2.1 大气的组成和垂直分层

第一节  大气的组成和垂直分层

大气的组成  低层大气是由干洁空气、水汽和悬浮在大气中的固体杂质三部分组成的。干洁空气是由多种气体混合组成的，其主要成分是氮和氧，二者约占干洁空气容积的99％。大气中的氧，是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质；大气中的氮，是地球上生物体的基本成分。二氧化碳和臭氧在大气中的含量很少，但作用不可低估。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，对地面还有保温作用。臭氧能大量地吸收太阳光线中的紫外线，使地面上的生物免受紫外线的伤害，而少量穿透大气到达地面的紫外线对人类和生物则是有益的。水汽和固体尘埃的含量也很少，却是成云致雨的必要条件。

大气的垂直分层  自地面向上，大气层可以延伸到数千千米的高空。根据人造卫星的探测资料，在2 000千米～3 000千米的高空，地球大气的密度已经与星际空间的密度非常相近，这个高度可以大致地看作是地球大气的上界。

根据大气的热力性质在垂直方向上的差异，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和外层。

（一）对流层  这是紧贴地面的一层。它的高度因纬度而异。在低纬度地区高17千米～18千米，在中纬度地区高10千米～12千米，在高纬度地区高仅8千米～9千米。整个大气质量的3／4和几乎全部水汽、杂质，都集中在对流层。 

对流层有三个主要特点：（1）气温随高度的增加而递减。这主要是因为对流层大气的热量绝大部分直接来自地面，因此离地面愈高的大气，受热愈少，气温愈低。平均每上升100米，气温降低0.6℃。（2）空气对流运动显著。对流层上部冷下部热，有利于空气的对流运动。低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高；高纬度地区受热少，对流层高度就低。（3）天气现象复杂多变。近地面的水汽和杂质通过对流运动向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。云、雨、雪等天气现象都发生在这一层。对流层与人类的关系最为密切。

（二）平流层  从对流层顶到50千米～55千米高度的范围是平流层。这一层的特点是：（1）气温的垂直分布，除下层随高度变化很小外，在30千米以上，气温随高度增加迅速上升。这是因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线而使气温升高。（2）大气以水平运动为主。平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流。（3）水汽、杂质含量极少，云、雨现象近于绝迹。大气平稳，天气晴朗，对高空飞行有利。

（三）中间层  从平流层顶到85千米高度的范围是中间层。这一层的主要特点是：（1）气温随高度增加而迅速降低。这是因为这里几乎没有臭氧。（2）上部冷、下部暖，空气的垂直对流运动相当强烈，又称高空对流层。

（四）热层  从中间层顶到500千米高度的范围是热层。这一层的特点是：气温随高度增加上升很快。这是由于该层中的大气物质（主要是氧原子），吸收了所有波长小于0.175微米的太阳紫外线①。据人造卫星观测，在300千米高度上，气温已达1000℃以上。

（五）外层  热层顶以上的大气统称为外层。这里受地球引力场的束缚很弱，一些高速运动的空气质点，经常散逸到星际空间去，所以叫做外层（又叫散逸层）。它是地球大气向星际空间过渡的层次。 

问题和练习 

1．地球大气是由哪些成分组成的？臭氧、二氧化碳、水汽和尘埃各有什么作用？

2．用“气温的垂直分布图”，说明大气各层气温随高度变化的情况。

3．对流层、平流层和热层的特点有何不同，与人类活动有什么关系？