地球上的大气教案

地球上的大气教案（精选8篇）

篇1：地球上的大气教案

一、单项选择题

电视剧《闯关东》中的场景：“主人公朱开山为了避免所种的庄稼遭受霜冻危害，在深秋的夜晚带领全家人及长工们在田间地头点燃了柴草„„”结合大气受热过程示意图回答1～2题。

1．关于图中a、b、c所代表的内容叙述正确的是（）A．a代表大气的直接热源

B．a、b、c所代表的辐射波长的大小关系是a＜b＜c C．b代表的辐射主要被大气中的臭氧吸收 D．c代表的辐射与天气状况无关 答案 B 解析 从图中箭头方向可判断出，a表示太阳辐射，b表示地面辐射，c表示大气逆辐射。其中b是大气热量的直接来源，其辐射的热量主要被大气中的水汽、二氧化碳等吸收；阴天时，c辐射增强。

2．朱开山一家燃烧柴草防御霜冻的做法，有利于（）A．增强a辐射

C．增强c辐射

答案 C 解析 燃烧柴草可放出大量温室气体及大量烟尘，可增强大气逆

B．增强b辐射 D．改变b的辐射方向 辐射，使大气对地面的保温效应增强，从而保护作物免受冻害。

3．读下列四幅海陆风示意图，判断能正确表示近地面大气运动的是()

A．①③

C．③④

答案 B 解析 沿海地区白天吹海风，夜晚吹陆风。

4．下图中，正确的地面和高空等压线分布示意图是()

B．②③ D．②④

A．①②

B．②③

C．③④

D．②④ 答案 D 解析近地面受热形成低气压，高空形成高气压。受冷则相反。5．图中的四幅等压线分布图中(比例尺相同)，①②③④四地风力由大到小排序正确的是()

A．①＞②＞③＞④

B．①＞③＞④＞② C．①＞②＞④＞③

答案 C

D．③＞④＞②＞①

解析 在比例尺相同的地图上，相同距离条件下气压差越大，风力越大。

下图为“某地区山顶与河谷盆地降水量日变化曲线图”，读图回答6～8题。

6．图中不能显示的降水规律是（）A．山顶日降水量大于河谷盆地 B．山腰日降水量大于山顶 C．河谷盆地夜雨多 D．山顶昼雨多

7．产生图示降水日变化差异的根本原因是（）A．地形

C．风向

B．太阳辐射 D．坡向

8．与河谷盆地相比，山顶白天多雨主要是因为（）A．气温低

C．山风

答案 6.B 7.A 8.B

B．气压低 D．谷风 解析 图中没有显示出山腰地区降水量的数值。地形的不同位臵热力性质不同，导致气流在昼夜运动的方向不同，是造成降水差异的根本原因。山顶白天多雨是因为白天山顶气温高盛行上升气流。

读下图，判断9～10题。

9．图中正确指示北半球近地面风向的是（）A．A

B．B

C．C

D．D 10．从图示来看（）A．水平气压梯度力不能影响风速 B．地转偏向力只改变风的速度 C．高空大气运动受摩擦力作用不明显 D．摩擦力只影响风速，不影响风向 答案 9.D 10.C 解析近地面风向因受摩擦力影响与等压线有个交角，在北半球向右偏。高空大气受摩擦力影响不明显。

下图为对流层大气某要素等值面垂直分布图，据此回答11～12题。

11．若a、b、c、d、e为不同温度值，则气压值的大小比较是（）A．甲＞乙＞丁＞丙

C．甲＞乙＞丙＞丁

B．乙＞甲＞丁＞丙 D．乙＞甲＞丙＞丁

12．若a、b、c、d、e为不同气压值，则甲、乙、丙、丁四地的气流运动方向是（）A．甲→乙→丁→丙→甲 B．丁→丙→甲→乙→丁 C．乙→甲，丙→丁 D．乙→甲→丙→丁→乙 答案 11.A 12.D 解析 对流层大气随高度增加，气温降低。近地面气温高的地方形成热低压，气温低的地方形成冷高压；高空气压高低与近地面相反。近地面高压区气流下沉，低压区气流上升。

(2012·潍坊高一质检)下图示意某一等高面。M、N为等压线，其气压值分别为PM、PN，M、N之间的气压梯度相同。①～⑧是只考虑水平受力，不计空气垂直运动时，O点空气运动的可能方向。回答13～15题。

13．若此图表示北半球，PM>PN，则O点风向为（）A．⑥或⑦

B．②或⑥

C．④或⑧

D．③或④ 答案 A 解析 若此图表示北半球，PM>PN，则O点风向应考虑两种情况，近地面为⑥，高空由于忽略摩擦力的作用，风向向右偏转至与等压线平行，即为⑦。

14．若此图表示高空等高面，PM

)A．③或④

C．③或⑦

答案 C 解析 高空空气不考虑摩擦力，所以风向应与等压线平行。由于不确定此图所在半球，所以在北半球高空应为③，在南半球高空应为⑦。

15．近地面，空气作水平运动时，所受摩擦力与地转偏向力的合力方向（）A．与空气运动方向成180°角 B．与空气运动方向成90°角 C．与水平气压梯度力方向成90°角 D．与水平气压梯度力方向成180°角 答案 D

B．②或⑧ D．⑥或⑦ 解析 在近地面，水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力共同影响风向和风速。两力的合力与另一力的方向成180°

二、综合题

16．下图是我国某地阴天和晴天时气温日变化示意图，读后回答下列问题。

(1)表示阴天气温日变化曲线的是________(A、B)，形成这种变化的原因是__________________________________________。

(2)霜冻为什么多出现在晴天夜里？ ____________________________________。

答案(1)B 白天云层反射削弱了到达地面的太阳辐射，气温较低；夜间云层使大气逆辐射增强，对地面保温作用强，气温不会降得很低，故日较差小(2)晴天夜间大气逆辐射弱，地面降温幅度大。

17．下图是某地高空等高面与等压面关系示意图，读后完成下列问题。

(1)A、B两地受热的是________，空气________；冷却的是________，空气____________。

(2)图中点①至点⑤，气压最高的是________，气压最低的是________。

(3)用“→”完成图中热力环流。

(4)若该热力环流发生于城区与郊区之间，则A、B中代表城区的是____________，说明判断的依据。

(5)若图中A处为海洋，B处为陆地，则该热力环流出现在________(白天或夜间)。

答案(1)B 上升 A 下沉(2)④ ⑤

(3)画图略。(近地面由A流向B，高空由B地的高空流向A地的高空；垂直方向是A地下沉，B地上升。)(4)B B处空气上升，为市区。(5)白天

18．读下面“近地面风的形成图”回答下列问题。

(1)产生大气水平运动的原动力是__________(字母)，该力的方向是______________________。

(2)该图是__________(南、北)半球的空气运动示意图，判断理由是________________________。

(3)从图中可见，稳定风向中空气质点的受力情况是________________________________。

(4)F1、F2、F3对风速有明显影响的是__________，只影响风向而不影响风速的是__________。

(5)实际大气中，α角随海拔高度的增加而____________，在相同气压条件下，陆地表面α比海洋__________(大或小)。

答案(1)F1 由高压指向低压，与等压线垂直(2)北 风向右偏(3)F1、F2、F3合力为零(4)F3、F1 F2(5)减小 大

篇2：地球上的大气教案

地球上的大气

教案

教学过程：【导入】师：我们在第一章中学习了地球的圈层结构，探索了地球的内部圈层，也了解了地球的外部圈层，那我们一起来回忆一下地球的外部圈层有哪些呢？水圈，岩石圈，大气圈。我们都知道大气圈作为地球圈层之一，对我们人类生存的意义重大。那我们今天就来学习第二章：地球上的大气。请同学们把课本翻到第28页。

