第二章地球上的大氣第一節大氣的組成和垂直分層2012年10月14日，奧地利“墜落人”菲利克斯·鮑姆加特納，在美國新墨西哥地區乘坐太空艙升空，成為第一個自由落體速度超音速的人。他配備的特制宇航服，外表絕緣，密封的內層中填充加壓氧氣；頭盔內有液氧系統，護目鏡中裝有溫度調節器。閱讀材料思考39千米高空的大氣與地面有哪些不同？他為什么需要配備特制宇航服?大氣層的前世與今生17世紀（奠基時期）溫度表（源自伽利略1607年發明的不完善的儀器）、托里訴利氣壓表（1643）、虎克風速表（1667）的發明使得在大氣中進行定量測定成為可能18世紀（發展時期）溫度表和氣壓表的改進、新儀器如毛發濕度表（1783）的發明慢慢地推動了氣象科學前進。對大氣垂直溫度分布的試驗性探測最早用風箏（1749）而后則用氣球（1784）進行大氣層的前世與今生17世紀（奠基時期）1862年，詹姆斯.格萊舍攜帶帶有保護措施的溫度計、濕度計、氣壓計、采樣瓶、臭氧試紙等設備登上熱氣球成功地進行了一次科學的探空之旅。某次飛行到8800多米的時候，熱氣球失控，格萊舍昏迷。利用攜帶探空儀的氫氣球進行高空探測。在二次世界大戰中發展起來的雷達在其后二十年成為利用水滴、冰晶和雪片對無線電波的反射作用來研究降水過程和探測暴風雨的強有力的工具。理解應對氣候變化解決大氣污染問題預測極端天氣事件課程標準運用圖表及其資料，說明大氣的組成和垂直分層，及其與生產生活的聯系。學習目標1.運用圖表等資料說明大氣的組成及作用，人類活動對大氣的影響。2.利用大氣的垂直分層圖，說明各層大氣的特點、成因，并舉例說明對人類活動的影響。課程標準和學習目標1領略大氣之美干潔空氣水汽固體雜質大氣中不包含水汽和雜質的整個混合氣體。含量很少且不固定，隨時間、空間及氣象條件而變化。氮氣

78%氧氣

21%25km高度以下含量不定，隨時間、空間和天氣條件而變化。氬氣

0.93%二氧化碳

0.038%（變動）其它

0.032%任務1大氣組成知多少“氮氧大氣”作用成分地球生物體的基本元素人類和其他生物維持生命活動所必需的物質調節地面和大氣的溫度、濕度水汽的凝結核，成云致雨的必要條件綠色植物進行光合作用的原料；對地面有保溫作用吸收紫外線，地球生命的保護傘大氣的成分及其作用CFBDEA.二氧化碳B.水汽C.臭氧D.氮E.氧F.雜質A大氣的組成2.大氣各組成成分的作用干潔大氣---①氮氣（N2）氮氣是大氣中含量最多的氣體，占總體積的78%。氮是地球上生物體的基本成分，是構成蛋白質分子，是細胞核中核酸、酶以及細菌等等中的重要組成部分。思考：將氮氣轉化的固氮方法有哪些？俗語說“雷雨發莊稼”，其中的原理是？每一秒鐘的雷電就能讓大氣中降下大約2萬噸的氮肥。在全球，每年雷電產生的氮肥就有4億噸。干潔大氣---②氧氣（O2）大氣中含量僅次于氮氣的氣體，占空氣總體積的21%。人類和眾多其他生物維持生命活動所必需的物質,在航空航天、生物呼吸、燃燒和一切氧化過程（包括有機物腐爛）都消耗氧氣學科互動：二氧化碳的作用任務安排：結合生物學的相關知識想一想二氧化碳對我們的生產生活有什么影響？（CO2、水汽等）光合作用保溫作用綠色植物進行光合作用的基本原料。重要的溫室氣體，吸收地面輻射的能力強，對地面具有保溫作用。干潔大氣---③二氧化碳（CO2）很少（0.038%左右），主要來自火山噴發、動植物的呼吸以及人類活動。前世：臭氧是地球大氣中一種微量氣體，它是由于大氣中氧分子受短波紫外線照射分解成氧原子后，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的，含有3個氧原子。今生：臭氧層能夠吸收太陽光中的波長在0.3μm以下的紫外線，主要是一部分中波紫外線和全部的短波紫外線，保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。只有長波紫外線和少量的中波紫外線能夠輻射到地面，長波紫外線對生物細胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件“宇宙服”保護地球上的生物得以生存繁衍。臭氧的前世與今生干潔空氣的組成④臭氧①吸收太陽輻射中的紫外線，使大氣升溫②減少到達地面的紫外線，保護生物。活動：自主思考自學探究——水汽和雜質任務安排：大氣中的水汽和雜質有什么作用呢？閱讀29頁課文，嘗試回答這個問題。水的相變，產生云、雨、霧、雪等一系列的天氣現象，同時影響著地面和大氣的溫度。大氣中的雜質作為凝結核，是成云致雨的必要條件。云和霧的形成水汽蒸發以后遇冷，凝結成小水滴或小冰晶聚合而成。降水的三大條件充足的水汽降溫（遇冷凝結）凝結核（雜質顆粒）小水滴（冰晶）雨滴雪花冰雹上升降溫凝結核聚合空氣中的水汽降水形成過程:

