大氣層是在地球引力作用下，大量氣體聚集在地球周圍，形成數(shù)千公里的空氣層。大氣層氣體密度隨離地面高度的增加而變得愈來(lái)愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍發(fā)現(xiàn)有稀薄大氣。
大氣層高度
地球大氣層從地表起垂直向上，大氣層通常分為5層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。
1、對(duì)流層的高度是：0km～7至11km。
2、平流層的高度是：7至11km～50km。
3、中間層的高度是：50km～80至85km。
4、熱層的高度是：80至85km～800km。
5、散逸層的高度是：800km～2000km至3000km。
大氣層分層
由于地心引力的作用，才使得大氣質(zhì)點(diǎn)聚集在地球周圍，構(gòu)成大氣層，并隨著地球的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)實(shí)測(cè)，大氣質(zhì)量的98%集中在30kg以下的低層大氣中，在離地36～1000km的大氣內(nèi)只占總質(zhì)量的1%，在700～800km高度處，氣體分子之間的距離可達(dá)幾百米遠(yuǎn)，這種情況遠(yuǎn)超過(guò)近代實(shí)驗(yàn)室中所獲得的真空。但無(wú)論哪個(gè)高度都不會(huì)絕對(duì)真空，即使在地球以外的宇宙空間內(nèi)，也不是絕對(duì)真空的，因此，在地球大氣與星際空間之間并不存在一個(gè)“界面”把它們截然分開。
雖然如此，我們還是可以通過(guò)物理分析確定一個(gè)最大高度來(lái)說(shuō)明大氣的垂直范圍。通常把“極光”出現(xiàn)的最大高度定為大氣的上界，其數(shù)值為1000～1200km。如果根據(jù)人造衛(wèi)星探測(cè)到的資料推算，那么，大氣上界大約在2000～3000km的高度上。
根據(jù)觀測(cè)證明：大氣在垂直方向上的物理性質(zhì)是有顯著差異的。根據(jù)溫度、大氣成分、電荷等物理性質(zhì)，同時(shí)考慮到大氣的垂直方向的運(yùn)動(dòng)等情況，可將大氣分為5層，即對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。
1、對(duì)流層
靠近地面的大氣層叫對(duì)流層。對(duì)流層的厚度隨緯度和季節(jié)而變化，在低緯度地區(qū)約17～18km，在中緯度地區(qū)約10～12km，在高緯度地區(qū)約8～9km。夏季對(duì)流層厚度比冬季大，對(duì)流層的平均厚度約10～12km。對(duì)流層雖是大氣層中極薄的一層，但在這一層里卻集中了大氣質(zhì)量的3/4和幾乎全部的水汽和雜質(zhì)。對(duì)流層，由于它下面熱，上面冷，“頭重腳輕”大氣很不穩(wěn)定，容易上下翻滾，造成大氣對(duì)流。所以也有人把對(duì)流層叫“翻覆層”。對(duì)流的結(jié)果，使上層大氣均勻混合，熱量、水汽和往上輸送，從而引起了各種天氣活動(dòng)。主要天氣現(xiàn)象如雷電、風(fēng)、云、雨、雪、霧等都出現(xiàn)在這一層，這一層與人類活動(dòng)關(guān)系最為密切。
對(duì)流層的3個(gè)主要特征：
(1)氣溫隨高度的增加而降低：平均每升高100米氣溫約降低0.65℃。對(duì)流層頂部的氣溫，在低緯度約為-80℃，高緯度約為-50℃。對(duì)流層中，在一定條件下，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氣溫隨高度的上升而升高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫逆溫。逆溫能阻礙大氣垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，對(duì)天氣有一定影響。
(2)大氣有明顯的對(duì)流運(yùn)動(dòng)：由于地表面加熱不均，下面的暖大氣不斷上升變冷，上部的冷大氣不斷下沉來(lái)補(bǔ)充，形成上下層大氣不停地對(duì)流，使近地面的熱量、水汽和雜質(zhì)易于向上輸送，這對(duì)成云致雨有重要的作用。
(3)溫度、濕度沿水平方向分布不均：在寒帶大陸上的大氣，因缺乏水源和受熱少，大氣干而冷，在熱帶海洋上的大氣，因水汽充足受熱多，大氣暖而濕。
在對(duì)流層內(nèi)按氣流和天氣現(xiàn)象分布的特點(diǎn)，又可分為下層、中層、上層3個(gè)層次。
下層(又叫摩擦層)：它的范圍是自地面起到1～2km高度，但隨季節(jié)和晝夜不同而變化，夏季的范圍大于冬季，白天的范圍大于夜間。在這一層里，由于氣流受地面摩擦作用較大，通常隨著高度的增高，風(fēng)速增大，風(fēng)向右轉(zhuǎn)(北半球)，氣溫受地面熱力作用影響大，故有明顯的日變化。由于本層的水汽、塵粒含量較多，因而低云、霧、霾、浮塵等出現(xiàn)頻繁。
中層：它的下界是摩擦層頂，上界高度約為6km。它受地面影響比摩擦層小得多，氣流狀況基本上可表征整個(gè)對(duì)流層大氣運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。大氣中的云和降水大都產(chǎn)生在這一層內(nèi)。
