| 词条 | 大气圈 |
| 释义 | § 简介 大气圈 大气圈又叫大气层(aerosphere)，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78．1％；氧气占20．9％；氩气占0．93％；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气氡气）和水蒸汽。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，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、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。 § 概述 大气圈大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。 地球内部大量放射性元素的裂变和衰变所释放出的能量的积聚和迸发、陨星对地表的频繁撞击等，导致了地球火山的强烈活动，使地球温度升高到出现局部熔融，重元素沉入地心，轻物质浮升到地表，逐渐形成地壳（岩石圈）、地幔和地核等层次。与此同时，被禁锢在地球内部的气体不断迸发出来，形成原始大气圈，其主要成分为H2O、CO、CO2、CH4和N2等。当时不含有氧气，这是一个还原性大气圈。水气凝结后在低凹处汇聚成海洋（水圈），地表水呈酸性。上述过程历时约10亿～15亿年。显然，早期地表环境的显著特征是缺氧，也没有臭氧层，太阳辐射中的高能紫外线可直接射到地面上。[1] 对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在。这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃。动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内。因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。 对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在－55℃左右。 平流层以上是中间层，大约距地球表面50至85千米，这里的空气已经很稀薄，突出的特征是气温防高度增加而迅速降低，空气的垂直对流强烈。 中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。 散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。 除此之外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离成带电荷的正离子和负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。 在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一，其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。 根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等）， § 主要大气层 大气圈从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。 1.对流层 接近地球表面的一层大气层，空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫做“对流层”。它的厚度不一，其分布是在中纬度地区的平均厚度为10-12公里，在赤道地区的为16-18公里，两极地区的为7-10公里。 其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，是大气中最稠密的一层。大气中的水气几乎都集中于此，是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。 对流层中，气温随高度升高而降低，平均每上升100米，气温约降低0.65℃。气温随高度升高而降低是由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，离地面越高，受热越少，气温就越低。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称之为“逆温现象”。由于受地表影响较大，气象要素（气温、湿度等）的水平分布不均匀。空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈。上下层水气、尘埃、热量发生交换混合。由于90％以上的水气集中在对流层中，所以云、雾、雨、雪等众多天气现象都发生在对流层。 对流层的主要特点是气温随高度升高而降低，离地面愈远温度愈低。对流层内空气具有强烈的垂直和水平对流运动，从而导致了水的三态变化，产生了一系列物理变化过程。风霜雨雪、云雾冰雹等变化多端的天气现象，都发生在对流层内。 在对流层内，按气流和天气现象分布的特点又可分为下层、中层和上层。 1）下层 下层又称扰动层或摩擦层。其范围一般是自地面到2公里高度。随季节和昼夜的不同，下层的范围也有一些变动，一般是夏季高于冬季，白天高于夜间。在这层里气流受地面的摩擦作用的影响较大，湍流交换作用特别强盛，通常，随着高度的增加，风速增大，风向偏转。