专题一：大气的受热过程与热力环流

专题一：大气的受热过程与热力环流（2013-9-14）

考

纲

点

击

大气受热过程

(1)大气的受热过程。

(2)大气保温作用的基本原理。

(3)大气热力环流的形成过程。

一、大气的组成及其作用

1、低层大气的组成：干洁空气、水汽、固体杂质

补充：大气成分的变化

①大气中的水汽和固体杂质的含量因时因地而异

例：地面有植被覆盖，水汽含量增多，而固体杂质含量变少。我国北方地区冬春季节，气候干旱，大气中水汽含量少，而固体杂质多。

②人类活动对干洁空气成分比例的影响

例：人类活动燃烧矿物燃料（煤、石油、天然气），使大气中的CO2增多。冰箱、冰柜的广泛使用，大气中的氟氯烃含量增多（制冷工业发展以前，大气中没有氟氯烃化合物），氟氯烃能破坏大气中的臭氧，使大气中的臭氧减少。

③保护大气环境

2、大气的垂直分层：

( 1 ) 对流层：大气底层，厚度随季节和纬度变化；气温随高度递减；各层中最薄，但集中了大气质量的3/4和几乎全部的水汽和杂质；空气对流强烈，天气复杂多样。

（2）平流层：大气中臭氧的主要分布区。因其大量吸收太阳紫外辐射，所以气温随高度递增。空气做平流运动，大气平稳，天气晴朗，有利于航天飞行。

( 3 ) 高层大气：从平流层顶到3000千米的高空范围。密度小，与星际空间接近。该层中有大量离子和自由电子，构成电离层。电离层能够反射无线电波。

二、大气受热过程

补充：1、大气对太阳辐射的削弱作用

2、大气对地面的保温效应

弄清地面辐射与大气辐射之间的关系是理解大气保温效应的关键。如下图： (1)大气吸收地面辐射增温：对流层大气中的水汽和二氧化碳，对地面长波辐射具有很强的吸收能力。大部分的地面辐射被吸收而增温，然后它再以辐射、对流的方式向高层大气传送热量。所以说，地面辐射是对流层大气的主要的直接热源。

(2)大气逆辐射对地面起到保温作用：近地面大气吸热增温后，也向外进行辐射，叫大气辐射。大气辐射中一小部分向上，散失到宇宙

空间；其余绝大部分是向下的，因其与地面辐射的方向相反，称为大气逆辐射。大气逆辐射使得大气把从地面辐射中获取的热量还给了地面，所以说大气对地面起着保温效应。

作用 形式 参与作用

的大气成分

波长段 作用特点 实例 吸收

臭氧 (平流层) 紫外线

吸收强烈，有选 择性，对可见光 吸收得很少

平流层气温 随海拔高度 增加而上升

水汽、CO 2

(对流层)

红外线 反射 较大颗粒 尘埃、云层 各种波长同

样被反射

无选择性，云层

越厚，反射越强

夏季多云的

白天，气温不

会太高(偏低) 散射

空气分子、 微小尘埃

波长较短的

可见光(蓝 光、紫光) 向四面八方散 射，有选择性 晴朗的天空 呈蔚蓝色 颗粒较大的

尘埃、雾粒、

小水滴

各种波长同

样被散射 无选择性

阴天的天空 灰蒙蒙的

大气上界

地面

太阳辐射

地面吸收

大气吸收

地面增温

地面辐射

大气

吸收

射向宇宙空间

射向宇宙空间

大气辐射射向地面

二、大气受热过程

“太阳暖大地”“大地暖大气”

“大气还大地”

大气增温

根据所学知识解释自然现象：

（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？ （大气对太阳辐射的散射作用）

（2）为什么晴朗的正午天空呈蓝色，早晚呈红色？

（正午太阳高度大，穿过路程短，仅蓝光被散射掉，因而天空呈蓝色；早晚阳光斜射，穿过路程长，短波各色光皆被散射，剩下红光投射地面，阳光红似火，地平线附近的天空呈红色霞光）

（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？ （赤道地区空气对流旺盛，多云雨，云量多，大气的反射作用强的原故）

