一轮总复习学案第4章第1节大气的组成与垂直分层大气受热过程与热力环流

第一节大气的组成与垂直分层大气受热过程与热力环流[课标内容要求]1．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。2．运用示意图等，说明大气受热过程与热力环流原理，并解释相关现象。[学科核心素养]综合思维：能结合图表分析大气垂直分层特点、分析热量在太阳、地面与大气之间的传递过程。地理实践力：学会解释大气的主要成分及其生产、生活的联系，运用大气保温作用的原理解释有关自然现象。[知识体系导图]一、大气圈的组成和结构1．大气圈的组成(1)大气的组成：干洁空气、少量水汽和固体杂质。(2)大气的组成成分及其作用❶组成成分占大气体积比作用干洁空气氮78%氮元素是地球生物体必不可少的元素氧21%氧气是人类和其他生物维持生命活动必需的物质二氧化碳很少绿色植物进行光合作用的重要原料，对地面有保温作用臭氧极少能吸收太阳辐射中的紫外线，被称为地球生命的“保护伞”水汽含量很少，因时因地而异影响云、雨、雾、雪等一系列天气变化的重要因素杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件❷2．大气圈的分层(1)划分依据：大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异。(2)垂直分层❸主要特点特点成因与人类的关系对流层❹气温随高度升高而递减地面是低层大气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集中了大气圈质量的四分之三和几乎全部的水汽、杂质；对流运动旺盛，易成云致雨平流层气温随高度升高而升高臭氧吸收太阳紫外线水平运动适合飞机飞行；臭氧层被称为地球生命的“保护伞”以水平运动为主上部热，下部冷，大气稳定天气晴朗水汽和杂质少，气流平稳高层大气气温随高度升高先降低后升高；大气密度很小距地面远，受到引力小80～500km有若干电离层，能反射短波无线电波，对无线电通信有重要作用二、大气受热过程1．两个能量来源(1)大气能量的根本来源：A太阳辐射。(2)近地面大气热量的直接来源：B地面辐射。❺2．两大过程(1)地面的增温过程：太阳辐射穿过大气层，小部分被大气吸收或反射，大部分太阳辐射透过大气射到地面，使地面增温。❻(2)大气的增温过程：地面以长波辐射的形式向近地面大气传递热量，使大气增温。3．两大作用(1)削弱作用：大气层中水汽、云层、尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射作用。(2)保温作用：C大气逆辐射将部分热量还给地面，对近地面大气热量有补偿作用。❼4．主要影响：影响着大气的热状况、温度分布和变化，制约着大气的运动状态。三、热力环流——大气运动的一种最简单的形式❽1．形成原因：由于地面冷热不均形成的空气环流。2．冷热状况：A气温高，B、C气温低。3．气流运动(1)垂直运动❾(2)水平运动四、大气的水平运动——风1．形成的直接原因：水平气压梯度力。2．影响大气水平运动的作用力水平气压梯度力地转偏向力摩擦力方向垂直于等压线，由高压指向低压与风向垂直，北半球向右偏，南半球向左偏与风向相反大小由气压梯度决定(等压线疏则小，密则大)随风速增大而增大，随纬度升高而增大与下垫面状况有关3．高空风和近地面风(以北半球为例)类型高空风近地面风图示受力受F1(水平气压梯度力)和F2(地转偏向力)共同影响受F1(水平气压梯度力)、F2(地转偏向力)和F3(摩擦力)共同影响风向与等压线平行与等压线成一夹角五、大气运动的意义1．输送热量和水汽。2．形成复杂的天气和气候。3．影响自然环境特征。❶例举大气成分适量或过量产生的影响(1)二氧化碳：适量不仅为植物光合作用提供原料，对地表还有保温作用，但过量会导致全球变暖、气候异常等。(2)杂质：是成云致雨的必要条件，但过量会导致大气污染。❷降水条件一是空气中含有足够的水汽；二是空气温度下降到水汽能够凝结出来的程度，即空气饱和时气温继续下降；三是有凝结核；四是水滴增大到能够降落到地面。❸填图绘图：结合图中大气垂直方向的温度变化曲线，在横线处填写A、B两层的名称。提示：高层大气平流层❹对流层在不同纬度，厚度不同低纬度地区热量充足，对流旺盛，所以对流层的厚度为17～18千米。