这层受地面热力作用的影响，气温亦有明显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量较多，因而，低云、雾、浮尘等出现频繁。 2）中层 中层底界在摩擦层顶，上层高度约为6公里。它受地面影响比摩擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水大都产生在这一层内。 3）上层 上层的范围是从6公里高度伸展到对流层的顶部。这一层受地面的影响更小，气温常年都在0℃以下，水汽含量较少，各种云都由冰晶和过冷水滴组成。在中纬度和热带地区，这一层中常出现风速等于或大于30米/秒的强风带，即所谓的急流。 此外，在对流层和平流层之间，有一个厚度为数百米到1～2公里的过渡层，称为对流层顶。主要特征是，气温随高度而降低的情况有突然变化。对流层顶对垂直气流有很大的阻挡作用，上升的水汽、尘粒多聚集其下，使得那里的能见度往往较坏。[2] 2.平流层 大气圈 在对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。 平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。故之在这一层，气温会因高度而上升。平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右，与地面气温差不多。平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。至于垂直气温分层方面，由于高温层置上而低温层置下，使到平流层较为稳定。那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。 平流层是一个放射性、动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡（QBO）。这种现象由重力波引导，是由于对流层的对流而引至的。准双年震荡引致了次级环流的发生，这对于全球性的平流层输送诸如臭氧及水蒸气等尤为重要。 在北半球的冬季，平流层突发性增温经常发生。这是因为平流层吸收了罗斯贝波所致。 目前大型客机大多飞行于此层，以增加飞行的稳定度。原因有： 能见度高：地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行。 受力稳定：平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵架驶。 噪声污染小：平流层距地面较高，飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪声污染相对较小。 安全系数高：飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全。当然，在起飞和着陆时，要想方设法驱赶开飞鸟才更为安全．[3] 3.中间层 大气圈 平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”，又称中层。自平流层顶到85千米之间的大气层。层内因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流运动强盛。中间层顶附近的温度约为190开；空气分子吸收太阳紫外辐射后可发生电离，习惯上称为电离层的D层；有时在高纬度、夏季、黄昏时有夜光云出现。物质组成为氮气和氧气为主，几乎没有臭氧。该层的60-90公里高度上，有一个只有在白天出现的电离层，叫做D层。气温随高度增高而迅速下降，顶部气温降到-83摄氏度以下。原因是：本层几乎没有臭氧，而氮气和氧气等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分已被上层大气所吸收了。[4] 4.热层 大气圈 从85公里到500公里这一层，称为热层或暖层。它的特点是温度随高度升高而升高，在距地面400公里的高空，温度可达3000-4000℃。这一层里的氧原子和氮原子处于电离状态，所以又被称为电离层。来自地表某个地点的无线电波，必须经过电离层的反射，才能传到世界各地。 在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。人类还借助于热层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们相互沟通信息，因为热层的大气因受太阳辐射，温度较高，气体分子或原子大量电离，复合机率又少，形成电离层，能导电，反射无线电短波。 5.外大气层 大气圈 热层顶以上是外大气层，离地面500千米以上，也叫磁力层，延伸至距地球表面1000公里处。它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。这里的温度很高，可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。 通常把1000千米之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000千米。 热层以上大气的外层下限约在800- 1000 公里， 上限可伸展到3000公里。这里是地球大气与星际空间的过渡地带。因为这一层的空气非常稀薄，温度又高，一些高速运动的空气分子和原子拚命挣脱地球引力的束缚，逃逸到宇宙太空中去，所以，这一层又称为散逸层。 