大气的受热过程和热力环流（第二章大气2.1大气的垂直结构和大气受热过程）

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【考点讲解】

一、大气的垂直结构

大气层依据大气的温度、密度、和大气运动状况，自下到上依次分为：对流层、平流层和高层大气。

（一）对流层：

1.特点:对流层上部冷，下部热，有利于对流运动。气流上升过程中气温降低，水汽凝结，易成云致雨。云雾雨雪都发生在对流层。

2.对流层厚度变化：各层上界因纬度和季节而不同。

【纬度】:低纬度地区其上界为17-18公里；在中纬度地区为10-12公里；

高纬度地区仅为8-9公里。

【季节】:夏季的对流层厚度大于冬季。

记住最根本的原理：同一地点，海拔越高，气温越低，气压越低。

（二）平流层：

特点：平流层上热下冷，不易对流，以平流为主，适合航空飞行。

【上热下冷的原因】：平流层的臭氧（尤其是在30千米以上）吸收大量紫外线使得大气增温，导致平流层气温随着高度升高而升高。

（三）高层大气：

特点:高层大气的空气密度很小，在2000-3000千米的高空，空气经常散逸到宇宙空间，被认为是大气的上界。

存在若干电离层，电离层能够反射无线电波，对无线电通信具有重要影响。

（2018·湖南省高三一模）研究表明，青藏高原上空对流层顶的气压值与对流层顶的高度密切相关。下图示意青藏高原上空对流层顶各月多年平均的气压值变化。据此完成下列各题。

1．青藏高原夏季对流层顶气压最低，主要原因是该季节

A．植被恢复，吸收大气中C02最多 B．雨季来临，大气中水汽含量最高

C．全球变暖，大气对流运动最强烈 D．地表增温，近地面大气温度最高

2．对流层顶高度上升幅度最大的月份是

A．1月 B．4月 C．7月 D．11月

【答案】1．D 2．B

【解析】考查气温的垂直变化规律，温压关系。

1．对流层顶的高度，与近地面的大气温度有关，近地面大气温度越高，对流越旺盛，对流层顶的海拔也越高，海拔越高，导致气压越低。故青藏高原夏季对流层顶气压最低，主要原因是该季节地表增温，近地面大气温度最高，D对。植被恢复，雨季来临，全球变暖等不是主要原因，A、B、C错。故选D。

2．在垂直方向上，海拔升高，气压降低。在相同时间间隔内，对流层顶的气压值变化幅度越大，说明对流层顶的上升幅度越大。根据图中曲线，4-5月气压值变化最大，青藏高原地区对流层顶高度上升幅度最大的时段是4-5月，B对。A、C、D错。故选B。

二、大气的受热过程

（一）大气的受热过程分析：

学习大气的知识核心是掌握大气的运动。大气运动的过程本质是物质与能量的交换，在学习中要将这个理念贯穿。而产生大气运动的主要原因是由于地面受热不均。

图示：厘清太阳、地面、大气三者之间热量的传递过程。

【解读】：掌握大气的受热过程关键是厘清太阳、地面、大气三者之间热量的传递过程。太阳是热量的根本来源，地面是中间传递，但地面也是大气最主要、最直接的热量来源。辐射与温度有关，温度越高，波长越短。大气逆辐射在一天中都有，地面温度越高，大气逆辐射越强。但夜间大气的保温作用比较明显。

