大氣分層（atmospheric subdivision）按照大氣在垂直方向的各種特性，將大氣分成若干層次。按大氣溫度隨高度分布的特征，可把大氣分成對流層、
平流層、
中間層、
熱層和
散逸層。按大氣各組成成分的混和狀況，可把大氣分為
均勻?qū)?/a>和非均勻?qū)印０?a target="_blank" >大氣電離狀況，可分為
電離層和
非電離層。按大氣的光化反應(yīng)，可分為
臭氧層。按
大氣運(yùn)動(dòng)受
地磁場控制情況，可分有磁層。
中文名
大氣分層
外文名
atmospheric subdivision
簡 介
大氣在垂直方向的各種特性
類 型
氣象學(xué)名詞
目錄
1
概述2
分層介紹對流層（troposphere）平流層（stratosphere）中間層（mesosphere）暖層（thermosphere）外層（outerlayer）概述
地球大氣按其基本特性可分為若干層，但按不同的特性有不同的分層方法。常見的分層方法有：
①按熱狀態(tài)特征 ，可分為對流層、
平流層 、
中間層 、
熱層和 外層（又稱
外逸層或逃逸層）。接近地面、對流運(yùn)動(dòng)最顯著的大氣區(qū)域?yàn)閷α鲗?，對流層上界稱
對流層頂，在赤道地區(qū)高度約17～18千米，在極地約8千米；從對流層頂 至約50千米的大氣層稱平流層，平流層內(nèi)大氣多作
水平運(yùn)動(dòng)，對流十分微弱，臭氧層即位于這一區(qū)域內(nèi)；中間層又稱中層，是從
平流層頂至約80千米的大氣區(qū)域；熱層是
中間層頂至300～500千米的
大氣層；
熱層頂以上的大氣層稱外層大氣。
②按
大氣成分隨高度分布特征，可分為
均勻?qū)?/a>和非均勻?qū)?。均勻?qū)邮侵笍牡孛娴郊s80千米的大氣層，因其大氣各成分所占的體積百分比保持不變。均勻?qū)拥钠骄肿恿繛?8.966克/摩爾，為一常數(shù)。非均勻?qū)訛?0千米以上的大氣區(qū)域，不同大氣成分所占的體積百分比隨高度而變，平均分子量不再是常數(shù)。
③按大氣的電離特征，可分為
電離層和
中性層。中性層又稱
非電離層 ，是指以中性成分為 主的
大氣層。電離層又可分為D 層、E層和F層。
分層介紹
自地球表面向上，隨高度的增加空氣愈來俞稀薄。大氣的上界可延伸到2000～3000公里的高度。在垂直方向上，大氣的物理性質(zhì)有明顯的差異。根據(jù)氣溫的垂直分布、
大氣擾動(dòng)程度、電離現(xiàn)象等特征，一般將大氣分為五層。
大氣分層圖
對流層（troposphere）
對流層是大氣的最下層。它的高度因緯度和季節(jié)而異。就緯度而言，低緯度平均為17～18公里；中緯度平均為10～12公里；高緯度僅8～9公里。就季節(jié)而言，對流層上界的高度，夏季大于冬季。對流層的主要特征；①氣溫隨高度的增加而遞減，平均每升高100米，氣溫降低0.65℃。其原因是
太陽輻射首先主要加熱地面，再由地面把熱量傳給大氣，因而愈近地面的空氣受熱愈多，氣溫愈高，遠(yuǎn)離地面則氣溫逐漸降低。②空氣有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動(dòng)。地面性質(zhì)不同，因而受熱不均。暖的地方空氣受熱膨脹而上升，冷的地方空氣冷縮而下降，從而產(chǎn)生
空氣對流運(yùn)動(dòng)。對流運(yùn)動(dòng)使高層和低層空氣得以交換，促進(jìn)熱量和水分傳輸，對成云致雨有重要作用。③天氣的復(fù)雜多變。對流層集中了75%大氣質(zhì)量和90%的水汽，因此伴隨強(qiáng)烈的對流運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生水相變化，形成云、雨、雪等復(fù)雜的天氣現(xiàn)象。
平流層（stratosphere）
自
對流層頂向上55公里高度，為平流層。其主要特征：①溫度隨高度增加由等溫分布變逆溫分布。平流層的下層隨高度增加氣溫變化很小。大約在20公里以上，氣溫又隨高度增加而顯著升高，出現(xiàn)逆溫層。這是因?yàn)?0～25公里高度處，臭氧含量最多。臭氧能吸收大量太陽紫外線，從而使氣溫升高。②垂直氣流顯著減弱。平流層中空氣以
