高一地理必修一核心知識點解析：大氣組成、垂直分層與熱力作用全解

【來源：易教網 更新時間：2025-09-23】

學習地理，尤其是高中階段的自然地理，常常讓不少同學感到抽象、難懂。但其實，只要我們把知識點拆解清楚，結合生活現象去理解，很多內容就會變得生動而清晰。今天，我們就來系統梳理高一地理必修一中關于“大氣的組成與垂直分層”以及“大氣的熱力作用”這兩個重要模塊的內容。

這些知識不僅是考試的重點，也與我們的日常生活息息相關。

一、大氣由什么組成？

我們每天都呼吸著空氣，但你有沒有想過，空氣到底是由哪些成分構成的？在地理學中，我們把低層大氣的成分分為三大部分：干潔空氣、水汽和固體雜質。

1. 干潔空氣

干潔空氣是指不含水汽和雜質的純凈空氣，它主要由以下幾種氣體組成：

- 氮氣（N）：約占78%。它是生物體蛋白質的重要組成部分，雖然我們不能直接吸收空氣中的氮氣，但通過植物和微生物的固氮作用，氮元素最終進入食物鏈，成為生命活動的基礎。

- 氧氣（O）：約占21%。這是我們維持生命活動所必需的氣體。無論是人、動物還是植物的呼吸作用，都離不開氧氣。

- 二氧化碳（CO）：雖然只占極小比例（約0.04%），但它在自然界中扮演著非常關鍵的角色。綠色植物進行光合作用時，需要吸收二氧化碳并釋放氧氣，因此它是光合作用的基本原料。同時，二氧化碳也是一種溫室氣體，參與大氣的保溫過程。

- 臭氧（O）：含量極少，主要集中在平流層。它能強烈吸收太陽輻射中的紫外線，保護地球上的生物免受傷害，因此被稱為“地球生命的保護傘”。

2. 水汽

水汽是大氣中唯一可以發生相變（氣態、液態、固態）的成分。它的含量隨地區、季節和天氣變化而變化，通常在溫暖濕潤的地區含量較高。

水汽的重要性體現在：

- 參與云、霧、雨、雪等天氣現象的形成；

- 在蒸發和凝結過程中吸收或釋放熱量，影響氣溫變化；

- 是水循環的重要組成部分。

3. 固體雜質

這些包括塵埃、花粉、火山灰、煙塵等微小顆粒。它們本身不參與化學反應，但在大氣中起到了“凝結核”的作用——水汽只有依附在這些微粒上，才能凝結成小水滴或冰晶，進而形成云和降水。

所以，沒有固體雜質，也就很難形成降雨。這一點可能很多人沒想到，但卻是“成云致雨”的必要條件。

二、大氣是如何分層的？

如果你乘坐飛機上升，會發現隨著高度增加，氣溫、氣壓、空氣運動方式都在發生變化。科學家根據這些變化，將大氣從下到上劃分為不同的層次。常見的劃分是三層：對流層、平流層和高層大氣。

1. 對流層 —— 我們生活的“舞臺”

這是最靠近地面的一層，也是與人類關系最密切的一層。

- 高度范圍：赤道附近約17–18千米，中緯度地區約10–12千米，極地約8–9千米。總體來看，溫度越高，對流越強，對流層就越厚。

- 溫度變化：隨著高度增加，氣溫逐漸降低，平均每上升1千米，氣溫下降約6.5℃。這種現象叫做“氣溫直減率”。

- 空氣運動：以對流運動為主。地面受熱后，近地面空氣升溫膨脹上升，上層較冷空氣下沉，形成垂直方向的空氣循環。

- 天氣現象：幾乎所有的天氣現象，如云、雨、雪、雷電、風等，都發生在這一層。因為這里有充足的水汽和強烈的對流運動。

簡單來說，我們每天感受到的冷暖、刮風下雨，都是對流層里的“劇情”。

2. 平流層 —— 飛機的“高速公路”

