温的直接能量来源。地面辐射属长(“长”或“短”)波辐射。

对流层大气中的水汽和二氧化碳对地面辐射的吸收能力强，大气在增温的同时，也向外辐射能量，即大气辐射。它也属于长波辐射。大气辐射的一部分朝上射向高层大气和宇宙空间，一部分向下射向地面，射向地面的大气辐射称为大气逆辐射。

(2)影响地面辐射的主要因素

纬度因素：太阳辐射强度由低纬向两极递减，同样性质的地面受到太阳辐射的强度越大，所产生的地面辐射也就越强。

下垫面因素：下垫面的状况不同，吸收和反射的太阳辐射比例也不同。

日照时间的长短：在同纬度地区，年日照时间长，地面获得的太阳辐射量高。

(3)大气的温室效应

地球大气对太阳短波辐射几乎是透明体，大部分太阳辐射能透过大气到达地面，使地面增温。对流层大气，特别是大气中的水汽和二氧化碳，能吸收太阳长波辐射，把地面辐射的

大部分热量截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量归还给地面，直接补偿地面的热量损失。对流层大气延缓地面温度下降的趋势，使得地面因昼夜交替而导致的温度波动趋于和缓。

[提醒] (1)大气对辐射的吸收具有选择性：臭氧吸收紫外线，水汽和二氧化碳吸收红外线。

(2)大气对地面的保温作用主要在于大气对地面长波辐射的吸收和大气的逆辐射。

二、热力环流和大气的水平运动——风

1．热力环流

概念：由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式。

2．热力环流的形成

3．大气的水平运动——风

风是水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力共同作用的结果。

等压线，由高压指向低压

2

离气压梯度力的方向，北

半球向右偏，南半球向左偏的原动力，使风向垂直于1水平气压梯度力是形成风三力共同 作用，风向与等压风向平行于 线之间成等压线高空一夹角二力平衡时，近地面

(3)

[方法技巧] 风向的判断技巧

北半球风向在水平气压梯度力的基础上向右偏，高空偏转90°(与等压线平行)，近地面偏转为30°～45°的锐角；南半球偏转方向相反。

对流层气温的变化规律与逆温

2．温度垂直变化

(1)一般规律

正常情况下，气温随海拔升高而逐渐降低，海拔每升高100米，气温下降0.6 ℃(如图

1)，但是在不同的地点和不同的时间，可能会小于0.6 ℃或者大于0.6 ℃，如图2表现为曲线变陡或变缓，在①情况下，大气对流运动会更加强烈，在②情况下，大气的对流运动会减弱，大气比较稳定。

(2)特殊规律

对流层气温有时会出现下列情况：①海拔上升，气温升高；②海拔上升1 000米，气温下降幅度小于6 ℃。这就是逆温现象，如图所示：

图中甲属情况②，其余属情况①。

[温馨提示] 逆温对人类生产、生活的影响

(1)出现多雾和晴朗干燥的天气。早晨多雾的天气大多与逆温有密切的关系，它使能见度降低，给人们的出行带来不便。

(2)加剧大气污染。逆温的出现使空气垂直对流受阻，造成近地面污染物不能及时扩散，从而危害人体健康。

(3)对航空造成影响。若逆温出现在低空，多雾天气给飞机起降带来麻烦；若逆温出现在高空，对飞机飞行较为有利。

说明：大气中气体含量的变化规律：①CO2：城区>农村；冬季>夏季；夜间>白天；阴天>晴天；与排放物和植物光合作用有关。②水汽：夏>冬；低纬度地区>高纬度地区；与蒸发量有关。③固体杂质：陆>海；城>乡；早晚>午；冬>夏；与排放物和空气稳定与否有关。

例题 关于大气成分的叙述，正确的是（ ）

A.干洁空气由氮、氧两种气体混合组成

B.大气中的臭氧虽少，但能大量吸收太阳辐射中的紫外线

C.二氧化碳不能对地面起保温作用

D.水汽主要分布在平流层

【分析】本题主要通过考查大气的组成等知识来分析大气成分的作用。大气的主要成分为干洁空气、水汽和固体杂质三部分组成。干洁空气由氮、氧、二氧化碳及臭氧等气体构成。氧气是人类和一切生物体维持生命活动所必需的物质；氮是地球上的生物的基本成分；二氧化碳是绿色植物光合作用的基本原料，并对地面起保温作用；臭氧吸收太阳的紫外线。水汽和固体杂质主要分布在对流层，是成云致雨的必要条件。