高纬度地区全年低温，对流弱，对流层的厚度为8～9千米。中纬度对流层的厚度平均为10～12千米。从整体看对流层的厚度从低纬度向高纬度递减。❺太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射，大气吸收的热量主要为长波辐射，对短波辐射吸收很少。因此，地面长波辐射是近地面大气热量主要的、直接的来源。❻青藏高原所处的纬度较低，海拔较高，空气稀薄，大气透明度好，大气对太阳辐射的削弱作用弱，因此太阳辐射强。但大气吸收地面辐射热量的能力小，通过大气逆辐射返还地面的热量少，造成青藏高原地表热量散失多，温度较低。❼误认为大气逆辐射晚上比白天强大气逆辐射在白天和夜晚都存在，而且白天比晚上还要强烈，最强时为近地面大气温度最高时，即午后两小时(14时)左右。❽热力环流的“四个特点”：一是热上升，冷下沉；二是热低压，冷高压(近地面)；三是近地面与高空气压相反；四是水平气流从高压流向低压。❾关于热力环流，具有“气温越高，气压越低”的规律，切记只适用于冷热不均的近地面。影响风向、风力的因素(1)近地面摩擦力越大，风力越小，风向与等压线之间的夹角愈大；反之，风力越大，风向与等压线之间的夹角愈小。(2)风向指风来的方向。无论高空还是近地面，风的来向都为高压一侧的方向。填图绘图：在下面气压场中，用适合的图例画出近地面风的受力，并解释其相互关系。提示：两个方向相反的是风向和摩擦力，与它们垂直的是地转偏向力，剩下的一个是水平气压梯度力。考点一大气的受热过程(2020·浙江7月选考)氧化亚氮(N2O)在百年尺度内的增温效应是等量二氧化碳的近300倍。农田是氧化亚氮的第一大排放源。完成下题。氧化亚氮具有增温效应，主要是因为()A．大气辐射总量增加B．大气吸收作用增强C．地面辐射总量增加D．地面反射作用增强【获取信息】由材料可知，氧化亚氮的增温效应是二氧化碳的近300倍。【尝试解答】B解析：根据以上信息和所学知识可知，大气增温效应主要是因为大气吸收太阳辐射和地面辐射，所以氧化亚氮具有增温效应主要是因为大气吸收作用增强。大气受热过程的应用1．大气保温作用的应用(1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响(2)分析农业实践中的一些现象①我国北方地区利用温室大棚生产反季节蔬菜。②深秋，农民燃烧秸秆制造烟雾预防霜冻。③华北地区早春时节，农民利用地膜覆盖进行农作物种植。2．利用大气的削弱作用原理分析某地区太阳能的多寡(1)高海拔地区(如青藏高原)eq\x(地势高)→eq\x(空气稀薄)→eq\x(\a\al(大气的削,弱作用弱))→eq\x(太阳能丰富)(2)内陆地区(如我国西北地区)eq\x(气候较为干旱)→eq\x(晴天多、阴雨天气少)→eq\x(大气的削弱作用弱)→eq\x(太阳能丰富)(3)湿润内陆盆地(如四川盆地)昼夜温差大小的分析方法分析昼夜温差的大小要结合大气受热过程原理，主要从地势高低、天气状况、下垫面性质等几方面分析。1．地势高低地势高→大气稀薄→白天大气的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，白天大气的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→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。我国某地为保证葡萄植株安全越冬，采用双层覆膜技术(两层覆膜间留有一定空间)，效果显著。下图中的曲线示意当地寒冷期(12月至次年2月)丰、枯雪年的平均气温日变化和丰、枯雪年的膜内平均温度日变化。据此完成1、2题。1．图中表示枯雪年膜内平均温度日变化的曲线是()A．①B．②C．③D．④2．该地寒冷期()A．最低气温高于－16℃B．气温日变化因积雪状况差异较大C．膜内温度日变化因积雪状况差异较大D．膜内温度日变化与气温日变化一致1．B2．C解析：第1题，双层覆膜是为了保证葡萄植株安全越冬，所以具有保温作用；①②温度较③④高，所以①②为膜内平均温度图；在丰雪年，由于丰厚雪被的保护，双膜内平均温度变幅较小，且平均气温高；在枯雪年，由于没有丰厚雪被的保护，双膜内平均温度变幅较大，且平均气温低。