水平運(yùn)動(dòng)為主，空氣垂直混合明顯減弱，整個(gè)平流層比較平穩(wěn)。③水汽、塵埃含量極少。由于水汽、塵埃含量少，對流層中的天氣現(xiàn)象在這一層很少見。平流層天氣晴朗，
大氣透明度好。
中間層（mesosphere）
從
平流層頂到85公里高度為中間層。其主要特征：①氣溫隨高度增高而迅速降低，中間層的頂界氣溫降至－83℃～－113℃。因?yàn)樵搶映粞鹾繕O少，不能大量吸收太陽紫外線，而氮、氧能吸收的短波輻射又大部分被上層大氣所吸收，故氣溫隨高度增加而遞減。②出現(xiàn)強(qiáng)烈地對流運(yùn)動(dòng)。這是由于該層大氣上部冷、下部暖，致使空氣產(chǎn)生對流運(yùn)動(dòng)。但由于該層空氣稀薄，空氣的對流運(yùn)動(dòng)不能與對流層相比。
暖層（thermosphere）
從
中間層頂到800公里高度為暖層。暖層的特征：①隨高度的增高，氣溫迅速升高。據(jù)探測，在300公里高度上，氣溫可達(dá)1000℃以上。這是由于所有波長小于0.175微米的太陽紫外輻射都被該層的大氣物質(zhì)所吸收，從而使其增溫。②空氣處于高度電離狀態(tài)。這一層
空氣密度很小，在270公里高度處，空氣密度約為地面空氣密度的百億分之一。由于空氣密度小，在太陽紫外線和宇宙射線的作用下，氧分子和部分氮分子被分解，并處于高度電離狀態(tài)，故暖層又稱
電離層。電離層具有反射無線電波的能力，對無線電通訊有重要意義。
外層（outerlayer）
暖層頂以上，稱外層。它是大氣的最外一層，也是
大氣層和星際空間的過渡層，但無明顯的邊界線。這一層，空氣極其稀薄，大氣質(zhì)點(diǎn)碰撞機(jī)會(huì)很小。氣溫也隨高度增加而升高。由于氣溫很高，空氣
粒子運(yùn)動(dòng)速度很快，又因距地球表面遠(yuǎn)，受
地球引力作用小，故一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)不斷散逸到星際空間，
散逸層由此而得名。據(jù)宇宙火箭資料證明，在地球大氣層外的空間，還圍繞由
電離氣體組成極稀薄的大氣層，稱為“
地冕”。它一直伸展到22 000公里高度。由此可見，大氣層與星際空間是逐漸過渡的，并沒有截然的界限。
包圍地球的氣態(tài)物質(zhì)稱為大氣。大氣的存在與人類、生命有機(jī)體息息相關(guān)，例如，大氣中的氧為人類、生物呼吸所不可缺少；二氧化碳是植物生長所必需的化合物；大氣中的某些成分能吸收和放射長波輻射，使大氣溫度適宜于人類與生物生存。大氣又可阻擋太陽紫外線大量進(jìn)入地表，對地球上的生命起著保護(hù)作用。大氣是自然環(huán)境的重要組成部分和最活躍的因素。例如大氣中氧的化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，在生命有機(jī)過程與無機(jī)過程中起著重要的作用；大氣在地表物質(zhì)交換與能量轉(zhuǎn)化中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。大氣與水及生物彼此相互聯(lián)系、相互制約、相互滲透，共同對地表發(fā)生作用，影響著一系列自然地理過程，例如風(fēng)化、侵蝕、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與交換、遷移，等等。
大氣運(yùn)動(dòng)在全球水、熱平衡中起著獨(dú)特的作用，其水熱狀況對比與分布，對地表自然景觀的形成和地域分異有著深刻的影響。
第一節(jié) 大氣的組成與垂直分層
一、大氣的組成
大氣是由多種氣體組成的混合物，其中還含有一些固體雜質(zhì)和液體。
（一）干潔空氣
大氣中除固體雜質(zhì)和水汽之外的全部混合氣體，稱為干潔空氣。由表3－1可知，氮和氧容積占99．04%，加上氬，三者合占 99．97%，其他氣體僅占0．03%。干潔空氣中大多數(shù)氣體的臨界溫度低于自然情況下大氣中可能出現(xiàn)的最低溫度，CO2的臨界溫度雖然較高，但它所對應(yīng)的壓力卻大大超過其實(shí)際分壓力。因此，干潔空氣中的所有成分都呈氣體狀態(tài)。
