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        我們了解的大氣層

大氣層(atmosphere)，氣象學(xué)專業(yè)術(shù)語,，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著,。大氣層的成分主要有氮?dú)猓��?8.1%;氧氣占20.9%;氬氣占0.93%;還有少量的二氧化碳,、稀有氣體(氦氣,、氖氣,、氬氣、氪氣,、氙氣,、氡氣)和水蒸氣。大氣層的空氣密度隨高度而減小,，越高空氣越稀薄,。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限,。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn),，分為對(duì)流層、平流層,、臭氧層,、中間層、熱層和散逸層,，再上面就是星際空間了,。

大氣

大氣是指在地球周圍聚集的一層很厚的大氣分子，稱之為大氣圈,。像魚類生活在水中一樣,，人類生活在地球大氣的底部，并且一刻也離不開大氣,。大氣為地球生命的繁衍,，人類的發(fā)展,，提供了理想的環(huán)境,。它的狀態(tài)和變化，時(shí)時(shí)處處影響到人類的活動(dòng)與生存,。自然狀態(tài)下,，大氣是由混合氣體、水汽和雜質(zhì)組成,。除去水汽和雜質(zhì)的空氣稱為干潔空氣,。干潔空氣的主要成分為78.09%的氮20.94%的氧，0.93%的氬,。這三種氣體占總量的99.96%,，其它各項(xiàng)氣體含量計(jì)不到0.1%，這些微量氣體包括氖,、氦,、氪、氙等稀有氣體,。在近地層大氣中上述氣體的含量幾乎可認(rèn)為是不變化的,，稱為恒定組分。

在干潔空氣中，易變的成分是二氧化碳(CO2),、臭氧(O3)等,，這些氣體受地區(qū)、季節(jié),、氣象以及人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的影響,。正常情況下，二氧化碳含量在20km以上明顯減少,。

對(duì)流層

定義：大氣最下層,，厚度(8～17公里)隨季節(jié)和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/公里,，有對(duì)流和湍流,。天氣現(xiàn)象和天氣過程主要發(fā)生在這一層。

位置：位于大氣的最低層,，從地球表面開始向高空伸展,，直至對(duì)流層頂，即平流層的起點(diǎn)為止,。平均厚度約為12公里,，它的厚度不一，其厚度在地球兩極上空為8公里,，在赤道上空為17公里,，是大氣中最稠密的一層，集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量,。其下界與地面相接,，上界高度隨地理緯度和季節(jié)而變化。它的高度因緯度而不同,，在低緯度地區(qū)平均高度為17～18公里,，在中緯度地區(qū)平均為10～12公里，高緯度地區(qū)平均為8～9公里,，并且夏季高于冬季,。在高緯度的地區(qū)，因?yàn)榈乇淼哪Σ亮��?huì)影響氣流,，形成了一個(gè)平均厚2公里的行星邊界層,。這一層的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦會(huì)被逆流層的分隔而與對(duì)流層的其他部份分開,。

特點(diǎn)：(1)溫度隨高度的增加而降低：這是因?yàn)樵搶硬荒苤苯游�收太陽的短波輻��,，但能吸收地面反射的長(zhǎng)波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多,，遠(yuǎn)離地面的空氣受熱少,。每升高1公里,，氣溫約下降6.5度。(2)空氣對(duì)流：因?yàn)閹r石圈與水圈的表面被太陽曬熱,，而熱輻射將下層空氣烤熱,，冷熱空氣發(fā)生垂直對(duì)流，又由于地面有海陸之分,、晝夜之別以及緯度高低之差,，因而不同地區(qū)溫度也有差別，這就形成了空氣的水平運(yùn)動(dòng),。(3)溫度,、濕度等各要素水平分布不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣,、塵埃,、微生物以及人類活動(dòng)產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進(jìn)入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運(yùn)動(dòng)外,，化學(xué)過程十分活躍,，并伴隨氣團(tuán)變冷或變熱，水汽形成雨,、雪,、雹、霜,、露,、云、霧等一系列天氣現(xiàn)象,。

