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同学们好，我是北京师范大学附属实验中学的老师王涛。今天我们一起来学习第二章第二节大气受热过程和大气运动的第一课时大气的受热过程。说到大气受热过程，你首先会想到什么？是不是会想到大气受热的能量从哪里来？我们在课前给大家布置了这样一个调查任务，从生活感受出发，你觉得大气受热的能量来自哪里？查找证据加以证明。下面我们一起看看同学们的调查结果。第一个观点是能量来自太阳。这位同学截取了两张图来予以佐证，这是我们手机里头每天都可以看到的天气预报图，左侧是 8 月份的，右侧是 10 月份的。看来咱们同学还是挺有心的，日常比较关注天气变化，并留存资料。通过两张图的对比，我们可以看到，无论是 8 月份还是 10 月份，白天的气温都是高于夜晚的。在初中我们学习过气温的概念，气温是近地面大气冷热的物理量反应大气的冷热状况。咱们同学的解释是，因为白天有太阳，气温通常就会高，到了夜晚太阳落山，气温就会降低。听起来是不是挺有道理的？第二个观点是不确定能量是否来自太阳。这位同学也是给出了两张天气预报图，他疑惑的是，如果能量真的是来自太阳，那一天中最高气温应该出现在正午才对。因为从日出到日落，太阳照射的角度始终在变化，其中正午的时候太阳照射角度是最大的。地表单位面积获得的太阳辐射能量就应该是最多的，所以气温应该最高才对。

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但是从这两张图上我们可以看到，左边这张图显示最高温应该是在 1 点以后， 3 点之前的这一个时段。右边这张图最高温也是在午后两三点钟，两张图显示最高气温都不是在正午，所以这位同学不能确定能量是否来自太阳。下面这位同学还提供了一篇带有照片的新闻报道，照片当中是一位非洲游客头顶毛巾，坐在遮阳伞下休息。报道中说这位游客当时出现了中暑现象，请同学们注意报道中的几个关键词，当班执勤的时段是 12 点- 14 点，说明当时已经过了正午，而且这位来自热带大陆的游客都没有扛住当时的高温，当然这也跟游客自身的身体状况可能有一定的关系，但是我们也可以看到如果高温中暑还是容易出现的。

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另外报道中还提到的一个关键词就是地面温度非常高，还有一个是说周围的空气烤得慌。咱们同学挺疑惑的，就是地面温度和大气温度是不一样的吗？所以这位同学不确定能量是否来自太阳，至少感觉不是直接来自太阳。下面一位同学是用了我们教材的一段话来提出他的疑惑，因为在之前我们学习的时候，教材中有这样的叙述，请同学看我画红线的部分，大气中臭氧能吸取太阳光中的紫外线，使大气增温，所以咱们同学想这热量是应该来自太阳。但是前面还有一段话，我画蓝线的部分同学仔细看，大气中二氧化碳吸收地面辐射的能力强，使气温升高。所以咱们同学就有了困惑了，到底大气增温是靠太阳还是靠地面？第三种观点跟前面不太一样，直接就给出了太阳没有直接晒热大气的结论。他提出的证据是关于月球的。我们知道月球没有大气，白天阳光垂直照射的地方温度高达 120 多度，到夜晚温度降低到零下 180 多度，而地球表面的气温最高也不过五六十度，而最低温不过零下 80 多度，远低于月球表面。注意，这里地球用的是气温，而月球温度是指月球表面的温度，不能说气温。根据这种温度差异，我们同学认为太阳没有直接晒热大气，不仅没有晒热大气，而且在经过大气层时应该还有损失。

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以上几位同学的观点到底哪个更接近实际？在他们的举证当中都提到了和太阳的关系，所以我们就先来复习一下之前所学的太阳辐射的相关知识。这张图大家不陌生，我们前面学习的时候使用过，从图中我们可以看出太阳辐射各种辐射波长，它所对应的辐射能力有比较大的差异，其中辐射能力最强部分集中在可见光部分，而紫外和红外部分辐射能力都要次于可见光。当太阳辐射穿过大气时，平流层的臭氧会吸收部分紫外线，对流层中的水气和二氧化碳会吸收部分红外线，但吸收的量极其有限，不足以使大气明显增温。另外，如果有云的时候，云层还会反射一部分太阳辐射。到达地面的太阳辐射因为地表覆盖的不同，也会有一定的地面反射，这样到达地面的太阳辐射就要比大气上界的太阳辐射少了很多。这也就解释了地球表面最高气温远低于月球表面温度的原因。

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如果天气晴朗，大气中的颗粒物非常微小，还会有散射发生，蓝紫光比较容易被散射，所以晴朗的天空是呈现蔚蓝色的，而有云的天空是灰白色的。另外，我们刚才说到云层有反射作用，所以有云的白天气温通常也会低一些。我们还是用之前同学们提供的这个图片进行一下比较。

