2.1 大气的组成和垂直分布

(设问)能否举周围事例，说明人类活动对大气组成的影响？

(学生回答)引导学生列举当地的以大气污染为主的工业企业来说明，如化工厂、钢铁厂、水泥厂或大的燃煤厂等，因为这些厂矿燃煤后会排放大量的二氧化碳，使大气中的二氧化碳含量不断增加。

(设问)现在有些冰柜在做广告时，为什么说是“无氟绿色冰箱”？

电冰箱、冰柜、空调等一些制冷设备，还有作为化妆品用的摩丝等的广泛使用，释放大量的氟氯烃化合物，使大气中的氟氯烃含量增加。氟氯烃化合物能消耗大气中的臭氧，使大气中的臭氧总量减少。

综上所述，由于人类活动排放到大气中的二氧化碳，使大气中的二氧化碳含量增多；氟氯烃化合物等含量的增多，消耗臭氧使臭氧含量减少。这些活动造成了大气组成成分比例的变化，甚至导致大气污染。尽管这种变化是缓慢的，但已构成对人体、生态环境乃至社会、经济各方面的危害。再者，由于人类活动排入大气中的这些污染物不受国界限制，因此造成的危害是全球性的。

(设问)我们应怎样对待人类活动对大气组成的影响这一问题？

(学生自由发言，教师简单总结)我们应以积极的态度来看待这一问题，从小做起，从身边做起，提高环保意识。对工厂来说，更新和改善生产设备，提高技术水平等措施，对工业排放的废气的治理能起到很好的效果。从整个人类生存与发展的共同利益出发，应采取国际间合作，采取有效措施来控制有害气体的排放量，以保护大气环境。为此，已召开过多次国际会议进行研讨。

(承转)以上我们了解了大气的组成成分及其作用，地球的周围包围着的大气是厚厚的，从地面向上，可延伸数千千米的高空。那么，这么高的大气层在垂直方向上有什么变化特点呢？这就是我们要了解的第二大问题。

二、大气的垂直分布(板书)

大气的组成成分在垂直方向上是有差异的，进而使得大气的温度、密度和大气运动状况等物理性质在垂直方向上有差异，特别是气温的差异决定空气的垂直运动状况。所以气温的垂直分布是划分大气各层的主要依据，也是大气各层最基本的特征。大气在垂直方向上可以划分为对流层、平流层和高层大气。

请学生读图2.1大气的垂直分层，并思考图下问题“对流层、平流层的气温随高度变化情况有何不同？”

(引导学生读图)首先，此图气温变化曲线特点是：向右侧转90°像英文字母“M”，向左侧转90°又像“W”。了解了图形特点后对气温的变化情况就容易分析。

(1)对流层大气温度随高度增加而递减；

(2)平流层大气温度随高度增加而增加；

(3)高层大气温度随高度增加先是降低，一定高度后又上升很快。

(承转)气温在垂直方向上有这样的变化特点，即各层大气具体有什么样的特征，下面我们一一来了解一下。

(一)对流层(板书)

对流层是紧贴地面的一层，整个大气质量的34和几乎全部水汽和固体杂质都集中在这一层。该层是大气中最活跃，与人类活动关系最密切的一层。人类就生活在对流层的底部。

对流层有以下特点：

(1)  气温随高度的增加而递减。

这主要是因为对流层大气的热量绝大部分直接来自地面，因此离地面愈高的大气，受热愈少，气温愈低。平均每上升100米，气温降低0.6℃，古诗中说“高处不胜寒”，原因就在于此。爬过山的同学可能也都有过这样的体会吧。

请同学们再计算这样一个题：假如我们在泰山脚下测得某时气温为15℃，我们知道泰山的高度为1500米，那么，此时泰山顶的气温大约是多少呢？

我们可依据上述的气温递减率来计算山顶的气温，在对流层内(十几千米以下，而泰山只有1500米)，高度每上升100米，气温下降0.6℃，那么，高度上升1500米，气温下降9℃，因此，泰山顶的气温应是15℃—9℃=6℃，可见，山上的气温比山下要低得多。