擴(kuò)展：正因?qū)α鲗邮谴髿鈱又型牧髯疃嗟囊粚�,，噴射客機(jī)大多會(huì)飛越此層頂部(即對(duì)流層頂)用以避開影響飛行安全的氣流。

在宇宙中恒星也有對(duì)流層,，太陽內(nèi)部能量向外傳播除輻射,，還有對(duì)流過程。即從太陽0.71個(gè)太陽半徑向外到達(dá)太陽大氣層的底部,，這一區(qū)間叫對(duì)流層。這一層氣體性質(zhì)變化很大,，很不穩(wěn)定,，形成明顯的上下對(duì)流運(yùn)動(dòng)。這是太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最外層,。

平流層

定義：1：從對(duì)流層頂?shù)郊s50公里高度的大氣層,。層內(nèi)溫度通常隨高度的增加而遞增。底部溫度隨高度變化不大,。

2：距地表約10～50公里處的大氣層,。位于對(duì)流層之上,，逸散層之下。平流層(stratosphere),，亦稱同溫層,，是地球大氣層里上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層,，當(dāng)中高溫層置于頂部,，而低溫層置于底部。它與位于其下貼近地表的對(duì)流層剛好相反,，對(duì)流層是上冷下熱的,。在中緯度地區(qū)，平流層位于離地表10~50公里的高度,，而在極地,，此層則始于離地表8公里左右。

特殊：對(duì)流層上面,，直到高于海平面50公里這一層,，氣流主要表現(xiàn)為水平方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)流現(xiàn)象減弱,，這一大氣層叫做“平流層”,，又稱“同溫層”。這里基本上沒有水汽,，晴朗無云,，很少發(fā)生天氣變化，適于飛機(jī)航行,。在20~30公里高處,，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層,，像一道屏障保護(hù)著地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊,。

臭氧層

定義：大氣層的平流層中臭氧濃度相對(duì)較高的部分，其主要作用是吸收短波紫外線,。大氣層的臭氧主要以紫外線打擊雙原子的氧氣,，把它分為兩個(gè)原子，然后每個(gè)原子和沒有分裂的氧合并成臭氧,。臭氧分子不穩(wěn)定,，紫外線照射之后又分為氧氣分子和氧原子，形成一個(gè)繼續(xù)的過程臭氧氧氣循環(huán),，如此產(chǎn)生臭氧層,。自然界中的臭氧層大多分布在離地20—50千米的高空。臭氧層中的臭氧主要是紫外線制造,。

作用：大氣臭氧層主要有三個(gè)作用,。其一為保護(hù)作用,，臭氧層能夠吸收太陽光中的波長(zhǎng)306.3μm以下的紫外線，保護(hù)地球上的人類和動(dòng)植物免遭短波紫外線的傷害,。只有長(zhǎng)波紫外線UV-A和少量的中波紫外線UV-B能夠輻射到地面,，長(zhǎng)波紫外線對(duì)生物細(xì)胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件保護(hù)傘保護(hù)地球上的生物得以生存繁衍,。其二為加熱作用,，臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能加熱大氣，由于這種作用大氣溫度結(jié)構(gòu)在高度50km左右有一個(gè)峰,，地球上空15～50km存在著升溫層,。正是由于存在著臭氧才有平流層的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧氣,，所以也就不存在平流層,。大氣的溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于大氣的循環(huán)具有重要的影響，這一現(xiàn)象的起因也來自臭氧的高度分布,。其三為溫室氣體的作用,，在對(duì)流層上部和平流層底部，即在氣溫很低的這一高度,，臭氧的作用同樣非常重要,。如果這一高度的臭氧減少，則會(huì)產(chǎn)生使地面氣溫下降的動(dòng)力,。

中間層

定義：自平流層頂?shù)?5公里之間的大氣層,。

該層內(nèi)因臭氧含量低，同時(shí),，能被氮,、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經(jīng)大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大,，對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)盛,。中間層頂附近的溫度約為190K;空氣分子吸收太陽紫外輻射后可發(fā)生電離，習(xí)慣上稱為電離層的D層;有時(shí)在高緯度地區(qū)夏季黃昏時(shí)有夜光云出現(xiàn),。

