背景介绍

就整个地球来说，愈靠近核心，组成物质的密度就愈大。大气圈是地球的一部分，若与地球的固体部分相比较，密度要比地球的固体部分小得多，全部大气圈的重量大约为5000万亿吨，还不到地球总重量的百分之一；以大气圈的高层和低层相比较，高层的密度比低层要小得多，而且越高越稀薄。假如把海平面上的空气密度作为1，那么在240公里的高空，大气密度只有它的一千万分之一；到了1600公里的高空就更稀薄了，只有它的一千万亿分之一。整个大气圈质量的90%都集中在高于海平面16公里以内的空间里。再往上去当升高到比海平面高出80公里的高度，大气圈质量的99.999%都集中在这个界限以下，而所剩无几的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。

探测结果表明，地球大气圈的顶部并没有明显的分界线，而是逐渐过渡到星际空间的。高层大气稀薄的程度虽说比人造的真空还要“空”，但是在那里确实还有气体的微粒存在，而且比星际空间的物质密度要大得多，然而，它们已不属于气体分子了，而是原子及原子再分裂而产生的粒子。以80-100公里的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到1000公里上下，就变得以氧为主了；再往上到2400公里上下，就以氦为主；再往上，则主要是氢；在3000公里以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。

自地球表面向上，大气层延伸得很高，可到几千公里的高空。根据人造卫星探测资料的推算，在2000-3000公里的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这一数值，和星际空间的密度非常相近，这样2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大气的上界。

分层

地球大气按其基本特性可分为若干层，但按不同的特性有不同的分层方法。常见的分层方法有：

按热状态特征

大气分层图

自地球表面向上，随高度的增加空气愈来俞稀薄。大气的上界可延伸到2000～3000公里的高度。在垂直方向上，大气的物理性质有明显的差异。根据气温的垂直分布、大气扰动程度、电离现象等特征，一般将大气分为五层对流层、平流层、中间层、热层和 外层（又称外逸层或逃逸层）。接近地面、对流运动最显著的大气区域为对流层，对流层上界称对流层顶，在赤道地区高度约17～18千米，在极地约8千米；从对流层顶 至约50千米的大气层称平流层，平流层内大气多作水平运动，对流十分微弱，臭氧层即位于这一区域内；中间层又称中层，是从平流层顶至约80千米的大气区域；热层是中间层顶至300～500千米的大气层；热层顶以上的大气层称外层大气。

1 对流层（troposphere）

对流层是大气的最下层。它的高度因纬度和季节而异。就纬度而言，低纬度平均为17～18公里；中纬度平均为10～12公里；高纬度仅8～9公里。就季节而言，对流层上界的高度，夏季大于冬季，例如南京夏季对流层厚度可达17公里，冬季只有11公里。

对流层集中了整个大气质量的3/4和几乎全部水汽，它具有以下三个基本特征：

（1）气温随高度的增加而递减，平均每升高100米，气温降低0.65℃。其原因是太阳辐射首先主要加热地面，再由地面把热量传给大气，因而愈近地面的空气受热愈多，气温愈高，远离地面则气温逐渐降低。

（2）空气有强烈的对流运动。地面性质不同，因而受热不均。暖的地方空气受热膨胀而上升，冷的地方空气冷缩而下降，从而产生空气对流运动。对流运动使高层和低层空气得以交换，促进热量和水分传输，对成云致雨有重要作用。

（3）天气的复杂多变。对流层集中了75%大气质量和90%的水汽，因此伴随强烈的对流运动，产生水相变化，形成云、雨、雪等复杂的天气现象。因此，对流层与地表自然界和人类关系最为密切。

对流层内部根据温度、湿度和气流运动，以及天气状况诸方面的差异，通常划分为三层：

①对流层下层：底部和地表接触，上界大致为1—2 公里，有季节和昼夜等的变化，一般夏季高于冬季，白天高于夜间。下层的特点是水汽、杂质含量最多，气温日变化大，气流运动受地表摩擦作用强烈，空气的垂直对流、乱流明显，故下层通常也叫摩擦层或边界层。

②对流层中层：下界为摩擦层顶，上部界限在6公里左右。中层受地面影响很小，空气运动代表整个对流层的一般趋势，大气中发生的云和降水现象，多数出现在这一层。此层的上部，气压只及地面的一半。

③对流层上层：范围从6 公里高度伸展到对流层顶部。这一层的水汽含量极少，气温经常保持在0℃以下，云都由冰晶或过冷水滴所组成。