3、大气热力作用与自然现象的事例

对流层大气温度随高度升高而降低——对流层大气热量主要来自地面辐射。 平流层大气温度随高度升高而升高——平流层的臭氧大量吸收太阳紫外线。

夏季多云的白天气温比晴朗的白天低——云层具有反射作用，削弱到达地面的太阳辐射。 多云的夜晚比晴朗的夜晚气温高——大气逆辐射强，可以减少地面热量的损失。 晴朗的天空呈现蔚蓝色、霞、日出前和日落后天空明亮等—大气对太阳辐射的散射作用。 树阴下，空间中无阳光直射仍然明亮——散射作用。

冬季风速较大——因低纬度与高纬度相比，太阳高度大且白昼长，所以南北温差大，导致风速大。

晴天气温日较差大—白天晴朗，获得太阳辐射多，夜间大气逆辐射弱，地面热量损失大。 交通信号中“红灯停”——红光的波长较长，难被散射，穿透力强，以红灯为停止的信号灯更为醒目。

有经验的农民利用人造烟幕在深秋、初冬为防止蔬菜、作物被霜冻冻坏——在夜晚增加了云量，增强了大气逆辐射，从而达到保温作用。

旭日和夕阳，朝霞和晚霞呈红色——日落日出前后，太阳高度角小，太阳辐射经过的大气路径长，大气对太阳辐射的散射作用强，波长较短的可见光都被散射了，只有波长较长的红光、橙光透射下来。因此旭日和夕阳呈红色，投射到云朵上也使其被染成红色，因此旭日和夕阳，朝霞和晚霞均呈红色。

4、大气热力作用原理的应用

地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用，既降低了白天的最高气温，又提高了夜间的最低温度，从而减小了气温的日较差，使地球表面的均温提高了15℃，对适宜人类生存环境的形成，具有十分重要的意义。 (1)解释温室气体大量排放对全球变暖的影响。

(2)分析农业实践中的一些现象：利用温室大棚生产反季节蔬菜；利用烟雾防霜冻；果园中

铺沙或鹅卵石在防止土壤水分蒸发的同时能增加昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。 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，减少夜晚地面辐射损失的热量，对地面起到保温作用，所以可防御霜冻）

温室气体排放增多→大气吸收地面辐射增多→大气逆辐射增强，保温作用增强→

气温升

高，全球变暖

5、昼夜温差大小的分析

分析昼夜温差的大小要结合大气受热过程原理，主要从地势高低、天气状况、下垫面性质几方面分析。

(1)地势高低：地势高→大气稀薄→白天大气的削弱作用和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。

(2)天气状况：晴朗的天气条件下，白天大气的削弱作用和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。

(3)下垫面性质：下垫面的比热容大→地面增温和降温速度都慢→昼夜温差小，如海洋的昼夜温差一般小于陆地。

三、逆温现象

1、含义及类型:

一般情况下，对流层温度上冷下暖,气温随高度增加而递减，平均垂直递减率为-0.6℃/100米。如果出现气温随高度增加垂直递减率小于-0.6℃/100米或者气温上升都可以看作是逆温现象。

（1）辐射逆温：

随着地面辐射冷却速度加快，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强。一般日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上消失。

夏季夜短，逆温层较薄，消失较快；冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。

（2）平流逆温：

当暖空气水平移动到冷却的地面、水面或气层之上时，底层空气因受下垫面的影响而迅速降温，上层空气因距离较远，降温较慢，于是产生逆温。逆温的强弱，主要由暖空气和地面的温差决定。温差越大，逆温越强。冬半年，在中纬度的沿海地区，因为那里海陆的温差显著，当海上暖空气流到大陆上时，常常出现平流逆温。

（3）地形逆温：

常发生在山地、盆地和谷地中。由于山坡散热快，山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温主要是在一定的地形条件下形成的，所以称为地形逆温。如美国的洛杉矶因周围三面环山，每年有两百多天出现逆温现象。

（4）锋面逆温：

对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度小，爬升到冷空气的上面，两者之间形成一个倾斜的过渡区即锋面。在锋面上，如果冷暖空气的温度差比较显著，也可出现逆温。

2、逆温产生的影响:

利：由于逆温的出现会阻碍空气垂直对流的发展，所以逆温的好处有：

①可以抑制沙尘暴的发生，因为沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流运动。

②逆温出现在高空，对飞机的飞行极为有利。因为飞机在飞行中不会有大的颠簸，飞行

平稳。同时，万里晴空提高了能见度，使飞行更加安全。

不利影响：

（1）对环境影响：空气对流运动被抑制，加重大气污染，妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散

