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第二节 大气受热过程和大气运动
学习目标：1.能够运用图表分析说明大气受热过程及大气保温作用的基本原理。(重点、难点) 2.理解热力环流的形成过程及生活中常见的热力环流形式。(难点) 3.理解大气水平运动的规律，并能在等压线图上判断风向及风力大小。(难点)4．能够运用大气受热过程、热力环流的相关原理解释有关自然现象。(重点、难点)
一、大气的受热过程
1．能量来源：太阳辐射。
2．直接热源：地面是近地面大气主要的、直接的热源。
3．受热过程
具体过程
结果
地面增
温过程
大部分A太阳辐射透过大气到达地面
使地面增温
大气增
温过程
地面增温后以B地面长波辐射的形式向近地面大气传递热量
使大气增温
二、大气对地面的保温作用
1．大气长波辐射：
对流层中的水汽、二氧化碳等强烈吸收地面长波辐射而增温，产生大气长波辐射。
2．大气逆辐射：大气辐射中向下射向地面的部分。
3．保温作用：大气逆辐射把热量传给地面，补偿地面辐射损失的热量。
[特别提醒]
(1)大气对太阳辐射具有削弱作用：大气中的一些成分及现象对太阳辐射具有吸收、反射和散射作用，从而在一定程度上削弱了到达地面的太阳辐射。
(2)大气逆辐射是大气辐射的一部分，白天和晚上是始终存在的，并且白天辐射更强。
三、大气热力环流
1．大气运动
(1)主要形式
(2)意义
2．热力环流——大气运动的最简单形式
(1)概念：由于地面冷热不均而形成的空气环流。
(2)形成过程
①A地受热，空气膨胀上升，近地面空气密度减小，形成低气压；D处空气聚集，密度增大，形成高气压。
②B、F地冷却，空气收缩下沉，近地面空气密度增大，形成高气压；C、E处空气密度减小，形成低气压。
③水平运动：在同一水平面上，空气由高气压区流向低气压区。
[特别提醒] (1)垂直方向上的气压值总是近地面大于高空，同一水平面上的气压值是高压大于低压。
(2)气流的垂直运动是由近地面冷热不均引起的，而水平运动是由同一水平面上的气压差异引起的。
四、大气的水平运动——风
1．风的形成过程
2．风形成的原因
(1)直接原因：水平气压梯度力。
(2)根本原因：地面受热不均。
3．高空中的风和近地面的风比较
类型
受力
风向
图示(北半球)
高空中的风
水平气压梯度力和地转偏向力
与等压线平行
近地面的风
水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力
与等压线之间成一夹角
[特别提醒] (1)影响风力大小的最直接因素是水平气压梯度力，水平气压梯度力越大，风力越大。
(2)风力大小还要考虑摩擦力的大小，地面障碍越多，阻挡作用越强，摩擦力越大，风力越小。
(3)地转偏向力不影响风力大小，只影响风向，北半球右偏，南半球左偏。
(1)太阳辐射是大气能量的根本来源。 ( )
(2)大气的绝大部分成分都可以直接吸收太阳辐射。 ( )
(3)垂直方向上的气压差异是会随大气运动而变化的。 ( )
(4)大气运动的方向总是由高压指向低压。 ( )
(5)大气水平运动的原动力是( )
A．水平气压梯度力 B．地转偏向力
C．摩擦力 D．三力合力
提示：(1)√ 大气的能量主要来源于太阳辐射。太阳辐射将热量传给地面，地面再将热量传给大气，因此大气能量的根本来源是太阳辐射能。
(2)× 太阳辐射透过厚厚的大气层时，大气中只有臭氧等少数成分可以直接吸收太阳辐射。
(3)× 垂直方向上，总是近地面的气压高于高空的气压。
(4)× 气流的垂直运动是由近地面冷热不均引起的，而水平运动是由同一水平面上的气压差异引起的。
(5)A [同一水平面上的气压差异产生了水平气压梯度力，在此作用下，大气开始水平运动，因此水平气压梯度力是形成风的原动力。]
大气的受热过程与保温作用
2018年11月19日，在国际空间站成立20周年之际，俄罗斯联邦航天局总设计师向外界宣称，在2030年，俄罗斯宇航员将实现首次登月，预计会在月球待14天。移民月球一直是人类的梦想，但民间热议的“月球移民”难度依然较大。这是因为月球表面昼夜温差很大，白天阳光垂直照射的地方温度高达127 ℃；夜晚，温度可降到－183 ℃。