1.大气层的削弱作用：

（1）吸收作用：主要是看大气中成分的吸收作用

对流层中的对太阳辐射吸收得比较少；

平流层中的臭氧吸收太阳紫外线而增温。

（2） 反射作用：主要体现为云层对太阳辐射的反射。晴天辐射强，阴天辐射较弱。（联系昼夜温差）

（3） 散射作用：太阳光中的可见光容易被散射。（天的蓝色，太阳未出天已亮等）

2. 地面的吸收作用

绝大部分太阳辐射到达地面，地面吸收而增温。增温后又以地面长波辐射的形式向近地面大气传递热量。

3.大气增温及大气逆辐射

对流层中的CO2和水汽能强烈吸收地面的长波辐射而增温。

大气增温后向外传递热量，分别向高层大气和向地面。向地面那部分称之为大气逆辐射。对地面起保温作用。

注意：大气逆辐射在一天中都有，地面温度越高，大气逆辐射越强。但夜间大气的保温作用比较明显。

农业生产的运用：利用温室大棚生产反季节蔬菜，利用烟雾防霜冻；果园中铺沙或鹅卵石不但能防止土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。

（二）气温高低的影响因素

1.地气系统受热过程

（1）太阳辐射分布

（2）下垫面状况

下垫面指地球表面的特征，如海陆分布、地形起伏和地表粗糙度、植被、土壤湿度、雪被面积等等，它对气候的影响十分显著。

下垫面产生差异的主要原因在于地面的比热容及反射率。

【比热容】一般可以跟水汽进行联系。水汽含量较大，比热容较大。吸热慢，放热慢。

陆地和海洋就是最大的性质差异（海陆热力性质差异）；森林＞草地＞裸地。

【反射率】一般来说，深色土壤的反射率比浅色土壤小，潮湿土壤的反射率比干燥土壤小，粗糙表面的反射率比平滑表面小，陆地表面的平均反射率为10—35%，新雪面反射率最大，可达95%。

（3）大气保温

大气层本身具有保温作用，存在温室效应，存在温室气体（大气中能吸收地面反射的长波辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等）。

全球气候变暖与温室气体（主要是CO2）剧增有关；

【农业生产的运用】秋冬季节燃烧稻草、秸秆等制造烟雾；利用温室大棚生产反季节蔬菜；果园中铺沙或鹅卵石不但能防止土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。

水汽含量的变化主要从晴天与阴天；沿海与内陆两组关系的对比。保温作用强（主要指夜间），昼夜温差小，因此阴天、沿海地区昼夜温差小。

2. 与外界热量交换

（1）海洋影响

沿海地区受海洋的影响比较大，气温的日较差及年较差（比内陆地区）较小；

洋流：暖流增温增湿、寒流降温减湿。

（2）冷空气影响

冷空气一般来自于高纬度，冬半年比较活跃。受空气影响，气温下降。

（3）地形影响

地形对气温的影响：

①海拔越高，气温越低；

②高大地形往往对冷空气起屏障作用，因此山间盆地、河谷气温往往偏高；

③背风坡气流下沉，气温升高；

④阳坡、阴坡。

3.人类活动

（1）热岛效应

人类活动影响比较集中的是城市，城市排放出的热量较多，气温高。

（2）全球变暖

从全球的角度来看，人类活动排放出大量的温室气体，导致全球气候变暖。

（2019年新课标全国卷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为积云的云底高度。据此完成4—6题。

4．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

5．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

6．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

【答案】4．C 5．D 6．A

【解析】引导学生关注生活、思考生活、热爱生活，引导中学地理教学要教会学生运用地理知识和原理，分析生活现象，培养和提高学生运用地理学的视角和观点看待、分析和解决现实生活中问题的素养。试题以积云为切入点，"看云识天气"，身边地理无处不在。

4．大气对流过程中，温度较高、受热的地区空气膨胀上升，温度较低、冷却的地区空气收缩下沉，上升气流与下沉气流在不同的地区相间分布；气流上升，随海拔升高，气温降低，水汽渐渐冷却凝结形成积云；气流下沉，随海拔降低，气温升高，水汽难以冷却凝结，云层少。因此气流上升地区天空形成积云，而下沉地区天空无云（云量极少），而上升气流与下沉气流在不同的地区相间分布，使积云的分布被无云天空分割，分布呈间隔的团块状，没有连续分布，A错、C对；鱼鳞状、条带状都不是间隔分布的，B、D错。故选C。