表3－1 干潔空氣的成分及其性質(zhì)
氣體種類和分子式 空氣中的含量（%） 臨界溫度和臨界壓力 沸點(diǎn)溫度（℃）
分子量 （大氣壓） （氣壓為760mm）
按容積 按質(zhì)量
氮N2 78．09 75．52 28．016 －147．2 33．5 －195．8氧O2 20．95 23．15 32．000 －118．9 49．7 －183．l氬Ar 0．93 1．28 39．944 －122．0 48．0 －185．6二氧化碳CO2 0．03 0．05 44．010 31．0 73．0 －78．2臭氧O3 0．000001 —— 48．000 －5．5 92．3 －111．1干潔空氣 100．00 100．00 28．966 －140．7 37．2 －193．0
干潔空氣中的CO2和O3含量極少，變化較大，但它們對地表自然界和大氣溫度卻有重要的影響。
1．二氧化碳 離地表20km以下，CO2平均含量約為0．03%，向高空顯著減少。CO2主要來自火山噴發(fā)、動(dòng)植物的呼吸以及有機(jī)物的燃燒、腐敗等。在人口稠密的工業(yè)區(qū)，其含量明顯增高，可占空氣體積的0．05—0．07%；在海洋上和人口稀少地區(qū)，含量大為減少。CO2能強(qiáng)烈吸收和放射長波輻射，對大氣和地表溫度有明顯的影響，起著“溫室”作用。
2．臭氧 低層大氣中的O3主要來源于閃電。閃電不經(jīng)常發(fā)生，所以低層O3含量極少，而且不穩(wěn)定。高空的O3是由太陽紫外線作用形成的，所以含量比低層大氣多，并在20—25km的高空達(dá)到極大值。O3能強(qiáng)烈地吸收太陽紫外線，對大氣有增溫作用，并在高空形成一個(gè)暖區(qū)。大量紫外線在高空被吸收，使地面上的生物免受危害。穿透大氣層到達(dá)地表的少量紫外線，對人類和大部分生物則是有益的。
（二）水汽
水汽主要來源于海洋、江河湖沼和土壤，以及潮濕物體表面的蒸發(fā)和植物的蒸騰。大氣中的水汽含量極不固定，隨時(shí)間、地點(diǎn)、條件而不同。其所占容積變化范圍為0—4%。觀測結(jié)果表明，在1．5—2km高度，水汽含量只及地面的1/2；在5km高度，只相當(dāng)于地面的1/10，再往上更少。水汽含量雖然不多，但它在大氣溫度變化范圍內(nèi)可以發(fā)生汽態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相轉(zhuǎn)化，人們常見的云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象，都是水汽相變的表現(xiàn)。此外，水汽還善于吸收和放射長波輻射，顯著影響大氣和地表的溫度。
（三）固體雜質(zhì)
懸浮在大氣中的固體雜質(zhì)主要有煙粒、塵埃、鹽粒等，它們的半徑一般為10－2—10－8cm，多集中于低層大氣中。煙粒主要來源于生產(chǎn)、生活方面的燃燒；塵埃主要來自經(jīng)風(fēng)的吹揚(yáng)進(jìn)入大氣的地表松散微粒，以及火山爆發(fā)后產(chǎn)生的火山灰、流星燃燒的灰燼；鹽粒則主要是由海洋波浪飛濺進(jìn)入大氣的水滴被蒸發(fā)后形成的，固體雜質(zhì)的含量陸地上空多于海洋上空，城市多于鄉(xiāng)村，冬季多于夏季，白天多于夜晚，愈近地面愈多。固體雜質(zhì)是大氣中水汽凝結(jié)的必要條件；能吸收部分太陽輻射，又可阻擋地面長波輻射，對大氣和地表溫度有一定影響；其含量多少，還直接影響到大氣能見度的好壞。
（四）大氣污染
由于自然或人為的原因，導(dǎo)致空氣中有害物質(zhì)的濃度超過一定限度，維持一定的時(shí)間，直接或間接地對人類正常生活、動(dòng)植物正常生長，以及對氣候和各類物品、材料造成危害的現(xiàn)象，稱為大氣污染。除火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、海水蒸發(fā)、植物花粉傳播等自然原因外，人類活動(dòng)如工業(yè)生產(chǎn)、生活燃燒、各種交通工具排放的煙、粉塵、廢氣等，還有現(xiàn)代化戰(zhàn)爭。都引起大氣污染。常見的有害氣體有二氧化硫、一氧化碳、氟化氫、氮氧化物、氯化氫等。此外，還有各種煙和粉塵以及光化學(xué)煙霧等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年排放的有害氣體總量高達(dá)6×108多噸（表3－2）。
