高一地理必修一核心知识点解析：大气组成、垂直分层与热力作用全解

【来源：易教网 更新时间：2025-09-23】

学习地理，尤其是高中阶段的自然地理，常常让不少同学感到抽象、难懂。但其实，只要我们把知识点拆解清楚，结合生活现象去理解，很多内容就会变得生动而清晰。今天，我们就来系统梳理高一地理必修一中关于“大气的组成与垂直分层”以及“大气的热力作用”这两个重要模块的内容。

这些知识不仅是考试的重点，也与我们的日常生活息息相关。

一、大气由什么组成？

我们每天都呼吸着空气，但你有没有想过，空气到底是由哪些成分构成的？在地理学中，我们把低层大气的成分分为三大部分：干洁空气、水汽和固体杂质。

1. 干洁空气

干洁空气是指不含水汽和杂质的纯净空气，它主要由以下几种气体组成：

- 氮气（N）：约占78%。它是生物体蛋白质的重要组成部分，虽然我们不能直接吸收空气中的氮气，但通过植物和微生物的固氮作用，氮元素最终进入食物链，成为生命活动的基础。

- 氧气（O）：约占21%。这是我们维持生命活动所必需的气体。无论是人、动物还是植物的呼吸作用，都离不开氧气。

- 二氧化碳（CO）：虽然只占极小比例（约0.04%），但它在自然界中扮演着非常关键的角色。绿色植物进行光合作用时，需要吸收二氧化碳并释放氧气，因此它是光合作用的基本原料。同时，二氧化碳也是一种温室气体，参与大气的保温过程。

- 臭氧（O）：含量极少，主要集中在平流层。它能强烈吸收太阳辐射中的紫外线，保护地球上的生物免受伤害，因此被称为“地球生命的保护伞”。

2. 水汽

水汽是大气中唯一可以发生相变（气态、液态、固态）的成分。它的含量随地区、季节和天气变化而变化，通常在温暖湿润的地区含量较高。

水汽的重要性体现在：

- 参与云、雾、雨、雪等天气现象的形成；

- 在蒸发和凝结过程中吸收或释放热量，影响气温变化；

- 是水循环的重要组成部分。

3. 固体杂质

这些包括尘埃、花粉、火山灰、烟尘等微小颗粒。它们本身不参与化学反应，但在大气中起到了“凝结核”的作用——水汽只有依附在这些微粒上，才能凝结成小水滴或冰晶，进而形成云和降水。

所以，没有固体杂质，也就很难形成降雨。这一点可能很多人没想到，但却是“成云致雨”的必要条件。

二、大气是如何分层的？

如果你乘坐飞机上升，会发现随着高度增加，气温、气压、空气运动方式都在发生变化。科学家根据这些变化，将大气从下到上划分为不同的层次。常见的划分是三层：对流层、平流层和高层大气。

1. 对流层 —— 我们生活的“舞台”

这是最靠近地面的一层，也是与人类关系最密切的一层。

- 高度范围：赤道附近约17–18千米，中纬度地区约10–12千米，极地约8–9千米。总体来看，温度越高，对流越强，对流层就越厚。

- 温度变化：随着高度增加，气温逐渐降低，平均每上升1千米，气温下降约6.5℃。这种现象叫做“气温直减率”。

- 空气运动：以对流运动为主。地面受热后，近地面空气升温膨胀上升，上层较冷空气下沉，形成垂直方向的空气循环。

- 天气现象：几乎所有的天气现象，如云、雨、雪、雷电、风等，都发生在这一层。因为这里有充足的水汽和强烈的对流运动。

简单来说，我们每天感受到的冷暖、刮风下雨，都是对流层里的“剧情”。

2. 平流层 —— 飞机的“高速公路”

位于对流层之上，大约从50到55千米的高度。

- 温度变化：与对流层相反，这里气温随高度升高而上升。主要原因是在这一层中存在一个“臭氧层”，它能吸收太阳紫外线并转化为热能，使得上部空气温度升高。

- 空气运动：以水平运动为主，气流平稳，很少有上下对流，因此被称为“平流”。

- 人类活动影响：

- 臭氧层吸收紫外线，保护地球生物；

- 气流稳定，适合高空飞行，民航客机通常在这一层底部巡航；

- 但人类排放的氟氯烃类物质会破坏臭氧层，导致“臭氧空洞”，这是一个需要关注的环境问题。

3. 高层大气 —— 无线电通信的“帮手”

从平流层顶继续向上，直到约3000千米的高度，统称为高层大气。

- 电离层：位于约80–500千米的高度，含有大量带电粒子（离子和自由电子）。它有一个重要功能：能够反射短波无线电波，使无线电信号可以绕过地球曲面传播到远距离，实现远距离通信。

- 在太阳活动剧烈时，电离层会受到干扰，影响通信和导航系统，甚至导致极光现象。

值得一提的是，人造卫星、空间站等航天器大多运行在高层大气之外的宇宙空间中，但发射过程中必须穿过这一层。

三、太阳光是怎么被大气处理的？

太阳辐射是地球能量的根本来源。但太阳光并不是全部都能到达地面，它在穿过大气时会被不同程度地削弱。这个过程主要通过三种方式实现：吸收、反射和散射。

1. 吸收作用 —— 有选择地“吃掉”某些光线

大气中的某些成分会选择性地吸收特定波长的太阳辐射：

- 臭氧：主要吸收紫外线，保护地表生物；

- 水汽和二氧化碳：主要吸收红外线；

- 可见光：大部分能穿过大气，被地面吸收。

正因为这种选择性吸收，太阳光中的有害部分被过滤掉，而有利于植物生长和人类视觉的可见光则顺利抵达地面。

2. 反射作用 —— 把阳光“弹回去”

