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　　大氣層(atmosphere)，氣象學(xué)專業(yè)術(shù)語，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要有氮?dú)?，?8.1%;氧氣占20.9%;氬氣占0.93%;還有少量的二氧化碳、稀 有氣體(氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣)和水蒸氣。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為對(duì)流層、平流層、臭氧層、中間層、熱層和散逸層，再上面就是星際空間了。

　　一、大氣

　　大氣是指在地球周圍聚集的一層很厚的大氣分子，稱之為大氣圈。像魚類生活在水中一樣，人類生活在地球大氣的底部，并且一刻也離不開大氣。大氣為地球生命的繁衍，人類的發(fā)展，提供了理想的環(huán)境。它的狀態(tài)和變化，時(shí)時(shí)處處影響到人類的活動(dòng)與生存。

　　自然狀態(tài)下，大氣是由混合氣體、水汽和雜質(zhì)組成。除去水汽和雜質(zhì)的空氣稱為干潔空氣。干潔空氣的主要成分為78.09%的氮20.94%的氧，0.93%的氬。這三種氣體占總量的99.96%，其它各項(xiàng)氣體含量計(jì)不到0.1%，這些微量氣體包括氖、氦、氪、氙等稀有氣體。在近地層大氣中上述氣體的含量幾乎可認(rèn)為是不變化的，稱為恒定組分。

　　在干潔空氣中，易變的成分是二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等，這些氣體受地區(qū)、季節(jié)、氣象以及人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的影響。正常情況下，二氧化碳含量在20km以上明顯減少。

　　二、對(duì)流層

　　定義：大氣最下層，厚度(8～17公里)隨季節(jié)和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/公里，有對(duì)流和湍流。天氣現(xiàn)象和天氣過程主要發(fā)生在這一層。

　　位置：位于大氣的最低層，從地球表面開始向高空伸展，直至對(duì)流層頂，即平流層的起點(diǎn)為止。平均厚度約為12公里，它的厚度不一，其厚度在地球兩極上空為8公里，在赤道上空為17公里，是大氣中最稠密的一層，集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。

　　下界與地面相接，上界高度隨地理緯度和季節(jié)而變化。它的高度因緯度而不同，在低緯度地區(qū)平均高度為17～18公里，在中緯度地區(qū)平均為10～12公里，高緯度地區(qū)平均為8～9公里，并且夏季高于冬季。在高緯度的地區(qū)，因?yàn)榈乇淼哪Σ亮?huì)影響氣流，形成了一個(gè)平均厚2公里的行星邊界層。這一層的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦會(huì)被逆流層的分隔而與對(duì)流層的其他部份分開。

　　特點(diǎn)：

　　(1)溫度隨高度的增加而降低：這是因?yàn)樵搶硬荒苤苯游仗柕亩滩ㄝ椛?，但能吸收地面反射的長(zhǎng)波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多，遠(yuǎn)離地面的空氣受熱少。每升高1公里，氣溫約下降6.5度。

　　(2)空氣對(duì)流：因?yàn)閹r石圈與水圈的表面被太陽曬熱，而熱輻射將下層空氣烤熱，冷熱空氣發(fā)生垂直對(duì)流，又由于地面有海陸之分、晝夜之別以及緯度高低之差，因而不同地區(qū)溫度也有差別，這就形成了空氣的水平運(yùn)動(dòng)。

　　(3)溫度、濕度等各要素水平分布不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動(dòng)產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進(jìn)入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運(yùn)動(dòng)外，化學(xué)過程十分活躍，并伴隨氣團(tuán)變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、霧等一系列天氣現(xiàn)象。

　　擴(kuò)展：正因?qū)α鲗邮谴髿鈱又型牧髯疃嗟囊粚樱瑖娚淇蜋C(jī)大多會(huì)飛越此層頂部(即對(duì)流層頂)用以避開影響飛行安全的氣流。

　　在宇宙中恒星也有對(duì)流層，太陽內(nèi)部能量向外傳播除輻射，還有對(duì)流過程。即從太陽0.71個(gè)太陽半徑向外到達(dá)太陽大氣層的底部，這一區(qū)間叫對(duì)流層。這一層氣體性質(zhì)變化很大，很不穩(wěn)定，形成明顯的上下對(duì)流運(yùn)動(dòng)。這是太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最外層。