第2题，由图可知，图中给出的是平均气温，无法判断最低气温高于－16℃；丰雪年与枯雪年气温相差1℃左右，所以气温日变化相差不大；丰雪年膜内平均温度变幅较小，而枯雪年膜内平均温度变幅大，所以膜内温度日变化因积雪状况差异较大；从图中可以看出，在枯雪年膜内温度日变化与气温日变化一致，但是丰雪年膜内温度日变化变幅较小，与气温日变化不一致。考点二逆温现象及其影响逆温是在一定条件下出现的气温随高度上升而升高的现象。某校气象兴趣小组在十月下旬晴朗的夜晚对我国南方山区谷地进行逆温测定。下图为该小组多次观测所得的逆温时空变化平均结果。据此完成(1)、(2)题。(1)下列关于该地逆温特征的描述，正确的是()A．逆温强度近地面较大，向上减少B．逆温强度午夜达到最大，后减弱C．逆温现象日落前出现，日出前消失D．强逆温前半夜增速慢，后半夜降速快(2)造成逆温层上界峰值在时间上滞后于强逆温层上界峰值的主要原因是()A．大气吸收地面辐射存在昼夜差异B．大气散射反射在高度上存在差异C．空气上下热量传递存在时间差异D．下垫面反射率在时间上存在差异【获取信息】①逆温的概念。②图示为我国南方山区某谷地十月下旬晴朗的夜晚逆温时空变化平均结果。【尝试解答】(1)A(2)C解析：第(1)题，从图中可以看出，近地面为强逆温层上界，高空为逆温层上界，故逆温层强度近地面较大，向上减小；从逆温层上界可以看出最大值出现在4、5时左右，即日出前后；图中显示16时、上午8时都存在逆温层，故不是日出前消失；强逆温层前半夜曲线较陡，故增速快，后半夜曲线较缓，降速慢。第(2)题，图中近地面强逆温层峰值出现较早，高空逆温层峰值出现较晚，主要是因为大气吸收地面辐射，地面辐射自下而上的传递存在时间差异。逆温的概念、成因及类型1．逆温的概念对流层气温一般随高度增加而递减，海拔每升高1000米，气温下降约6℃。但在一定条件下，也会出现海拔上升，气温升高，或海拔上升1000米，气温下降幅度明显小于6℃的现象，这两种现象都称为逆温。2．逆温的类型类型发生的条件出现的地区辐射逆温经常发生在晴朗无云的夜间或黎明，由于地面有效辐射很强，近地面大气层气温迅速下降，而高处大气层降温较慢中高纬度大陆冬季黎明前平流逆温暖空气水平移动到冷的地面或气团上中纬度沿海地区地形逆温主要由地形造成，由于山坡散热快，冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来较暖空气被较冷的空气抬挤上升盆地和谷地中的夜间锋面逆温锋面之上的暖空气与锋面之下的冷空气之间温度差异显著锋面活动地区3．辐射逆温的形成与消失过程晴朗无云的夜间或黎明，由于大气逆辐射较弱，地面辐射散失热量多，从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温现象黎明前最强，日出后逆温层自下而上消失。逆温指某高度大气实际温度高于理论温度的现象，河流和湖泊中有时也会出现逆温现象。读我国某湖泊不同季节垂直水温变化图，完成1、2题。1．图中能反映逆温现象的曲线及其出现的月份是()A．①7月 B．②7月C．①1月 D．②1月2．下列关于此时该湖泊出现逆温的原因叙述，正确的是()A．处于夏季，湖泊水温上升过快B．处于冬季，表层湖水受外界降温影响大C．湖底在此时因为有火山喷发，从底部释放大量热能D．该季节，湖水运动频率过高1．C2．B解析：第1题，湖水逆温指距离湖面一定距离内，湖水温度随水深增加而升高的分布形式。图中曲线①出现逆温现象。湖面温度较低，为冬季。第2题，冬季，太阳辐射少，湖面受外界降温影响大，水温较低，底部受影响小，水温较高；夏季水温应该更高；材料中没有相关火山活动；湖泊水温出现逆温，说明湖水运动频率较低，水体交换少。考点三热力环流(2019·全国卷Ⅱ)积云为常见的一类云，其形成受下垫面影响强烈。空气在对流过程中，气流携带来自下垫面的水汽上升，温度不断下降，至凝结温度时，水汽凝结成云。水汽开始凝结的高度即积云的云底高度。据此完成(1)～(3)题。(1)大气对流过程中上升气流与下沉气流相间分布，因此积云常常呈()A．连续层片状B．鱼鳞状C．间隔团块状D．条带状(2)积云出现频率最高的地带是()A．寒温带针叶林地带B．温带落叶阔叶林地带C．亚热带常绿阔叶林地带D．热带雨林地带(3)在下垫面温度决定水汽凝结高度的区域，积云的云底高度低值多出现在()A．日出前后B．正午C．日落前后D．午夜【获取信息】①积云的形成受下垫面影响强烈。②来自下垫面的水汽随对流上升运动，温度下降而凝结成云。③水汽开始凝结的高度为积云的云底高度。