5．积云由气流上升运动（对流运动）产生，而气流上升运动与下垫面气温相关，近地面气温越高，空气越容易受热膨胀上升从而使空气中的水汽冷却凝结成云，即积云出现的频率越高；寒温带针叶林地带处于高纬寒带地区，全年气温较低，上升气流弱，积云极少出现，A错；温带落叶阔叶林地带和亚热带常绿阔叶林地带处于中低纬温带地区，夏季气温高，容易出现积云，但冬半年低温较低，积云出现频率小，B、C错；热带雨林地带处于低纬热带地区，全年气温高，盛行上升气流，积云出现的频率高，D对。故选D。

6．积云云底高度为"水汽开始凝结的高度"，当水汽的凝结高度由下垫面温度决定时，则下垫面温度越低，水汽开始冷却凝结的高度越低，积云云底的高度值也就越低。一天中，通常正午太阳高度角大，获得的太阳辐射较多，下垫面温度较高；日落前后，太阳辐射减弱、消失，下垫面温度较低，从日落到半夜再到日出前后，因没有太阳辐射（或极微弱）下垫面温度一直呈下降趋势，直到日出后太阳辐射逐渐增强，下垫面温度才开始慢慢回升。因此一天中，下垫面温度最低的时间多在日出前后，即积云的云底高度低值多出现在日出前后。故选A。

【扩展延伸】气温差异影响因素的判断

（三）气温高低的变化

1.气温日变化

一般情况下，一天中，最低气温出现在日出前后；

最高气温出现在午后2时(即当地地方时为14：00)左右。

【解读】以动态的视角进行分析，以热量传递环节为依托，说明温度变化的主体，日出前后，气温最低，太阳出来之后，地面温度上升，大气温度上升。地方时12时当地正午太阳高度角最大，太阳辐射最强；地面温度在13时达到最高；大气温度（气温）在14时达到最高。最高峰之后，地面和大气的温度均会下降，一直持续到日出之前。日落之后，太阳辐射消失，地面失去主要补给来源，大气逆辐射成为其主要能量来源。因此在夜间，大气逆辐射对地面的意义重大。

2.气温日较差一般规律

【解读】：气温的日较差主要是一天中的最高低温和最低气温比较。最高气温与太阳高度、天气晴朗有关；最低气温主要看夜间的保温效果。

地形分析日较差大小可以进行归纳：（尺度）大（海拔）高（温差）大；（尺度）小（海拔）低（温差）大。

3.气温年变化

【解读】太阳辐射最强的月份是与太阳直射点的移动有关。陆地比海洋的比热容小，吸热快，放热快。因此气温最高陆地比海洋提前，气温最低的时间则推后。

4. 气温年较差一般规律

【解读】气温的年较差主要是一年的夏季最高温和冬季最低温比较。与太阳直射点有关。

地形分析日较差大小可以进行归纳：（尺度）大（海拔）低（温差）大；（尺度）小（海拔）低（温差）大。

（2020年新高考浙江卷）下图为两极地区多年平均海冰面积年内变化图。完成第7题。

7．对比两极地区年内海冰消融速度差异，原因可能是（ ）

A．南极地区受西风漂流影响，海冰消融慢

B．北极地区受北大西洋暖流影响，海冰消融快

C．南极地区下垫面比热小，吸热升温快，海冰消融快

D．北极地区臭氧空洞小，太阳辐射强度大，海冰消融慢

【答案】C

【解析】温度高会导致海冰融化，左图8、9月份海冰面积最小，说明8、9月份气温高，应该北极附近；右图2月份海冰面积最小，说明2月份气温高，应该是南极附近。据图分析北极附近海冰3月份达到13百万km2，9月份达到5百万km2，6个月消融了8百万km2；南极附近海冰9月份达到16百万km2，2月份达到2百万km2，7个月消融了14百万km2；对比可知，应该是南极附近海冰消融速度快，AB错误。北极附近是海洋，南极附近是大陆，南极附近下垫面比热小，吸热升温快，导致海冰消融快，C正确。南极附近有臭氧层空洞，若北极地区臭氧层空洞小，到达地面的紫外线少，太阳辐射应该比南极较弱，D错误。故选C。

