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第二章大气层、天气和气温

一、大气层概述

(1)大气层是地球表面周围包围着地球的气体混合物，它由不同层次的气体构成，从地表向上依次分为对流层、平流层、中间层、热层和外层空间。对流层是离地面最近的一层，其中包含着几乎所有的水汽和大部分的气体，如氮、氧等，这一层的气温随着高度的升高而降低，是天气变化最活跃的区域。平流层位于对流层之上，温度随高度增加而升高，大气成分以氮气和氧气为主，氧气含量减少，臭氧浓度较高，对太阳紫外线有很强的吸收作用，是地球上最重要的屏障之一。

(2)中间层以上的大气层，包括中间层、热层和外层空间，这些层次的大气成分相对较少，温度随着高度的增加而急剧上升。中间层的气温在100公里高度附近达到峰值，之后温度随着高度的上升而迅速降低。热层的外侧则是磁层，它由地球的磁场控制，可以保护地球免受太阳风的影响。外层空间则是大气层的外缘，与宇宙空间相连，这里的温度极低，大气密度几乎为零。

(3)大气层中各种气体的分布和运动受到多种因素的影响，如地球自转、地球的倾斜角度、太阳辐射等。地球自转导致大气层产生自转风，即地球的西风带和东风带。地球的倾斜角度使得太阳在一年中的不同时间照射地球的角度不同，导致季节变化和气候变化。太阳辐射是地球大气层能量来源的主要途径，它不仅影响大气层的温度，还影响着天气现象的形成。此外，大气层中的各种化学反应和物理过程也对其结构和性质产生重要影响。

二、天气现象与成因

(1)天气现象是大气层中各种物理和化学过程相互作用的结果，包括风、云、雨、雪、雾、霜、雷电等。其中，风是由于地球表面受太阳辐射不均匀加热，导致大气产生垂直和水平运动而形成的。在风的形成过程中，气压差异是推动大气运动的主要动力。云是由水汽凝结成的小水滴或冰晶组成的，它们在大气中悬浮并聚集，形成云层。云的形状、颜色和高度反映了大气中的水汽含量和温度状况。降水是云中的水滴或冰晶聚集到一定程度后，克服空气阻力降落到地面的现象，它是大气循环的重要组成部分。

(2)雨是降水中最常见的类型，它是当云中的水滴聚集到一定程度，重量超过空气阻力时，便会从云层中降落。雪的形成条件与雨相似，只是温度较低时，云中的水滴会结冰成雪。雾是由于地面附近的空气冷却至露点温度，水汽凝结成微小的水滴悬浮在近地面空气中，使视线受阻的现象。霜是在地面或物体表面，当空气温度低于露点温度时，水汽直接凝结成冰晶的凝华现象。雷电则是大气中强烈的电荷分离和放电现象，通常伴随雷声和闪电，多发生在对流性云层中。

(3)天气现象的成因复杂多样，与地球的地理位置、气候系统、季节变化等因素密切相关。例如，季风是由于地球自转和倾斜角度的影响，使得赤道地区和极地地区之间的气流产生周期性变化。气候变暖导致的温室效应，会使全球气温上升，进而影响大气环流和降水模式。此外，人类活动，如工业化、城市化、森林砍伐等，也会对大气成分和天气现象产生深远影响。因此，对天气现象与成因的研究，对于理解和预测气候变化、防灾减灾具有重要意义。

三、气温及其影响因素

(1)气温是描述大气温度的一个物理量，通常以摄氏度（°C）或华氏度（°F）为单位。地球表面不同地区的气温差异巨大，这主要受到纬度、海拔、海洋和陆地分布、大气环流等因素的影响。例如，赤道地区由于太阳辐射强烈，气温普遍较高，平均气温约为26°C；而南极洲由于地处高纬度，太阳辐射弱，平均气温约为-60°C。海拔高度也会对气温产生显著影响，每上升100米，气温大约下降0.6°C。陆地比海洋升温快，降温也快，因此，同一纬度下，陆地的气温波动通常比海洋更为剧烈。

(2)气温的变化受到多种因素的影响。例如，大气中的温室气体浓度对气温有显著影响。近几十年，由于人类活动导致的温室气体排放增加，全球气温呈现上升趋势。根据IPCC（政府间气候变化专门委员会）的报告，全球平均气温在20世纪末比20世纪初上升了约0.8°C。此外，海洋表面的温度对气温也有重要影响。海洋吸收和释放的热量对调节全球气候至关重要。例如，1998年和2016年分别是有记录以来最热的两年，这与那段时间海洋表面温度的异常升高有关。

(3)气候变化对气温的影响表现在多个方面。例如，极端高温事件的发生频率和强度增加。2017年，美国加利福尼亚州发生了一场严重的野火，导致数百人死亡，数千座房屋被毁。这场野火的发生与当时的极端高温天气密切相关。又如，北极地区的冰川融化速度加快，导致海平面上升。据研究，自20世纪90年代以来，北极地区每年损失的冰川量约为5000亿吨。这些变化不仅影响自然生态系统，也对人类社会的经济活动和生活造成严重影响。因此，监测和分析气温变化及其影响因素，对于制定应对气候变化的策略具有重要意义。