二、大气圈的结构

大气圈就是指包围着整个地球的空气层。大气圈的边界很难确定，但从流星和北极光的最高发光点推算，在离地球表面 800km 的高空还有少量空气存在。所以，一般来说，大气圈的厚度为 1000 公里。

大气圈的总质量估计为 5.2×1015 吨，相当于地球质量（5.974×1021 吨）的百万分之一。大气质量在垂直方向的分布是极不均匀的。由于受地心引力的作用，大气的质量主要集中在下部，其中的 50％集中在离地面 5km 以下； 75％集中在 10km 以下，90％集中在 30km 以下。

按照分子组成，大气可分为两个大的层次：均质层和非均质层（或同质层和异质层）。

均质层为从地表至 90km 左右高度的大气层，其密度随着高度的增加而减小。除水汽有较大变动外，它们的组成是稳定均一的。这是由于大气低层的风和湍流连续运动的结果。

均质层上面是非均质层，根据其成分又可分为四个层次：氮层（距地面90—200km）、原子氧层（200—1100km）、氦层（1100—3200km）、氢层（3200

—9600km）。在这四个层次之间，都存在过渡带，没有明显的分界面。

按大气的化学和物理性质，大气圈也可分为光化层和离子层，两层大致以平流层顶为分界线。

大气圈垂直方向有各种各样的分层方法。目前世界各国普遍采用的分层方法是 1962 年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通过国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）所建议的分层系统，即根据大气温度随高度垂直变化的特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层（图 5.2）。

对流层大气圈的最低一层，其平均厚度约为 12km。对流层是大气中最活跃的一层，存在着强烈的垂直对流作用，同时也存在着较大的水平运动。对流层里水汽、尘埃较多，雨、雪、云、雾、雹、霜、雷、电等主要的天气现象与过程都发生在这一层里。此层大气对人类的影响最大，通常所指的大气污染就是对此层而言。尤其是在靠地面 1—2km 的范围内，受到地形、生物等影响，局部空气更是复杂多变。对流层内大气温度随高度的增加而下降，其平均温度递减率约为—6.5℃/km。

对流层顶的实际高度随纬度位置和季节而变化。平均而言，对流层的高度从赤道向两极减小，在低纬度地区对流层高约 18km，中纬度地区为 11km，高纬度地区为 8km。

对流层相对于整个大气圈的总厚度来说是相当薄的，而它的质量却占整个大气总质量的 3/4 以上。

平流层从对流层顶以上到大约 50km 左右的高度叫平流层，也叫同温层。平流层的下部有一很明显的稳定层，温度不随高度变化或变化很小，近似等温。然后随高度增加而温度上升。这主要是由于地表辐射影响的减少和氧及臭氧对太阳辐射吸收加热，使大气温度随高度增加而上升。这种温度结构抑制了大气垂直运动的发展，大气只有水平方向的运动。

在平流层中水汽和尘埃含量很少，没有对流层中那种云、雨等天气现象。在平流层之上，距地面大约 50km 的地方温度达到了最高值，这就是平流

层顶。

在中间层内，大气又可发生垂直对流运动。该层水汽浓度很低，但由于对流运动的发展，在某些特定条件下仍能出现夜光云。在大约 60km 的高度上，大气分子在白天开始电离。因此，在 60—80km 之间是均质层转向非均质层的过渡层。

热成层在中间层顶之上的大气层称为热成层，也称作增温层或电离层。在热成层中大气温度随高度增加而急剧上升。到大约 1000km，白天气温可达 1250—1750K。在热成层中由于太阳和其它星球辐射各种射线的作用，该层中大部分空气分子大都发生电离，成为原子、离子和自由电子，所以这一层也叫电离层。

在热成层中由于太阳辐射强度的变化，而使各种成分离解过程表现出不同的特征。因此大气的化学组成也随高度增加而有很大的变化。这就是非均质层的由来。

逸散层在热成层之上的大气层称为逸散层。也称外大气层。是大气圈的最外层，大约在 800km 以上。在外层，大气极为稀薄，地心引力微弱，大气质点之间很难相互碰撞。有些运动速度较快的大气质点有可能完全摆脱地球引力而进入宇宙空间去。