问题1 (地理实践力)请在下图中合适的位置标注太阳辐射、吸收(大气对太阳)、反射(大气对太阳)、地面辐射、大气逆辐射。
提示：
问题2 (综合思维)月球上的气温变化为什么会如此剧烈？
提示：月球上没有大气层，不能对昼夜温度进行调节。
问题3 (综合思维)地球、月球与太阳的距离相当，为什么地球上的气温比较稳定呢？
提示：地球上有大气层，白天，大气层削弱太阳辐射，使到达地面的太阳辐射减少，温度上升缓慢；夜晚，大气逆辐射对地面有保温作用，使地面温度下降缓慢。
问题4 (区域认知)运用“大气的受热过程”原理，分析塔里木盆地昼夜温差大的原因。
提示：塔里木盆地晴天多，白天，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射多，气温高；夜晚，大气逆辐射弱，保温作用弱，气温低，故昼夜温差大。
[归纳总结]
1．大气对太阳辐射的削弱作用
(1)吸收作用：大气对能量最强的可见光吸收得很少。如下图：
大气对太阳辐射的吸收
(2)反射作用：云层和较大的尘埃，对太阳辐射的反射作用较明显，且云层的反射作用最显著。如图：
2．大气对地面保温作用
名称
具体过程
热量来源
太阳暖大地
大部分太阳短波辐射到达地面，地面吸收后增温
太阳辐射
大地暖大气
地面增温后形成地面辐射，大气吸收后增温
地面辐射
大气还大地
大气增温后形成大气辐射，其中向下的部分称为大气逆辐射，它将大部分热量还给地面，对地面起到保温作用
大气辐射
3.大气受热过程在生活中的应用
(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响
(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减少土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。
(3)利用大气的削弱作用原理分析某一地区太阳能的多寡，如高海拔区，空气稀薄，大气的削弱作用弱，太阳能丰富；内陆地区，晴天多、阴雨天气少，大气的削弱作用弱，太阳能丰富。
1．下图为甲、乙两地某时段大气受热过程示意图，箭头反映了能量传递的方向及大小(粗细)，读图回答(1)～(3)题。(注：大气透明度往往与大气密度、天气有关)
甲 乙
(1)①⑤两箭头传递的能量方向及大小相同，说明甲、乙两地( )
A．纬度相当 B．海拔相当
C．距海远近相同 D．大气透明度相近
(2)近地面大气温度随高度升高而递减，主要影响因素是( )
A．①⑤ B．②⑦ C．③⑧ D．④⑥
(3)霜冻多出现在晚秋或寒冬季节晴朗的夜晚，主要是因为此时( )
A．地面辐射弱 B．太阳辐射强
C．大气反射强 D．大气逆辐射弱
(1)A (2)B (3)D [第(1)题，图示箭头①⑤都是来自大气上界的太阳辐射，若两箭头传递的能量方向及大小相同，即两箭头所示的太阳高度是相同的，说明甲、乙两地的纬度相当，获得的太阳辐射相同。第(2)题，地面辐射是大气的直接热源，近地面大气接受了地面辐射②⑦增温后再通过热传导作用，向高空大气传送热量，越靠近地面温度越高，越远离地面温度越低。第(3)题，晚秋或寒冬季节晴朗的夜晚，云量少大气的逆辐射弱，对地面的保温作用弱，降温快，使空气中的水汽易形成霜冻；夜晚无太阳辐射，晴朗的夜晚地面辐射强。]
热力环流
孔明灯又叫天灯，相传是由三国时期的诸葛孔明发明的。当年，诸葛孔明被司马懿围困于平阳，无法派兵出城求救。孔明制成会漂浮的纸灯笼，系上求救的信息，其后脱险，于是后世就称这种灯笼为孔明灯。
问题1 (地理实践力)观察孔明灯，当我们将其点燃后，灯罩内的空气会如何运动？
提示：会受热膨胀上升。
问题2 (综合思维)孔明灯里面蕴含着什么样的大气原理呢？
提示：热力环流原理。
[归纳总结]
1．理解热力环流的形成，关键抓住以下三点关系
(1)温压关系(如上图中甲、乙、丙三地所示)：
(2)风压关系：水平方向上，风总从高压吹向低压(如上图中①②③④处风向所示)。
(3)等压面凸凹关系：近地面与高空的等压面凸起方向相反。
2．常见热力环流形式的图示分析及应用
(1)海陆风
①成因分析——海陆热力性质差异是前提和关键
②影响与应用