8．（2020年新高考天津卷）（9分）读图文材料，回答下列问题。

贵州省自然环境复杂多样，岩溶地貌广布，旅游开发是当地脱贫致富的重要途径。

（2）兴义气温年较差最大不超过______________℃。（1分）

（3）兴义与铜仁相比，冬季气温高，夏季气温低，分析其形成原因。（8分）

【答案】（2）16

（3）（兴义比铜仁纬度低，冬季获得太阳辐射量较大（正午太阳高度更大，昼长更长）；受冬季风影响较小。所以兴义气温较高。夏季，两地获得太阳辐射量相近（兴义正午太阳高度更大，昼长较短）；但兴义海拔较高。所以兴义气温较低。

【解析】（2）读图可知，兴义7月均温为20°C-22°C，1月均温为6°C-8°C，所以，兴义的气温年较差为12°C-16°C，最大不超过16°C。

（3）兴义与铜仁相比，冬季气温高是因为兴义所处的纬度比铜仁低，冬季正午太阳高度角更大，白昼时间更长，获得的太阳辐射量更多，所以兴义冬季气温高。兴义与铜仁相比，夏季气温高是因为夏季，兴义虽然正午太阳高度角更大，但是白昼时间更短，因此两地获得的太阳辐射量相近；但是，读图可知，兴义的海拔比铜仁高，所以，兴义夏季气温低。

（四）正温和逆温现象

1.原理：正常情况下，海拔每升高100米，气温下降0.6℃，但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称为逆温现象。

2.形成条件

3.辐射逆温的形成及消失过程图解

4.逆温的利与弊

①阻碍空气的对流运动，妨碍烟尘、污染物和水汽凝结物的扩散，有利于雾的形成并使能见度变低，导致大气污染更为严重。

②逆温并不是只有弊端，它的出现会阻碍空气垂直对流运动，带来以下好处：

a.抑制沙尘暴的发生，因为沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流运动；

b.逆温若出现在高空，对飞机的飞行极为有利，使飞机在飞行中不会有大的颠簸，同时也提高了能见度，使飞行更加安全。

在对流层中,气温垂直分布一般为"上冷下热",但有时会出现"上热下冷"的现象,我们称逆温。下图为某地某时刻对流层气温垂直分布状况示意图。读图完成9-10题。

9．下列关于图中①②③层的叙述．正确的是

A．①层海拔越高受地面影响越小,气温越低 B．②层因臭氧吸收紫外线,出现逆温现象

C．③层中有电离层可反射无线电波 D．③层空气稀薄,无云雨现象

10．对流层出现逆温时,空气中污染物不易扩散的主要原因是

A．人类排放污染物增多 B．抑制了①层空气的对流上升

C．增强了③层空气对流上升 D．阻挡了①层空气的水平运动

【答案】9．A 10．B

【解析】

9．由图可知，①层随着海拔升高，受地面影响越小，气温越低，A正确。图示①②③层表示对流层，云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层；而臭氧位于平流层，电离层位于高层大气，B、C、D错误。故选A。

10．空气中污染物不易扩散与逆温有关，不是因为人类排放污染物增多，A错误。读图可知，当逆温现象出现时，②层空气温度上热下冷，大气层结构稳定，抑制了①层空气对流上升，空气中的污染物得不到及时扩散，B正确。近地面污染物主要在①层，②层出现逆温对污染物扩散影响大，③层空气运动对污染物扩散影响不大，C错误。逆温主要是阻挡了空气对流运动，不会阻挡空气水平运动，D错误。故选B。

【简答必背】

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