大氣的垂直結(jié)構(gòu)——特殊的“五層樓”結(jié)構(gòu)

    就整個(gè)地球來(lái)說(shuō)，愈靠近核心，組成物質(zhì)的密度就愈大。大氣圈是地球的一部分，若與地球的固體部分相比較，密度要比地球的固體部分小得多，全部大氣圈的重量大約為5×10萬(wàn)噸，還不到地球總重量的百分之一；以大氣圈的高層和低層相比較，高層的密度比低層要小得多，而且越高越稀薄。假如把海平面上的空氣密度作為1，那么在240公里的高空，大氣密度只有它的一千萬(wàn)分之一；到了1600公里的高空就更稀薄了，只有它的一千萬(wàn)億分之一。整個(gè)大氣圈質(zhì)量的90％都集中在高于海平面16公里以內(nèi)的空間里。再往上去當(dāng)升高到比海平面高出80公里的高度，大氣圈質(zhì)量的99.999％都集中在這個(gè)界限以下，而所乘無(wú)幾的大氣卻占據(jù)了這個(gè)界限以上的極大的空間。

    探測(cè)結(jié)果表明，地球大氣圈的頂部并沒有明顯的分界線，而是逐漸過(guò)渡到星際空間的。高層大氣稀薄的程度雖說(shuō)比人造的真空還要“空”，但是在那里確實(shí)還有氣體的微粒存在，而且比星際空間的物質(zhì)密度要大得多，然而，它們已不屬于氣體分子了，而是原子及原子再分裂而產(chǎn)生的粒子。以80-100公里的高度為界，在這個(gè)界限以下的大氣，盡管有稠密稀薄的不同，但它們的成分大體是一致的，都是以氮和氧分子為主，這就是我們周圍的空氣。而在這個(gè)界限以上，到1000公里上下，就變得以氧為主了；再往上到2400公里上下，就以氦為主；再往上，則主要是氫；在3000公里以上，便稀薄得和星際空間的物質(zhì)密度差不多了。

    自地球表面向上，大氣層延伸得很高，可到幾千公里的高空。根據(jù)人造衛(wèi)星探測(cè)資料的推算，在2000-3000公里的高空，地球大氣密度便達(dá)到每立方厘米一個(gè)微觀粒子這一數(shù)值，和星際空間的密度非常相近，這樣2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大氣的上界。

    整個(gè)地球大氣層象是一座高大的而又獨(dú)特的“樓房”，按其成分、溫度、密度等物理性質(zhì)在垂直方向上的變化，世界氣象組織把這座“樓”分為五層，自下而上依次是：對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。

    對(duì)流層是緊貼地面的一層，它受地面的影響最大。因?yàn)榈孛娓浇�的空氣受熱上升，而位于上面的冷空氣下沉，這樣就發(fā)生了對(duì)流運(yùn)動(dòng)，所以把這層叫做對(duì)流層。它的下界是地面，上界因緯度和季節(jié)而不同。據(jù)觀測(cè)，在低緯度地區(qū)其上界為17-18公里；在中緯度地區(qū)為10-12公里；在高緯度地區(qū)僅為8-9公里。夏季的對(duì)流層厚度大于冬季。以南京為例，夏季的對(duì)流層厚度達(dá)17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度之差達(dá)6公里之多。

    在對(duì)流層的頂部，直到高于海平面50-55公里的這一層，氣流運(yùn)動(dòng)相當(dāng)平衡，而且主要以水平運(yùn)動(dòng)為主，故稱為平流層。

    平流層之上，到高于海平面85公里高空的一層為中間層。這一層大氣中，幾乎沒有臭氮，這就使來(lái)自太陽(yáng)輻射的大量紫外線白白地穿過(guò)了這一層大氣而未被吸收，所以，在這層大氣里，氣溫隨高度的增加而下降的很快，到頂部氣溫已下降到-83℃以下.由于下層氣溫比上層高,有利于空氣的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng),故又稱之為高空對(duì)流層或上對(duì)流層.中間層頂部尚有水汽存在,可出現(xiàn)很薄且發(fā)光的“夜光云”，在夏季的夜晚，高緯度地區(qū)偶爾能見到這種銀白色的夜光云。

    從中間層頂部到高出海面800公里的高空，稱為暖(熱)層，又叫電離層。這一層空氣密度很小，在700公里厚的氣層中，只含有大氣總重量的0.5％。據(jù)探測(cè)，在120公里高空，聲波已難以傳播；270公里高空，大氣密度只有地面的一百億分之一，所以在這里即使在你耳邊開大炮，也難聽到什么聲音。暖層里的氣溫很高，據(jù)人造衛(wèi)星觀測(cè)，在300公里高度上，氣溫高達(dá)1000℃以上。所以這一層叫做暖層或者熱層。

    暖層頂以上的大氣統(tǒng)稱為散逸層，又叫外層。它是大氣的最高層，高度最高可達(dá)到3000公里。這一層大氣的溫度也很高，空氣十分稀薄，受地球引力場(chǎng)的約束很弱，一些高速運(yùn)動(dòng)著的空氣分子可以掙脫地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空間中去。根據(jù)宇宙火箭探測(cè)資料表明，地球大氣圈之外，還有一層極其稀薄的電離氣體，其高度可伸延到22000公里的高空，稱之為地冕。地冕也就是地球大氣向宇宙空間的過(guò)渡區(qū)域。人們形象地把它比作是地球的“帽子”。

    此外，還可以把整個(gè)大氣看成是一座別致的“兩層小樓”。這種“兩層樓”的設(shè)計(jì)又是以大氣的不同特征為根據(jù)的。

    第一，按著大氣的化學(xué)成分來(lái)劃分。這種劃分是以距海平面90公里的高度為界限的。在90公里高度以下，大氣是均勻地混合的，組成大氣的各種成分相對(duì)比例不隨高度而變化，這一層叫做均質(zhì)層。在90公里高度以上，組成大氣的各種成分的相對(duì)比例，是隨高度的升高而發(fā)生變化的，比較輕的氣體如氧原子、氦原子、氫原子等越來(lái)越多，大氣就不再是均勻的混合了，因此，把這一層叫做非均質(zhì)層。

    第二，是按著大氣被電離的狀態(tài)來(lái)劃分，可分為非電離層和電離層。在海平面以上60公里以內(nèi)的大氣，基本上沒有被電離處于中性狀態(tài)，所以這一層叫非電離層。在60公里以上至1000公里的高度，這一層大氣在太陽(yáng)紫外線的作用下，大氣成分開始電離，形成大量的正、負(fù)離子和自由電子，所以這一層叫做電離層，這一層對(duì)于無(wú)線電波的傳播有著重要的作用。