(2)  空气对流运动显著。

对流层上部冷下部热有利于空气的对流运动，该层的对流运动显著因此得名。低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高，可达17~18千米；高纬度地区受热少，对流层高度就低，仅8~9千米。 

(3)  天气现象复杂多变。 

近地面的水汽和固体杂质通过对流运动向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。(因气流上升导致降水的方式，除了空气的垂直对流运动外，空气在作水平运动时，遇到山地阻挡而被抬升，或是两种物理性质不同的气流相遇，暖空气沿锋面爬升，也能促使气流上升形成降水，这些内容将在后面学到)云、雨、雪等天气现象就发生在这一层。对流层与人类的关系最为密切。

(同学思考)

1.“为什么说对流层与人类关系最为密切？为什么几乎全部的水汽、固体杂质都集中在对流层？”

(学生发言，教师总结)因为人类就生活在对流层的底部，可以说是“人类之家”。与人们生活和生产活动紧密相关的各种天气现象(云、雨、雾、雪等)都发生在对流层。

由于大气中的水汽主要来自地球表面江、河、湖、海的蒸发以及植物的蒸腾，所以几乎全部水汽集中在距地面最近的对流层，尤其是对流层大气的底层。固体杂质的来源是多方面的，但主要还是来自地面，如火山喷发飘入大气的火山灰，被风从地面吹到空中的土尘，地面物体燃烧时进入大气的烟粒，以及各种人类活动造成的有机尘等，所以固体杂质也是大多集中于对流层大气的底层。

(承转)同学们再来看活动2.“为什么说平流层是人类生存环境的天然屏障？”就这个问题请同学们阅读课本“平流层”相关内容。

(二)平流层(板书)

1.平流层的范围：自对流层顶至50~55千米高度的范围为平流层。

2.读图2.1看平流层的特点：

(1)气温起初不随高度变化或变化很小，这是因为平流层气温基本不受地面影响；到30公里以上，气温随高度增加迅速上升，这是因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线而使气温升高。在22~27千米高度处，臭氧含量达到最大值，形成臭氧层。随着臭氧的增多，气温迅速增高。

(2)气流以平流运动为主。

平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流，大气以水平运动为主，该层因此而得名。

(承转)除上述两个基本特点外，平流层与人类的关系也很密切。如臭氧是“地球生命的保护伞”，而臭氧主要集中在平流层，可以说平流层是人类生存环境的天然屏障。同学们再看图2.1，平流层中有架大型飞机，那么为什么飞机是在平流层中飞行呢？

(学生回答，教师总结)该层水汽含量极少，天气晴朗，能见度好，大气平稳，有利于高空飞行。现在人们乘坐的大型飞机多是在平流层中飞行。

(设问)以上我们了解了平流层的特点以及与人类的关系，谁能回答一下活动2的问题？

(学生发言，教师总结)因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害，所以成为人类生存环境的天然屏障。

(承转)平流层顶以上的大气，气压很低，空气密度很少，被划为“高层大气”层。

(三)高层大气(板书)

根据人造卫星的探测资料，在2000~3000公里的高空，地球大气的密度已经与星际空间的密度非常接近，这个高度可以大致地看作是地球大气的上界。

在80~500千米的高空，大气处于高度电离状态，即在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大气中的氧和氮的分子被分解为离子，使大气处于电离状态，所以又叫电离层。电离层能反射无线电波，我们能听到很远地方电台的广播，就是电离层的作用。

(设问)同学们回忆一下上一单元学习中，什么地方提到电离层？

(学生回答，教师总结)太阳活动的耀斑爆发时发射的电磁波进入电离层，会引起电离层的扰动。此时在电离层的短波无线电信号会被部分或全部吸收，从而导致通讯衰减或中断。

［课堂小结］

通过本节课的学习，我们应该理解和掌握两大内容：第一，了解大气的组成及各部分的作用。正确认识大气的主要组成成分对人类生命活动及其生存环境的重大作用，反过来人类活动也会对大气组成成分带来影响，甚至是负面影响。第二，大气的垂直分布。气温的垂直分布是划分大气各层的主要依据，也是大气各层最基本的特征。我们应掌握各层的特点以及各层与人类活动的关系。