第二章 地球上的大气
学习本章内容，能够运用气象仪器、简易教具等，观察、识别、描述与大气有关的自然现象；具备一定的运用考察、实验、调查等方式进行科学探究的意识和能力。(地理实践力)能够运用大气科学的基础知识，说明一些大气现象之间的关系和变化过程。(综合思维)能够在一定程度上合理描述和解释特定区域的天气和气候现象，并说明其对人类的影响。(区域认知、人地协调观)
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第一节 大气的组成和垂直分层
内容标准 运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。 1.运用图表资料，说出大气的组成成分，并说明其作合格考（水平1核心素养目标 学业质量水平 等级考（水平3－4） －2） 用。（综合思维、地理实践力） 2.结合大气垂直分层示意图，说明各层的特点及成因，以及与人类活动的关系。（综合思维、区域认知、地理实践力） 1.结合对流层的逆温、雾霾等现象，运用相关原理解释其原因。（综合思维、地理实践力） 2.结合臭氧层破坏、全球变暖等实例，说明大气环境保护的必要性和重要性。（综合思维、人地协调观）
一、大气的组成
组成 氮 氧 干洁空气 含量 占78% 占21% 作用 地球上生物体的基本元素 人类和其他生物维持生命活动所必需的物质 绿色植物进行光合作用的基本原料，少 臭氧 吸收地面辐射，使气温升高 吸收太阳光中的紫外线，对生物具有保护作用 产生云、雨、雾、雪等一系列天气现很少 杂质 [判一判] 判断下列说法的正误。 ①大气圈中最多的成分是氧。（×） ②大气圈中各种成分均匀分布。（×） ③臭氧对人类和动物是无害的。（×） ④空气中只要有水汽就可以形成降水。（×）
[微思考] 你能说出人类活动使大气成分发生了哪些变化吗？
提示 人类燃烧化石燃料、砍伐森林使二氧化碳浓度升高，制冷工业排放氟氯烃使臭氧含量降低，排放的PM2.5使大气中的固体杂质增多。 二、大气的垂直分层
象 作为凝结核，是成云致雨的必要条件 二氧化碳 水汽
1.划分依据：大气在垂直方向上温度、运动状况和密度。 2.各层特征比较 垂直分层 ①对流层 气温变化 随高度增加而递减 大气运动 对流运动显著 与人类关系 云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层 A臭氧层被称为“地球②平流层 随高度增加而升高 平流运动为主 生命的保护伞”；适合航空飞行 ③高层大气 随高度增加先下降后上升 —— B电离层，能反射无线电波 [连一连] 将大气层与其相关的现象连线。
[微思考] 低纬度和高纬度的对流层高度是一样的吗？为什么？
提示 不一样。低纬度地区受热多，对流旺盛，因此对流层的高度高（约17～18千米）；而高纬地区受热较少，对流活动较弱，所以对流层的高度低（约8～9千米）。
说事理 水的相变
气态水、液态水、固态水三者的互相转变，产生了云、雨、雾、雪等一系列天气现象，并伴随着热量的吸收和释放。
拓知识 逆温
在一定条件下，对流层下部会出现气温随高度升高而增加的逆温现象。逆温层可以阻碍空气对流运动的发展，使污染物难以扩散。
说事理 电离层与无线电波
无线电短波远距离传播示意
地球外80～500千米的大气层，有若干电离层。电离层大气处于高度电离状态，它们就像一面反射无线电波的镜子，使电波在地面和电离层之间多次反射，从而实现了远距离无线电通信。
探究点一 人类活动引起的大气成分变化
情境探究
[情境] 由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍，再加上大量砍伐森林，减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的能力，大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了12%。氯氟烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷剂、火箭推进剂等，到80
年代中期为止，全球氯氟烃的年消费量已达到100万吨。
[探究] （综合思维、人地协调观）大气组成的这种变化，会产生什么影响？ 提示 如果二氧化碳继续增加，地球持续不断变暖，将使极地冰雪融化、海平面上升，世界上许多的桑田将变成沧海。氯氟烃破坏大气中的臭氧层，导致全世界皮肤癌发病率上升和全球气温增高。
素养凝练
就目前的情况而言，人类活动对大气的影响较突出的表现是二氧化碳、尘埃和污染物质的增加。虽然，人类活动对自然界里氮和氧的循环也有一定的影响，但由于大气中氮和氧的含量占绝对优势，相对而言，这一影响是极其微小的，可以认为长期以来自然界所形成的氮、氧的动力学平衡还未遭到严重的破坏。主要表现为：