達到過飽和凝結水汽—影響天氣變化的重要因素大氣中的水汽含量隨著時間和地點的不同而變化水汽：集中分布在大氣底層時間變化：夏季冬季空間變化：海洋陸地，地面高空>>>固體雜質——成云致雨的必要條件受自然變化和人類活動的影響，固體雜質在大氣中的含量變化較大，隨著時間和地點的不同而變化。固體雜質：集中分布在大氣底層時間變化：冬春夏秋早晨、夜晚午后空間變化：陸上海上城市鄉村>>>>活動：知識梳理主要成分微量成分氮氣——氧氣

——Co2——臭氧

——產生天氣現象，同時影響著地面溫度、濕度作為凝結核，是成云致雨的必要條件干潔空氣水汽雜質大氣的組成及其作用生物體內蛋白質的重要組成部分生物維持生命活動的必需物質；氧化過程（有機物分解）消耗氧氣植物光合作用的原料、對地面保溫吸收紫外線，使大氣增溫；地球生命的保護傘然而……人類不合理的活動正在影響甚至改變著大氣的成分和含量從而產生大氣污染對地球生命生命造成嚴重的影響優良天氣重污染天氣3.人類活動對大氣成分的影響①大氣污染物增加類別組成成分能見度存續時間霧霾小水滴或冰晶固體顆粒<10千米<1千米日出后迅速消散可整天存在1、指出霧與霾的區別2、舉例說明霧霾天氣對我們生活及環境的影響損害呼吸系統，危害人體健康；影響生態環境，降低空氣質量；降低能見度，引發交通事故。霧霾

霧：當空氣中所含的水汽多于一定溫度條件下大氣飽和水汽量,并且有足夠的凝結核存在時，多余的水汽便會凝結出來，變成小水滴或冰晶。大氣中因懸浮的水汽凝結,水平能見度低于1千米時，氣象學上稱之為霧。

霾：又稱“灰霾“，是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?；螓}粒等的集合體，使空氣渾濁，水平能見度降低到10千米以下的一種天氣現象。組成霾的粒子極小，不能用肉眼分辨，可在一天中的任何時候出現。霾天氣是一種大氣污染狀態，表明大氣中各種懸浮顆粒物含量超過一定標準，其中PM2.5(直徑小于或等于2.5微米的顆粒物)被認為是造成霾天氣的“元兇”。

