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2.3 大气环境-对流层大气的受热过程


第三节

大气环境
—对流层大气的受热过程

大气的组成和垂直分层
(一) 大气的组成 大气是多种气体的混合物。低层大气主要由干洁空气、 水汽和固体杂质三部分组成。
大气组成
主要 成分 氮气 氧气 臭氧 二氧化碳

主要作用
地球上生物体的基本成分

/>维持生命活动的必需物质
吸收紫外线,地球生命保护伞 光合作用原料,保温地面

干洁空气 次要 成分
水汽

成云致雨的必要条件,对地面有保温作用

固体杂质 成云致雨的必要条件,增加空气中的凝结核

(二) 大气的垂直分层
根据温度、密度和大气运动状况将大气分为:对流层、 平流层和高层大气三层。
高度(千米)

宇宙火箭

人造卫星

先降低后增加 高层大气

极光
流星

80-500km高空存在若干电 离层,对无线电通信有重 要作用。 22-27km高度处,臭氧含量 达最大值,形成臭氧层;平 流运动为主,大气稳定。 气温随温度增加而递减;对 流运动显著;天气现象复杂 多变。

50

上热下冷 平流层
积雨云

12

下热上冷 对流层
60

-100

-60

-20

20

气温(℃)

一、对流层大气的受热过程
(一) 大气对太阳辐射的削弱作用 大气对太阳辐射的削弱作用,主要表现为选择性吸收、 散射和反射。

想一想:

1.太阳辐射根据波长 共分为哪几个波段? 2.太阳辐射最强部分 的波长集中在哪个光 区? 3.为什么到达地面的 太阳辐射比到达大气上 界的要少?

大气对太阳辐射的吸收作用

从臭氧、 CO2和水 汽的吸收作用,可知大 气吸收具有什么特性? 选择性 为什么大气直接吸 收的太阳辐射能量是 很少的?

高 层 大 气 平 流 层 对 流 层

臭氧大量吸收紫外线 大气对太阳辐射中 能量最强的可见光吸收 CO2、水汽吸收红外线 很少,大部分可见光能 够透过大气到达地面。

地 面

大气对太阳辐射的反射作用 参与的大气成分:水汽、云层、浮尘 特点:无选择性 削弱各种波长的太阳辐射,例如夏季 多云的白天气温不太高。 大气对太阳辐射的散射作用 参与的大气成分:空气分子和微小尘埃

特点:具有一定的选择性 削弱波长较短的蓝、紫色光,例如晴朗 天空呈蔚蓝色。

有趣的自然现象—大气对太阳辐射的削弱作用
1. 日出前的黎明、日落后的黄昏以及阴天,天空为 什么仍是明亮的? 2. 根据所学的知识说明交通信号灯规定“红灯停, 绿灯行”,有什么科学依据? 3. 为什么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? 4. 为什么雨过天晴天空显得格外的蓝? 5. 为什么在树荫下,房间里,凡是阳光不能直接照 射的地方仍是明亮的? 6. 为什么晴朗的正午天空呈蓝色?早晚呈红色?

(二)地面辐射和大气辐射
太阳辐射
太阳以电磁波的 形式向宇宙空间放射 的能量。 太阳辐射称为 短波辐射。

大气和地面的 反射散射34% 大气上界

太阳辐射 100% 太阳常数 8.24J/cm2?min 大气吸收19%

大 气
地面吸收47%

地面辐射 地面吸收透过大气的太阳辐射后增温,同时又持续向 外(主要是向大气层)释放辐射能量,形成地面辐射。 属长波辐射,是对流层大气增温的直接能量来源。 大气辐射 大气吸收地面辐射的同时,也向外辐射能量,即大气 辐射。(一部分朝上射向高层大气和宇宙空间,一部分向 下射到地面,其中射向地面的大气辐射称为大气逆辐射。) 大气辐射属长波辐射,大气逆辐射会使地面增温,而 地面增温又加强了地面辐射(保温作用)。

大气的受热过程示意图
太 阳 辐 射 射 向 大气吸收、 地 反射、散射 面 近地面大气的直 接能量来自谁?

射向宇宙空间
大气上界 大 气 辐 射
射向地面

大 气 增 温

大气

吸收

地面受热增温

保持地面温度

地面

1.“太阳暖大地” 3.“大气还大地”

2.“大地暖大气”

为什么月球表面的昼夜温差比地球的大?
夜间,地面辐 射绝大部分热 白天,大气削弱了到达 量又被大气逆 削弱作用 地面的太阳辐射,气温 辐射还给地面, 白天,由于没有大气对太阳 不会太高 夜间由于没有大气的保温效 使气温不致降 辐射的削弱作用,月面温度 应,月球表面辐射强烈,月 得过低 升得很高,气温很高 面温度骤降,气温很低

大气 上界

月球

地球

白天: 月球表面气温高,地球表面气温低。 夜晚: 月球表面气温低,地球表面气温高。

有趣的自然现象
1. 夏季天空多云时,白天气温不会太高;多云的夜晚通 常比晴朗的夜晚温暖些。

白天多云,对太阳辐射 的削弱作用强。

夜晚多云,大气逆辐射作用 (保温作用)强。

2. 在晚秋和寒冬,为什么霜冻多出现在晴朗的夜晚? 因为晴朗的夜晚,天空少云或无云,大气逆辐射 弱,地面辐射的热量散失多,因此晚秋或寒冬晴朗的 夜晚地面气温很低,容易出现霜冻。
3. 在寒冬,为什么人造烟幕能起到防御霜冻的作用? 人造烟幕能增强大气逆辐射,对地面起到保温作 用,因此可防御霜冻。

4. 青藏高原比长江中下游平原气温日较差大的原因? ①离太阳近;②太阳高度角小;③云层高且夜晚长; ④地势高空气稀薄;⑤白天太阳辐射强;⑥夜晚大气逆 辐射强(选择题)

(三)影响地面辐射的主要因素
影响地面辐射的因素主要有:纬度因素和下垫面因素。 纬度不同的地区,年均正午太阳高度不同。太阳辐射强 度由低纬向两极递减。同样性质的地表,受到太阳辐射越强, 地面辐射就越强。

纬度低—太阳高度 大—经过的大气路程 短—大气削弱少 纬度高—太阳高度 小—经过的大气路程 长—大气削弱多
大气上界

B
A

想一想
为什么冬季我国北方温度很低? 为什么我国四川盆地是我国太阳辐射最低的地区?
下垫面因素:下垫面的状况不同,吸收和反射的太阳 辐射比例也不同。使地面辐射的变化,并不完全与纬度变 化一致。 其他因素:气象因素影响最大(年日照时数多少)。
太 阳 辐
84-95 50 29-35 20 22-32 10-15



26
14

7(平均) 2(赤道)

地面性质

沙土 黏土 浅色土 深色土 草地

耕地

新雪



海洋

海洋


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