　　三、平流層

　　定義：

　　1：從對(duì)流層頂?shù)郊s50公里高度的大氣層。層內(nèi)溫度通常隨高度的增加而遞增。底部溫度隨高度變化不大。

　　2：距地表約10～50公里處的大氣層。位于對(duì)流層之上，逸散層之下。平流層(stratosphere)，亦稱同溫層，是地球大氣層里上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層，當(dāng)中高溫層置于頂部，而低溫層置于底部。它與位于其下貼近地表的對(duì)流層剛好相反，對(duì)流層是上冷下熱的。在中緯度地區(qū)，平流層位于離地表10~50公里的高度，而在極地，此層則始于離地表8公里左右。

　　特殊：對(duì)流層上面，直到高于海平面50公里這一層，氣流主要表現(xiàn)為水平方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)流現(xiàn)象減弱，這一大氣層叫做“平流層”，又稱“同溫層”。這里基本上沒有水汽，晴朗無云，很少發(fā)生天氣變化，適于飛機(jī)航行。在20~30公里高處，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層，像一道屏障保護(hù)著地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊。

　　四、臭氧層

　　定義：大氣層的平流層中臭氧濃度相對(duì)較高的部分，其主要作用是吸收短波紫外線。大氣層的臭氧主要以紫外線打擊雙原子的氧氣，把它分為兩個(gè)原子，然后每個(gè)原子和沒有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不穩(wěn)定，紫外線照射之后又分為氧氣分子和氧原子，形成一個(gè)繼續(xù)的過程臭氧氧氣循環(huán)，如此產(chǎn)生臭氧層。自然界中的臭氧層大多分布在離地20—50千米的高空。臭氧層中的臭氧主要是紫外線制造

　　作用：大氣臭氧層主要有三個(gè)作用。

　　一為保護(hù)作用，臭氧層能夠吸收太陽光中的波長(zhǎng)306.3μm以下的紫外線，保護(hù)地球上的人類和動(dòng)植物免遭短波紫外線的傷害。只有長(zhǎng)波紫外線UV-A和少量的中波紫外線UV-B能夠輻射到地面，長(zhǎng)波紫外線對(duì)生物細(xì)胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件保護(hù)傘保護(hù)地球上的生物得以生存繁衍。

　　二為加熱作用，臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能加熱大氣，由于這種作用大氣溫度結(jié)構(gòu)在高度50km左右有一個(gè)峰，地球上空15～50km存在著升溫層。正是由于存在著臭氧才有平流層的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧氣，所以也就不存在平流層。大氣的溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于大氣的循環(huán)具有重要的影響，這一現(xiàn)象的起因也來自臭氧的高度分布。

　　三為溫室氣體的作用，在對(duì)流層上部和平流層底部，即在氣溫很低的這一高度，臭氧的作用同樣非常重要。如果這一高度的臭氧減少，則會(huì)產(chǎn)生使地面氣溫下降的動(dòng)力。

　　五、中間層

　　定義：自平流層頂?shù)?5公里之間的大氣層。

　　該層內(nèi)因臭氧含量低，同時(shí)，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經(jīng)大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大，對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)盛。中間層頂附近的溫度約為190K;空氣分子吸收太陽紫外輻射后可發(fā)生電離，習(xí)慣上稱為電離層的D層;有時(shí)在高緯度地區(qū)夏季黃昏時(shí)有夜光云出現(xiàn)。

　　物質(zhì)組成：氮?dú)夂脱鯕鉃橹?，幾乎沒有臭氧。該層的60-90公里高度上，有一個(gè)只有在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。

　　六、電離層

　　定義：是地球大氣的一個(gè)電離區(qū)域。60公里以上的整個(gè)地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個(gè)電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10~80公里。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。