1.原始森林被破坏，植物的光合作用减弱，使大气中二氧化碳含量增加。 2.大量的燃烧煤、石油等化石燃料，造成大气中氧的消耗和二氧化碳的增加。 3.农业的发展造成作物光合作用以空前的规模进行着，这对自然界氮、氧、二氧化碳的循环起了积极的促进作用。
4.其他方面的影响：制冷剂中的氟氯化碳（俗称氟利昂）、灭火剂中的哈龙、超音速飞机排放的尾气及工厂排放的废气都会破坏臭氧层。
素养应用
例1：（2019·浙江6月学考）最新研究表明，自2005年以来南极上空臭氧层空洞有逐渐缩小趋势，其原因可能是（ ）
A.全球气候持续变暖 B.植被覆盖率提高 C.矿物燃料使用减少 D.氟利昂排放减少
解析 导致南极上空臭氧层空洞的原因主要是人类大量生产与使用的氯氟烃化合物（氟利昂），近年来南极臭氧层空洞减少，说明氟利昂排放减少，D正确；全球气候持续变暖、植被覆盖率提高、矿物燃料使用减少对南极上空的臭氧层空洞不造成影响，A、B、C错误。
答案 D
探究点二 各大气层的气温变化和运动规律
情境探究
[情境] 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。
[探究] （综合思维、地理实践力）张华居住在某重工业城市，他习惯于在清晨的林荫道上跑步。根据图说明他选择的锻炼时间是否科学？请你帮他分析原因，并说出他应该在什么时候锻炼身体最适宜。
提示 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。
素养凝练
1.各层气温的变化及原因
（1）对流层
①一般规律：因为对流层大气的热量来自地面，所以气温随高度的升高而递减，即“高处不胜寒”。一般每升高1 000米，气温降低6 ℃。
②逆温现象：有两种情况：一是海拔上升气温升高；二是海拔上升气温下降，但降温幅度小于6 ℃/千米（即降温幅度小于垂直递减率）。如下图：
逆温的影响：对天气而言：表明大气结构稳定，对流微弱，天气晴好为主。对环境而言：它可以阻碍空气垂直运动的发展，使大量烟、尘、水汽凝结物聚集在其下面，使能见度降低；但是也可以提高谷地在冬季的温度水平，冻害得以避免或减轻等。 （2）平流层
下层：变化很小
①变化规律：随高度升高而升高
上层：迅速上升
②变化原因：臭氧能够吸收大量太阳紫外线，使大气增温，所以平流层大气的热量来自臭氧层。 （3）高层大气
下层：随高度增加而下降
①变化规律
上层：随高度增加而上升
②变化原因：自平流层顶部开始，由于没有吸收紫外线的臭氧，气温会下降；随后，由于大气（氧原子）吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在300千米的高空，温度可达1 000 ℃以上。 2.各层大气的运动及影响 （1）对流层
①对流层高度随纬度、季节而变化：就纬度而言，因为低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高（17～18千米），中纬度地区（10～12千米）和高纬度地区（8～9千米）就低；就季节而言，因为夏季对流旺盛，所以夏季对流层高度厚而冬季较薄。
②对流层天气现象复杂多变：随着空气的对流运动，近地面的水汽和杂质向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。 （2）平流层
平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流，大气以水平运动为主，平流层由此而得名。平流层大气平稳，天气晴朗，有利于航空飞机飞行。
素养应用
例2：（2018·山东省冬季合格考）小明在“朋友圈”写道：“终于开启了我的莫斯科之旅……从北京起飞一个小时后，平稳飞行在万米高空，舷窗外是湛蓝
的天空，机翼下是翻腾的云海……据此完成（1）～（2）题。
（1）最有利于飞机平稳飞行的大气层是（ ） A.对流层 C.电离层
B.平流层 D.高层大气
（2）“翻腾的云海”所在大气层的特点是（ ） A.大气对流运动显著 B.气温随高度增加而升高 C.能大量吸收紫外线 D.大气处于高度电离状态
解析 第（1）题，因平流层大气以平流运动为主，有利于高空飞行。第（2）题，云所在的大气层为对流层，对流层因上部温度低，下部温度高，所以对流运动显著；对流层的气温随着高度的增加气温降低；能够大量吸收紫外线的是平流层中的臭氧层；高层大气处于高度电离状态。
答案 （1）B （2）A
中图版P42 “活动”
空气质量
空气质量指数（AQI）是定量描述空气质量状况的数值，参与空气质量评价的主要污染物包括二氧化碳、二氧化氮、细颗粒物（PM2.5，PM为颗粒物的英文缩写），可吸入颗粒物（PM10，指大气中直径小于或等于10微米的颗粒物），一氧化碳和臭氧等6种，空气质量指数分为六级：0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300，对应的空气质量分别为优、良、轻度污染、中度污染和重度污染和严重污染。
