专题8大气组成和垂直分层

1、翟志刚翟志刚中国太空行走第一人中国太空行走第一人第第 三三 篇篇大气与天气、气候大气与天气、气候专题专题8 8 大气的组成和垂直分层大气的组成和垂直分层万万 物物 生生 存存 离离 不不 开开 大大 气气大气大气包围地球的空气包围地球的空气自然环境中最活跃的成分一、大气的组成及其作用一、大气的组成及其作用氮气氮气78%78%氧气氧气21%21%其他气体其他气体1%1%COCO2 2、氩气、氩气、 O O3 3等等干洁空气组成图干洁空气组成图1 1、大气的组成、大气的组成干洁空气、水汽、微小尘埃干洁空气、水汽、微小尘埃成云致雨的必要条件，起凝结核作用成云致雨的必要条件，起凝结核作用水水 汽汽尘尘

2、 埃埃生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；植物光合作用的原料；对地面保温对地面保温吸收紫外线，使地球上的生吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；成云致雨的必要条件；对地面保温对地面保温大气组成大气组成主主 要要 作作 用用干干洁洁空空气气O3N2O2CO22 2、大气各成分的作用、大气各成分的作用讨论归纳以下表格：讨论归纳以下表格： 思考：思考： 大气中的水汽和尘埃大气中的水汽和尘埃来自何处？来自何处？ 大气中的水汽的含量大气中的水汽的含量因时因地而变化着的。因时因地而变化着的。 尘埃

3、主要来自自然和尘埃主要来自自然和人类活动。人类活动。 除尘埃外，空气中的一些化学物质也来自人类除尘埃外，空气中的一些化学物质也来自人类活动，它们是影响空气质量的主要因素。活动，它们是影响空气质量的主要因素。大气圈大气圈(大气层大气层)质量质量: :地球总质量的百万分子一地球总质量的百万分子一. .随高度增加而减小随高度增加而减小.(.(原因原因: :地球引力地球引力) )90% 90% 1515千米高度千米高度99.9%99.9%5050千米高度千米高度20002000千米高度以上，大气极其稀薄。无明显上界。千米高度以上，大气极其稀薄。无明显上界。大气在垂直高度上密度如何变化大气在垂直高度上密

4、度如何变化? ?原因原因? ?讨论：讨论： 1.航天服可分为舱内航天服和舱外航天服，图中航天服可分为舱内航天服和舱外航天服，图中宇航员宇航员身穿的是？身穿的是？ 2.请你设计一套舱外航天服，说明其主要功能。请你设计一套舱外航天服，说明其主要功能。 防太阳辐射；防太阳辐射；保护航天员不受舱外环境过热保护航天员不受舱外环境过热过冷的侵袭；过冷的侵袭；保持适当的气压；保持适当的气压；阻挡微陨石阻挡微陨石神舟七号的相关报道神舟七号的相关报道思考：思考： 航天员进行出舱活动时，飞船飞行于大气垂直分层中的哪航天员进行出舱活动时，飞船飞行于大气垂直分层中的哪一层？这一层的大气温度随着高度升高是怎样变化的？一

5、层？这一层的大气温度随着高度升高是怎样变化的？读读76页大气垂直分层图页大气垂直分层图 航天员出舱时位于航天员出舱时位于热层（电离层）热层（电离层），其温度随高度升其温度随高度升高而升高高而升高。 是否大气中温度变化都是如此？除了热层外，大气是否大气中温度变化都是如此？除了热层外，大气还有哪些层？分层的依据是什么？还有哪些层？分层的依据是什么？二、大气的垂直分层二、大气的垂直分层原理：原理： 根据大气的根据大气的温度温度、密度密度等物理性质在垂等物理性质在垂直方向上的直方向上的差异差异，将大气圈进行分层，将大气圈进行分层. .1 1、大大气气垂垂直直结结构构散逸层散逸层对流层对流层平流层平流层