位于對流層之上，大約從50到55千米的高度。

- 溫度變化：與對流層相反，這里氣溫隨高度升高而上升。主要原因是在這一層中存在一個“臭氧層”，它能吸收太陽紫外線并轉化為熱能，使得上部空氣溫度升高。

- 空氣運動：以水平運動為主，氣流平穩，很少有上下對流，因此被稱為“平流”。

- 人類活動影響：

- 臭氧層吸收紫外線，保護地球生物；

- 氣流穩定，適合高空飛行，民航客機通常在這一層底部巡航；

- 但人類排放的氟氯烴類物質會破壞臭氧層，導致“臭氧空洞”，這是一個需要關注的環境問題。

3. 高層大氣 —— 無線電通信的“幫手”

從平流層頂繼續向上，直到約3000千米的高度，統稱為高層大氣。

- 電離層：位于約80–500千米的高度，含有大量帶電粒子（離子和自由電子）。它有一個重要功能：能夠反射短波無線電波，使無線電信號可以繞過地球曲面傳播到遠距離，實現遠距離通信。

- 在太陽活動劇烈時，電離層會受到干擾，影響通信和導航系統，甚至導致極光現象。

值得一提的是，人造衛星、空間站等航天器大多運行在高層大氣之外的宇宙空間中，但發射過程中必須穿過這一層。

三、太陽光是怎么被大氣處理的？

太陽輻射是地球能量的根本來源。但太陽光并不是全部都能到達地面，它在穿過大氣時會被不同程度地削弱。這個過程主要通過三種方式實現：吸收、反射和散射。

1. 吸收作用 —— 有選擇地“吃掉”某些光線

大氣中的某些成分會選擇性地吸收特定波長的太陽輻射：

- 臭氧：主要吸收紫外線，保護地表生物；

- 水汽和二氧化碳：主要吸收紅外線；

- 可見光：大部分能穿過大氣，被地面吸收。

正因為這種選擇性吸收，太陽光中的有害部分被過濾掉，而有利于植物生長和人類視覺的可見光則順利抵達地面。

2. 反射作用 —— 把陽光“彈回去”

云層和大氣中的大顆粒物（如塵埃）會將一部分太陽輻射直接反射回太空。這種反射沒有選擇性，所有波長的光都會被同等程度地反射。

舉個例子：夏天多云的白天，雖然太陽仍在，但氣溫不會特別高，就是因為厚厚的云層反射了大量陽光，減少了地面接收到的能量。

3. 散射作用 —— 讓天空變成藍色

散射是指陽光遇到微小顆粒或氣體分子時，向各個方向分散的現象。它的特點是具有選擇性：波長越短的光越容易被散射。

太陽光中，藍光和紫光的波長最短，最容易被散射。雖然紫光散射更強，但人眼對藍光更敏感，且太陽光中藍光含量比紫光多，所以我們看到的晴朗天空呈現蔚藍色。

到了日出和日落時，太陽斜射穿過更厚的大氣層，藍光被大量散射掉了，剩下波長較長的紅光、橙光穿透過來，因此天空呈現紅色或橙色的美麗景象。

四、大氣如何給地球“保暖”？

白天太陽照耀，地面升溫；夜晚沒有太陽，地面應該迅速降溫才對。可為什么很多地方夜間并不會變得極冷？這就要歸功于大氣的“保溫效應”。

這個過程可以分為三步來理解：

第一步：地面吸收太陽輻射并升溫

太陽短波輻射穿過大氣，大部分被地面吸收，使地面溫度升高。

第二步：地面以長波輻射的形式向外釋放熱量

地面變熱后，會以紅外線的形式向外輻射能量，這種輻射稱為“地面輻射”，屬于長波輻射。

第三步：大氣吸收地面輻射并產生逆輻射

大氣中的水汽和二氧化碳等溫室氣體，能夠強烈吸收地面發出的長波輻射，從而使大氣自身增溫。然后，大氣也會向外輻射能量，其中一部分能量是朝向地面的，稱為“大氣逆輻射”。