物質(zhì)組成：氮?dú)夂脱鯕鉃橹�,，幾乎沒有臭氧。該層的60-90公里高度上,，有一個(gè)只有在白天出現(xiàn)的電離層,，叫做D層。

電離層

定義：是地球大氣的一個(gè)電離區(qū)域,。60公里以上的整個(gè)地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域,，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層,。也有人把整個(gè)電離的大氣稱為電離層,，這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10~80公里,。散逸層在暖層之上,，為帶電粒子所組成。

特點(diǎn)：除地球外,，金星,、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域,，其中存在相當(dāng)多的自由電子和離子,，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射,、反射和散射,，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。

在電離作用產(chǎn)生自由電子的同時(shí),，電子和正離子之間碰撞復(fù)合,，以及電子附著在中性分子和原子上，會(huì)引起自由電子的消失,。大氣各風(fēng)系的運(yùn)動(dòng),、極化電場(chǎng)的存在、外來帶電粒子不時(shí)入侵,，以及氣體本身的擴(kuò)散等因素,，引起自由電子的遷移。在55公里高度以下的區(qū)域中,，大氣相對(duì)稠密,，碰撞頻繁，自由電子消失很快,，氣體保持不導(dǎo)電性質(zhì),。在電離層頂部，大氣異常稀薄,，電離的遷移運(yùn)動(dòng)主要受地球磁場(chǎng)的控制,，稱為磁層。

電離層的主要特性由電子密度,、電子溫度,、碰撞頻率、離子密度,、離子溫度和離子成分等空間分布的基本參數(shù)來表示,。但電離層的研究對(duì)象主要是電子密度隨高度的分布。電子密度(或稱電子濃度)是指單位體積的自由電子數(shù),，隨高度的變化與各高度上大氣成分,、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關(guān),。中間層以上，到離地球表面500公里,，叫做“熱層”,。在這兩層內(nèi)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)許多有趣的天文現(xiàn)象,，如極光,、流星等。

外層

外層(Exosphere),，又名散逸層,，熱層頂以上是外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處,。這里的溫度很高,，可達(dá)數(shù)千度;大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一,。外大氣層也叫磁力層,，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區(qū)域,，外面沒有什么明顯的邊界,。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低,，近磁赤道上空在向太陽一側(cè),，約有9~10個(gè)地球半徑高，換句話說,，大約有65000千米高,。在這里空氣極其稀薄。通常把1000公里之內(nèi),，即電離層之內(nèi)作為大氣的高度,，即大氣層厚1000公里。

大氣對(duì)地面的保溫作用

大氣層就好像是一條毛毯,，均勻地包住了整個(gè)地球,，使整個(gè)地球就好象處在一個(gè)溫室之中。白天灼熱的太陽發(fā)出強(qiáng)烈的短波輻射,，大氣層能讓這些短波光順利地通過,，而到達(dá)地球表面，使地表增溫,。晚上,，沒有了太陽輻射，地球表面向外輻射熱量。因?yàn)榈乇淼臏囟炔桓�,，所以輻射是以長(zhǎng)波輻射為主,，而這些長(zhǎng)波輻射又恰恰是大氣層不允許通過的,，故地表熱量不會(huì)喪失太多,，地表溫度也不會(huì)降得太低。這樣,，大氣層就起到了調(diào)節(jié)地球表面溫度的作用,。這種作用就是大氣的保溫作用。

大氣削弱作用

當(dāng)太陽輻射通過大氣層到達(dá)地面的過程中,，由于大氣對(duì)它有一定的吸收,、散射和反射作用，使到達(dá)地面的總輻射有明顯削弱,，特別是波長(zhǎng)短的輻射能削弱顯著,，這種現(xiàn)象稱為大氣削弱作用或衰減作用。

吸收作用：大氣對(duì)太陽輻射的吸收具有選擇性,。對(duì)流層大氣中的水汽和二氧化碳吸收紅外線,，平流層中的臭氧吸收紫外線。大氣對(duì)太陽輻射中能量最強(qiáng)的可見光部分吸收很少,，絕大部分的太陽輻射能量能夠到達(dá)地面!