大量燃燒煤、石油等礦物燃料；工業廢氣和汽車尾氣的大量排放懸浮顆粒物增加so2含量增加霧霾酸雨（大氣穩定，水平、垂直運動微弱）探究：大氣中二氧化碳濃度的變化和人類活動二氧化碳體積分數的變化不到300年增加了40%（1）說說該圖的Co2體積分數的變化趨勢。（2）分析導致這種變化的原因是什么？會造成怎樣的影響？呈現上升趨勢，增長速度加快人類活動：化石燃料的大量使用；森林的破壞。全球對流層中層的二氧化碳分布圖2009/07極冰融化大量燃燒化石燃料CO2增多氣溫升高氣溫升高全球變暖極冰融化海平面上升淹沒沿海低地植被過度砍伐大氣中二氧化碳含量的變化與人類活動（3）二氧化碳含量的增加是否百害而無一利？有利：①光合作用增強；②高緯度變暖，適宜溫帶作物生長（4）如何應對全球變暖？應對措施：

①調整能源消費結構，節能減排；②植樹造林；③加強國際合作。出行多坐公交車，騎自行車或者步行；節約用電；減少一次性筷子、餐具等物品使用；節約用紙；愛護花草樹木；對于廢書廢紙等垃圾分類回收；延長木質家具使用年限等。過度使用空調冰柜氟氯碳化物增多臭氧層破壞吸收紫外線能力減弱危害健康和環境地表紫外線增加臭氧空洞期火箭空調摩絲滅火器冰箱殺蟲劑泡沫塑料氟氯烴來源泡沫塑料探究2：大氣含氧量對人體的影響適當的缺氧環境利于激發運動員的運動潛力。但含氧量太低會危害人體健康甚至危及生命。體能鍛煉哪里好？探究：大氣含氧量對人體的影響（1）埃塞俄比亞、肯尼亞的共同的地形特點。1.在奧運會等世界重大體育賽事中，來自非洲埃塞俄比亞、肯尼亞的中長跑運動員往往成績優異。（2）推測這兩國家中長跑運動員成績優異原因。地形以高原為主，?海拔較高。海拔較高，?大氣稀薄，?導致大氣中的氧氣含量相對較低，為運動員提供了一個天然的訓練環境。探究：大氣含氧量對人體的影響2.在中國地圖（地圖冊或教學掛圖）上找到表2.1所列的高原訓練基地的位置。甘肅榆中河北興隆青海多巴云南海埂云南呈貢探究：大氣含氧量對人體的影響3.目前，世界公認的平原運動員進行高原訓練的最佳高度為海拔1800—2400米。推測運動員在更高海拔訓練反而達不到理想成績的原因。（1）我國的高原基地海拔在1800—2400米之間，符合最佳高度。（2）在更高海拔處訓練，空氣越來越啟稀薄，含氧量急劇下降，超過了人體的耐受力，反而影響訓練效果。大氣的垂直分層貳12km50km3000km對流層平流層高層大氣（一）分層依據：垂直方向上成分、溫度、密度等物理性質和大氣運動狀況。二、大氣的垂直分層在坐車從山頂到山麓的過程中，我們經常會感覺到耳朵脹痛，別人說話也聽不清，這是為什么呢？隨著海拔降低，氣壓升高，會壓迫我們的耳膜，產生異樣的感覺。對流層平流層高層大氣人（二）各層特點：

高度（km）200140120601008040-100-5005010050大氣的垂直分層分析思路：大氣組成氣溫特點氣流運動自然現象人類活動121.對流層

——

與人類的關系最密切1.組成：大氣圈的最底層，集中了大氣圈質量的3/4和幾乎全部的水汽、雜質，大氣中的污染物也多集中在這一層。-100-500501000204060801001201401250高度（Km）溫度（℃）對流層平流層高層大氣對流層高度和氣溫變化圖對流層平流層高層大氣1、對流層氣溫隨高度的升高如何變化，其原因是什么？1結合示意圖說明對流層大氣是如何運動的，其原理是什么？2（二）各層特點：

高度（km）200140120601008040-100-5005010050大氣的垂直分層對流層的高度在不同緯度和不同季節有何差異？3為何對流層天氣現象最為復雜，與人類關系最緊密？412對流層平流層高層大氣1、對流層氣溫隨高度的升高而遞減，約100米/0.6℃（地面是對流層大氣主要、直接的熱源；1對流運動顯著；（對流層上冷下熱，有利于空氣對流）2（二）各層特點：