云层和大气中的大颗粒物（如尘埃）会将一部分太阳辐射直接反射回太空。这种反射没有选择性，所有波长的光都会被同等程度地反射。

举个例子：夏天多云的白天，虽然太阳仍在，但气温不会特别高，就是因为厚厚的云层反射了大量阳光，减少了地面接收到的能量。

3. 散射作用 —— 让天空变成蓝色

散射是指阳光遇到微小颗粒或气体分子时，向各个方向分散的现象。它的特点是具有选择性：波长越短的光越容易被散射。

太阳光中，蓝光和紫光的波长最短，最容易被散射。虽然紫光散射更强，但人眼对蓝光更敏感，且太阳光中蓝光含量比紫光多，所以我们看到的晴朗天空呈现蔚蓝色。

到了日出和日落时，太阳斜射穿过更厚的大气层，蓝光被大量散射掉了，剩下波长较长的红光、橙光穿透过来，因此天空呈现红色或橙色的美丽景象。

四、大气如何给地球“保暖”？

白天太阳照耀，地面升温；夜晚没有太阳，地面应该迅速降温才对。可为什么很多地方夜间并不会变得极冷？这就要归功于大气的“保温效应”。

这个过程可以分为三步来理解：

第一步：地面吸收太阳辐射并升温

太阳短波辐射穿过大气，大部分被地面吸收，使地面温度升高。

第二步：地面以长波辐射的形式向外释放热量

地面变热后，会以红外线的形式向外辐射能量，这种辐射称为“地面辐射”，属于长波辐射。

第三步：大气吸收地面辐射并产生逆辐射

大气中的水汽和二氧化碳等温室气体，能够强烈吸收地面发出的长波辐射，从而使大气自身增温。然后，大气也会向外辐射能量，其中一部分能量是朝向地面的，称为“大气逆辐射”。

正是这部分逆辐射，把热量重新返还给地面，减缓了地面的降温速度，起到了类似“保温毯”的作用。

这种机制就是常说的“温室效应”。注意，温室效应本身是自然现象，是地球维持适宜温度的必要条件。如果没有它，地球平均气温将降至-18℃左右，生命难以生存。

但我们也要警惕人为增强的温室效应。由于人类大量燃烧化石燃料，排放出过多的二氧化碳等温室气体，导致大气保温能力过强，引发全球气候变暖，这才是当前需要应对的问题。

五、空气为什么会流动？——热力环流与风的形成

你有没有想过，风是怎么来的？其实，风的本质就是空气的水平运动，而这种运动的根源在于“冷热不均”。

1. 热力环流：大气运动的起点

假设有一块陆地和一片湖泊，在阳光照射下，陆地升温快，空气受热上升，形成低压区；而湖面升温慢，空气相对较冷，下沉形成高压区。

这时，近地面的空气就会从高压区（湖面）流向低压区（陆地），而高空的空气则从陆地上方向湖面上方流动，形成一个闭合的环流圈。这就是最简单的热力环流。

生活中常见的“海陆风”、“山谷风”都是热力环流的具体表现。

2. 风是如何形成的？——从力的角度分析

当空气开始水平运动时，就形成了风。风的方向和速度受到多个因素影响，主要包括：

（1）水平气压梯度力

这是风形成的原始动力。只要有气压差，就会产生从高压指向低压的力。在这个力的作用下，风最初是垂直于等压线吹的。

（2）地转偏向力

由于地球自转，运动的物体在北半球会向右偏，在南半球向左偏。这个力不影响风速，只改变风向。当它与气压梯度力平衡时，风向会与等压线平行，这种情况常见于高空。

（3）摩擦力

近地面的空气还会受到地面摩擦的影响，这个力会减小风速，并使风向偏向低压一侧。因此，在近地面，风向通常与等压线成一定夹角，但仍从高压指向低压。

：

- 气压梯度力决定风的起始方向；

- 地转偏向力使风向发生偏转；

- 摩擦力让近地面风速减小、风向斜穿等压线。

另外，等压线越密集，表示气压梯度越大，风力也就越强。这也就是为什么天气预报中常说“等压线密集区域风力较大”。

六、这些知识能帮我们理解什么？

学完这些内容，你会发现地理并不是死记硬背的学科，而是可以帮助我们解释身边现象的工具。

比如：

- 为什么赤道地区对流层更厚？因为那里太阳辐射强，地面温度高，对流更旺盛。

- 为什么坐飞机时飞得越高反而越平稳？因为进入了平流层，气流以水平为主。

- 为什么阴天白天不太热？因为云层反射了大量太阳光。

- 为什么冬天晚上容易结霜？因为晴朗无云的夜晚，大气逆辐射弱，地面散热快。

掌握这些原理，不仅能应对考试中的图表题、分析题，还能提升你对自然世界的感知力。

高一地理必修一的内容看似抽象，但只要抓住“能量传递”和“物质运动”这两条主线，就能理清思路。大气的组成决定了它的性质，垂直分层反映了不同高度的物理特征，而热力作用和风的形成则是能量驱动下的动态表现。

建议同学们在学习时多结合示意图，比如课本第29页的大气垂直分层图、热力环流示意图、等压线图等，动手画一画、标一标，理解会更加深刻。

地理的魅力，在于它连接着宇宙与生活。愿你在探索大气奥秘的过程中，既能收获知识，也能感受到自然的奇妙。