【讲解】师：在我们学习第一节的知识钱，我们先来看一个问题。太阳辐射既能到达地球表面，又能到达月球表面，但是月球表面白天的温度高达127℃，夜晚则降至-183℃。而在地球上的昼夜温差却要小的多，这是为什么呢？让我们带着这个问题一起来进入我们第一节的学习。

（板书）第一节

冷热不均引起的大气运动

大气的受热过程

师：我们今天首先学习的是大气的受热过程。我们知道万物生长靠太阳，这说明了太阳光热的重要性，而且太阳辐射能也是地球大气最重要的能量来源。那么太阳辐射穿过大气层的过程是怎样的呢？我们一起来通过板书来演示一遍。

师：太阳向外辐射能量，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面，使地面增温，这是因为太阳辐射是由可见光，红外线，紫外线等组成，而大气层中的二氧化碳和水则会吸收红外线部分，而大气层中的臭氧则会吸收紫外线部分，所以大部分太阳辐射会以可见光的形式射到地面，使地面增温。所以太阳是地面的直接热源。同时地面也向外释放能量。我们用简洁的语言来表现这个过程就是

（板书）太阳暖大地

师：讲到这里我们引入一个物理概念，我们可以看到课本第28页页脚注释部分就是物体的温度越高，辐射中最强的部分的波长越短；反之越长。简单来说就是温度高的物体相对于温度低的物体，他的辐射就是短波辐射。反之就是长波辐射。由于地球表面的温度要比太阳低得多，所以地面辐射的波长比太阳辐射长得多。相对于太阳短波辐射来说，地面辐射则为长波辐射。那么地面辐射被谁吸收了呢？

近地面大气中的二氧化碳和水能够强烈吸收地面长波辐射而增温，吸收率为75％到95％，近地面大气又以对流，传导等方式，层层向上传递能量和储存能量。所以地面是近地面大气主要的直接热源。请大家记住这个概念，地面才是近地面大气主要，直接的热源而不是太阳，请同学们在课本28页倒数第二自然段划下这句话。

（板书）大地暖大气

师：下面我们再来看看大气增温后会出现什么样的情况。大气在增温的同时，也向外释放长波辐射。大气辐射的一小部分向上射向宇宙空间处，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射正好相反，故称为大气逆辐射，所以，大气以大气逆辐射的形式将热量还给地面，从而完成了大气的保温作用。

（板书）大气还大地

师：我们通过刚才对大气受热过程的学习，请同学们思考一下我们课前留下的问题，为什么月球表面昼夜温差比地球表面温差相差巨大？

请XXX同学回答一下。

生：

师：因为地球上有大气层，由于大气层的削弱作用，使地球的白昼温度不高，由于大气的保温作用，使地球的夜晚温度不会过低。

篇3：地球上的大气教案

学生认为“地球上的大气”难学, 实际教学效果也常与预期存在很大距离, 产生这一问题的症结是什么? 究其原因:其一, “大气”这部分知识本身具有很强系统性和逻辑性, 各知识点环环相扣, 构成一个完整的知识体系, 学习时必须把一个知识点放在一个大的知识体系中理解, 层层深入, 由表及里, 理清知识脉络, 对学生的逻辑推理和分析抽象思维能力有很高要求。 而学生却习惯于孤立地看待问题, 只注重单个知识点的学习, 同时并不清楚学习的知识目标和能力要求, 也就是说, 学生在学习过程中, 并不明白到底在学什么?为什么要学 (它的学科价值和社会价值是什么) ?要有什么样的思维过程?不清楚它的核心问题。其二, 主要是在教学过程中缺少对问题的探究过程。学生对知识的获得, 更多的是来自老师的传授而不是自己探究得来, 缺少对知识必要的、系统深入的思考和辨析。 听来的多, 自己探究明白的少, 没有探究性思维的参与, 在学习过程中地理学科能力尤其是思维能力没有得到提高, 也很少真正触及知识的本质。其三, 学生生活中缺乏对自然现象的观察和思考, 欠缺从生活实践中学习知识的意识和能力。

找到问题产生的根源和教学误区, 我们就有了应对的办法, 即用探究性教学代替讲授性教学, 让学生在探究问题的过程中学到知识并提高地理学科思维能力。

一、探究的策略

首先要把知识转化成探究性的问题。 从看似庞杂的教学内容中发现并提炼出一些核心问题, 让学生通过对这些问题的探究—因探究的需要而主动地掌握知识。 同时要避免探究目标的泛化和表象化, 问题应当具有关联性, 由浅入深, 由表及里, 然后绕开具体的知识和问题, 想一个更大、更基本的问题, 把小问题放在一个大问题里, 由此及彼地探究, 这样小的问题解决了, 大的问题就显现了出来, 问题探究清楚了, 教学目标就实现了, 这是总的教学策略。

例如在“大气的热状况”一节的教学中, 对流层的气温为什么会随着高度的提升而降低?这与降水的形成有何关系? 这是大问题, 把这个问题分解为几个有关联的小问题:地面辐射和太阳辐射有何不同?大气为什么会选择性吸收辐射? 晴天的昼夜温差为什么比阴天的大? 为什么大气的热量主要来自地面而不是太阳?为什么气流上升运动能形成降水? 为什么山地的迎风坡多雨? 经过这样系统性的探究, 学生才有可能明白为什么要学习“大气的热状况”, 才能明白降水形成的机制, 那就是含有足够水汽的大气在向冷的方向 (向高空、高纬度、高地势) 运动时气温下降而导致水汽凝结产生降水。 探究清楚以上问题之后, 再分析四种降水类型及“天气系统”时就能很快发现它们都是气流在上升过程中形成降水, 不同的只是促使气流上升的原因不同而已。

二、探究的内容

1.原理、规律的探究。 即对大气中各种地理现象产生原理的探究及对该现象发生规律的探究。

“地球上的大气”一章就高中阶段的知识目标而言, 看似主要是“气候”和“天气系统”两大块知识, 其实主要是让学生搞清楚“刮风下雨”的原理 (大气运动和降水之间的关系) , 分析大气中的各种现象 (雨、雾、雪、冰雹、露、霜等) 产生的机理和总结出降水的时空分布规律, 进而知道这些规律和现象对环境和人类活动的影响。