6、中间层中间层热层热层(电离层电离层)臭氧层臭氧层气温变化气温变化厚度厚度大气运动状况大气运动状况对流层对流层对流层主要特点对流层主要特点天气状况天气状况 8-18 8-18千米千米. .因因纬度纬度和和季节季节的不同而不同。的不同而不同。（低纬度厚高纬度薄，（低纬度厚高纬度薄， 夏季厚冬季薄）夏季厚冬季薄） 随高度增加而递减（下热上随高度增加而递减（下热上冷）；上升冷）；上升10001000米，下降约米，下降约6 6度。度。对流显著对流显著天气和气候变化显著。天气和气候变化显著。原因原因水汽尘埃含量多水汽尘埃含量多 原因原因热量主要来自地面辐射热量主要来自地面辐射2 2、各层主要特点、各层主要

7、特点 讨论：对流层气温上低下高，讨论：对流层气温上低下高，原因是什么？会引起哪些现象？原因是什么？会引起哪些现象？根据对流运动的规律，其厚度的根据对流运动的规律，其厚度的时空分布有何规律？时空分布有何规律？对流层厚度的变化对流层厚度的变化纬度纬度1718101210128989 N 90 60 30 0 30 60 90S厚度（厚度（KM)KM)5101520夏季：厚夏季：厚冬季：薄冬季：薄随季节变化随季节变化随纬度变化随纬度变化上海：上海：夏季夏季16千米千米 冬季冬季11千米千米对流层的厚度为什么存在时空差异？对流层的厚度为什么存在时空差异？ 地表气温差异导致对地表气温差异导致对流强度不同

8、。流强度不同。平流层平流层臭氧层臭氧层气温变化气温变化天气状况天气状况对流层对流层平流层主要特点平流层主要特点范围范围大气运动状况大气运动状况对流层顶至对流层顶至50-5550-55千米；臭氧层千米；臭氧层在在20-3020-30千米处千米处. .随高度增加而上升随高度增加而上升( (上热下冷上热下冷).).大气水平流动大气水平流动晴朗晴朗原因原因臭氧吸收太阳紫外线臭氧吸收太阳紫外线为何有利于高空飞行？为何有利于高空飞行？水平运动，大气平稳；水平运动，大气平稳；天气晴朗，能见度好。天气晴朗，能见度好。中间层中间层范围范围气温变化气温变化大气运动状况大气运动状况平流层平流层对流层对流层中间层主要

9、特点中间层主要特点平流层顶至平流层顶至8585千米千米 随高度增加而降低（下随高度增加而降低（下热上冷）热上冷）高空对流高空对流热层主要特点热层主要特点范围范围中间层顶至中间层顶至800800千米千米气温变化气温变化 随高度增加而上升（上热随高度增加而上升（上热下冷）下冷）原因原因氧原子吸收太阳紫外线。氧原子吸收太阳紫外线。 大部分气体以离子态存在，大部分气体以离子态存在，能反射无线电波。能反射无线电波。热层热层反射无线电波反射无线电波散逸层主要特点散逸层主要特点范围：热层顶以上范围：热层顶以上大气十分稀薄，常有粒子散逸。大气十分稀薄，常有粒子散逸。3、大气各层对人类活动影响、大气各层对人类活

10、动影响水汽、尘埃最集中水汽、尘埃最集中天气和气候变化天气和气候变化最显著最显著臭氧层臭氧层( (吸收太阳紫外线吸收太阳紫外线) )；航空最佳飞；航空最佳飞行层行层 电离层反射无线电波电离层反射无线电波对电讯通讯工对电讯通讯工程建设有意义程建设有意义 大气为地球生命的繁衍，人类的发大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与变化，时时处处影响到人类的活动与生存。生存。 因此，保护大气的质量，就是保因此，保护大气的质量，就是保护了我们人类的生存环境。护了我们人类的生存环境。干洁空气中能吸收并放射长波辐射，对地面有一定

11、保干洁空气中能吸收并放射长波辐射，对地面有一定保温作用的是温作用的是A A、氮气、氮气 B B、氧气、氧气 C C、二氧化碳、二氧化碳 D D、水汽、水汽 C下列各地中，对流层厚度最大的是：下列各地中，对流层厚度最大的是： A A、上海、上海 B B、莫斯科、莫斯科 C C、新加坡、新加坡 D D、北京、北京C思考：思考： 一架飞机从北极出发，到达南极，飞行高度保持在一架飞机从北极出发，到达南极，飞行高度保持在1010千米，该飞机依次经过哪些大气垂直分层中哪些层？千米，该飞机依次经过哪些大气垂直分层中哪些层？纬度纬度1718101210128989 N 90 60 30 0 30 60 90S