巩固练习

1.下列叙述中，正确的是（ ）

A.氧元素是地球上生物体的基本成分

B.大气中的臭氧能大量的吸收太阳光线中的紫外线，使地面上的生物免受紫外线的伤害

C.大气中的氮是植物进行光合作用的重要原料，对地面还有保温作用

D.固体尘埃和氧是成云致雨的必要条件

2．由于人类活动造成的大气污染，已导致大气成分比例发生变化，影响到人类的生产、

生活和生存环境，而且对社会经济各个方面都产生潜在的重大影响，请分析回答下列问题：

（1）有关人类活动造成的大气污染，导致大气成分比例发生变化的叙述不正确的是（ ）

A.CO2含量与日俱增 B.SO2含量增加

C.氟氯烃含量增加 D.太阳紫外线辐射减少

（2）有关大气成分比例的变化，对社会经济带来影响的叙述，不正确的是（ ）

A.高纬度地区会因变暖适宜温带作物生长

B.中纬度温带地区因变暖变得干旱，致使现在农业发达地区退化成草原

C.酸雨增多危害森林和农作物生长

D.太阳辐射增强，光合作用强，全球粮食总产比现在有较大幅度增长

（3）人类应采取哪些措施，控制大气成分继续发生变化？

例题2 读“某城市某日气温随高度变化示意图”，回答

（1）在地面状况比较一致且单一气团的控制下，图示中气温分

布的状况容易出现的季节和天气分别是 和 。

（2）下列城市中最有可能出现这种气温分布状况的是（ ）

A.伦敦 B.北京 C.雅加达 D.圣地亚哥

（3）图中这种现象对该城市居民的生活可能产生哪些影响？

【分析】图示所反映的是逆温现象。逆温形成的因素很多，如：辐射逆温常发生在晴朗无云或少云的夜间，地面不断向外放出辐射能量而冷却，贴近地面的空气层也随之降温。由于愈靠近地面的空气受到地表的影响愈大，所以离地面愈近降温愈多，离地面愈远降温愈少，从而形成了自地面向上，气温随高度增加而升高的逆温现象。这种辐射逆温，大陆上常年都可出现，以冬季最强。日出后，地面的温度渐渐上升，逆温层也将消失。逆温层的存在使空气处于稳定状态，空气中的垂直运动受到抑制。工厂里烟煤燃烧排放的烟尘、汽车尾气和地面上扬起的尘埃等有害气体聚集在空中不易向上扩散和稀释，造成严重的空气污染。有逆温存在时空气质量差，晨练的朋友要特别注意避开这段时间，以免不清洁的污染物吸入体内，没有达到锻炼的目的，反而影响身体健康。

巩固练习

1.通常近地面逆温层常出现在晴朗夜晚，至日出前后最

厚。右图为春分日某地某时气温垂直分布图。回答问题

（1）若该地为利马（12°S、77°W），则其近地面逆温

层最厚时约在北京时间（ ）

A.6时前后 B.11时前后

C.14时前后 D.19时前后

（2）假设此逆温层常年存在，此地附近有座山，山顶终

年有积雪，则此座高山的海拔估计至少在（ ）

A.3000米以上 B.4000米以上

C.5000米以上 D.6000米以上

2.读下面甲、乙、丙、丁图，回答问题

-20 20

-20

20-20 20-20 20甲 乙 丙 丁

（1）四图中，表示对流层大气在正常状况下气温的变化规律的是（ ）

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

（2）四图中，表示逆温层正逐渐消失是（ ）

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

对流层大气的受热过程

1．太阳辐射、地面辐射和大气辐射的关系

2．昼夜温差大小的分析

分析昼夜温差的大小，主要结合大气受热过程原理从地势高低、天气状况、下垫面性质几方面分析。

(1)地势高低：地势高→大气稀薄→白天大气削弱作用和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。

(2)天气状况：晴朗的天气条件下，白天大气削弱作用和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。

(3)下垫面性质：下垫面的比热容大→地面增温和降温速度都慢→昼夜温差小，如海洋的昼夜温差一般小于陆地。

3．大气保温作用原理在生产生活中的应用

(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响 温室气体排放吸收地面气温全球CO2、CH4、→→→→ 增多辐射增多升高变暖O3、N2O等