在大氣污染物中，以粉塵煙霧對人體健康危害最大。直徑為0．5—5 微米的粉塵煙霧可直接進(jìn)入肺組織內(nèi)部，通過血液傳播全身。據(jù)分析，有的煤粉塵微粒表面存在致癌性的芳香族化合物。
大氣污染程度不僅與廢氣排放量有關(guān)，而且與氣象狀況有關(guān)。如 1952年倫敦發(fā)生的大氣嚴(yán)重污染事件就是由于受反氣旋控制，上空氣溫逆增、大氣層結(jié)穩(wěn)定，阻礙污染物擴(kuò)散，有毒氣體濃度加大，煙霧籠罩達(dá)四天之久，導(dǎo)致數(shù)千人死亡。
表3－2 世界每年排放有害氣體總量
污染物 污染源 排放量（×10t）8
煤粉塵 燒煤設(shè)備 1．00
二氧化硫 燒煤、燒油設(shè)備 1．46
一氧化碳 汽車、工廠設(shè)備在燃燒不完全時(shí) 2．20
二氧化氮 汽車、工廠設(shè)備在高溫燃燒時(shí) 0．53
碳?xì)浠衔?汽車、燃燒設(shè)備和化工設(shè)備 0．88
碳化氫 化工設(shè)備 0．03
氨 工廠廢氣 0．04
環(huán)境污染問題已引起世界各國的重視，相繼采取措施加以防治，如對污染源進(jìn)行監(jiān)測，改革生產(chǎn)工藝過程，增設(shè)除塵和回收設(shè)備，調(diào)整有污染的工廠布局，控制污染物的排放量等。對新建的城市、工業(yè)區(qū)、廠房、煙囪等，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中必須考慮氣象條件，利用大氣擴(kuò)散的自行凈化能力，以及進(jìn)行合理的綠化布局，將大氣污染的危害減少到最低限度。
二、大氣的垂直分層
大氣的下界是地面，上界則說法不一。因?yàn)?，星際空間存在著星際氣體物質(zhì)。由于地球引力場的作用，大氣的密度隨高度增加而迅速減小，并逐步過渡到宇宙空間與星際氣體物質(zhì)相連接。根據(jù)大氣層中出現(xiàn)的某些物理現(xiàn)象，可大致確定其物理上界。極光現(xiàn)象可能出現(xiàn)的最大高度是1200 公里，說明這一高度大氣尚有一定密度；在此高度以上不再有極光發(fā)生，說明大氣密度小到微不足道的程度。因此，1200公里高度可作為大氣層的物理上界。根據(jù)天體物理研究，星際氣體密度約為每立方厘米一個(gè)微觀粒子。按人造衛(wèi)星探測資料推算，地球大氣密度在2000—3000km高空達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。因此，有人主張以此高度作為大氣上界。
（一）大氣的分層
從地面到高空，大氣的成分、密度、溫度等物理性質(zhì)都有明顯的變化。世界氣象組織根據(jù)氣溫的垂直分布，將大氣分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層（圖3－2）。
1．對流層 其下界是地面，上界因緯度和季節(jié)而不同。根據(jù)觀測，對流層的平均厚度在低緯度為17—18公里，中緯度10—12公里，高緯度8—9公里。夏季對流層的厚度大于冬季，例如南京夏季對流層厚度可達(dá)17公里，冬季只有11公里。
對流層集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4和幾乎全部水汽，它具有以下三個(gè)基本特征：
（1）在一般情況下，對流層中氣溫隨高度增加而降低。因?yàn)?，對流層空氣主要依靠地面長波輻射增熱，愈近地面，空氣受熱愈多，反之愈少。因此，高度愈大，氣溫愈低。平均每升高100米氣溫降低0．6℃。
（2）空氣對流運(yùn)動(dòng)顯著。對流層的溫度垂直變化明顯，水平分布不均，愈近地面氣溫愈高，緯度愈高氣溫愈低。這種狀況有利于空氣的垂直對流和水平運(yùn)動(dòng)?？諝獾膶α鬟\(yùn)動(dòng)，使高低層空氣得到交換，近地面的熱量、水汽和雜質(zhì)通過對流向上空輸送，導(dǎo)致一系列的天氣現(xiàn)象的形成。