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左图中8月 13 号是多云，气温 33 度，8月 14 号是晴，气温是 34 度，所以多云的这一天比晴朗的这一天气温略低。右图中 26 号是因气温是 19 度， 27 号是晴，气温是 20 度，所以云层厚就会有削弱，气温就要略低。当然气温的高低还会受到其他天气因素的影响，因为有同学看到了后面这一组数据，多云比晴朗这一天气温要高了，那这应该有其他天气因素的影响，我们在之后的学习当中会有所了解。由此我们可以看到，太阳辐射在穿过大气时，有一部分是被削弱掉了，而且太阳辐射穿过大气的路径不同，被削弱的也是不一样的，直射的时候穿过大气的路径相对短，所以被大气削弱的就会少一些。反之，鞋射的越厉害，穿过大气的路径相对来说就会越长，被削弱的就会越多一些。因此，低纬度的气温通常会高于高纬度，也是这个道理。

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通过以上的分析我们可以得出，太阳辐射应该是大气受热的根本能量来源，但不是直接热源，能量最集中的可见光部分没有被大气吸收，而是穿过大气到达了地面，也就是太阳真的没有直接将大气晒热，而是将更多的热量给了地面。到达地面的太阳辐射会被地面所吸收，这样地面就会增温，然后以辐射的形式去传递能量，这就是地面辐射。

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那地面辐射和太阳辐射有什么不同？请同学阅读教材 34 页下面的注释有实验得知，物体的温度越高，辐射中最强部分的波长就越短，反之则波长越长。太阳表面的温度通常都是非常高的，所以太阳辐射是属于短波辐射的，而地面温度远低于太阳表面，因此地面辐射属于常波辐射。对流层大气中的水气二氧化碳可以强烈的吸收地面常波辐射，使大气增温，并以长波辐射形式向四周传递能量，其中一部分向上散失到宇宙空间，更大一部分向下辐射。我们称为大气逆辐射，它补充了地面辐射散失的能量，对地面起到了保温作用。

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白天有源源不断的太阳辐射给予，地面辐射不断地得到补充，而到了夜晚，只有地面辐射给予大气，所以白天的气温会高于夜晚，当太阳辐射给地面最多的时候，地面还要吸收要增温达到最大值。地面辐射在给大气，大气要增温达到最大值，所以一天当中的最高气温不是出现在这个正午的时候，而应该是在午后。

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至此，我们再来回顾一下前面几位同学的观点，看看有什么需要改进的吗？观点一，能量来自太阳，应该说根本能量是来自太阳的，所以白天的气温还是要高于夜晚的。观点二，观点三，应该都改成为大气的直接热源是地面，根本热源是太阳，这样就比较好了。那我们现在是不是可以来解释一下月球表面温差大于地球的原因了，请同学想想好。同学们说的对，在没有大气的月球表面，白天太阳辐射可以直接到达月球，几乎没有什么损失。月球表面吸收了能量，并不断地向外辐射，温度快速的上升。而到了夜晚，失去太阳辐射的能量来源，月球表面向外辐射散失能量的速度也非常快，温度迅速下降。而地球表面因为有了这层大气，白天的时候大气对太阳辐射有削弱作用，只有一部分的太阳辐射到达了地面，被地面吸收，然后以长波的形式给大气，大气吸收后向外辐射，因此白天的时候大气增温的幅度不会很大。到了夜晚，失去太阳辐射，地面辐射不断给大气又以逆辐射的形式进行补偿，起到了对地面的保温作用，所以夜晚大气降温的幅度也不会非常大，特别是有云的夜晚，水气可以吸收更多的长波辐射。大气逆辐射更强，气温通常不会太低。现在让我们来总结一下大气的瘦肉过程。

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大气对太阳辐射主要是削弱作用，在太阳辐射穿过大气的时候，平流层当中的臭氧会吸收部分紫外线。对流层大气中的水气和二氧化碳会吸收部分红外线，但吸收作用比较有限，因此大气增温不明显。另外，云层对太阳辐射还有一定的反射作用，这样使到达地面的太阳辐射有所减少。因此不考虑其他天气因素时，有云的白天气温通常不会太高。晴朗的天空还有一定的散射作用，蓝紫光被散射，所以晴朗的天空会呈现蔚蓝色，那这就是大气对太阳辐射的主要削弱作用形式。被削弱后的太阳辐射到达地面，被地面吸收，地面增温，并以辐射的形式向外传递能量。大气中的水气二氧化碳能强烈的吸收地面常波辐射，大气增温也以辐射的形式向外传递能量，其中一部分向宇宙空间散失，更大一部分向地面补充。地面散失的能量对地面起到了这样的保温作用。所以我们说保温作用最关键的物质是水汽二氧化碳，而最关键的环节就是向下辐射的大气逆辐射。