海陆风使海滨地区气温日较差减小，夏季气温低，空气较湿润，是避暑的好地方。
(2)山谷风
①成因分析——山坡的热力变化是关键
②影响与应用
山谷(小盆地)常因夜间冷的山风吹向谷底(盆地)，使谷底(小盆地)内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染。所以，山谷(小盆地)地区不宜布局污染工业。
(3)城市热岛效应
①成因分析——“城市热岛”的形成是突破口
②影响与应用
一般将绿化带布置在气流下沉处以及下沉距离以内，而将卫星城或污染较重的工厂布置于下沉距离之外。
等压面图的判读方法
等压面是空间气压值相等的点组成的面，等压线是同一水平面上气压值相等的点组成的线。等压面图表示气压的垂直分布状况，等压线图表示气压的水平分布状况。
(1)在同一地点不同海拔上，海拔越高，气压越低。如图PA>PE。
(2)在近地面，气温越高，气压越低；气温越低，气压越高。如图PA<PB，PA<PC。
(3)同一水平面上，高压区等压面都向高空凸起，低压区等压面都向低空凹陷，即“凸高凹低”。
(4)同一垂直方向上，近地面和高空的气压区类型相反，即近地面为高压，其高空则为低压。
2．读下图，回答(1)～(2)题。
(1)四点中气压最高的是( )
A．A点 B．B点 C．C点 D．D点
(2)有关图中各点大气运动和天气的叙述正确的是( )
A．A点为下沉气流
B．高空大气由D点流向B点
C．近地面大气由A点流向C点
D．C点在高压控制下，是晴朗天气
(1)C (2)D [第(1)题，根据高空等压面的弯曲情况可判断出近地面A和C两地的气压和气温状况。A处高空等压面向高处凸出，说明A处的气流为上升运动，气温较C处高，气压则较C处低。第(2)题，从上题解析可知，A处气温高于C处，气流上升，气压较低；C处气温低，气流下沉，气压较高；水平方向气流从高压流向低压，即近地面气流由C处流向A处，高空气流由B处流向D处。气流上升的地区往往形成阴雨天气，气流下沉的地区，天气是晴朗的，C处气流下沉形成高压，为晴朗的天气。]
大气的水平运动
比较不同力作用下的风向示意图，共同探讨问题。
问题1 (地理实践力)分析图总结高空的风和近地面的风在受力上有什么不同？最终风向有何差异？
提示：高空的风受水平气压梯度力和地转偏向力两个力作用，最终风向与等压线平行。近地面的风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力共同作用，最终风向与等压线斜交。
问题2 (综合思维)水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力各有什么特征？
提示：(1)水平气压梯度力：始终垂直于等压线，由高压指向低压，当单位距离上水平气压差相等时，水平气压梯度力大小不变。(2)地转偏向力：始终与风向垂直，随着风速的增大而逐渐增大。(3)摩擦力：方向始终与风向相反。
[归纳总结]
1．三种不同受力情况对风向的影响比较
受力状况
风向
风压规律
图示
只受水平气压梯度力影响时
风向由高压指向低压且与等压线垂直
风的来向为高压
受水平气压梯度力与地转偏向力共同
影响时
风向与等
压线平行
在北半球背风而立，右边为高压，左边为低压；南半球反之
受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同影响时
风向与等压线成一个夹角
在北半球背风而立，左前方为低压，右后方为高压；南半球反之
2.风向的应用
(1)判断气压的大小：顺着风向，气压值越来越小。
(2)判断南、北半球：向右偏→北半球；向左偏→南半球。
(3)判断近地面和高空(高空忽略摩擦力)：风向与等压线的关系：成一夹角(或斜交)→近地面；平行→高空。
(4)判断高压和低压：观测者背风而立，北半球高压中心位于其右后方，南半球高压中心位于其左后方。
在等压线图上确定某一地点风向的方法
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)或向左(南半球)偏转30°～45°角，画出实线箭头，即为经过该点的风向。如下图(以北半球为例，单位：hPa)所示。