比如在“大气的运动”及“全球性的大气环流”教学中, 大气为什么会运动? 会怎样运动? 一般有哪些运动形式? 怎样运动才能形成降水? 探究清楚这些问题才能深刻理解“气候”和“天气”的相关原理和规律。 这些都是层层深入的核心问题, 对这些问题进行探究, 并把思维引向深入, 学生才有可能真正触及知识本质, 理解“刮风下雨”的原理。 又如大气为什么会运动的问题, 不妨先让学生探究城郊风 (不同下垫面间) 、海陆风 (海陆间) 产生的原因, 为什么不同地区会有热量差? 热量差存在于哪些地区间? 学生就会明白之所以有风的产生, 是因为不同的纬度, 海陆之间及下垫面之间存在气温差, 气温差导致气流的垂直运动, 垂直运动导致气压差, 而气压差又引起大气的水平运动 (风) 。 再让学生探究盛行风的形成, 学生就能比较容易地从地理位置和大气热力状态出发, 探究大气运动的规律及全球降水的时空分布规律。

2.概念和现象的辨析探究。 让学生探究、辨析各种概念, 辨析大气中的不同自然现象及其产生的原因。 如通过对寒流经过海域多雾的原因探究, 进而辨析雨、雾、雪、冰雹、露、霜等天气现象的成因有何异同 (共同条件是足够的水汽、凝结核、气温降低。 不同的是雾露大气在稳定的状态下降温, 在近地面形成;雨雪形成在高空, 大气在运动中降温等) ? 也要辨析一般规律和特殊现象, 如赤道附近地区的雨林气候和马达加斯加岛的雨林气候的成因不同。 还要就诸如季风与海陆风, 雾和霾, 影响气温日较差与年较差的因素是否相同等进行辨析。

3.拓展探究。要探究知识的学科价值和社会价值, 并对知识有个总结。 比如用大气的保温作用和削弱作用的原理解释青藏高原和西北地区昼夜温差大的原因, 进而总结影响昼夜温差的因素;用全球性的大气运动规律探究分析全球降水的空间分布规律, 并总结出影响降水的因素。 又如探究某种气候的成因并分析该种气候对农业生产的影响及气候类型与生态问题的产生有何关系? 经过这样的探究, 学生就会明白所学知识可用来解决什么问题, 也就知道这些知识的学科价值和社会价值。

三、教师的引导、点拨和必要的知识铺垫

教师恰当的引导和必要的知识铺垫对学生的探究学习非常重要。 教师对情境的创设, 要尽量找学生身边的实例, 也可引入《地理中国》、央视《纪录》频道等视频资料。 提出的问题要由浅入深且符合学生的学识水平和认知能力, 最好能提出与学生实际生活经验、兴趣相关或与其原有知识相关的问题。 即要站在学生的角度想, 怎样才能把学生引入想探究、能探究的状态? 问题设置的最高境界是你提出一个问题, 学生由此能想到第二、第三个问题, 从而激发学生强烈的求知欲望。 同时要知道, 很多学生欠缺一些必要的基础性知识 (比如大气的分层结构和物理性质, 等温线和等压线的知识等) , 而教师没有将这些基础性的课本不涉及的知识给学生做好铺垫, 不给学生扫清学习上的一些障碍, 就会造成学生的探究不能延续, 思维就会卡壳。 所以在学生遇到解决不了的疑难问题, 竭尽心智而不能解决问题时, 要针对学生的知识和能力不足给予适时点拨、引导和讲解, 循循善诱, 做到一语中的, 使学生拨云见日, 豁然开朗。

四、要让学生体验到探究的成功感

成功的教学, 就是要让学生在学习过程中不断体验到思考、探究问题所带来的成就感, 激发持续的学习动力, 这是教学的真谛。 学生经过自己的钻研、揣摩, 解决了疑难, 发现了“真理”之后, 油然而生的满足感、成就感将会极大地激发学生的求知欲, 使学生内心产生强烈的求知冲动而劲头十足地持续学习。 教师在课堂上所要做的最重要的工作是用恰当的问题设置与引导、点拨让学生的探究行为获得成功, 使其不断体验到探究所带来的成就感和满足感。

这样的问题探究式教学使学生进入探究问题、 主动学习的理想状态, 不仅可以让学生深刻、系统地理解知识, 而且可以培养学生的逻辑推理等地理学科能力。 实践证明, 问题探究式教学在像“地球上的大气”这样一些对学生的逻辑推理和分析、 抽象思维能力有较高要求的章节的教学中会取得很好的教学效果。

摘要：文章针对“地球上的大气”一章教学中存在的困难和问题, 以案例形式, 就如何用问题探究方式进行阐述, 介绍了探究的策略、探究的内容及教师在实际教学中应重点注意的问题。

篇4：“地球上的大气”导学

1．大气受热过程与大气保温作用

（1）对流层大气受热状况主要表现在“大气对太阳辐射的削弱作用和对地面辐射的保温作用”上，其实质是一个热量的连续传输过程。

（2）大气保温作用原理：大气中的水汽、二氧化碳吸收地面辐射，把地面辐射释放的能量截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量返还给地面，这在一定程度上补偿了地面损失的热量。

2．热力环流与城市热岛效应

（1）热力环流的形成过程（如下图）

（2）城市热岛效应

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，人类活动等都有可能导致热力环流的形成。如城市热岛效应就是人类活动释放大量的热量而在市区和郊区之间形成的热力环流。

因此，为了减轻城市的大气污染，在城市规划时，一定要注意研究城市上空的风到郊区下沉的距离。一方面将污染严重的工业企业布局在城市风的下沉距离之外，避免这些工厂排出的污染物从近地面流向城区。另一方面，应将卫星城建在城市风环流之外，以避免相互污染。

例1自某城市市中心向南、向北分别设若干站点，监测城市气温的时空分布。监测时间为8日（多云）9时到9日（晴）18时。监测结果如下图所示。据此回答：

（1）监测时段被监测区域气温（ ）

A．最高值多云天高于晴天

B．白天变化晴天比多云天强烈

C．从正午到午夜逐渐降低

D．白天变化比夜间变化平缓

（2）下列时间中热岛效应最强的是（ ）

A．8日15时左右B．8日22时左右

C．9日15时左右D．9日18时左右

解析（1）此题解题关键是理解等温线的密集程度与天气变化的影响、白天与夜间的气温变化幅度大小的影响因素等。监测时段中监测区域气温最高值多云天低于晴天，故A项错误。从正午到午夜气温整体先升高后降低，故C项错误。9日9时到18时比之前时段等温线更密集，说明白天变化比夜间变化剧烈，故D项错误。白天变化晴天比多云天强烈，故B项正确。

（2）此题解题关键是明确城市热岛效应。城市热岛效应是指由于城市废热排放，使城市温度明显高于郊区的现象，所以热岛效应最强的时段应是城郊温差较大的时段。市中心与郊区的温差最大，8日22时左右，市中心区的等温线弯曲最大，说明市中心与郊区的温差最大。故B项正确。

答案（1）B（2）B

二、气压带和风带

1．全球气压带、风带的分布与移动

全球共有七个气压带和六个风带。由于地球保持一定偏转角度不停地绕太阳公转，导致太阳直射点随季节而南北移动，引起气压带和风带在一年内也作周期性季节移动。就北半球来说，大致是夏季北移，冬季南移。