正是這部分逆輻射，把熱量重新返還給地面，減緩了地面的降溫速度，起到了類似“保溫毯”的作用。

這種機制就是常說的“溫室效應”。注意，溫室效應本身是自然現象，是地球維持適宜溫度的必要條件。如果沒有它，地球平均氣溫將降至-18℃左右，生命難以生存。

但我們也要警惕人為增強的溫室效應。由于人類大量燃燒化石燃料，排放出過多的二氧化碳等溫室氣體，導致大氣保溫能力過強，引發全球氣候變暖，這才是當前需要應對的問題。

五、空氣為什么會流動？——熱力環流與風的形成

你有沒有想過，風是怎么來的？其實，風的本質就是空氣的水平運動，而這種運動的根源在于“冷熱不均”。

1. 熱力環流：大氣運動的起點

假設有一塊陸地和一片湖泊，在陽光照射下，陸地升溫快，空氣受熱上升，形成低壓區；而湖面升溫慢，空氣相對較冷，下沉形成高壓區。

這時，近地面的空氣就會從高壓區（湖面）流向低壓區（陸地），而高空的空氣則從陸地上方向湖面上方流動，形成一個閉合的環流圈。這就是最簡單的熱力環流。

生活中常見的“海陸風”、“山谷風”都是熱力環流的具體表現。

2. 風是如何形成的？——從力的角度分析

當空氣開始水平運動時，就形成了風。風的方向和速度受到多個因素影響，主要包括：

（1）水平氣壓梯度力

這是風形成的原始動力。只要有氣壓差，就會產生從高壓指向低壓的力。在這個力的作用下，風最初是垂直于等壓線吹的。

（2）地轉偏向力

由于地球自轉，運動的物體在北半球會向右偏，在南半球向左偏。這個力不影響風速，只改變風向。當它與氣壓梯度力平衡時，風向會與等壓線平行，這種情況常見于高空。

（3）摩擦力

近地面的空氣還會受到地面摩擦的影響，這個力會減小風速，并使風向偏向低壓一側。因此，在近地面，風向通常與等壓線成一定夾角，但仍從高壓指向低壓。

：

- 氣壓梯度力決定風的起始方向；

- 地轉偏向力使風向發生偏轉；

- 摩擦力讓近地面風速減小、風向斜穿等壓線。

另外，等壓線越密集，表示氣壓梯度越大，風力也就越強。這也就是為什么天氣預報中常說“等壓線密集區域風力較大”。

六、這些知識能幫我們理解什么？

學完這些內容，你會發現地理并不是死記硬背的學科，而是可以幫助我們解釋身邊現象的工具。

比如：

- 為什么赤道地區對流層更厚？因為那里太陽輻射強，地面溫度高，對流更旺盛。

- 為什么坐飛機時飛得越高反而越平穩？因為進入了平流層，氣流以水平為主。

- 為什么陰天白天不太熱？因為云層反射了大量太陽光。

- 為什么冬天晚上容易結霜？因為晴朗無云的夜晚，大氣逆輻射弱，地面散熱快。

掌握這些原理，不僅能應對考試中的圖表題、分析題，還能提升你對自然世界的感知力。

高一地理必修一的內容看似抽象，但只要抓住“能量傳遞”和“物質運動”這兩條主線，就能理清思路。大氣的組成決定了它的性質，垂直分層反映了不同高度的物理特征，而熱力作用和風的形成則是能量驅動下的動態表現。

建議同學們在學習時多結合示意圖，比如課本第29頁的大氣垂直分層圖、熱力環流示意圖、等壓線圖等，動手畫一畫、標一標，理解會更加深刻。

地理的魅力，在于它連接著宇宙與生活。愿你在探索大氣奧秘的過程中，既能收獲知識，也能感受到自然的奇妙。