上層：它的范圍從6km的高度伸展到對(duì)流層的頂部。這一層受地面的影響更小，氣溫常年都在0℃以下，水汽含量較少，各種云都由冰晶和過(guò)冷水滴組成。在中緯度和熱帶地區(qū)，這一層中常出現(xiàn)風(fēng)速等于或大于30米/秒的強(qiáng)風(fēng)帶，即所謂急流。
此外，在對(duì)流層和平流層之間，有一個(gè)厚度為數(shù)百米到1～2km的過(guò)渡層，稱為對(duì)流層頂。這一層的主要特征是，氣溫隨高度而降低得很慢，或者幾乎為等溫，平均而言，它的氣溫在低緯度地區(qū)約為-83℃，在高緯度地區(qū)約為-53℃。對(duì)流層頂對(duì)垂直氣流有很大的阻擋作用，上升的水汽、塵粒多聚集其下，使得那里的能見(jiàn)度往往較差。
2、平流層
自對(duì)流層頂?shù)?5km左右為平流層。平流層中水汽、塵埃的含量較少，大氣比對(duì)流層稀薄得多，大氣基本上沒(méi)有垂直對(duì)流，主要是做水平運(yùn)動(dòng)。
在平流層中，隨著高度的增高，氣溫最初保持不變或略有上升，到25km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高，到55km高度上可達(dá)-3℃～17℃。
平流層這種氣溫分布的特征是和它受地面溫度影響很小，特別是存在著大量臭氧能夠直接吸收太陽(yáng)輻射有關(guān)。雖然25km以上臭氧的含量已逐漸減少，但這里紫外線輻射的作用很強(qiáng)烈，溫度隨高度得以迅速增加，造成顯著的暖層。
3、中間層
自平流層頂?shù)?5km左右為中間層。這層的特點(diǎn)是溫度隨高度的增加而迅速地降低，大氣有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)。
在中間層的頂部氣溫降到-83℃～-113℃，其原因是由于這一層中幾乎沒(méi)有臭氧，而氮和氧等氣體所能直接吸收的波長(zhǎng)更短的太陽(yáng)輻射又大部分已被上層大氣吸收掉了。在該層80km的高度上，有一個(gè)只在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。在電離層中，大氣處于電離狀態(tài)，能夠反射無(wú)線電波。
4、熱層
熱層位于中間層頂?shù)?00km高度。這一層的大氣極其稀薄，例如在270km的高度上，大氣的密度約為地面大氣密度的一百億分之一，整個(gè)熱層的大氣質(zhì)量只占大氣總質(zhì)量的0.5%。熱層有兩個(gè)特點(diǎn)：
(1)隨高度的增高氣溫迅速升高，根據(jù)人造衛(wèi)星的觀測(cè)，在300km高度上，氣溫可達(dá)到1000℃以上。這是因?yàn)樗胁ㄩL(zhǎng)小于0.175μm的太陽(yáng)紫外線輻射，都為該層中氧原子所吸收的緣故。
(2)大氣處于高度電離狀態(tài)，故熱層又稱為電離層。據(jù)探測(cè)，熱層中各高度上大氣的電離程度是不均勻的，其中最強(qiáng)的兩層是位于100～120km處的E層和200～400km處的F層。因此，在遠(yuǎn)距離無(wú)線電通訊中，這一層具有重要的意義。
5、散逸層
在800km以上的大氣層統(tǒng)稱為散逸層。它是大氣的最高層。據(jù)研究，這一層的氣溫隨高度的增加而升高。
散逸層是大氣到星際空間過(guò)渡的區(qū)域。由于溫度高，大氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)很快，又因距地較遠(yuǎn)，地球引力作用很小，所以這一層的主要特點(diǎn)是大氣質(zhì)點(diǎn)經(jīng)常散逸到星際空間中去。這里的大氣極其稀薄，幾乎完全處于電離狀態(tài)。其成分是大氣中最輕的元素氦和氫。
大氣層的作用
地球大氣層的自然形成，其作用是多方面的，主要表現(xiàn)有如下五個(gè)方面：
1、保護(hù)水圈的循環(huán)
地球上所有生物物種都必須要依靠水才能良性生存，大氣層滲透著地球每天陽(yáng)光蒸發(fā)的氣態(tài)水，并能以下雨或下雪和早上大霧的方式回歸到地球上，能確保地球水圈的循環(huán)，能實(shí)現(xiàn)生物圈及時(shí)補(bǔ)充水份，有利于生物圈的良性生存。
2、保護(hù)地表氧氣的適度
在大氣層圍封的作用下，由海洋和植物圈每天散發(fā)出來(lái)的氧氣，不能散出外層空間，保持適度氧氣在地球表層，有助于生物圈供氧生存。
3、對(duì)太陽(yáng)熱輻射起盾牌作用
太陽(yáng)光的紫外線熱輻射十分猛烈，大氣層能對(duì)其起盾牌作用，能將陽(yáng)光紫外線輻射降低到地球生物圈生存適應(yīng)性范圍，有利于地球生物圈的良性生長(zhǎng)。
4、確保液態(tài)水體(海洋)的穩(wěn)定性
在大氣層圍封作用下，能保持著地球地表液態(tài)水體的穩(wěn)定性，確保海洋、江河、湖泊等液態(tài)水體的存量，有利于地球生物圈的良性生存。
5、起到保護(hù)地表環(huán)境穩(wěn)定性的作用
依據(jù)天文學(xué)家鑒測(cè)表明，大氣層每天會(huì)有約為36千噸來(lái)自太空的物質(zhì)進(jìn)入，通常都是些小石塊、中石塊和大石塊的情況，但還間歇會(huì)有巨石塊或小行星進(jìn)入的情況發(fā)生，當(dāng)巨石塊或小行星進(jìn)入時(shí)，如果沒(méi)有大氣層對(duì)其產(chǎn)生摩擦分離變少之作用，而直接撞到地球地表上，將會(huì)破壞地表生存環(huán)境的穩(wěn)定性。
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