12、厚度（厚度（KM)KM)5101520平流层平流层对流层对流层平流层平流层1 1、气温随高度升高而降低、气温随高度升高而降低，平均每上升，平均每上升10001000米气温米气温下降下降66的是：的是： 2 2、南极上空臭氧层变薄、南极上空臭氧层变薄现象出现在：现象出现在： 3 3、有利于航空飞行的是：、有利于航空飞行的是： 4 4、太阳活动强烈时会使地、太阳活动强烈时会使地面的无线电短波通讯受到面的无线电短波通讯受到影响的是：影响的是： DCCA图为某城市某日清晨低层大气剖面图图为某城市某日清晨低层大气剖面图 图中气温分布异常的是中的？判断的理由是？图中气温分布异常的是中的？判断的理由是？该城

13、市工业高度集中，汽车数以百计，当天发生了重大的烟雾事该城市工业高度集中，汽车数以百计，当天发生了重大的烟雾事件，造成这一事件的人为原因是？气象原因是？地形原因是？件，造成这一事件的人为原因是？气象原因是？地形原因是？；随高度的上升气温升高；随高度的上升气温升高大量污染物的排放；逆温现象；盆地大量污染物的排放；逆温现象；盆地举例说明大气圈怎样呵护地球的举例说明大气圈怎样呵护地球的三三. .大气圈对地球生命的保护大气圈对地球生命的保护为什么两个天体距离如此近，却有着截然不同的地表形态？1 1、地球的、地球的防弹衣防弹衣有资料显示：每有资料显示：每年进入地球大气年进入地球大气层的流星体物质层的流星体

14、物质总量达上万吨。总量达上万吨。 资料显示：现有的近地小行星大约有资料显示：现有的近地小行星大约有14001400多颗，对地球有威胁的将近多颗，对地球有威胁的将近600600多颗，木星的引多颗，木星的引力是近地小行星产生的主要原因。力是近地小行星产生的主要原因。专家对此情况说：专家对此情况说：“假如撞击地球的小行假如撞击地球的小行星的直径超过一公里，那么这个灾难就是全球星的直径超过一公里，那么这个灾难就是全球性的，没有任何地方可以避免遇难。性的，没有任何地方可以避免遇难。”假如小行星真的要撞向地球，你能否导演假如小行星真的要撞向地球，你能否导演一场一场“人定胜天人定胜天”的大片？的大片？ 请导

15、演一场请导演一场“人定胜天人定胜天”的大的大片片参考方案参考方案1. 1.用核弹炸毁小行星。用核弹炸毁小行星。参考方案参考方案2. 2.用爆炸法改变轨道。用爆炸法改变轨道。参考方案参考方案3. 3.改变颜色来改变轨道改变颜色来改变轨道 。参考方案参考方案4. 4.给小行星安给小行星安“太阳帆太阳帆”来改变轨道。用张开的来改变轨道。用张开的“帆帆”吸收由太阳放射出的光子，从而像风吹动一条船上的帆一样吸收由太阳放射出的光子，从而像风吹动一条船上的帆一样，把小行星推离原来的轨道。，把小行星推离原来的轨道。弱点与质疑弱点与质疑? ?弱点与质疑弱点与质疑? ?弱点与质疑？弱点与质疑？ 此方案的弱点此方案

16、的弱点? ?核爆炸的后果难以预料。核爆炸的后果难以预料。 在理想状态下才能进行的，实际中不在理想状态下才能进行的，实际中不能有一点点的误差存在，难度太高能有一点点的误差存在，难度太高 。刷漆？需要多少油漆？多少人力？刷漆？需要多少油漆？多少人力？ 月球表面，白天在太阳直射的地月球表面，白天在太阳直射的地方，温度可达方，温度可达127127摄氏度，夜晚则降摄氏度，夜晚则降到到-183-183摄氏度。摄氏度。 在地球上，温差最大的沙漠白天最在地球上，温差最大的沙漠白天最热达热达8888，而晚上降至，而晚上降至1010以下。以下。为什么地球的气温日较差与月球为什么地球的气温日较差与月球的气温日较差相

