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第一课 大气的结构和组成 就像海洋中的鱼一样,人类被局限在大气中一个非常狭窄的层次之内。虽然地球的大气层在水平方向上的不均匀性比在垂直高度上的不均匀性要小得多。但它确确实实在水平和垂直两个方向上都是不均匀的。 人们设计了各种各样的标准来划分大气的层次。有的基于垂直温度廓线的性质，有的根据空气在不同高度上的大气成分，有的根据大气在不同高度上对飞机的影响来划分等等。根据空气温度随高度的变化来划分（大气的层次）是气象文献中用得最普遍的一种划分方法。 根据1961年世界气象组织大气学委会公布的标准，地球大气被划分为5个主要层次：对流层，平流层，中层，热成层以及外逸层。这些层次之间邻接着4个浅薄的过渡区域：对流层顶，平流层顶，中层顶以及热成层顶。 对流层是介于地球表面和对流层顶之间的大气低层．在对流层中，温度以平均6.5°C/km的递减率随高度的增加而降低，其上边界在极地和中纬度地区大约位于8—12Km的高度，在热带地区大约位于16-18Km的高度。在极地和中纬度，对流层包含了大气层中空气质量的75%左右，然而在热带地区，包含了大约90% 平流层是位于对流层之上的大气层，在平流层中，温度或是随高度增加，或是几乎保持定常。在平流层的低层（直到地球表面之上大约20Km）温度实际是一个常数（大约-56摄氏度）。然而再向上，大约20Km~30Km的高度，温度随高度以1°c/km的速度增加，从30Km~47Km高度上，以2.8°c/km的速率增加。在标准情况下，47Km高度上正常的温度是-2.5摄氏度。温度随高度的增加是由于太阳辐射的紫外线被臭氧分子吸收的缘故。值得一提的是大气层中空气总质量的99%都集中在对流层和平流层中，一直伸展到30-35Km的高度上。平流层顶 位于平流层和中间层的中间层（大约从 一直到大约71Km，中层中的温度随高度以大约2.8°c/km的速度连续降低，从71~85Km，递减率为2.0°c/km。85~95Km高度上，温度的范围从－85~－90摄氏度，中层顶是位于中层和热成层之间的过渡层（在热成层中逆温区的底部）。通常情况下，中层顶位于 热成层是位于中层顶上的大气层，其温度随高度的增加而增加，到热成层上边界的平均高度，即大约在450Km高度上，达到大约2000摄氏度。该层中温度的增加主要是因为太阳辐射的紫外线被氧分子吸收，分解所致。 外逸层是最远的，也是研究最少的大气的上层部分。他位于大约450Km的高度上。外逸层中空气的密度非常小，以致原子和分子都能逃逸到星际空间。 最后，除了以上对大气的划分以外，我们也可以根据大气和地面的相互作用得到另一种分法。根据此原则，大气通常被划分为所谓的边界层（有时也称摩擦层）和自由大气。地球表面和涡度粘滞力对大气边界层（知道1-1.5Km）有相当大的影响；同时，作为一级近似，在自由大气中我们可以忽略涡度粘滞力的影响。 以上这些大气层中，只有对流层（尤其是边界层）中气象参数的垂直分布具有显著的不稳定性的特征。人们观测到该层中存在逆稳和温度随高度超绝热变化。 ?地球大气是气体和气溶胶的混合物，所谓的气溶胶指的是由分布在空气中的微小的液体和固体颗粒组成的系统。空气不是一种特殊的气体，而是由许多气体混合成的。其中一些气体，如，氮，氧，氩，氖等，作为空气的永久组成成分，总是以固定的比例存在于大气中。其中一些成分，如，水汽，二氧化碳和臭氧的含量是随时间和地点的不同而改变。 氮在空气中的含量最多，其中主要来源是腐烂的作物残渣，动物尸体及火山爆发。另一方面，大气中的氮又为包括植物和海洋生物在内的生物过程的所消耗。闪电及高温燃烧过程将少量氮气转化为氮化物，再由雨雪带出大气。大气中氮的损耗和产生是平衡的。 地球生命必不可少的气体——氧气，在大气中已有三千年左右的时间了。氧气由植物释放出来，即通过植物的光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，被人类和动物所吸收，人和动物的呼吸系统同植物的呼吸系统恰恰相反。我们吸进氧气呼出二氧化碳，氧气溶进湖，河和海洋中，来维持海洋生物的生存。在同其他物质发生化学反应或是有机物的腐烂过程也要消耗氧气，比如说钢铁生锈就涉及到氧化过程。 对人类来说，稀少的，多变的气体是非常重要的。水汽，即水的气态，在大气 的含量是比较稀少的，而且它的生成和消耗是比较快的。因此，水汽在大气中存在的平均时间只有11天，水汽是雨雪得源泉，没有水汽我们就不能生存。众所周知，水汽在大气中的含量是多变的，在沙漠地带，水汽含量非常低，只占空气总量的很少的一部分，相反，在其他地区，特别是潮湿的热的海面上，或者赤道洋面上，水汽可以占到大气总量的5%左右。 尽管大气中的水汽的含量随时间和地点的不同有很大的变化，但它在整个地球上的总量实际上是