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第一节 大气的组成和垂直分层
学习目标：1.运用图表资料，说明大气的组成和垂直分层。2.结合实例，说明大气的组成和垂直分层与生产生活的关系。
一、大气的组成
1．低层大气的组成：干洁空气、水汽和固体杂质。
2．干洁空气的成分及作用
(1)氧气：维持生命活动必需的物质。
(2)氮气：地球上生物体的基本元素。
(3)二氧化碳：绿色植物光合作用的原料，对地面有保温作用。
(4)臭氧：强烈吸收太阳紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”。
(5)水汽和杂质：是成云致雨的必要条件，影响天气变化。
[特别提醒]
自工业革命以来，人类的生产活动向大气中排放许多污染性气体，使大气成分变得复杂，并由此产生了大气污染现象，影响了大气环境的发展变化。
二、大气的垂直分层
1．划分依据：大气垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异。
2．各层特征比较
垂直分层
气温特点
大气运动状况
与人类关系
A对流层
随高度增加而递减
对流运动显著
最为密切，天气现象复杂多变
B平流层
随高度增加而升高
平流运动为主
适合飞机飞行
C高层大气
随高度增加先降低后升高
—
有电离层，能反射无线电波
(1)氧气是大气中含量最多、最重要的气体组成。 ( )
(2)臭氧层因强烈吸收红外线而对地表生物有保护作用。 ( )
(3)对流层、平流层的温度变化特征相似。 ( )
(4)高层大气中的电离层的存在影响人类的无线电通信。 ( )
(5)能够见到各种天气变化现象的大气分层是( )
A．对流层 B．平流层
C．高层大气 D．臭氧层
提示：(1)× 大气中含量最多的气体是氮气。
(2)× 臭氧层主要吸收太阳辐射中的紫外线。
(3)× 对流层中温度随高度增加而降低，平流层是相反的。
(4)√ 高层大气中的电离层能反射无线电波，影响无线电通信。
(5)A [对流层中的天气现象复杂多变。]
大气的垂直分层
2023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，成功将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，下图为大气垂直分层示意图。
问题1 (区域认知)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？
提示：较薄。因为西昌位于我国的川西高原地区，海拔较高，气温较低。
问题2 (综合思维)“长征三号乙”运输火箭点火发射刚离开地面升空时，其所经历的气温变化特点是什么？
提示：火箭发射升空刚离开地面时，位于对流层中，其气温随高度增加而降低。
问题3 (综合思维)发射成功的“中星2D”卫星，在轨运行所在的大气层有何特点？
提示：所在的大气层为高层大气，大气密度极小，存在若干个电离层。
[归纳总结] 大气垂直分布
分层
高度范围
主要特点
特点成因
与人类的关系
对
流
层
低纬：17～18千米
中纬：10～12千米
高纬：8～9千米
气温随高度的增加而递减(每升高100米，气温平均下降0.6 ℃)
地面是对流层大气的主要的直接热源
人类生活在对流层底部，与人类关系最密切
空气对流运动显著
该层上部冷、下部热
天气现象复杂多变
几乎全部的水汽、杂质都集中在该层，对流运动显著，易成云致雨
平
流
层
从对流层顶至50～55千米
气温随高度增加呈明显递增趋势
该层中的臭氧吸收太阳紫外线
人类生存环境的天然屏障；利于航空飞行
以平流运动为主
该层大气上热下冷，大气平稳
天气晴朗
水汽、杂质含量极少，大气平稳
高层大气
从平流层顶到3 000千米
大气密度非常小
距地面远，受到引力小
电离层能反射无线电短波
图示理解对流层、平流层的特点
(1)对流层
(2)平流层
1．下图为大气垂直分层示意图。读图，回答(1)～(2)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
(1)B (2)D [第(1)题，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线在Ⅱ层上半部分气温变化出现错误，故只有②正确。第(2)题，高层大气(Ⅲ层)中存在若干电离层。]
2．从纽约飞往上海的一航班，正飞行在万米高空，前方突然乌云翻滚，为躲避空难，飞行员最好采取什么方法？为什么？
[答案] 应迅速提升飞行高度进入到平流层中，因为平流层大气以水平运动为主，大气平稳，天气晴朗，利于航空飞行。
1．下列大气成分中，属于生物维持生命活动所必需的物质是( )
A．氧气 B．氮气
C．二氧化碳 D．臭氧
A [大气中的氧气是人类和生物维持生命活动所必需的物质。]
2．大气中二氧化碳的主要作用是( )
A．调节地表温度 B．维持生物的呼吸
C．保护地球生命 D．构成生物体组成
A [二氧化碳含量很少，既是绿色植物进行光合作用的基本原料，也对地球有保温作用。]
读大气垂直分层高度、温度和气压的变化图，据此完成3～4题。
3．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 ℃
4．关于图中①②层大气的正确叙述是( )
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．①层大气与人类关系最密切
D．②层复杂的天气现象不利于飞行
3.D 4.C [第3题，根据大气的温度、密度、运动等特征，大气自下而上分为对流层、平流层和高层大气。对流层气温随高度的增加而递减，平流层气温随高度的增加而上升，20 km处气压值约为80，而近地面约为1 000不是一半的关系。第4题，对流层厚度与纬度呈负相关；平流层升温是因为臭氧吸收紫外线；平流层天气晴朗，空气以水平运动为主，有利于飞行。]
对流层中的上升气流会使飞行中的飞机颠簸。导致对流层气流上升的原因是：上层实际气温低于理论气温(按垂直递减率计算的气温)。下图表示四种对流层气温分布状况，据此回答5～6题。
5．①图表示的气温降低速率在( )
A．3 000米以下低于垂直递减率
B．3 000～6 000米高于垂直递减率
C．6 000米以下等于垂直递减率
D．6 000米以下均低于垂直递减率
6．飞机可以在5 000米高度平稳飞行的是( )
A．① B．② C．③ D．④
5.B 6.D [第5题，解答本题的关键是必须明确对流层气温的垂直递减率是高度每上升100米，气温降低0.6 ℃。由①图可知，在6 000米、3 000米、地面的气温分别为－35 ℃、－14 ℃、18 ℃。计算气温垂直递减率在3 000米以下为1.1 ℃，高于0.6 ℃。在3 000－6 000米为0.7 ℃，高于0.6 ℃，故B项正确。第6题，对流层的上升气流会使飞行中的飞机颠簸，要使飞机平稳飞行，必须使气流平稳。读图计算比较：①图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，而实际气温约为－30 ℃；②图5 000米高空气温理论值应为－15 ℃，而实际气温约为－20 ℃；③图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，而实际气温约为－25 ℃；④图5 000米高空气温理论值应为－10 ℃，实际气温也约为－20 ℃，故①②③对流旺盛，不利于飞机飞行。]
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