师:同学们好,今天我们一起来学习人教版高一地理必修一第二章第二节《大气受热过程和大气运动》。这部分内容将分三个课时进行,今天学习第一课时。首先,了解一下课程标准:运用示意图说明大气受热的过程,并解释相关现象。本课时,我们要学会运用示意图说明大气的热量来源,描述大气受热的过程,指出大气受热的各个环节,并用原理解释相关现象。
师:接下来正式进入课时学习。同学们,要是在月球上做天气预报,会是什么样呢?我们来看一则小视频。
(播放视频)
师:视频看完了,为什么月球上昼夜温差如此之大?为什么人们想在月球上建太阳能发电厂?有同学可能会说,地球有大气,而月球没有,那大气起到了什么作用呢?希望接下来关于大气受热过程的学习,能帮我们弄清楚这些问题。
师:大气中的一切物理过程都伴随着能量的转换,太阳辐射是地球大气最重要的能量来源。太阳辐射的能量以电磁波的形式源源不断地传向地球。在到达地表之前,它要穿过一层厚厚的大气层,大气层会产生何种作用呢?大气像遮阳伞一样对太阳辐射有削弱作用,分为三种形式:吸收、反射和散射。
师:平流层中的臭氧吸收紫外线辐射,对流层中的水汽和二氧化碳吸收红外线辐射,大气层对可见光的吸收很少,吸收作用是有选择性的。但反射作用没有选择性,各种波长的辐射都可能被云层、水汽和较大的尘埃反射。云层越厚反射越强,到达地面的太阳辐射越少,所以多云的白天气温一般不会太高。
师:散射作用主要是指空气分子和微小尘埃对可见光的散射。这种散射具有选择性,它们会选择可见光中波长较短的蓝光、紫光进行散射,所以晴朗的天空呈现出蔚蓝色。而阴天散射光长短波混合,呈现灰白色。黄昏时天空出现霞光,室内没有太阳照射的时候也是明亮的,这些都是生活中的散射现象。大气对太阳辐射的削弱作用,反射最强,散射次之,吸收最弱。
师:大气直接吸收太阳辐射而增温并不显著,约有一半的太阳辐射能透过大气层直接到达地面,被地面吸收和反射。地面吸收太阳辐射能后,温度升高,释放地面辐射,把热量传递给近地面的大气。大气吸收地面辐射之后,又会以对流传导等方式向高层大气传递能量,称作大气辐射。
师:在大气的受热过程中,太阳释放太阳辐射,地面释放地面辐射,大气释放大气辐射,这三种辐射有什么区别呢?由实验得知,物体的温度越高,辐射中最强部分的波长越短,反之则波长越长。从图中我们可以看出,太阳辐射能量最集中的部分是在可见光区,因此太阳辐射属于短波辐射。由于地球表面和大气的温度比太阳低得多,地面辐射和大气辐射的波长也就比太阳辐射的要长得多,相对而言,地面辐射和大气辐射为长波辐射。大气长波辐射的方向是向四面八方的,其中指向地面的部分会对地面起到保温作用。
师:具体来说,对流层中的水汽、二氧化碳等吸收长波辐射的能力很强,因此,地面辐射的长波辐射只有极少部分能穿过大气到达宇宙空间,绝大部分被对流层中的水汽、二氧化碳等吸收。大气在吸收地面长波辐射后增温,大气在增温的同时也向外辐射长波辐射。大气辐射除了一小部分射向宇宙空间之外,大部分向下射向地面,因为它的方向与地面辐射相反,所以称为大气逆辐射。大气逆辐射把热量传递给地面,这就在一定程度上补偿了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。
师:这就基本完成了大气的受热过程,我们一共分成三个环节:将地面吸收太阳辐射增温的过程称作“太阳暖大地”;将大气吸收地面辐射增温的过程称作“大地暖大气”;将大气逆辐射把大部分的热量归还地面的过程称作“大气还大地”。课本 34 页有一幅简易的彩图 2.9 描述大气的受热过程,希望同学们一起动手描绘一遍,来更加深刻地理解大气的受热过程。
师:纵观整个大气的受热过程,大气对太阳短波辐射吸收较少,太阳短波辐射大部分能够透过大气到达地面。大气对地面的长波辐射吸收较多,绝大部分地面长波辐射被大气截留,所以我们说地面长波辐射是近地面大气主要的直接的热源。大家知道“高处不胜寒”是如何形成的吗?正因为地面是近地面大气主要直接的热源,高处因离地面较远,所以接收到的地面辐射较少,因此“高处不胜寒”。正常情况下,海拔每升高 100 米,气温下降 0.6 摄氏度。