(2)在农业中的应用：利用温室大棚生产反季节蔬菜；利用烟雾防霜冻；果园中铺沙或鹅卵石不但能防止土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。

(3)秋冬季节，北方农民常用人造烟幕的办法来增强大气逆辐射，使地里的农作物免受冻害。

例题精讲：例1、地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差称为有效辐射。读下图并结合所学知识，回答1～2题。

１．关于甲、乙、丙三地多年平均年有效辐射总量的空间分布，下列叙述正确的是 ( )

A．由甲地向乙地急剧增加 B．由乙地向丙地急剧增加

C．由甲地向丙地逐渐减少 D．由丙地向乙地逐渐减少

２．关于地面辐射和大气逆辐射，下列叙述不正确的是 ( )

A．地面辐射与下垫面性质有关 B．地面温度越高，地面辐射越弱

C．空气湿度越低，大气逆辐射越弱 D．空气湿度大、云量多，大气逆辐射强

【解析】第1题：读图可知，由甲地向乙地变化不大，由甲地、乙地向丙地均逐渐减少。第2题：物体的温度越高，其辐射越强。

例题2 下列自然现象中，与大气对太阳辐射的削弱作用无关的是（ ）

A.多云的夜晚通常比晴朗的夜晚温暖些 B.夏季天空多云时，白天的气温不会太高

C.晴朗的天空呈现蔚蓝色 D.低云笼罩的白天，天空仍是明亮的

【分析】选项A所叙述的自然现象与大气的保温作用有关，原因是多云增强了大气逆辐射，因而气温较高，所以与大气对太阳削弱作用无关。选项B所叙述的自然现象产生的原因是云层的反射作用，选项C所叙述的自然现象的产生在于大气的散射作用，选项D所叙述的自然现象也是大气散射作用的结果，这三种自然现象都与大气对太阳辐射的削弱作用有关。 例题3 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夜间大气逆辐射弱

Ａ．①②③ Ｂ．④⑤⑥ Ｃ．②⑤⑥ Ｄ．①⑤⑥

【分析】长江中下游平原：地势低平，水域面积大，大气质量、水汽、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，所以气温日较差小。青藏高原：海拔高，空气稀薄，大气质量、水汽、杂质相对较少，白天大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射量大，晚上大气逆辐射弱，所以气温日较差大。

例题4 读“大气的保温效应模式图”回答：

(1)写出图中字母表示的辐射名称： A D E F

(2)参与B作用的主要物质是 、 和 。到达

地面的太阳辐射主要是 光。

(3)自然界中温室气体返回大气中的途径有：( )

A.植物与动物的呼吸作用 B.光合作用

C.某些细菌的光能合成作用 D.分解者的分解作用

（4）请阐述地质历史上大气“温室效应”在地表环境形成中的作用。

（5）从生物地球化学循环的角度，指出降低“温室效应”的措施是 和 。

【分析】大气中二氧化碳的来源，主要是生物的呼吸作用和化石燃料的燃烧，而绿色植物的光合作用可以吸收大气中的二氧化碳，从而使其浓度降低。因此，降低“温室效应”的最有效的措施是增加绿色植物和减少化石燃料的燃烧。

(1)太阳辐射 地面辐射 大气逆辐射 大气辐射(2)水汽 二氧化碳 臭氧 可见 （3）AD（4）吸收长波辐射使近地面大气升温。减少热量向宇宙散失，逆辐射使近地面气温变化幅度减小。保温，使地球表面较为温暖。或：使地球表面较为温暖，若无此效应则地表较寒冷。（5）增加绿色植物，减少化石燃料的消耗。

热力环流

1．热力环流形成过程

掌握热力环流的形成过程，关键把握以下两点关系：

(1)温压关系——甲、乙、丙三地

(2)风压关系：水平方向上，风总是从高压区吹向低压区——①②③④处的风向。

[关键提示] (1)图中气压的高低是相对于同一水平高度而言的，因而图中高压的数值并不一定大于低压的数值。在同一水平面上，高压的数值大于低压；在垂直方向上，近地面低压的数值要高于对应高空高压的数值。

(2)气流不一定由高气压区流向低气压区。在同一水平面上，气流总是从高气压区流向低气压区；但在垂直方向上气流运动主要受地面温度变化影响，则有可能由低气压区流向高气压区。

2．常见热力环流形式及其影响

(1)海陆风

例题精讲 例2．(2010广州模拟)读下图，回答

(1)～(2)题。

(1)下列叙述正确的是 ( )