参考资料 http://www.cpus.gov.cn/kpwd/content.asp?id=348 § 空气 大气圈 从地面到10~12千米以内的这一层空气，它是大气层最底下的一层，叫做对流层。主要的天气现象，如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。 在对流层的上面，直到大约50千米高的这一层，叫做平流层。平流层里的空气比对流层稀薄得多了，那里的水汽和尘埃的含量非常少，所以很少有天气现象了。从平流层以上到80千米这一层，有人称它为中间层，这一层内温度随高度降低。 在80千米以上，到500千米左右这一层的空间，叫做热层，这一层内温度很高，昼夜变化很大。 从地面以上大约50千米开始，到大约1000千米高的这一层，叫做电离层。美丽的极光就出现在电离层中。 在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。 § 大气成分 大气的成分很复杂，除了氧气和氮气外，还有氢、二氧化碳、氦、氖、氩、 氪、氙、臭氧等气体。氮和氧分别占了空气总容积的78.09％和20.95％，其他气体的总和还不到空气总容积的1％。大气层中还含有一定数量的水和各种尘埃杂质， 是形成云、雨、雾、雪的重要物质。 大气圈里的空气虽然看不见，但质量大得惊人。据科学家估算，整个地球周围有5000多亿吨重的空气。住在地球上的人，如果没有人体内向外的压力，会被压得粉身碎骨。由于地球引力的作用，大气质量的十分之九都集中在近地面的16公里以内的大气层里。离地面越高，空气就越稀薄。 § 大气圈与人类 大气圈 地球的表面被一层无色透明的空气包裹着，这就是大气圈。大气圈是包围地球整个空气层的总称。它的厚度有2000～3000千米，总质量为5.2×1015吨。按照大气物理性质的不同，自下而上可以分成对流层、平流层和高层大气层。大气圈由氮、氢、氧等多种气体混合组成，位于岩石圈与水圈之上。地球大气圈是一个保护层，使人类免受有害射线的照射，同时提供了人类生存所必需的氧气。人类每天都在呼吸新鲜空气，吸入氧气，排出二氧化碳。空气与阳光、水分一样是不可缺少的。没有大气圈，人类乃至生物界将不能生存。[5] § 大气圈结构 大气圈 根据大气各个高度上不同的特性，大致可分为三层，即对流层、平流层和高层大气层。 从地面到10～18千米高度处，大气对流旺盛，称为对流层。是人类活动和赖依生存的主要空间。它的空气质量约占整个大气层的75%。离地十几千米范围内是风、云、雪等天气变化发生区。大气温度随高度变化明显，平均而言，地面附近的气温大约为15℃，往上逐渐降低，至10～18千米高度温度降到-60～-80℃。 从对流层顶向上延伸到50千米高处为平流层。这一层由于臭氧吸收太阳辐射，大气温度随高度增加而逐渐升高。平流层极少有云，飞机通常在平流层飞行，以避开对流层里大气对流的干扰。 高层大气层分为中间层和热层两层。从平流层顶到85千米高处为中间层。这一层大气温度随高度而逐渐降低，至85千米高度温度最低，约为-90℃。中间层以上的一层称为热层，温度再次逐渐升高。热层又可分为两层，较低的一层离地面85～550千米称电离层，载人航天活动多在这一层进行。550千米高空向外则称为外逸层。热层温度和太阳活动直接相关，在400千米高度上温度是均衡的。[6] § 大气圈与海洋水汽循环 大气圈 海洋和大气是地球上两种密度不同的流体，其间有着广阔的交界面，构成相互作用的耦合系统。首先是在交界面上热量、动量、水分、盐粒、尘埃和其它微粒物质及二氧化碳气体和电荷的交换。海－气之间的热量水分交换过程，主要是海洋向大气输送热量和水分的过程。大气是海－气系统中比较多变的成员，运动着的大气，不断通过海面将动能输送给海洋，同时，大气的运动状况不仅能影响海水的水平输送，而且能引起海水的垂直输送。大气的热力层结、云量及其分布也能影响海面对太阳辐射的吸收和海－气之间的热量交换，从而影响海洋的热状况和温度分布。 在主要洋流区，如大西洋的湾流区和太平洋上的黑潮区以及赤道东太平洋冷水区，海洋和大气间的相互作用最为激烈。厄尔尼诺就是发生在赤道中东太平洋大范围的海面水温异常增高现象。由平均相隔2～7（9）年，每次持续约1～2年。这一现象一般发生在每年的圣诞节前后，故当地渔民称之为厄尔尼诺，即西班牙语“圣婴”的意思。厄尔尼诺对海洋生物食物链产生破坏作用。同时厄尔尼诺现象会引起全球气候异常，是低纬国家发生旱涝灾害的主要原因。一般在厄尔尼诺当年和次年，中国长江流域就容易发生洪涝灾害。[7] § 大气环流 大气圈 大气环流一般指全球或半球范围的大尺度大气运动的总体特征。包括不同时间尺度和不同空间尺度的运动。在表面均匀和自转的地球上，在南北半球不同纬度带各形成四个气压带和三个盛行风带。四个气压带是：赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带和极地高压带。三个盛行风带是：低纬信风带（北半球东北信风，南半球东南信风），中纬盛行西风带，极地则为东风带，这些风带的水平范围很广，通常称为行星风带。 副热带高压是副热带地区最重要的大型环流系统，是整个大气环流的重要组成部分，副热带高压活动不但对低纬地区的天气气候变化有重要作用，而且对中、高纬地区环流的演变也有很大影响。海陆分布和大气环流是导致一个地方气候具有某种特点的两个重要因素。两者又相互影响和制约着。任何一个地区的气候都是地理纬度、太阳辐射、海陆分布、大气环流、海拔高度等因素综合作用的结果。[8] |
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