④下垫面温度决定水汽凝结高度的区域。【尝试解答】(1)C(2)D(3)A解析：第(1)题，由信息②可知，积云是大气对流上升运动使水汽凝结而形成的，因此存在对流上升运动的区域多云，而对流下沉运动的区域云层较少，如果上升气流与下沉气流相间分布则形成的积云往往呈间隔团块状。第(2)题，由信息①②可知，常出现对流上升运动的区域，积云出现的频率较高，热带雨林地带全年气温高、盛行上升气流，积云出现的频率高。第(3)题，由信息③可知，水汽开始凝结的高度为积云的云底高度，结合信息④可知，有些区域下垫面温度决定水汽凝结的高度，因此地面温度低的时段，形成的积云的云底高度较低，一天当中气温最低值往往出现在日出前后，因此这个时段形成的积云云底高度较低。热力环流的形成——“一、二、三”1．一个关键“一个关键”是确定近地面两地点的冷热。热容量大的地球表面，白天气温较低，夜晚气温较高；热容量小的地球表面，白天气温较高，夜晚气温较低。2．二种运动(1)垂直运动：近地面热，空气上升，近地面冷，空气下沉。(2)水平运动：空气水平运动从高压指向低压。3．三种关系(1)近地面和高空的气压类型相反关系(2)温压关系：热低压、冷高压(如上图中甲、乙、丙三地所示)(3)风压关系：水平方向上，风总是从高压吹向低压(如上图中a、b、c、d处所示)常见热力环流形式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)影响与应用山谷和盆地常因夜间冷的山风吹向谷底，使谷底和盆地内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染，所以，山谷地区不宜布局有污染的工业。3．城市风(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。(2019·海南高考)山谷风是山区昼夜间风向发生反向转变的风系。白天太阳辐射导致山坡上的空气增温强烈，暖空气沿坡面上升，形成谷风；反之，则形成山风。祁连气象站位于祁连山中段的山谷中，山谷风环流较为强盛。下图示意2006年祁连气象站所在地谷风的风向是()A．偏南风B．偏东风C．偏北风D．偏西风C解析：祁连气象站经度位置约东经90度，图中所示当地时间约为晚上11时至上午11时(地方时、区时的推算)，此时风向以山风为主，风向为偏南风，谷风发生在白天，与山风风向相反。考点四大气的水平运动(2020·天津等级考)读图，回答(1)、(2)题。(1)华北平原此时的天气状况最可能是()A．风和日丽B．狂风暴雨C．阴雨连绵D．大雪纷飞(2)下列城市中，此时风向偏南的是()A．乌鲁木齐B．贵阳C．上海D．福州【获取信息】①由图可知，华北平原受高压脊控制，等压线稀疏。②由图中等压线可画出四地风向。【尝试解答】(1)A(2)D解析：第(1)题，由信息①可知，华北平原受高压脊控制，气流呈辐散下沉趋势，且等压线稀疏，水平气压梯度力小，因而风和日丽。第(2)题，在海平面气压场分布图上，某地风向的画法如下：垂直于等压线并由高压指向低压，画出水平气压梯度力的箭头，然后遵循“南半球左偏，北半球右偏”的原则偏转30°～45°，即该地实际风向。乌鲁木齐、上海、贵阳均为偏北风，只有福州为偏南风。影响大气水平运动的力大气的水平运动主要受三种力的影响：水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力。水平气压梯度力是形成风的直接原因。三种力的特征及其对风的影响见下表。方向大小对风的影响风速风向水平气压梯度力始终与等压线垂直，由高压指向低压一般等压线越密集，水平气压梯度力越大水平气压梯度力越大，风速越大垂直于等压线，由高压指向低压地转偏向力始终与风向垂直随纬度升高而增大不影响风速的大小北半球风向右偏，南半球风向左偏，赤道上不偏转摩擦力始终与风向相反下垫面越粗糙，起伏越大，摩擦力越大；反之越小使风速减小与其他两力共同作用，使风向与等压线之间成一夹角风向和风力大小的判断方法1．根据等压线图确定任一地点的风向第一步，画出水平气压梯度力。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，但并非一定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。第二步，画出风向。