A．一天中最高气温出现在谷地

B．山顶气温日变化最小

C．山顶冬季日温差大于夏季日温差

D．山谷冬季日温差远大于夏季日温差

(2)导致一天中最低温出现在山谷的主要原因是 ( ）

A．山谷地形闭塞，降温快 B．夜间吹谷风，谷地散热快

C．谷地多夜雨，降温快 D．夜间吹山风,冷空气沿山坡下沉集聚在谷地

【解析】从图可以看出，山顶冬季气温最低值比谷地和陡崖高，最高气温介于谷地和陡崖之间，气温日较差最小；夏季，山顶最低气温最高，最高气温最低，气温日较差最小，所以，山顶气温日变化最小。导致一天中最低温出现在山谷的主要原因是夜间吹山风，冷空气沿山坡下沉集聚在谷地，同时山谷近地面空气受地面影响大，夜晚地面降温，空气的降温幅度也会相应增大。

大气的水平运动

不同力作用下的风向(以北半球为例)

1．只在水平气压梯度力作用下，风向与等压线垂直，并由高压指向低压。

2．在水平气压梯度力和地转偏向力共同作用下，风向最终与等压线平行，高空大气的

运动有此特征。

3．在水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用下，风向最终与等压线成一夹角，

近地面大气运动有此特征。

1．判断风向

第一步：在等压线图中，按要求画出过该点的切线并作垂直于切线的虚线箭头(由高压指向低压，但并不一定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。

第二步：确定南、北半球后，面向水平气压梯度力方向向右(北半球)或左(南半球)偏转30°～45°角，画出实线箭头，即为经过该点的风向。如图所示(北半球)。

2．判断风力大小

(1)同一等压线上，等压线密集，风力大；等压线稀疏，风力小，如图中甲处风力大于乙处。

(2)不同图中，相同比例尺，相邻两条

等压线数值差越大，风力越大，如图中B处风力大于A处。

(3)不同图中，若相邻两条等压线数值相等，则比例尺越大，风力越大，如图中C处风

力大于D处。

例题精讲 例3：下图为某一等高面。M、N为等压线，其气压值分别为PM、PN，M、N之间的气压梯度相同。①～⑧是只考虑水平受力，不计空气垂直运动时，O点空气运动的可能方向。回答3～5题。

３．若此图表示北半球，PM>PN，则O点风向为 ( )

A．⑥或⑦ B．②或⑥

C．④或⑧ D．③或④

４．若此图表示高空等高面，PM

A．③或④ B．②或⑧

C．③或⑦ D．⑥或⑦

５．近地面，空气作水平运动时，所受摩擦力与地转偏向力的合力方向 ( )

A．与空气运动方向成180°角 B．与空气运动方向成90°角

C．与气压梯度力方向成90°角 D．与气压梯度力方向成180°角

【解析】第3题，若此图表示北半球，PM>PN，则O点风向应考虑两种情况，近地面为⑥，高空由于忽略摩擦力的作用，向右偏转至与等压线平行，即⑦。第4题，高空空气不考虑摩擦力，所以风向应与等压线平行。由于不确定此图所在半球，所以在北半球高空应为③，在南半球高空应为⑦。第5题，在近地面，水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力共同影响风向和风速。两力的合力与另一力的方向成180°角。

综合训练：

６．根据下图所给内容，完成下列要求。

(1)图中①、②、③各表示什么辐射：

①________辐射； ②________辐射；③________辐射。

(2)图中④表示大气对太阳辐射的________作用。

(3)大气能吸收地面辐射的75%～95%，对地面起到________作用。

(4)影响图中①的强度的最主要因素是_____________，这是因为__________________________，________________________________________。

(5)地面增温主要来自图中的________，大气受热主要来自图中的________。(填代号

)

【解析】由题干可知：①太阳、地面、大气之间存在热量的传递，且大气对太阳辐射具有一定的削弱作用，对地面具有一定的保温作用；②影响太阳辐射强度最主要的因素是太阳高度角，太阳高度角越大，地面单位面积上获得的太阳辐射能量越多；③大气对太阳辐射的削弱作用包括大气的吸收、反射和散射作用，地面辐射的绝大部分被近地面大气中的水汽和二氧化碳吸收，使大气增温，大气增温的同时也向外辐射热量，其中大部分又归还给地面，对地面起到了保温作用。解答本题的关键是明确热量的传递过程。