一座高大而独特的“楼房”

4一座高大而独特的“楼房”——大气层

大气的层状结构是在宇宙因素（主要是太阳）和地表面长期作用下形成的突出特征。

整个地球大气层象是一座高大而又独特的“楼房”。主要依据其温度，同时考虑其成分、荷电、密度等物理性质在垂直方向上的变化，世界气象组织把这座“楼”分为五层，自下而上依次是：对流层、平流层、中间层、电离层（暖层）和散逸层。

对流层：是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，这样就发生了对流运动，所以把这层叫做对流层。由于对流作用的强度不同，其上界因纬度和季节而不同。在低纬度地区其上界为17～18km；在中纬度地区为10～12km；在高纬度地区仅为8～9km。夏季的对流层厚度大于冬季。

图3-9　大气垂直方向的分层

对流层同平流层之间的过渡区厚度大约几米到2km，称为对流层顶。对流层顶附近的温度递减率发生突变，形成不连续带。

平流层：从对流层顶至55km高度间的大气层称平流层。平流层气温的垂直分布除下层高度变化不大外，自25km向上明显递增，到平流层顶达到270℃左右。造成温度逆增分布的主要原因，是平流层大气的热能主要来自对太阳辐射（主要是紫外辐射）的吸收，特别是臭氧的吸收。平流层内空气大多作水平运动，对流十分微弱。平流层中水汽、杂质极少，因而出现在对流层中的云雨现象在这里近于绝迹。

中间层：平流层之上，到高于海平面85km高空的一层为中间层。这一层大气中，几乎没有臭氧，这就使来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而未被吸收，所以在这层大气里，气温随高度的增加而下降得很快，到顶部气温已下降到-83℃以下。由于下层气温比上层高，有利于空气的垂直对流运动，故又称高空对流层或上对流层。

暖层：从中间层顶部到高出海面800km的高空，称为暖层，又叫电离层。这一层空气密度很小，在700km厚的气层中，只含有大气总重量的0.5％。据探测，在120km高空，声波已难以传播；270km高空，大气密度只有地面的1/100亿，所以在这里即使在你耳边开大炮，也难听到什么声音。暖层里的气温很高，据人造卫星观测，在300km高度上，气温可达1000℃以上。所以这一层叫做暖层。

散逸层：暖层顶以上的大气统称为散逸层。它是大气的最高层，高度最高可达到3000km。这一层大气的温度也很高，空气十分稀薄，受地球引力场的约束很弱，一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其他分子的阻力散逸到宇宙空间中去。根据宇宙火箭探测表明，大气层外层，还有一层极其稀薄的电离气体，其高度可延伸到22000km的高空，称之为地冕。地冕也就是地球大气层与宇宙空间的过渡区域。

对流层、臭氧层、电离层与人类的关系：

①对流层与人类关系最为密切。大气层的最底层——对流层，对人类来说是最直接、最重要的。几乎所有对地表自然界和人类产生实际影响的天气和气候现象都是发生在对流层内的。

对流层的空气有强烈的上升和下沉的对流运动。因为对流层的气温垂直变化明显，上部冷下部热，水平分布又不均匀，所以有利于空气的对流运动。这种对流运动，使高低层空气得到交换，近地面的热量、水流和杂质通过对流向上空输送，从而导致一系列天气现象的形成。另外，对流层中除干洁空气气体外，还有水汽，即一种无色、无味气体形式的水，它与空气中其他气体完全混合在一起。大气中存在的水汽量在天气现象中是最为重要的。水汽可以凝结成云和雾。当快速凝结时，就形成了雨、雪、冰雹等，并降落到地球上。当某地水汽的比率很小时，便造成非常干旱的沙漠。此外，还有一个最重要的作用是由水汽完成的。像二氧化碳，它是一种能吸收来自太阳和地球表面的辐射热量气体。水汽使对流层像一张阻止地球表面热量逸出的隔热毯子一样。

②臭氧层——生命的屏障。在平流层里存有臭氧层，这对人类和地球上一切其他生命形式来说是非常重要的。这一层约从15km高度开始，向上延伸到约55km高度的大气层。因太阳紫外线的光化作用，其中臭氧含量的百分率比较高，最高浓度大约出现在20～25km高度处。臭氧层就像一个屏障，它能吸收太阳光中的大部分紫外线辐射，因而保护了对流层和地球表面。如果这些紫外线全部射到地球表面上，那么所有无掩蔽的细菌都会被消灭，而动物细胞组织也将被严重的破坏。由于臭氧层的这种保护层的作用，它在人类环境中是一个极为重要的要素。

③电离层——地球周围的“回音壁”。电离层又称暖层。电离层大部分气体分子在太阳紫外线和宇宙线作用下发生电离，形成具有较高密度的带电粒子，它能反射电磁波，对地球上进行无线电通讯有着极其重要作用，它好像是建筑在地球周围的一堵看不见、摸不着的“回音壁”，使得电波在地面和电离层之间能够多次反射，而使电波传播到很远的地方。

图3-10　无线电的传播