如在近地面，确定南、北半球后，沿水平气压梯度力的方向向右(北半球)或左(南半球)偏转30°～45°，画出实线箭头，即经过该点的风向。如下图所示(以北半球气压场为例)。如在高空，风向应沿水平气压梯度力向右(北半球)或向左(南半球)偏转90°。第三步，说出风向。风从哪里来就是什么风向，如画出的风向箭头为东北指向西南，为东北风。2．根据风向标和风向玫瑰图判断风向风向标由风杆和风尾组成，风杆(长线段)上绘有风尾(短线段)的一方指示风向。风尾上的横杠表示风速，一横表示风力二级，最多三横，就是六级，风力再大就用风旗表示，例如“”就表示北风四级。“风向玫瑰图”是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向和最小风频。最常见的风向玫瑰图是一个不规则的折线图，折线上不同的点的方位即该地区的风向，与原点之间的距离与这个方向的风频成正比。3．根据“左右手”法则判断风向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，拇指指向就是风向。高空的风向与水平气压梯度力方向垂直；近地面风向与水平气压梯度力方向成一锐角。如下图(以北半球近地面风为例)。风力大小判定1．同一等压线图上，等压线密集，风力大；等压线稀疏，风力小。如下图中甲处风力大于乙处。2．不同等压线图上，若比例尺相同，相邻两条等压线数值差越大，风力越大。如下图中B处风力大于A处。(2020·海南选择性考试)在热带气旋移动过程中，副热带高压是一个重要的牵引力。下图示意近地面风场与气压场的关系，图中等压距为5百帕。据此完成1、2题。1．M线的气压值、N处的天气状况分别为()A．1000晴朗B．1000阴雨C．1010晴朗D．1010阴雨2．如果P是一个台风，它最有可能的行进方向是()A．偏东B．偏西C．偏南D．偏北1．C2．B解析：第1题，由图可知，M线附近的风向为东北风，M线气压值比1005百帕大，再由材料中等值距为5百帕，得出M线气压值为1010百帕；由图可知，N处气压为高压，故为晴朗天气。第2题，根据材料“在热带气旋移动过程中，副热带高压是一个重要的牵引力”可知，台风的移动受副热带高气压的牵引。N为高气压中心，应隶属于副热带高气压，图中副热带高压的移动方向是偏西方向，因此P最可能被牵引的行进方向也是偏西方向。洱海位于云南省大理市，是中国七大淡水湖之一。洱海四面环山，位于山谷盆地中，独特的地理条件使洱海地区形成湖陆风和山谷风叠加的局地环流。读洱海地区某时刻沿25°36′N上空的等温面示意图和洱海地区地形图，完成3、4题。3．图中洱海上空等温面的凹凸现象应该出现在()A．冬季晚上B．夏季晚上C．冬季白天D．夏季白天4．该时刻甲地吹()A．东北风B．东南风C．西北风D．西南风3．A4．D解析：第3题，读左图可知，近地面气温较低，应是冬季；湖区气温高于周围地区，冬季的夜晚由于湖泊降温慢，温度高于周围地区。第4题，读图分析，湖泊气温高于周边地区，空气膨胀上升，近地面形成低压区，风从湖岸吹向湖面。甲地水平气压梯度力自南向北指向湖区。加上北半球地转偏向力和摩擦力的影响，风向向右偏形成西南风。大气热力环流是最简单的大气运动形式，在生活中、工业布局中，甚至一些动物的洞穴都很好地运用了大气热力环流，解决了不少问题。【探究思路】[探究思路一]穿堂风与大气热力环流穿堂风也叫过堂风，是气象学中一种空气流动的现象，是流动于建筑物内部空间的风。我国许多地区民居设计都充分考虑了穿堂风。在炎热的夏季，太阳高挂，不需要空调同样取得了纳凉的效果。下面左图为四川某山区的传统民居景观图，民居坐北朝南，房前一般为水泥或石子院坝，屋后种植林木；右图为该民居穿堂风示意图。[问题]1．为什么民居屋前铺设石子地面、屋后种植林木，可以明显增强夏季穿堂风？(地理实践力)提示：石子地面增温较快，林木增温较慢，增强了房前房后的温差，从而增强了房前房后的水平气压梯度力。2．冬季，白天为什么人们紧闭屋后窗户，开启前门？(综合思维)提示：(冬季)紧闭屋后窗户，可以阻挡来自北方的冷空气，同时切断穿堂风；开启前门，利于屋内与院坝之间对流，从而保持室内温度，同时使室内空气流通，减少疾病发生。3．从采光条件分析，该民居“坐北朝南”的原因。(综合思维)提示：四川位于北温带(位于北回归线以北)，全年正午时太阳位于其正南，大门朝南(“坐北朝南”)的设计，利于获得较多的光照。[探究思路二]土拨鼠洞穴与大气热力环流土拨鼠白天活动，善于挖掘洞穴。其洞