在等压线图上判断风向时，可用“左右手法则”，北半球用右手，南半球用左手。具体方法：“伸出右(左)手，手心向上，让四指指向水平气压梯度力的方向，拇指指向就是气流偏转方向”。高空的风向与水平气压梯度力方向垂直；近地面的风向与水平气压梯度力方向成一锐角。如下图：
3．读形成某半球近地面的气压及各种力的示意图，回答(1)～(2)题。
(1)下列说法正确的是( )
A．图示气压场位于北半球
B．图中F2是使风力增强的地面摩擦力
C．图中等压线数值L1>L2
D．图中F3 是使风向向左偏的地转偏向力
(2)图中促使大气产生水平运动的原动力是( )
A．F1 B．F2
C．F3 D．F2、F3的合力
(1)D (2)A [本题组主要考查风和气压的关系。在近地面，大气运动受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用，风向与等压线斜交。由图可知，Fl是水平气压梯度力，它与等压线垂直，且始终由高压指向低压，因此等压线数值L2>L1; F2是使风力减弱的摩擦力，其方向与风向相反；F3是使风向向左偏的地转偏向力，因此应位于南半球。水平气压梯度力是促使大气产生水平运动的原动力即图中Fl。]
地理实践力：观察农业生产中的温室大棚生产
温室，又称暖房。能透光、保温(或加温)，用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供温室生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类。
利用“温室效应”原理，我国北方地区冬季可以采用大棚种植蔬菜、花卉等作物。下图是塑料大棚农业生产景观图。据此回答(1)～(2)题。
(1)下列不属于大棚技术对农业生产的影响的是( )
A．有利于充分利用太阳光能，提高大棚内的温度
B．有利于提高光照强度，增强农作物光合作用
C．有利于保持、调节大棚内空气的湿度
D．有利于保持、调节大棚内土壤的水分
(2)当大棚的门打开时，门口处空气流动情况与下图中示意的空气流动情况相同的是( )
A B C D
(1)B (2)A [第(1)题，光照强度主要跟太阳辐射强度有关，大棚技术无法提高光照强度。第(2)题，大棚内温度高，外面温度低，大门打开后，在门口内外形成热力环流，里面的暖空气在门口上方流向室外，外面的冷空气在门口底部流向室内。]
读下面大气受热过程图，回答1～2题。
1．使近地面大气温度升高的热量传递过程顺序是( )
A．①—②—③ B．①—④—②
C．②—③—④ D．③—④—②
2．近地面大气温度随高度升高而递减，其影响因素是箭头( )
A．① B．②
C．③ D．④
1.B 2.B [第1题，近地面大气增温的过程是大部分①太阳辐射穿过大气层到达地面，地面增温后又以②地面辐射的形式将热量传递给大气，大气吸收地面辐射后增温。第2题，近地面大气的直接、主要热源是②地面辐射。]
3．气象谚语有“露重见晴天”的说法。就此现象，下列叙述正确的是( )
A．天空云量少，大气保温作用强
B．地面辐射强，地表降温慢
C．空气中水汽少，地表降温慢
D．大气逆辐射弱，地表降温快
D [“露重见晴天”指的是晚上是晴天，大气逆辐射弱，地表降温快，水汽凝结形成露。]
4．下列四幅图所示地区中，昼夜温差最小的一幅是( )
A B C D
D [根据海陆热力性质的不同可知，陆地白天升温夜晚降温都快于海洋，因此陆地昼夜温差大于海洋。晴朗的天气白天大气削弱作用小，太阳辐射强，夜晚逆辐射弱保温作用差，昼夜温差大于多云天气。综合判断多云的海洋为昼夜温差最小的地区。]
5．下列表示热力环流的等压面图中(图中虚线表示等压面)，正确表示空气流动方向的是( )
A B C D
B [大气在水平方向上由高压流向低压，再根据等压面“高压上凸，低压下凹”的弯曲原则判断，此地近地面大气应由右流向左，高空中大气应由左流向右。]
6．下图能正确反映北半球近地面和高空等压线与风向关系的是( )
A B C D
A [风向总是由高压吹向低压，北半球受向右偏的地转偏向力影响，近地面风向最终与等压线有一夹角；高空风向与等压线平行。]
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