17、差这么大？的气温日较差相差这么大？大气吸收大气吸收（1919%）大气反射大气反射大气上界大气上界大气对太阳辐射的削弱作用大气对太阳辐射的削弱作用到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射（4747%）大气散射大气散射2 2、地球的、地球的遮阳伞遮阳伞（3434%）云层、尘埃云层、尘埃空气分子、尘粒、云滴空气分子、尘粒、云滴固体杂质、水汽、固体杂质、水汽、O、O3、CO2大气几乎削弱了一半的太阳辐大气几乎削弱了一半的太阳辐射射 太阳太阳短波辐射短波辐射3 3、地球的、地球的保温被保温被地面地面太阳辐射（短波）太阳辐射（短波）地面辐射地面辐射大气逆辐射大气逆辐射（长波辐射）（长波辐射）地面辐射（电磁波形

18、式）相对太阳辐射而言是长波辐射地面辐射（电磁波形式）相对太阳辐射而言是长波辐射水汽、尘埃、水汽、尘埃、 CO2截留大部分截留大部分长波辐射（长波辐射（75%-90%）到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射（4747%）大气辐射大气辐射 大气逆辐射使得近地面大大气逆辐射使得近地面大气始终保有一定的热量。气始终保有一定的热量。水汽和二氧化碳等吸收大部分长波辐射，水汽和二氧化碳等吸收大部分长波辐射，把地面辐射的大部分热量截留在大气中，把地面辐射的大部分热量截留在大气中，并通过并通过大气逆辐射大气逆辐射还给地面。还给地面。 吸收吸收 散射散射 反射反射 水汽、尘埃、臭氧、氧、二氧化碳等水汽、尘埃、臭氧、

19、氧、二氧化碳等；太阳辐射被吸收后转变为热能。；太阳辐射被吸收后转变为热能。 空气分子、尘粒、云滴；改变太阳空气分子、尘粒、云滴；改变太阳辐射方向。辐射方向。 云层、较大颗粒的尘埃；改变太阳云层、较大颗粒的尘埃；改变太阳辐射方向。辐射方向。 大气为地球生命的繁衍，人类的发大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与变化，时时处处影响到人类的活动与生存。生存。 除以上三方面外，适度的大气压也是地除以上三方面外，适度的大气压也是地球生命生存的基本条件。所以，厚厚的大球生命生存的基本条件。所以，厚厚的大气圈是地球生命的保

20、护伞。气圈是地球生命的保护伞。 因此，保护大气的质量，就是保因此，保护大气的质量，就是保护了我们人类的生存环境。护了我们人类的生存环境。为什么阴天时或大气尘埃烟雾较多时，见到的天空是为什么阴天时或大气尘埃烟雾较多时，见到的天空是灰白色？灰白色？ 散射作用散射作用为什么在日出之前天就亮了，在树荫下，在房间里，为什么在日出之前天就亮了，在树荫下，在房间里，凡是阳光不能照射的地方仍是明亮的？凡是阳光不能照射的地方仍是明亮的？ 散射作用散射作用 为什么在月球上白天看太阳只是一个明亮的圆盘，而为什么在月球上白天看太阳只是一个明亮的圆盘，而四周背景却是黑暗的？四周背景却是黑暗的？ 没有散射作用没有散射作用

21、 为什么晴朗的白天天空呈蓝色？早晚呈红色？为什么晴朗的白天天空呈蓝色？早晚呈红色？ 为什么说赤道地区终年太阳高度较大，但它并不是全为什么说赤道地区终年太阳高度较大，但它并不是全球太阳辐射强度最大的地区？球太阳辐射强度最大的地区？ 正午路程短，仅蓝光被散射掉；早晚路程长，短波正午路程短，仅蓝光被散射掉；早晚路程长，短波各色光皆被散射，剩下红光投射地面各色光皆被散射，剩下红光投射地面 对流旺盛，多云雨，云量多，大气的反射作用强对流旺盛，多云雨，云量多，大气的反射作用强 为什么霜冻多出现在晴朗的天气？为什么霜冻多出现在晴朗的天气？ 大气逆辐射弱大气逆辐射弱为什么月球表面昼夜温差相差如此之大？为什么月球表面昼夜温差相差如此之大？ 没有大气的削弱作用和保温作用没有大气的削弱作用和保温作用我国四川、云南和贵州一带，年太阳总