高度（km）200140120601008040-100-5005010050大氣的垂直分層特點：對流層平流層高層大氣6050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10001020304050607080901002006001000800400海拔/千米溫度/℃1、對流層特點：厚度：隨緯度、季節而變化高緯地區8～9km中緯地區10～12km低緯地區17～18km（二）各層特點：③對流層厚度低緯：17-18km中緯：10-12km高緯：8-9km夏厚冬薄對流層平流層高層大氣6050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10001020304050607080901002006001000800400海拔/千米溫度/℃1、對流層特點：④容易成云致雨，天氣復雜多變（集中了3/4的大氣質量，幾乎全部的水汽與固體雜質）與人類關系最為密切。（二）各層特點：大氣的垂直分層思考1：判斷教材中圖2.5為哪個緯度帶的大氣垂直分層示意圖？思考2：哪個緯度帶對流運動最典型，中緯度的對流雨多出現在什么季節？對流層

——與人類的關系最密切大氣圈的最底層，集中了約75%的大氣的質量和90%以上的水汽質量、固體雜質，大氣中的污染物也多集中在這一層。地面是對流層大氣的直接熱源氣溫隨高度的增加而遞減空氣上冷下熱，產生對流水汽和雜質向上輸送氣溫降低，成云致雨對流層平流層高層大氣2、平流層(平流層頂→50～55km)氣溫隨高度的升高如何變化，其原因是什么？1結合示意圖說明平流層大氣是如何運動的，其原理是什么？2（二）各層特點：

高度（km）200140120601008040-100-5005010050大氣的垂直分層平流層的天氣狀況如何，原因是什么？3平流層適合哪些人類活動，其原因是什么？412對流層平流層高層大氣6050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10001020304050607080901002006001000800400海拔/千米溫度/℃2、平流層（平流層頂→50～55km）特點：（臭氧吸收太陽紫外線導致氣溫升高）氣溫隨高度的升高而升高；1＊臭氧層：22-27km處最厚

一般來說，大氣中的臭氧大部分集中在10公里至50公里之間的大氣層中（即大致與平流層的范圍相當）；其中以20公里至30公里之間臭氧含量最多，人們通常把這個大氣中臭氧集中的層次叫臭氧層。臭氧層紫外線對流層平流層高層大氣6050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10001020304050607080901002006001000800400海拔/千米溫度/℃2、平流層厚度：平流層頂→50～55km特點：③天氣晴朗，有利于高空飛行（水汽、雜質含量極少）；②氣流以平流（水平）運動為主；(上熱下冷，大氣穩定，不易形成對流）探究：飛機為什么飛在平流層上熱下涼，以平流運動為主,飛機受力比較穩定水汽、雜質等極少,無云雨現象，能見度很高,距地面較高,對地面的噪聲污染相對較小思考張先生乘飛機到外地出差。在機場時還是細雨蒙蒙，起飛后不久卻是晴空萬里，陽光普照。你能推測出現這種變化的原因嗎?由于起飛時位于對流層，天氣現象復雜多變；起飛后不久，進入平流層，氣流穩定，無云雨現象，能見度高。3.高層大氣特點平流層頂→2000～3000km厚度氣溫隨高度的升高先降后升；1有流星現象（80～120km高空）；2能反射無線電波，影響無線電通訊。有電離層（80～500km高空）；3思考3：為何流星現象多出現在高層大氣而非平流層和對流層？（氧原子吸收了0.175μm的太陽紫外線，海拔300千米的位置溫度在1000℃以上）垂直分層高度范圍主要特點與人類關系對流層平流層高層大氣對比小結因緯度而異：低緯17～18km中緯10～12km高緯8～9km①氣溫隨高度的增加而降低②空氣對流運動顯著③天氣現象復雜多變①與人類關系最為密切，人類就生存在對流層底部②各種天氣現象發生在對流層自對流層頂至50～55km高度①氣溫隨高度增加而增加（臭氧大量吸收紫外線增溫）②氣流以水平運動為主①臭氧大量吸收太陽紫外線（被譽為“地球生命的保護傘”）②氣流平穩，有利于高空飛行平流層頂到大氣上界①氣壓很低，密度很小②在80～500千米的高空有若干電離層電離層能反射短波無線電波，對無線電通信有重要作用氣溫變化、氣流運動、自然現象對人類活動的影響思考4：在高層大氣中，部分地區可達數千攝氏度，可飛行器卻不會被燒毀，為什么？高層大氣6050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10001020304050607080901002006001000800400海拔/千米溫度/℃找一找圖中有哪些錯誤平流層對流層①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩極光?電離層臭氧層?可以設計成配對的游戲思考5：一架飛機從北極出發，到達南極，飛行高度保持在10千米，該飛機依次經過哪些大氣垂直分層中哪些層？緯度17~1810~1210~128~98~9N90°N60°30°0°30°60°90°S厚度（KM)5101520平流層——對流層——平流層課堂內容小結大氣的組成與垂直分層大氣組成垂直分層干潔空氣：不包含水汽和雜質的整個混合氣體水汽：含量很少，產生天氣現象雜質：作為凝結核是成云致雨的必要條件對流層位于大氣的最低層，平均厚度12公里平流層，位于對流層之上，上熱下冷高層大氣平流層頂至2000~3000千米高空思考6：在鮑姆加特納從39km的高空降落的過程中，請問他經歷了怎樣的氣溫變化？課堂內容小結課堂練習大氣中水汽和固體雜質很少，但卻在天氣變化中扮演重要的角色。1．關于大氣中的水汽和雜質的敘述，正確的是（