（3）天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。由于空氣有垂直對流與水平運(yùn)動(dòng)，水汽和雜質(zhì)含量均多，隨著氣溫變化，可產(chǎn)生一系列物理過程，形成復(fù)雜的天氣現(xiàn)象。因此，對流層與地表自然界和人類關(guān)系最為密切。
對流層內(nèi)部根據(jù)溫度、濕度和氣流運(yùn)動(dòng)，以及天氣狀況諸方面的差異，通常劃分為三層：①下層：底部和地表接觸，上界大致為1—2 公里，有季節(jié)和晝夜等的變化，一般夏季高于冬季，白天高于夜間。下層的特點(diǎn)是水汽、雜質(zhì)含量最多，氣溫日變化大，氣流運(yùn)動(dòng)受地表摩擦作用強(qiáng)烈，空氣的垂直對流、亂流明顯，故下層通常也叫摩擦層或邊界層。②中層：下界為摩擦層頂，上部界限在6公里左右。中層受地面影響很小，空氣運(yùn)動(dòng)代表整個(gè)對流層的一般趨勢，大氣中發(fā)生的云和降水現(xiàn)象，多數(shù)出現(xiàn)在這一層。此層的上部，氣壓只及地面的一半。③上層：范圍從6 公里高度伸展到對流層頂部。這一層的水汽含量極少，氣溫經(jīng)常保持在0℃以下，云都由冰晶或過冷水滴所組成。
在對流層和平流層之間，還存在一個(gè)厚度數(shù)百米至1—2公里的過渡層，稱為對流層頂。其氣溫隨高度增加變化很小，甚至沒有變化，它抑制著對流層內(nèi)的對流作用進(jìn)一步發(fā)展。
2．平流層 對流層頂以上到50—55公里范圍是平流層。平流層氣溫基本上不受地面影響，故隨著高度的增加，起初不變或變化極?。恢?0 公里高度以上時(shí)，由于臭氧含量多，吸收了大量的紫外線，因此升溫很快，并大致在50公里高空形成一個(gè)暖區(qū)。到平流層頂，氣溫約升到270—290K。平流層水汽含量極少，因而沒有對流層內(nèi)出現(xiàn)的那些天氣現(xiàn)象，只在底部偶然出現(xiàn)一些分散的貝云。本層氣流運(yùn)動(dòng)相當(dāng)平穩(wěn)，并以水平運(yùn)動(dòng)為主，平流層即由此而得名。現(xiàn)代民用航空飛機(jī)可在平流層內(nèi)飛行。
3．中間層 自平流層頂?shù)?0—85公里是中間層，主要特點(diǎn)是氣溫隨高度增加而迅速下降，到頂部降至160—190K。這可能與這一高度幾乎沒有O3有關(guān)。由于下層氣溫比上層高，故空氣有垂直對流運(yùn)動(dòng)，又稱為高空對流層或上對流層。
4．暖層（電離層）自中間層頂?shù)?00公里高空屬于暖層。這一層大氣密度很小，在700公里厚的氣層中，只含有大氣總質(zhì)量的0.5%。本層特點(diǎn)是：氣溫隨高度的增加而迅速升高，到頂部高達(dá)1000K，這是因?yàn)樗胁ㄩL小于0.175μm 的太陽紫外輻射都已被暖層氣體所吸收的緣故。由于大氣密度太小，氧分子和部分氮分子在太陽紫外線和宇宙射線作用下被分解為原子，并處于高度電離狀態(tài)，所以暖層又稱電離層。如圖3－2所示，電離程度較強(qiáng)的有高度在100—120公里的E層和200—400公里的F層，以及介于中間層和暖層之間的，只在白天出現(xiàn)、高度大致為80公里的D層。電離層能夠反射無線電波，故在遠(yuǎn)距離無線電通訊中具有重要意義。當(dāng)太陽活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，電離層受到騷擾，并能吸收短波無線電，導(dǎo)致地球上無線電通訊受阻甚至短時(shí)間中斷。
5．散逸層（外層）暖層頂之上，因大氣十分稀薄，離地面遠(yuǎn)，受地球引力場約束微弱，一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)就能散逸到星際空間，所以本層稱為散逸層。根據(jù)宇宙火箭探測資料，地球大氣層之外，還有一層極其稀薄的電離氣體，可伸展到22000公里高度，稱為地冕。這可能就是地球大氣層向宇宙空間的過渡區(qū)域。
從大氣與地表自然環(huán)境之間關(guān)系來說，對流層具有特別重要的意義。