　　特點(diǎn)：除地球外，金星、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當(dāng)多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。

　　在電離作用產(chǎn)生自由電子的同時(shí)，電子和正離子之間碰撞復(fù)合，以及電子附著在中性分子和原子上，會(huì)引起自由電子的消失。大氣各風(fēng)系的運(yùn)動(dòng)、極化電場(chǎng)的存在、外來帶電粒子不時(shí)入侵，以及氣體本身的擴(kuò)散等因素，引起自由電子的遷移。在55公里高度以下的區(qū)域中，大氣相對(duì)稠密，碰撞頻繁，自由電子消失很快，氣體保持不導(dǎo)電性質(zhì)。在電離層頂部，大氣異常稀薄，電離的遷移運(yùn)動(dòng)主要受地球磁場(chǎng)的控制，稱為磁層。

　　電離層的主要特性由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度、離子溫度和離子成分等空間分布的基本參數(shù)來表示。但電離層的研究對(duì)象主要是電子密度隨高度的分布。電子密度(或稱電子濃度)是指單位體積的自由電子數(shù)，隨高度的變化與各高度上大氣成分、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關(guān)。中間層以上，到離地球表面500公里，叫做“熱層”。在這兩層內(nèi)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)許多有趣的天文現(xiàn)象，如極光、流星等。

　　七、外層

　　外層(Exosphere)，又名散逸層，熱層頂以上是外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處。這里的溫度很高，可達(dá)數(shù)千度;大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一。外大氣層也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區(qū)域，外面沒有什么明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側(cè)，約有9~10個(gè)地球半徑高，換句話說，大約有65000千米高。在這里空氣極其稀薄。通常把1000公里之內(nèi)，即電離層之內(nèi)作為大氣的高度，即大氣層厚1000公里。

　　八、大氣對(duì)地面的保溫作用

　　大氣層就好像是一條毛毯，均勻地包住了整個(gè)地球，使整個(gè)地球就好象處在一個(gè)溫室之中。白天灼熱的太陽發(fā)出強(qiáng)烈的短波輻射，大氣層能讓這些短波光順利地通過，而到達(dá)地球表面，使地表增溫。晚上，沒有了太陽輻射，地球表面向外輻射熱量。因?yàn)榈乇淼臏囟炔桓?，所以輻射是以長(zhǎng)波輻射為主，而這些長(zhǎng)波輻射又恰恰是大氣層不允許通過的，故地表熱量不會(huì)喪失太多，地表溫度也不會(huì)降得太低。這樣，大氣層就起到了調(diào)節(jié)地球表面溫度的作用。這種作用就是大氣的保溫作用。

　　九、大氣削弱作用

　　當(dāng)太陽輻射通過大氣層到達(dá)地面的過程中，由于大氣對(duì)它有一定的吸收、散射和反射作用，使到達(dá)地面的總輻射有明顯削弱，特別是波長(zhǎng)短的輻射能削弱顯著，這種現(xiàn)象稱為大氣削弱作用或衰減作用。

　　十、吸收作用

　　大氣對(duì)太陽輻射的吸收具有選擇性。對(duì)流層大氣中的水汽和二氧化碳吸收紅外線，平流層中的臭氧吸收紫外線。大氣對(duì)太陽輻射中能量最強(qiáng)的可見光部分吸收很少，絕大部分的太陽輻射能量能夠到達(dá)地面!

　　十一、反射作用

　　主要是大氣中的云層和顆粒較大的塵埃會(huì)將一部分太陽輻射反射到宇宙中去，這種反射無選擇性。云層越厚，反射作用越強(qiáng)。夏季，多云的白天氣溫不高，就是這個(gè)原因。

　　十二、散射作用

　　空氣分子和微塵把太陽輻射向四面八方散射開來，是一部分太陽輻射不能到達(dá)地面，從而削弱了太陽輻射。大氣對(duì)太陽輻射的散射所用具有選擇性。晴朗的天空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色，日出前的黎明、日落后的黃昏以及陰天時(shí)天空仍是明亮的，都是大氣散射的結(jié)果。