（2）对天气影响：易产生大雾天气、阴雨天气（锋面逆温）、冻雨天气

（3）对交通影响：能见度降低，地面湿滑

例题1：我国四川盆地是有名的雾区，重庆冬季无云的夜晚或早晨，几乎80%是雾日，有时终日不散，有“雾都”之称。根据下述资料，结合所学知识，回答(1)～(3)题。

资料一雾是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1千米的现象。雾多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间或清晨。

(1)辐射雾和平流雾中，具有明显季节性特征的是________雾。

(2)气象谚语“十雾九晴”中的“雾”一般指____________雾。

(3)重庆的雾大多属于辐射雾还是平流雾？分析形成原因。

这种雾是辐射雾，主要是因为晴天的辐射升温和降温幅度大导致空气中的水气饱和度变化幅度大引起的。具体说明如下：晴天时，由于缺少云层的保温作用，因此下垫面的昼夜温差大。当白天温度高时，空气中容易积聚气态水；而在辐射降温后的夜间到太阳初出时间段里（即夜晚到早上6点左右），气温日变化达到最低点，空气中的水气饱和度容易骤降，使超过饱和度的水气与凝结核（低空扰动的灰尘之类）凝结成水汽而成雾。所以说大部分的雾发生在晴天，这叫辐射雾；而另一部分的雾，比如锋面雾、蒸汽雾、平流雾的成因并不需要发生在晴天，那些雾是受更大的天气系统影响，发生概率较低，因此“十雾九晴”。

补充：江南冬、春多雾日，且有“十雾九睛”的农谚。那么，“十雾九晴”的科学道理是什么呢？

形成雾的条件有三个：一是近地层的水汽比较充足；二是空气中要有较多的凝结核；三是空气中的水汽要能够达到过饱和。一般情况下，近地层的水汽是较充足的。凝结核，如尘埃、烟粒等，空气中是具备的。关键在第三个条件，即空气中的水汽能否达到过饱和。在一定温度下，空气能容纳的水汽是有限度的，超过了这个限度，空气中的水汽就达到了过饱和;或者水汽不增加，温度下降到一定程度，空气也可以达到过饱和。在一些近地层水汽较充足的日子里，夜空晴朗，风速较小，有利于地面辐射降温，使近地层原来不饱和的空气达到过饱和，雾就形成了。翌日，日出后，气温上升，过饱和状态逐渐结束，雾也就逐渐消散，天气晴好。所以有“十雾九晴”之说。这种雾主要是由地面辐射降温形成的，故称为辐射雾。“十雾九晴”中的雾绝大多数就是辐射雾。

有时，到上午九十时，雾也难以消散，农谚又有“雾难收，将变天”之说。冬春季，江南上空如果有较强的西南气流，孟加拉湾或南海上空充沛的水汽大量涌入，使原不饱和

的空气达到过饱和，从而形成雾，这种雾称为平流雾。平流雾由于能够得到水汽补给，所以难以消散。到达江南上空的暖湿气流如果与北方南下的冷空气相遇，将使江南地区转阴雨天气。所以“雾难收，将变天”也是有一定的道理的。雾对军事和交通运输的影响都较大。雾，特别是浓雾，会大大地降低能见度，使驾驶人员及行人难以及时判断前方的情况，容易造成各种恶性事故。雾天行车应降低车速，机场要进行局地人工消雾等。气象部门逐步掌握天气变化的规律，积极地开展雾日的专业专项预报服务也是很有意义的。

四、热力环流

1、大气运动的根本原因：太阳辐射能的纬度分布不均，造成高低纬度间的温度差异。

2、热力环流的形成过程

近地面冷热不均―→空气的垂直运动(上升或下沉)―→同一水平面上存在气压差异―→空气的水平运动―→形成热力环流。如下图所示：

例题1、读“大气环流示意图”，回答(1)～(2)题。

(1)若此图表示大气热力环流示意图，下列说法正确的是 ( )

A．气压a地低于b地 B．气温a地低于b地

C．若该环流发生在城市地区，则a是市区，b是郊区

D．若该环流发生在沿海地区，则a是陆地，b是海洋

(2)若此图为冬季海陆间热力环流图，则( )