2．季风环流（以亚洲季风为例）

3．气压带和风带对气候的影响

（1）全年受单一气压带、风带控制的气候类型

（2）受气压带、风带移动而形成的气候类型及其气候特征

例2亚洲某地，位于45°E、20°N，其所在国家有着独特的景观。其所属的气候类型是（ ）

A．热带季风气候

B．热带稀疏草原气候

C．热带沙漠气候

D．热带雨林气候

解析此题解题关键是根据图示区域已有的经纬线数值确定“该地”（45°E、20°N）的位置。图中给出了45°E经线及其它几条未知度数的经线，但可以确定经过台湾岛西侧的经线度数为120°E，由此推知图中相邻两条经线相差30°及45°E经线穿过地区；图中给出了北回归线及30°N纬线，由此推知图中的纬度差及20°N穿过地区， 最终确定45°E、 20°N位于沙特（阿拉伯半岛最大的国家，东经35°到东经55°，北纬16°到北纬32°。东临波斯湾，西濒红海），该地常年受副热带高气压带和信风带控制下，终年高温少雨，属于典型的热带沙漠气候，故C项正确。

答案 C

三、锋面气旋图的判读

当锋与气旋活动联系在一起，就形成锋面气旋，它主要分布（活动）在中高纬地区。在近地面天气系统中，与我国关系密切的就是锋面气旋系统，它的识读方法如下:

1．锋面气旋中冷锋和暖锋的判定

以下图为例，首先确定冷暖气团，在一个低压系统中，两个锋面将低压区分为两部分，其中北部纬度较高，为冷气团控制；南部纬度较低，为暖气团控制。然后再根据气旋中气流呈逆时针向中心辐合，推理出锋面B、D是冷气团主动向暖气团移动，故为冷锋;锋面A、E是暖气团主动向冷气团移动，故为暖锋。

2．锋面气旋中雨区的确定

冷锋降雨发生在锋后，雨区比较狭窄；暖锋降雨发生在锋前，雨区比较大。锋面气旋的前方是宽阔的暖锋云系及其相伴的连续性降水天气；气旋中部是暖气团控制的天气；气旋后方是比较狭窄的冷锋云系和降水天气。

例3下图是某地某时地面天气简图。读图回答：

1. 图中M地的风向是（ ）

A．东北B．东南C．西北D．西南

2. 产生图示区域降水的天气系统是（ ）

A．气旋B．反气旋 C．暖锋 D．冷锋

解析（1）由M点附近的等压线的数值大小可以判断M点处于高压中心的东侧，然后考虑风的形成及受力状况。由于题图反映的是地面天气简图，故受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力的作用。首先是水平气压梯度力从高压指向低压，并垂直于等压线（右图中的虚线箭头方向）；其次是地转偏风力在北半球向右偏（据图中的纬度变化可知该区域位于北半球）；最后考虑摩擦力因素，确定M地风向为西北（右图中的实线箭头方向），故C项正确。

（2）由图中的等压线的数值分布状况可知，降水区域位于M点所在的高压（反气旋）中心东南方向，而反气旋不会形成降水，故B项错误；但在M点东北方向存在一个低压（气旋）中心，虽然气旋中心会形成降水，但降水区域没有出现在气旋中心，故A项错误；该低压中心等压线凸出方向存在一个低压槽，根据北半球气旋的旋转方向可以判断该低压槽附近形成冷锋系统，冷锋的锋后会形成降水，图中降水区域正好位于该区域，故C项错误，D项正确。

答案（1）C（2）D

[【练习】]

一般情况下空气的密度与气候，空气中的水汽含量呈负相关。下图示意北半球中纬某区域的地形和8小时气温状况割面，离空自西向东的气流速均20千米/时。据此完成1～2题。

1．此时甲、乙、丙三地的大气垂直状况相比较（ ）

A．甲地比乙地稳定

B．乙地对流最旺盛

C．乙地比丙地稳定

D．丙地最稳定

2. 正午前后（ ）

A．甲地气温上升最快

B．乙地可能出现强对流天气

C．丙地刮起东北风

D．甲地出现强劲的偏南风

3．暖锋过境期间的天气一般表现为（ ）

A. 锋前气压急剧升高，常出现雷暴天气

B. 锋后空气湿度增加，常形成大范围降水

C. 锋前水汽凝结，常形成雨、雾天气

D. 锋后气温降低，常出现晴朗天气

下图的四幅天气图反映了一次寒潮的天气过程。结合图文材料，回答4～5题。

4．按照此次寒潮天气发生的过程，四幅天气图由先到后的排序应为（ ）

A．a→c→b→d B. b→c→d→a

C. c→b→d→a D. d→a→c→b

5．据图中的四幅天气判断，下列城市的天气状况接近实际的是（ ）

A．a—武汉地区晴朗温暖

B．b—天津地区大风降温

C．c—北京地区雷雨交加

D．d—杭州地区阴雨连绵

下图表示某区域降水量的空间分布。读图，完成6～7题。

6．下图中的气候资料，与上图中R城市气候相符的是（ ）

7．Q地降水量多于其周边地区，主要是因为Q地（ ）

A．距海洋近B．气旋活动频繁

C．多地形雨D．多锋面雨

8．根据材料和图，结合所学知识，回答下列问题。

材料亚洲冷高压一般形成于9月份，并逐步影响我国大部分地区冬半年的天气，受其影响，2006年9月3日至5日，四川盆地经历一次暴雨过程。图表示2006年9月3日20时地面气压场。

（1）图示时间银川气温 （高/低）于成都，分析成因。

（2）指出图中成都的风向，判断过境成都的天气系统并简述理由。

9．下图是21世纪初某年世界部分国家碳排放状况分布示意图。据图回答下列问题。

（1）在美国、俄罗斯、法国、印度四国中任选一个国家，指出该国相对于中国的碳排放特点。

（2）说明大气中二氧化碳浓度增加对大气受热过程的影响。

[【参考答案】]

1．D 2．B 3．C 4．C 5．B 6．B 7．C

8．（1）低与成都相比，银川纬度较高，海拔较高，湿度较小，云量较少，大气逆辐射弱，接近冷气团的源地；成都北侧的山脉削弱了冷空气的势力，且热岛效应较强。

（2）偏北风冷锋成都北为高压，南为低压；冷气团主动向南移动，与暖气团相遇形成锋面；过境时形成暴雨。（判断为低压，言之有理，酌情给分）

9．（1）美国碳排放总量和人均排放量均较多；或俄罗斯碳排放总量较少，人均排放量较多；或法国碳排放总量较少，人均排放量较多；或印度碳排放总量较少，人均排放量接近。（四选其一）

篇5：地球上的大气教案

一、教材地位作用

本课是人教版高中《地理》必修一第二章，大气圈层的开篇内容。“大气的受热过程”为第一节“冷热不均引起大气运动”的第一课时。设计将：大气受热过程、大气受热原理的实践运用，两部分内容融合为一堂课，突出地理原理规律的实践意义。其中重要的知识点“地面是大气的直接热源”是后面学习热力环流的理论基础，是深入学习“气压带和风带”等知识的前提条件，各知识环环相扣。所以，本课作为本章开篇，既具有其地理实践意义，又是后面章节的知识、理论基础。

