大气层的厚度大约在1 000 km以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层，再上面就是星际空间了（如图3-1和图3-2所示）。
图3-1 地球的结构
在大气层中气体的分布是不均匀的，其质量的99%集中在距地球表面29 km以下，海平面处空气密度最大，随着高度的增加，空气越来越稀薄。
大气在垂直高度上的物理性质（温度、大气组分等）差异很大，自下而上，可将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层五层。
图3-2 大气垂直分层结构
1）对流层（Troposphere）
紧贴地面的大气层叫对流层，平均厚度约为12 km，这里集中了大气总质量的75%和几乎所有的水蒸气。
对流层有以下三个主要特征。
（1）气温随高度的升高而降低。平均而言，每上升100 m，气温下降约0.65℃。到对流层顶部，气温可降到-50℃以下。
（2）空气对流运动显著。大气污染物的迁移与转化主要发生在这一层。由于分散作用，使污染物浓度下降。
（3）天气现象复杂多变。由于该层直接与地表接触，尘埃、微生物、水蒸气进入空气形成扬尘、飞沙和雨、雪、云、雾等天气现象。在对流层靠近地面1～2 km的近地层，由于受地形和生物的影响，局部空气现象更是复杂多变，也是大气污染物活跃的区域，所以它对人类生产和生活影响最大。
2）平流层（Stratosphere）
自对流层顶到50 km左右是平流层。
平流层的特点如下。
（1）温度随着高度的增加而上升。该层气温最初保持不变或微有上升，到25 km以上，气温升高显著。这种“逆温”特点是由于该层存在臭氧层（15～35 km处，厚度约20 km）。臭氧层能够阻止和吸收太阳的紫外线及外层空间各种宇宙射线的辐射作用，使地球上的生命体免受损害，温度也由-50℃增至-3℃以上，对地球起到保温作用。
（2）由于上热下冷，气流垂直运动微弱，只有水平方向的流动。所以污染物一旦进入该层，就可长时间滞留，且易造成大范围以至全球性的影响。
（3）水汽杂质含量极少，因此，云雨就很难形成。大气平稳，天气晴朗，对高空航天飞行有利。
3）中间层（Mesosphere）
平流层顶部到80 km左右为中间层。
中间层的特点是：气温随高度的增加而迅速下降，顶部气温可降至-100℃，因为这一层几乎没有臭氧；空气稀薄，存在相当强烈的垂直运动。
4）暖层（热层）（电离层Thermosphere）
位于中间层顶部至800 km高度。
热层（电离层）的特点如下。
（1）由于空气十分稀薄，气体分子在射线作用下发生电离，成为原子、离子和自由电子，故该层也称电离层。电离层能将电磁波反射回地球，对全球的无线电通信具有重大影响。
（2）由于电离后的氧能强烈地吸收太阳的短波辐射，使温度随高度增加而迅速上升，在该层的顶部气温可达1 400℃以上。
5）逸散层（外逸层Exosphere）
800 km高度以上的大气层统称为逸散层。
逸散层（外逸层）的特点是：大气极其稀薄，地心引力微弱，加之温度高，空气粒子运动很快，所以气体质点经常逸散至宇宙空间。本层是大气圈与星际空间过渡地带。
知识拓展
1）我国大气污染的状况
我国环境保护部部长周生贤说：“随着国民经济的持续快速发展，能源消费的不断攀升，发达国家历经近百年出现的环境问题在我国近二三十年集中出现，呈现区域性和复合性特征，存在发生大气严重污染事件的隐忧，大气环境形势非常严峻。”
2008年，全国23.2%的城市空气质量未达到国家二级标准，城市空气中的可吸入颗粒物、二氧化硫浓度依然维持在较高水平。我国城市大气环境形势依然严峻。
我国长三角、珠三角和京津冀三大城市群占全国6.3%的国土面积，消耗了全国40%的煤炭，生产了50%的钢铁，大气污染物排放集中，重污染天气在区域内大范围同时出现。在辽宁中部城市群、湖南长株潭地区以及成都地区等城市密度大、能源消费集中的区域也出现了区域性大气污染问题，呈现明显的区域性特征。但目前城市大气污染治理尚未建立有效的区域空气联防联控机制，难以从根本上解决区域和城市的大气环境问题。
灰霾和臭氧污染已成为东部城市空气污染的突出问题。上海、广州、天津、深圳等城市的灰霾天数已占全年总天数的30%～50%。灰霾和臭氧污染不仅直接危害人体健康，而且造成大气能见度下降，看不见蓝天，使公众对大气环境不满。我国目前的空气质量评价指标仅包括二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物三项污染物，尚不能完全反映大气污染的实际状况，使空气质量评价结果与公众直观感受不一致。
煤炭在我国能源消费中的比例在70%左右，是大气环境中二氧化硫、氮氧化物、烟尘的主要来源，煤烟型污染仍将是我国大气污染的重要特征。
我国的机动车污染问题更加突出。2008年，我国汽车保有量超过6 400万辆，汽车尾气排放成为大中城市空气污染的重要来源，使大中城市空气污染开始呈现煤烟型和汽车尾气复合型污染的特点，加剧了大气污染治理的难度。
因此，首先要了解大气层的基础知识，才能有效地控制大气污染。
2）辐射逆温层
地球表面因接受来自太阳的辐射而升温，也可因向空中辐射而冷却。太阳向地球表面的辐射主要是短波辐射，而地面向空中的辐射则主要是长波辐射。大气吸收短波辐射的能力很弱，而吸收长波辐射的能力却很强。因此，在大气边界层内，空气温度的变化主要是受地表长波辐射的影响。近地层空气温度随着地面温度的升高而逐渐升高，而且是自下而上的升高；反之，近地层空气温度随着地表温度的降低而逐渐降低，也是自下而上的降低。
在对流层中，气温一般是随着高度增加而降低，称为递减层结。但在一定条件下会出现反常现象，称为逆温气层。逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特别强，对于大气垂直运动的发展起着阻碍作用。
地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，称为辐射逆温。辐射逆温最可能发生在晴朗无风或微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象。辐射逆温现象在黎明时达到最强；日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐升温，空气也随之自下而上升温，逆温也自下而上逐渐消失，在上午10时左右逆温层完全消失。逆温不利于空气对流，因而不利于污染物的扩散，使污染物滞留在局地，造成局地大气污染物的集聚。
本节学习大气的组成和结构。
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