A．a为海洋 B．b为陆地

C．③为陆风 D．③为海风

答案：(1)B (2)C

3、等压面的判读技巧

结合下图说明阅读等压面图的基本技巧和应注意的问题：

(1)从等压面的定义看，PA′＝PB′

＝1 000 hPa，PD′＝PC′＝500 hPa。

(2)从高压的概念看，在空气柱L1、L2

中，距离地面愈近，上方空气柱越长，则气

压值越高，所以气压值随海拔高度的升高而

递减，即PA′>PA，PD>PD′，PB>PB′，PC′>PC。由此我们可以总结出气压与海拔高度之间的关系是气压随海拔高度的升高而降低。

（3)A点相对于B点、C点相对于D点来说都是低压区，其附近等压面向下凹陷；B、D 两点为高压区，等压面向上凸起。由此我们总结出同一水平面气压高低与等压面形状之间的关系是“凸高凹低”。

(4)综合以上分析，A、B、C、D四点气压值从大到小的排序应为PB>PA>PD>PC，进而可知图示地区的大气环流流向为B―→A―→D―→C。

(5)等压面的凸凹，主要跟下垫面的冷热有关。A、B两处的气压差异是由地面热力状况的差异引起空气的上升、下沉运动所致。地面温度较高处，空气受热膨胀上升，地面气压较低；地面温度较低处，空气冷却收缩下沉，地面气压较高。因此我们可以根据地面气压高低，反推地面的冷热状况。A处近地面气压低，说明空气受热上升，从而得出该地地面温度较高的结论。

补充：等温线的弯曲规律

4、常见的热力环流形式及其影响

热力环流是一种最简单的大气运动形式。海陆热力性质不同，山谷、山坡冷热不均，人类活动都有可能导致热力环流的形成。具体分析如下所示：

(1)海陆风

影响海陆风：使滨海地区气温日较差减小，降水增多。

(2)山谷风

影响山谷风：在山谷和盆地常因夜间的山风吹向谷底，使谷底和盆地内形成逆温层，阻碍了空气的垂直运动，易造成大气污染。

(3)城市热岛环流

影响城市风：一般将绿化带布置于气流

下沉处及下沉距离以内，将卫星城或污染较重

的工厂布局于下沉距离之外。

补充：城市热岛效应的原因小结

首先，是受城市下垫面特性的影响。城市

内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面吸热快而热容量小，升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。

此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。

另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。

城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。

补充：巴山夜雨

夜雨是指晚八时以后，到第二天早晨八时以前下的雨。“巴山”是指大巴山脉，“巴山夜雨”其实是泛指多夜雨的我国西南山地（包括四川盆地地区）。这些地方的夜雨量一般都占全年降水量的60%以上。例如，重庆、峨眉山分别占61%和67%，贵州高原上的遵义、贵阳分别占58%和67%。我国其他地方也有多夜雨的，但夜雨次数、夜雨量及影响范围都不如大巴山和四川盆地。

西南山地为什么多夜雨呢？主要有以下两个原因：

一是：西南山地潮湿多云。四川西接青藏高原，盆地四周为群山所环抱，地形闭塞，气流不畅，且终年空气均较潮湿，云多雾重。云层对地面具有保温作用，夜间云层下部的温度不至于降得过低；云层上部，由于云层本身的辐射散热作用，使云层上部温度偏低。这样，在云层的上部和下部之间便形成了温差，大气层结不稳定，偏暖湿的空气上升形成降雨。

二是：西南山地多准静止锋。云贵高原对南下的冷空气，有明显的阻挡作用，因而我国昔年山地在冬半年常常受到准静止锋的影响。在准静止锋滞留期间，锋面降水出现在夜间和清晨的次数占相当大的比重，相应地增加了西南山地的夜雨率。

补充：华西秋雨

概念：华西秋雨是我国西部地区秋季多雨的特殊天气现象。

分布：主要指渭水流域、汉水流域、重庆、川东、川南东部等地区的秋雨。

成因：秋季频繁南下的冷空气与滞留在该地区的暖湿空气相遇，使锋面活动加剧而产生较长时间的阴雨。平均来讲，降雨量一般多于春季，仅次于夏季，在水文上则表现为显著的秋汛。秋雨的年际变化较大，有的年份不明显，有的年份则阴雨连绵，持续时间长达一月之久。

华西秋雨是四川盆地的一个显著的气候特色。四川盆地，秋季平均每月的雨日数，大约在13～20天左右，即平均每三天有一天到两天有雨，较同时期我国其他地区明显为多，但盆地里秋季降水的强度在一年四季里是最小的，也就是说，秋季降水以小雨为主，是典型的绵绵秋雨。

（课堂练习及课后练习另附）