- 大气的组成和垂直分层
- 大气的组成
- 低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体，称为干洁空气。
| 组成成分 | 作用 | 干洁空气 | 氧（21%） | 是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质 | 氮（78%） | 地球上生物体的基本元素 | 二氧化碳 （0.038%） | 是绿色植物进行光合作用的基本原料，它吸收地面辐射的能力强，使气温升高 | 臭氧 | 能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温，对生物具有保护作用 |
- 二氧化碳二氧化碳体积分数的增加基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化（主要是毁林）。
- 化石燃料燃烧，会释放二氧化碳；森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。
- 大气中二氧化碳和臭氧含量虽少，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。
- 大气中的水汽和杂质含量很少，却在天气变化中扮演重要角色。水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象；杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。
- 大气的垂直分层
- 划分依据：温度、运动状况及密度的差异。
- 大气自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气。
垂直分层 | 气温特点 | 大气运动 | 天气状况 | 与人类活动的关系 | 对 流 层 | 气温随高度的升高而递减 | 上部冷、下部热，有利于大气的对流运动 | 近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，在上升过程中随着气温降低，容易成云致雨，天气现象复杂多变。 | 人类生活在对流层的底部 与人类关系最为密切 | 平 流 层 | 气温随高度升高而升高 这是因为平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。 | 上部热、下部冷，主要以平流运动为主 | 该层大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好 | 适合航空飞行。 | 平流层以上的大气统称为： 高层大气 | 由于没有吸收紫外线的臭氧，气温会下降；随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在300千米的高空，温度可达1000℃以上。 | | | 在80-500千米的高空，有若干电离层。电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。 |
- 高层大气空气密度很小，在2000-3000千米的高空，大气的密度已经和星际空间的密度非常接近，这个高度可以看作是地球大气的上界。
- 目前，人类面临的全球性环境问题，如全球变暖、臭氧层破坏等，都需要国际合作才能解决。保护臭氧层的成功，成为全球合作成功解决这类问题的典范。
- 大气受热过程和大气运动
- 大气的受热过程
- 大气的受热过程
- 太阳辐射是地球大气最重要的能量来源。
- 太阳辐射在传播过程中，小部分被大气吸收或反射，大部分到达地球表面。（如下图中字母A所示）
- 到达地球表面的太阳辐射，被地面吸收和反射。地面因吸收太阳辐射而增温，同时又以长波辐射的形式把热量传递给近地面大气。（如下图中字母B所示）
- 从大气的受热过程来看，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源，对流层大气的热量主要也是来源于此。
- 大气对地面的保温作用
- 对流层中的水汽、二氧化碳等，吸收长波辐射的能力很强，大气在吸收地面长波辐射后会增温。
- 大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射方向相反，故称为大气逆辐射。
- 大气逆辐射把热量传给地面，一定程度上补偿地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。天空有云，特别是浓密的低云时，大气逆辐射更强。
保温过程 | 具体过程 | 热量来源 | 过程1 太阳暖大地 | 太阳辐射到达地面，地面吸收后增温 | 太阳是地面的直接热源 | 过程2 大地暖大气 | 地面增温后形成地面辐射，大气吸收后增温 | 地面是近地面大气的直接热源 | 过程3 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 | 通过大气逆辐射把热量还给地面 |