二、教材内容分析

课标要求运用图表说明大气受热过程。从正文看，教材的编排紧贴课标的要求，以大版面图2.1“大气的受热过程”，结合文字说明，引导学生分析大气受热过程。因此，本图的深入分析是本课教学核心。

与太阳辐射、地面辐射相对应，大气辐射也是一个重要概念。以地球和月球表面昼夜温差的差异现象为案例，运用图示对比呈现的方式，意在使学生通过读图分析，理解大气保温作用的重要意义。

三、教学目标

1.根据图示说明大气的受热过程，明确地面是近地面大气最主要、直接的热源。2.理解大气热力作用形式、特点、过程和意义。

3.对比青藏高原、成都平原两地太阳辐射状况，理解大气削弱作用的意义。4.探究“地球和月球表面昼夜温差大”的原因，理解大气保温作用的意义。5.运用大气受热原理解释相应地理现象，激发探究地理问题的兴趣。6.通过“全球变暖“视频播放，加强学生的环保意识。重难点：

重点：完整大气受热过程（削弱作用、保温作用）

难点：近地面大气的主要、直接热源——地面（容易混淆为“太阳是近地面直接热源”）运用大气受热过程原理，解释地理现象，解决实际问题（考查学生热迁移能力，且大气受热过程步骤众多，学生易混淆）

四、教学过程

◤新课导入：以“美女来找茬”的活动幽默开场。引导学生对比藏族女孩和成都女孩皮肤差异，引发两大问题思考。

◤问题导学：

1、为什么云层厚度会影响辐射强度（地理环境对比）；

2、为什么青藏高原辐射强烈，温差却那么大（俗语：早上穿皮袄，中午赤膊佬）？

此导入有趣且具启发性，贴近现实生活，意在激发学生兴趣，引发学生思考。自然过渡至学习主题。◤新课学习：

环节一：知识铺垫：对太阳辐射的认识

大气受热过程涉及较多物理知识，其中，关于太阳辐射原理、太阳辐射能量分布以及大气成分和分层，这三点学生理解较困难。虽新教材将此部分内容删除，但要使学生全面认识大气的受热过程，有必要对以上知识做补充。环节二：大气对太阳辐射削弱作用探索 向学生展示大气削弱作用图示，从图中获取：

1.各大气成分对太阳辐射的削弱作用（强调：O3吸收紫外线CO2、水汽，吸收红外线，为理解地面为大气直接热源做铺垫）。2.大气削弱作用分类。

在对削弱作用原理阐释后，回归课堂开始“问题导学”第1问。引导学生得出“大气削弱”所起作用。并给出常见自然现象，考查学生对三大削弱作用的迁移运用情况。环节三1：大气受热过程图解梳理（总）

环节三2：地面辐射形成过程分析（分）——太阳暖大地——大地暖大气 环节三3：保温作用分析（分）——大气还大地

1.以教材图2.1的分析，引导学生读图归纳大气如何受热增温，使学生从总体了解大气受热各过程。

2.以动画形式，带领学生描述大气受热各步骤，并总结归纳为“太阳暖大地、大地暖大气”两大步骤，为学生理清思路。自然引发出“谁是近地面大气直接热源”的思考。解决第一大难点。

为使学生更深刻认识近地面大气热源这一难点、易错点，以山地温差实例调动学生感官积累，理解：地面是近地面大气直接热源，使得气温从山脚到山顶依次降低。

3.对大气受热过程的全面理解，还应深入分析大气逆辐射带来的保温作用。这一重点将结合教材活动开展。

环节四：活动探究：月球昼夜温差为何比地球大？

前面已对大气受热过程进行了分析，此活动将采用“学生为主体进行探究，教师以原理动画分析指导”的方式进行。

具体操作为：引出大气逆辐射概念后，学生阅读图2.2，小组讨论探究问题（2）；最后，教师采用动画演示，对比分析得出大气保温作用的深刻意义，并引导学生迁移解释“问题导学”第二问；为使学生全面、辩证看待问题，以正反两面案例，启发学生思考。

正面案例为：农业生产利用保温作用原理，采用塑料大棚、人造烟雾等预防农作物受冻害。反面案例为：温室效应（视频)（人类的肆意破坏给自己带来恶果，从而激发其环保意识）

环节五：知识总结（三大削弱作用、保温作用、大气受热完整过程）◤课后探究：阿拉伯人的服饰和当地气候有怎样的联系？（进一步贯彻”人地关系“理念）【参考文献】 [1]王德，冯文和.“冷热不均引起大气运动”教学的几点思考.地理教育.高中地理，2010（17）[2]王玉芹.南京师范大学附属中学.“冷热不均引起大气运动”教学设计.地理教育.高中地理，2010（4）

篇6：高中地理必修一地球上的大气

1.大气的受热过程

(1)两个来源

①地球大气受热能量的根本来源：A太阳辐射。

②近地面大气主要、直接的热源：B地面辐射。

(2)两大过程

①地面增温：大部分太阳辐射能够透过大气射到地面，使地面增温。

②大气增温：地面被加热，并以长波辐射的形式向大气传递热量。

(3)两大作用

①削弱作用：大气层中的水汽、云层、尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射作用。

②保温作用：C大气逆辐射对近地面大气热量的补偿作用。

提示：任何物体温度最高时，其辐射最强。就某一地区而言，地方时12点时，太阳辐射最强;地方时13点时，地面温度最高，地面辐射最强;地方时14点时，大气温度最高，大气辐射(包括大气逆辐射)最强。

答题套路：

影响到达地面的太阳辐射多少的因素分析

(1)纬度因素：纬度低，正午太阳高度大，到达地面的太阳辐射多;纬度高，正午太阳高度小，到达地面的太阳辐射少。

(2)日照时数(白昼长短)：一般地，白昼越长，日照时数越长，地面获得的太阳辐射越多;反之，地面获得的太阳辐射越少。

(3)海拔高低：一般地，海拔越高，空气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用越弱，到达地面的太阳辐射越多;反之，到达地面的太阳辐射越少。

(4)天气状况：阴天时(或有雾霾时)，云层较厚，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射少;晴天时，云层较薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射多。

思考：为什么“高处不胜寒”?