雾霾天气是一种大气污染状态。雾霾主要由二氧化碳、氮氧化物和可吸入颗粒物等组成。雾霾中的可吸入颗粒物颗粒小，富含大量的有毒，有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响大。我国部分地区已把雾霾天气列入灾害性天气进行预警预报。
湘教版P70 “阅读”
臭氧洞
20世纪70年代，科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重，出现了“南极臭氧洞”。“南极臭氧洞”是一种形象的说法，指的是在南极地区上空出现了全球臭氧量最低值（低于全球臭氧平均值的30%～40%），相对于其他地区来说，就像是一个空洞。2006年，“南极臭氧洞”面积已经超过北美洲的面积。
南极臭氧洞
鲁教版P28 “知识窗”
高山反应
大多数人到了海拔较高的地区都会因缺氧而出现高山（高原）反应，症状是头痛、头晕、恶心、呼吸困难、心跳加快等。大多数人在海拔2 000米以下没有反应或者反应不明显，到了海拔3 000米或者4 000米以上，高山反应逐步显现出来。这是因为随着高度的增加，空气变得越来越稀薄，氧气的含量也越来越少。
知识微网 核心要点 1.大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。 2.二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，能吸收地面辐射，使气温升高。 3.臭氧能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温，并且对生物具有保护作用。 4.水汽和杂质是成云致雨的必要条件。
5.对流层的大气上部冷、下部热，有利于大气的对流运动。 6.平流层的大气上部热、下部冷，不易形成对流，主要以平流运动为主，适合航空飞行。 7.高层大气中的若干电离层能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
低层大气的组成分为三部分：干洁空气、水汽和固体杂质，其中氮气和氧气为主要成分。随着人类社会的发展，人类也在改变着大气的成分，进而引发了环境问题。据此完成1～2题。
1.近些年来，随着霾天气现象出现频率越来越高，导致空气质量逐渐恶化。霾出现频率增加是由于人类活动改变了大气组成中的（ ） A.干洁空气成份 C.固体杂质含量
B.水汽比重 D.有害气体成分
2.下列现象主要与大气成分中水汽多少相关的是（ ） A.全球变暖 C.臭氧层变薄
B.旱灾频发 D.酸雨加重
解析 第1题，霾是指大量烟尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。霾主要是空气中悬浮的细颗粒物（PM2.5），属于固体杂质，C正确。第2题，大气中水汽减少导致降水减少，形成旱灾，B正确。全球变暖的原因是人类大量排放二氧化碳，臭氧层变薄的原因是人类大量排放氟氯烃，酸雨加重的原因是人类大量排放硫氧化合物和氮氧化物，A、C、D错误。 答案 1.C 2.B
右图为大气垂直分层示意图。读图回答3～5题。 3.图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是（ ） A.① C.③
B.② D.④
4.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 C.Ⅱ层中部
B.Ⅱ层底部 D.Ⅲ层
5.我国于2016年9月发射了“天宫二号”空间实验舱，并随后发射了“神舟十一号”飞船和“天舟一号”货运飞船与之对接，计划2022年前后完成空间站建造工作。实验舱和飞船的运行轨道所在的大气层（ ） A.Ⅰ层 C.Ⅲ层
B.Ⅱ层 D.Ⅱ层顶部
解析 第3题，根据大气的密度、温度和运动特征，自下而上可将大气层分为对流层、平流层和高层大气，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线气温变化范围出现错误，故②正确。第4题，高层大气（Ⅲ层）中存在若干电离层。第5题，实验舱和飞船位于高层大气中。 答案 3.B 4.D 5.C
6.阅读图文材料，完成下列要求。
2019年4月5日清明假期，王老师一家从济南乘飞机到昆明去旅游。起飞时还是细雨蒙蒙，起飞后不久却是晴空万里，阳光普照。
（1）为什么会出现材料所述的这种天气变化？ （2）有利于飞机飞行的大气层应具有什么样的特征？ （3）飞机起飞和降落时能不能拨打电话？为什么？
答案 （1）起飞时细雨蒙蒙是由于飞机仍在对流层大气中，当飞机穿过对流层，进入平流层飞行时，天气晴好。
（2）大气上部热，下部冷，不易形成对流，主要以水平运动为主，大气平稳，且该层无云雨现象，天气晴朗，能见度好。
（3）不能。在飞机上拨打电话会干扰飞机的通信、导航、操作系统及飞机与地面的无线信号联系。
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