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我们在课后给同学们留了一个练习，让大家绘制大气受热过程示意图，同学们可以根据自己的理解进行绘制，如果绘制觉得有困难，也可以参考老师给出的这样的示意图来练习绘图。另外也可以将图中的这些字母所代表的大气受热过程环节填写出来，达到学习巩固知识的目的。那现在让我们来应用大气受热过程原理来解释一些生活中的现象。

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第一个问题，霜冻为什么更容易出现在深秋或早春晴朗的夜晚？为什么我国北方地区的人们用燃烧秸秆的烟雾来减轻霜冻的危害？请同学们思考来回答。同学们说的不错，霜冻一般是在霜降节期后出现的，频率会不断增加，在深秋或者早春晴朗的夜晚，地面辐射被散失的更多，大气逆辐射比较弱，保温作用比较差，夜晚温度往往下降得更快，越接近地面温度越低。霜是地面水气凝结物，所以当温度降至很低的时候，就会出现霜冻现象。刚才同学解释了这种熏烟法可以补充地面散失的热量。

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熏烟法的具体做法实际上是在夜晚的时候要点燃潮湿的秸秆或者杂草、锯末，还有康壳等等，特别要注意控制火势，不能让它着起来，而是以暗火浓烟为宜，使烟雾弥漫整个这样的果园或者农田，一直到早晨天亮的时候停止熏烟。通过这样的方式来减少地面辐射降温，对地面起到保温作用，以此减缓霜冻带来的危害。同学们如果感兴趣的话，还可以再去查查预防霜冻，还有什么其他的办法没有？第二个问题，我们是来讨论一下服饰和气温的关系，我们到西藏旅游，会发现当地藏民常常会在中午的时候将藏袍脱下，一个袖子或者两个袖子都脱下来，别在腰间，而早晚是穿戴整齐的，这与当地昼夜温差大有关系。

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为什么西藏地区昼夜温差大？同学们想想，同学们解释的挺好的。的确，西藏地区海拔比较高，空气比较稀薄，晴天也比较多，太阳辐射被大气削弱的较少，到达地面的太阳辐射比较多，地面吸收能力也比较强。地面辐射强，给予大气的热量就多，所以白天气温很高。拉萨有日光城之称，也说明白天光照比较强。到了夜晚，大气中水气、二氧化碳较少，天空晴朗，地面辐射散失的较多，大气逆辐射弱，保温作用差，所以夜晚气温较低，昼夜温差比较大，藏袍通常比较厚重，在早晚都有一定的保暖作用。中午气温较高的时候，藏民就会脱下一个袖子或者两个袖子都脱下来，这样能够凉快一点，这就是服饰，和气温变化是有一定关系的。第三个问题是关于玻璃温室的，请同学们看左边的这张图，这是北京植物园热带植物温室，这里种植了热带、亚热带的植物，即使是在北京寒冷的冬季里，也能时时处处感受到花海的绚丽，植物的繁茂。之所以能有这样的景象出现，全仰仗这个玻璃温室到底起到了什么样的作用，同学们是否能够解释一下这个原理？同学们说的挺好的，我们看右边这张图，其实到达地面的太阳辐射可以照射进玻璃温室，地面吸收太阳辐射增温并向外辐射能量。温室中的大气吸收了地面常波辐射增温而散失到温室外面的热量较少，基本都保存在温室当中，使得温室中非常温暖。这种玻璃温室更广泛地应用于农业生产当中，玻璃材质也通常用塑料替代，以降低成本。这样的温室大棚使得我们北方地区在冬季也能种植蔬菜来满足人们生活的需求。

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生活中可能还有很多与大气受热过程相关的地理现象，同学们可以找找看，并用我们的所学进行解释。另外，有兴趣的同学还可以在课下设计一个实验来验证大气受热过程。照片是某学校同学已经做过的实验装置，两个透明的空桶，一个完全是空的，另一个放置了少量的土壤。两个桶都用仪器架固定，放置在操场空旷的地方，统考封闭并插入温度计，在刚刚放置时记录温度值，其后每隔一段时间记录一下温度值。那请同学思考以下几个问题，一、为什么放置了两个桶，并且一个有土，另一个是空的？两个桶经过一段时间后，温度会出现什么不同吗？土壤能够起什么作用？2、实验过程中除了记录温度值以外，还需要做哪些记录？3、如果我们要验证大气受热过程，这个装置应该什么时间放置多久比较合适？你还有其他更好的实验方法吗？欢迎同学们积极思考并设计自己的实验过程，这节课我们就上到这，同学们，再见。