提示：近地面大气主要、直接的热源为地面辐射，海拔越低，距离地面越近，获得的地面辐射越多，气温越高;海拔越高，距离地面越远，获得的地面辐射越少，气温越低。

考点一：大气的受热过程及其应用

1.大气的受热过程及其地理意义

大气通过对太阳短波辐射和地面长波辐射的吸收，实现了受热过程，而大气对地面的保温作用是大气受热过程的延续。

2.大气保温作用的应用

(1)解释温室气体大量排放对全球气候变暖的影响

(2)分析农业实践中的一些常见现象

①我国北方地区利用温室大棚生产反季节蔬菜。

②深秋农民燃烧秸秆制造烟雾来预防霜冻。

③早春华北地区农民利用地膜覆盖进行农作物种植。

④干旱、半干旱地区果园中铺沙或鹅卵石，不仅能防止土壤水分蒸发，还能增大昼夜温差，有利于水果的糖分积累等。

3.利用大气削弱作用原理分析某地区太阳能的多寡

(1)高海拔地区(以青藏高原地区为例)

(2)内陆地区(以我国西北地区为例)

(3)湿润内陆盆地(以四川盆地为例)

考点二：影响气温的因素

1.影响气温的因素分析

2.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、下垫面性质等几方面分析。

(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→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。

2.热力环流的形成和等压面图的判读

1.热力环流的形成原因：地面冷热不均。

2.热力环流的形成过程

地面冷热不均→空气的上升或下沉→同一水平面上的气压差异→大气的水平运动。

2.常见热力环流

(1)海陆风

①成因分析——海陆热力性质差异是前提和关键。

②影响与应用：海陆风使海滨地区气温日较差减小，夏季气温低，空气较湿润，是避暑的好地方。

(2)山谷风

①成因分析——山坡的热力变化是关键。

②影响与应用：山谷和盆地常因夜间冷的山风吹向谷底，使谷底和盆地内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染。所以，山谷地区不宜布局有污染的工业。

(3)市区与郊区之间的热力环流

①成因分析——“城市热岛”的形成是突破口。

②影响与应用：一般将绿化带布置在气流下沉处以及下沉距离以内，而将卫星城或污染较重的工厂布置在下沉距离之外。

考点一：热力环流的形成

掌握热力环流要抓住“一个过程、两个方向、三个关系”

(1)一个过程

近地面冷热不均引起 (――→)空气的垂直运动(上升或下沉)造成 (――→)同一水平面上存在气压差异导致 (――→)空气的水平运动形成 (――→)热力环流。

(2)两个气流运动方向

①垂直运动——受热上升，冷却下沉。

②水平运动——从高压指向低压。

(3)三个关系

①近地面和高空的气压类型相反关系

②温压关系：热低压、冷高压

③风压关系：水平方向上，风总是从高压吹向低压(如上图中a、b、c、d处所示)。

考点二：等压(温)面图的判读

1.等压面图的判读

(1)判断气压大小

①由于大气密度随高度增加而降低，不同高度的大气所承担的空气柱高度不同，导致在垂直方向上随着高度增加气压降低。如图，PA>PC，PB>PD。

②因地面冷热不均，导致同一水平面上出现气压差异，进而等压面发生弯曲;同一水平面上，等压面上凸处气压高，下凹处气压低。如图，PC>PD，PB>PA。

③同一垂直方向上，近地面和高空的气压类型相反，若近地面为高压，则高空为低压。

(2)判断下垫面的性质

①判断陆地与海洋(湖泊)：夏季，等压面下凹处为陆地，上凸处为海洋(湖泊);冬季，等压面下凹处为海洋(湖泊)，上凸处为陆地。

②判断裸地与绿地：裸地同陆地，绿地同海洋。

③判断城区与郊区：等压面下凹处为城区，上凸处为郊区。

(3)判断近地面天气状况和气温日较差大小

等压面下凹处，多阴雨天气，气温日较差较小，如上图中甲地;等压面上凸处，多晴朗天气，气温日较差较大，如上图中乙地。

2.等温面图的判读

等温面图与等压面图的判读有很多相似之处，可借用等压面图的判读方法来判读等温面图。

(1)随着海拔升高，等温面的温度数值逐渐降低。

(2)等温面向下凹的地区，气温较同高度其他地区低;等温面向上凸的地区，气温较同高度其他地区高。如上图中甲地为低温中心，乙地为高温中心。

(3)夏季：陆地上等温面向上凸，海洋上等温面向下凹;城市市区等温面一般向上凸。

3.大气的水平运动

1.影响风的三种力

2.风的受力状况与风向

1.等压线图上任一地点风向的画法

第一步：在等压线图中，按要求画出过该点且垂直于等压线的虚线箭头(由高压指向低压，但并非一定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。

第二步：确定南、北半球后，面向水平气压梯度力方向向右(北半球)或向左(南半球)偏转30°～45°角，画出实线箭头，即为经过该点的风向。

2.如何根据风向判断气压高低和南北半球

(1)根据风的来向为高压一侧可知：图中南侧为高压，北侧为低压。

(2)根据水平气压梯度力垂直于等压线且由高压指向低压可绘出水平气压梯度力F水。

(3)从图中可知风向比F水偏右，可知该地位于北半球。并在风向的右侧绘出地转偏向力F地，并且垂直于风向。

篇7：地球上的大气教案

第二课时：气压带和风带对气候的影响 [相关知识回顾及知识储备]

1.绘制“三圈环流”的理想模式图，并标注“气压带和风带的名称”。2.（1）纬度差异→太阳辐射量的差异→气温的差异；（2）气压、气流和降水的关系：

低气压→气流上升→降水多；高气压→气流下沉→降水少；

气流由较低纬流向较高纬：降水多；气流由较高纬流向较低纬：降水少。[新课导学]

导学1：结合上述“知识储备”和教材P41的文字内容，分析回答以下内容。(1)从全球来讲，大气环流的地理意义有哪些？

高低纬水热交换

大气环流 →

→ 气候的形成和变化

海陆间水热交换

(2)一般而言，不同的气压带和风带控制下的地区会形成不同的气候。

导学2:运用下面的模式图并结合教材案例提供的三个图文内容，分析以下气候的“成因、特点、分布及规律”。

［注］1.热带雨林气候2.热带稀树草原气候3.热带沙漠气候4.热带季风气候5.亚热带季风气候和亚热带湿润气候6.地中海气候7.温带季风气候8.温带海洋性气候；9.温带大陆性气候；10.极地气候（包括寒带苔原、寒带冰原气候）

(1)描述气候的两个重要指标是气温和降水。

影响气温高低的最主要因素是太阳辐射；（划分热量带的依据。）影响降水多少的决定性因素是大气环流。

(2)单一气压带对气候的影响──“热带雨林气候”的学习分析思路。A.所属热量带：热带；该气候的年平均气温是26℃。

B.该气候终年在赤道低压带(大气环流)的影响下，盛行上升气流而多雨，年降水量在2000mm以上，且全年分配较均匀。

C.分布规律是：南北纬10°之间；

主要分布区：亚马孙平原、刚果盆地、马来群岛。（结合《地图册》让学生熟悉具体的分布空间位置。下同。）

(3)单一风带对气候的影响──“温带海洋性气候”的学习分析思路。

A.所属热量带：温带；该气候的最冷月的平均气温大于(大于、小于)0℃，气温年较差较小。B.该气候终年在盛行西风(大气环流)的影响下，受海洋暖湿气团的影响，年降水量一般在700～1000mm之间，且全年分配较均匀，终年温和湿润。

C.分布规律是：南北纬40°～60°的大陆西岸； 主要分布区：西欧、北美和南美大陆西海岸的狭长地带。

(4)气压带和风带交替控制下对气候的影响──“(亚热带)地中海气候”的学习分析思路。

A.所属热量带：亚热带；该气候的最冷月的平均气温大于(大于、小于)0℃。B.该气候夏季因太阳直射点北移→副热带高压带(大气环流)北移的影响下，气流下沉→炎热干燥；冬季因太阳直射点南移→副热带高压带(大气环流)南移，受盛行西风带控制→温和多雨。