）①水汽主要集中在平流層；②水的相變直接影響地面和大氣溫度；③雜質作為凝結核，是成云致雨的必要條件；④在同一季節，各地水汽含量是一樣的A．①② B．③④C．②③ D．②④2．大氣中固體雜質含量最多的地區是（

）A．海洋上空 B．公園綠地C．水田耕地 D．建筑工地CD課堂內容小結課堂練習北京時間2023年5月10日21時22分，長征七號火箭搭載天舟六號貨運飛船順利發射，飛船次日成功與中國空間站對接（空間站距地面約400Km）。3．中國空間站所處的大氣層（

）A．密度較小 B．氣壓較強C．天氣多變 D．有臭氧層4．下列關于圖中各層大氣的特征描述，正確的是（

）A．①一平流運動顯著 B．②一對流運動顯著C．③一溫度急劇升高 D．④一高度電離狀態AD課堂內容小結課堂練習近地面空氣對流作用越顯著，對流層高度越高。研究發現，受近年來全球氣候變化影響，全球對流層平均高度發生顯著變化。5．三個氣象測站所在緯度由高到低對應關系是（

）A．①②③ B．①③②C．②③① D．③②①6．圖中①測站距地面18—30千米區域所在大氣層（

）A．溫度隨高度升高而降低 B．臭氧含量達到最大值C．多云霧、雨等天氣現象 D．大氣呈高度電離狀態不同緯度三個氣象測站年均溫垂直變化DB下圖為“大氣垂直分層示意圖”。讀圖,回答7-9題。7.圖中正確表示大氣層氣溫垂直變化的曲線是()A.①B.②C.③D.④8.對無線電通信具有重要意義的電離層位于()A.Ⅰ層頂部 B.Ⅱ層底部C.Ⅱ層中部 D.Ⅲ層9.我國發射的“神舟”飛船的運行軌道所在的大氣層()A.氣溫在-50℃到20℃之間B.氣溫隨高度增加平穩下降C.最低氣溫約為-80℃D.最高氣溫約為40℃課堂訓練BDC隨堂練習讀地球大氣的垂直分層圖（部分）。據此完成下面小題。10．①②③④四條曲線中，正確表示圖示大氣層氣溫垂直分布情況的是A．①B．② C．③ D．④11．6．影響該大氣層氣溫垂直變化的主要因素是A．地面輻射B．CO?氣體C．臭氧氣體 D．人類活動AC隨堂練習讀大氣垂直分