- 大气热力环流
- 大气热力环流
- 大气运动有垂直运动和水平运动之分。
- 大气的垂直运动表现为气流上升或气流下沉，大气的水平运动即是风。
- 由于地面冷热不均而形成的空气环流，成为大气热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式。
- 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，空气由高气压区流向低气压区。 - 大气热力环流是一种常见的自然现象。在一定条件下，地表的冷热差异会产生大气热力环流。台湾海峡两岸风向的日变化，反映了海陆间大气热力环流的日变化。
- 常见的热力环流
- 城市热岛环流
- 成因分析——“城市热岛”的形成
①城市中心区建筑密集，地面多硬化，吸收太阳辐射多，向大气传送的热量多。 ②城市中心区人口密集，产业发达，汽车数量多，人们生活、生产向大气释放的废热较多。 （2）影响与应用：城市规划时，一般把污染风险较大的工业布局在城市热岛环流的范围之外，避免这些工业企业排出的大气污染物，岁城市热岛环流从近地面流向城市中心区。 - 海陆风
- 白天，陆地增温快，海洋增温慢；夜晚，陆地降温快，海洋降温慢。海陆风就是海陆间昼夜温度差异引起的大气热力环流。
- 按如下步骤完成白天海陆间的大气热力环流模式图。
①标出海洋和陆地温度的高低。 ②根据海陆温度的高低，画出海洋与海洋上空、陆地与陆地上空气流垂直运动的方向。 ③根据气流垂直运动的方向，标出海洋、陆地表面气压的高低，再标出海洋、陆地上空气压的高低。 ④画出陆地和海洋之间的大气水平运动的方向，完成热力环流模式图。 - 大气的水平运动——风
- 地面受热不均，导致空气上升和下沉，进而使同一水平面上的气压产生了差异。单位距离间的气压差成为气压梯度。
- 水平面上存在了气压梯度，就产生了促使大气有高压区流向低压区的力，这个力成为水平气压梯度力。
- 在水平气压梯度力的作用下，大气从高压区向低压区作水平运动，这就形成了风。
- 水平气压梯度力是形成风的直接原因。
- 水平气压梯度力的方向垂直于等压线，由高压指向低压。
- 风一旦形成，马上就会受到地转偏向力的作用，使风逐渐偏离气压梯度力的方向。在北半球，风向向右偏转；在南半球，风向向左偏转。
- 由于地球自转，导致物体水平运动的方向发生偏转的力成为地转偏向力。
- 在近地面，风还会受到摩擦力的作用。摩擦力是指地面和空气之间，以及运动状况不同的空气层之间相互作用而产生的阻力。
- 摩擦力对风有阻碍作用，可以减小风速。
- 不同状态下的风向
风的 类型 | 作用力 | 受力及风向 | 名称 | 方向 | 受力作用分析 | 风向 | 理想状态的风 | 水平气压梯度力（F） | 垂直等压线，由高压区指向低压区 | | 垂直等压线，由高压区指向低压区 | 高空的风 | 水平气压梯度力（F1） | 垂直等压线，由高压区指向低压区 | | 当地转偏向力增大到与气压梯度力大小相等，方向相反时，风向与等压线平行 | 地转偏向力（F2） | 与风向垂直，北半球向右偏，南半球向左偏；只改变风向，不改变风速 | 近地面的风 | 水平气压梯度力（F1） | 垂直等压线，由高压区指向低压区 | | 当地转偏向力和摩擦力的合力与气压梯度力相平衡时，风向与等压线斜交 | 地转偏向力（F2） | 与风向垂直，北半球向右偏，南半球向左偏；只改变风向，不改变风速 | 摩擦力（F3） | 与风向相反 |
- 等压线的疏密程度反映了气压梯度的大小，等压线越密，气压梯度越大。
- 根据等压线确定风向和风速
①画出某点等压线的切线 ②比较切线两侧气压的高低，画出该切线的垂线，由高压指向低压。 ③判断南北半球（考虑地转偏向力，南左北右） ④判断近地面还是高空（近地面偏转45°，高空偏转90°） ⑤画出风向（风的来向即为风向） 本章要点 - 低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。干洁空气主要成分是氮气和氧气。
- 大气中的氧气、二氧化碳、水汽等对生命活动、自然环境具有重要作用，与人类活动有密切的联系。
- 根据温度、运动状况和密度，大气自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气。
- 人类生活在对流层的底部，并充分利用各层大气的特点开展相应活动。
- 太阳辐射加热地面，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
- 大气通过大气逆辐射对地面起保温作用。
- 地表冷热不均，形成大气热力环流。大气热力环流是大气运动的一种简单形式。
- 大气的水平运动即风。风主要受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的影响。
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