C.分布规律是：南北纬30°－40°的大陆西岸；

主要分布区：地中海沿岸、澳大利亚大陆和非洲大陆西南端等地。[自主探究]（联系生活实际，学以致用。学习有用的地理。）

宜兴位于我国的东部沿海，太湖之滨，在北纬31度07分至31度37分，东经119度31分至120度03分。

请结合生活实际和所学知识，对以下内容进行探究。

A.在世界气候类型图中找到宜兴的气候类型是。

B.宜兴气候所属热量带 ：；最冷月的平均气温(大于、小于)0℃。

C.该气候夏季因受(大气环流)的影响，气候的特征是 ；

冬季因受(大气环流)的影响，气候的特征是。该气候的成因归纳：。D.分布规律是：。[活动探究]（通过提供给学生相关的学习资料，培养学生读图分析、自主学习的能力。）请结合教材图2.17的a、b两图资料和“案例－北大西洋暖流与西北欧气候”（参见教材P63“第三章地球上的水，第二节大规模的海水运动”），思考分析完成下面的题目。

（1）两地温带海洋性气候的基本成因是什么？（2）试从地形、陆地轮廓等分析两地分布面积的差异？

（3）你认为可能还有什么原因影响到a图中温带海洋性气候的形成和分布吗？ ［自主归纳］

形成气候的因素有：太阳辐射、大气环流、海陆分布、地形、洋流等。[应用巩固]

（培养学生读图、用图和运用所学知识比较、分析、说明和归纳的能力）根据下列材料，回答：

篇8：地球上的大气教案

人造地球卫星在通信、环境监测、导航和定位等方面发挥着重要的作用。与传统的监测手段相比, 卫星的优势在于作用范围广, 可以在较大尺度上监视和测量环境变化情况。卫星获取的数据信息最终要发回地面控制中心, 但由于两者相距遥远, 并且两者之间存在大气层, 实际中卫星信号的传输问题十分突出[1]。对于很多环境监测卫星, 尤其是气象卫星而言, 大气层本身是被检测的对象, 但同时也成为限制卫星发挥作用的桎梏。

大气层主要包括较低的中性层 (距离地面高度在60 km以下) 和较高的电离层, 中性层又可进一步分为对流层和平流层。目前多数卫星信号集中在C波段和Ka波段, 电离层对C波段的电磁波具有显著的折射作用, 而对流层的云、雨、雾及其他悬浮颗粒对Ka波段的电磁波具有较强的散射和吸收作用。重点分析了大气层对C波段和Ka波段卫星信号传输的不利影响, 并提出应对的策略。

1 大气层对卫星信号传输的影响

1.1 电离层对C波段卫星信号的折射延迟

电离层一般是指高度位于60~1 000 km之间的大气层。电离层的气体分子由于受到太阳的强烈辐射电离, 形成大量的自由电子和正离子。当卫星信号通过电离层时, 如同其他电磁波一样, 信号的路径会发生弯曲, 传播速度会发生变化。对于C频段信号, 传播速度减缓而产生的延迟是影响卫星导航和定位精度的主要误差。以GPS卫星信号为例, 这种距离延迟在天顶方向最大可达50 m;在卫星仰角较低时, 可以达到150 m。因此, 电离层延迟是卫星系统中最重要的误差源[2]。

卫星信号测量中, 电离层延迟误差和信号传播路径上的电离层总电子含量TEC (Total Electron Content) 成正比。TEC是指底面积为1 m2的整个电离层柱体中的自由电子数, 单位为个/m2。因此, 电离层延迟可以用TEC来表征。例如GPS的L1频率为1.575 GHz, 1个单位的TEC对应于0.16 m的延迟, 即1 TECU=0.16 m。研究表明, TEC随下列因素而变化:

随地方时的不同而变化, 一般而言, 白天 (8~18 h) 的电子含量高, 夜晚的电子含量低;

随季节的不同而变化, 夏季电离层电子含量大于冬季;

随年份的不同而变化, 太阳活动高年, 太阳辐射量变化剧烈, 电离层电子含量往往较大;

随测站位置的不同而变化, 低纬度地区的探测站上空电离层电子含量较大。

另外, 电离层异常会引起TEC剧烈变化, 从而造成接收到的卫星信号振幅衰减和相位抖动, 强烈时会导致卫星信号接收机的信号失锁。

1.2 对流层对Ka波段卫星信号的折射延迟

对流层离地面较近, 其高度在海拔20 km以下, 大气密度远大于电离层的密度。对流层大气的状态随地面气候的变化而变化, 因此其折射效应比电离层折射更为复杂。由于对流层不属于弥散性介质, 即电磁波在其中的传播速度与频率无关, 所以, 对流层延迟无法通过卫星发射的双频信号加以消除。

对流层延迟取决于信号传播路径上的气压、温度和相对湿度的变化。因此, 对流层延迟随时间、地点、季节等因素而变化。当信号路径上出现雨、雾等现象, 信号的延迟会变得十分显著。对流层延迟还与卫星信号穿越对流层的路径长度有关, 即对流层延迟与接收机至卫星的观测仰角有关。一般来说, 对流层延迟在天顶方向 (仰角为90°) 约为2 m;随着仰角的减小, 对流层延迟逐渐增大, 在低仰角 (20°以下) 时可以达到20多米。同时考虑到对流层延迟变化的复杂性, 消除这种延迟是卫星信号处理和信道校正中最大的难题。

1.3 电离层闪烁效应的影响

电离层绝非是一个均匀、稳定的气态层, 同一地区上空的电离层电子密度往往呈现不规则、非线性的整体涨落。电离层中的不规则体犹如水中翻腾的气泡, 将导致卫星信号幅度、相位的快速波动。这种现象称为电离层闪烁, 强电离层闪烁能导致卫星信号中断。电离层闪烁主要影响30 MHz~10 GHz频率范围的载波。电离层闪烁对信号的影响是有频率选择性的, 在一定范围内, 信号频率愈低, 电离层闪烁影响越显著。

电离层闪烁主要发生在前半夜, 每次闪烁持续时间最多可达几小时, 较强的闪烁主要发生在午夜前。在太阳活动高年的磁赤道异常区, 电离层闪烁几乎每天都发生。地球上有两个强闪烁高发区:一个集中在磁赤道附近, 以磁赤道异常区闪烁最强[3];另一个闪烁高发区在高纬度地区。闪烁高发期一般出现在春分和秋分前后;太阳活动高年, 闪烁活动出现的频率和强度随之增大。

电离层闪烁会影响系统的可用性、有效性和完备性。以GPS卫星为例, 电离层闪烁带来的影响体现为对载波相位测量精度的降低和对信号的失锁。中国南方地区处于磁赤道异常区, 是世界上电离层闪烁影响的主要区域之一。已开展的GPS观测表明, 在太阳活动高年, 中国南方地区 (广州) 电离层闪烁几乎每天都能观测到。在发生强电离层闪烁时, 中国南方区域的可观测GPS卫星数甚至减少到4颗以下, 严重影响了定位。

2 卫星信道修正的方法

卫星接收机中一般采用电波传播修正模型的方法修正电离层、对流层引起的折射误差。由于电离层是色散性介质, 即信号在电离层中传播的速度与信号频率有关。因此, 卫星系统可以采用双频体制, 目的在于利用两个频率上的测量差, 消除电离层影响这一重要的误差源。而对流层是非色散性介质, 因此, 不能利用双频测量的方法消除其影响。此外, 对于定位卫星而言, 差分定位 (Differential Positioning) 技术也是一种广泛采用的用以消除卫星定位中测量误差的重要技术, 并应用于区域或广域差分系统中。

2.1 卫星接收机电离层电波传播修正方法

电离层对卫星信号传输的影响包括折射和延迟。对于折射问题, 可采用双频传输来解决。由于电离层的色散效应, 伪距测量中的电离层折射误差可以表示为:

式中:TEC表示电离层总电子含量。可以看出, 电离层折射误差与信号频率f有关, 因此, 通过测量卫星导航系统发射的两个不同频率上的信号, 可以获得电离层折射误差。在GPS系统中, 利用双频测量获得的电离层折射误差为:

式中:ρ1, ρ2为GPS两个频率上的伪距测量。

对于单频用户而言, 采用电离层修正模型修正电离层折射误差也是常用的方法。电离层修正模型一般在利用长期电离层测量数据建立的电离层模型基础上, 经过改进用于卫星系统。卫星控制中心对地面监测数据进行处理, 获得电离层模型的参数估计, 通过卫星导航电文向用户播发。用户接收到导航电文, 获取电离层模型参数后估计电离层误差, 并用于接收机定位中的电离层折射修正。

例如, Ne Quick模型是Galileo系统中采用的电离层修正模型。用户利用Galileo卫星播发的Ne Quick模型参数, 结合用户自身的位置信息、卫星信息和太阳活动参量来估计和修正用户卫星信道上的电离层折射延迟。中国电波传播研究所利用卫星信号在海口、广州、昆明、重庆、上海等地设观测站, 组成了电离层闪烁监测网, 得出了我国的电离层闪烁预报模型。

相对于折射误差, 电离层延迟对卫星信道造成的影响更为显著, 这个问题的解决思路仍然是建立以电离层特性为依据的信道延迟补偿模型 (被称为Augmentation System) , 其目的就是向用户提供电离层延迟修正信息。模型中将电离层假设成位于350 km高的一层薄球壳, 如图1所示。两条虚线之间的部分代表电离层球壳, 卫星信号经过电离层到达地面上的接收机, 在电离层球壳上根据一定规则建立矩形或其他形式的网格;系统主控站利用参考站的观测数据估计得到每个网格点处的电离层延迟 (TEC) , 并发布给用户;用户可以利用接收到的网格点电离层延迟进行内插, 获得用户处的电离层修正信息。

这实际上是一种较为理想化的模型。由于电离层具有明显的区域特性和不稳定性, 因此, 电离层网格模型在应用时存在以下问题待深入研究。

首先, 对于中纬度地区而言, 电离层变化较为平缓, 电离层网格模型可以很好地描述电离层的变化。随着地磁纬度的下降, 电离层子午面内出现明显的倾斜, 尤其在中国南部地区存在明显的电离层异常现象。电离层倾斜以及电离层异常峰值的存在将影响电离层网格模型的修正精度, 并进一步影响卫星导航系统的完好性。

其次, 电离层暴也是不可忽视的。伴随电离层暴的发生, 将出现电离层TEC增强 (或减弱) 和更陡峭的电离层TEC梯度变化。电离层的变化很大程度上受太阳活动的影响, 在太阳活动高年, 太阳黑子、耀斑频发, 电离层模型十分复杂, 必须有空间天气预报作为保障, 实时对模型参数进行调整。

从图2 (a) 可以看出[4], 2001年 (太阳活动高年) 3月20日发生的电离层暴在中国南方地区引起的电离层TEC变化达到了近30个TECU单位, 该天夜间发生了电离层暴;而在2005年 (太阳活动低年) 的12月31日同样的时刻, 如图2 (b) 所示, 电离层变化很平缓, 电离层TEC变化仅为几个TECU单位。这说明电离层暴会引起电离层TEC的增强和剧烈变化。

2.2 卫星接收机对流层电波传播修正方法

对流层空气密度较大, 充满云雾等水含量较高的气团, 对频率为10 GHz以上的信号传输影响特别大, 其影响主要表现在大气对信号的延迟和折射。对流层误差主要采用模型进行修正, 其中延迟误差可以表示为:

式中:N为大气折射率, 与温度、湿度和压力有关。对流层模型中, 首先通过建立大气模型, 获得温、湿和气压随高度的变化规律, 进而获得大气折射率N的变化规律, 通过上述公式可以获得对流层延迟误差估计。

卫星导航系统中, 一般将上述过程简化, 获得对流层延迟的经验估计公式。卫星导航系统中经常采用的对流层模型包括Hopfield模型、Saastamoinen模型等。在文献[5]中, Gao认为WAAS (Wide Area Augmentation System) 对流层延迟模型适用于中国地区, 如图3所示。该模型的出发点是差分校正思想, 所谓差分技术是建立在卫星误差的空间和时间相关性基础上的。差分技术中, 利用接收机在精确位置进行测量, 提取定位中的误差信息, 并向附近用户播发;用户利用差分修正信息提高定位精度。差分技术的进一步发展实现了广域差分系统。

广域差分系统中, 通过一定数量的地面参考站组成监测网络和同步通信卫星 (GEO) 对卫星导航系统进行增强。广域差分定位系统主站至用户的链路采用卫星广播的形式, 覆盖面广并可向沙漠、海上的用户提供服务, 因而具有重要的军事和经济价值。

3 结论

卫星观测、导航和定位技术在现代环境和气象监测预警以及军事侦察方面发挥着越来越重要的作用, 保障卫星信道的畅通是卫星应用中的关节环节之一。由于大气层结构复杂且多变, 使之成为了卫星信道上无法绕开的拦路石。对大气层的深入研究发现, 卫星信号在大气层中发生的衰减、折射和延迟可以用数学函数近似描述, 因此可以建立大气层数学模型对卫星信道进行补偿。考虑到大气层, 尤其是电离层和对流层的时变性, 信道补偿模型必须是可变参数的, 而且要与空间气象和天气预报数据相结合才能充分发挥作用。

摘要：针对卫星信号下行路径上存在的折射和延迟等问题, 分析了大气层的结构特点及其对卫星信道造成的不利影响, 其中电离层对C波段信号的折射、对流层对Ka波段信号的延迟和电离层闪烁是分析的重点。提出了应对大气层不利影响的方法, 指出必须设计可变参数模型并结合实时空间天气和气象预报的数据才能实现对卫星信道的有效校正和补偿。

关键词：卫星信号,电离层,对流层,大气层结构特点分析

参考文献

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