反射作用：主要是大氣中的云層和顆粒較大的塵埃會(huì)將一部分太陽輻射反射到宇宙中去,，這種反射無選擇性。云層越厚,，反射作用越強(qiáng),。夏季，多云的白天氣溫不高,，就是這個(gè)原因,。

散射作用：空氣分子和微塵把太陽輻射向四面八方散射開來，是一部分太陽輻射不能到達(dá)地面,，從而削弱了太陽輻射,。大氣對(duì)太陽輻射的散射所用具有選擇性。晴朗的天空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色,，日出前的黎明,、日落后的黃昏以及陰天時(shí)天空仍是明亮的，都是大氣散射的結(jié)果,。

例題：

1. 下列選項(xiàng)中,，按其地理現(xiàn)象與內(nèi)在聯(lián)系對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤的一項(xiàng)是( )

A. 城市上空的霧比郊區(qū)多——大氣的反射作用。

B. 雨后天空格外藍(lán)——大氣的散射作用,。

C. 霜凍多出現(xiàn)在早春或晚秋的晴夜——大氣逆輻射作用,。

D. 夏天的白天天空多云，感覺涼爽——大氣的反射作用。

【答案】A

【解析】A項(xiàng),，城市中由于工業(yè),、交通、家庭排放大氣污染物較多,，空氣中固體雜質(zhì)較多,，這些固體雜質(zhì)在成云致雨的過程中起到了凝結(jié)核的作用，故容易形成霧,。故A項(xiàng)錯(cuò)誤,，當(dāng)選。

B項(xiàng),，光的散射是指光通過不均勻介質(zhì)時(shí)一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象,。短波光的散射比長(zhǎng)波光要強(qiáng)得多，太陽光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)色光,，在空中被散射得多,，到達(dá)地球表面上的多。所以晴朗的天空呈現(xiàn)藍(lán)色,。故B項(xiàng)正確,，排除。

C項(xiàng),，大氣輻射中向下的部分,，因?yàn)榕c地面輻射方向相反，稱為大氣逆輻射,。早春或晚秋的晴夜,，天空沒有云，大氣逆輻射弱,，地面輻射的熱量散失大,，這樣的夜晚地面氣溫很低，容易出現(xiàn)霜凍,。故C項(xiàng)正確,，排除。

D項(xiàng),，大氣反射是太陽輻射穿過大氣時(shí),，被大氣中的云層和較大塵埃將其一部分反射到宇宙空間去，從而削弱到達(dá)地面的太陽輻射,。云層愈厚反射愈強(qiáng),，夏天白天天空多云，對(duì)太陽輻射反射強(qiáng),，地面會(huì)感覺涼爽,。故D項(xiàng)正確,，排除。

故本題正確答案為A項(xiàng),。

2. 關(guān)于大氣逆溫層的說法,，正確的是( )

A. 在逆溫層內(nèi)，空氣密度隨高度增加而迅速減小,。

B. 逆溫層的物理特征是氣體狀態(tài)不穩(wěn)定,。

C. 逆溫層對(duì)空氣對(duì)流有強(qiáng)烈的促進(jìn)作用。

D. 逆溫層有利于大氣污染物的擴(kuò)散,。

【答案】A

【解析】通常大氣對(duì)流層內(nèi)的氣溫是隨高度呈遞減速關(guān)系,。但是在某些特殊條件下，如在空氣下沉,、輻射冷卻、空中熱氣流流向地面,、近地層擾動(dòng)等因素的影響下,，高層氣溫反而高于低層氣溫，這種現(xiàn)象稱為逆溫,。逆溫的類型有輻射逆溫,、下沉逆溫、湍流逆溫,、平流逆溫和鋒面逆溫,。出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象的一層氣體，稱為逆溫層,。在逆溫層中,，較暖而輕的空氣位于較冷而重的空氣上面，形成一種極其穩(wěn)定的空氣層,，籠罩在近地層的上空,，嚴(yán)重地阻礙著空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。由于這種原因,，空氣中的污染物不能及時(shí)擴(kuò)散開去,，只能飄浮在逆溫層下面的空氣層中。B項(xiàng),，C項(xiàng),，D選項(xiàng)說法錯(cuò)誤。故本題正確答案為A,。

3. 在大氣層中,，最適合飛機(jī)飛行的是( )。

A. 中間層

B. 對(duì)流層

C. 平流層

D. 外層

【答案】C

【解析】大氣層中,，最適合飛機(jī)飛行的是平流層,。平流層的能見度高,，大氣不對(duì)流，以平流運(yùn)動(dòng)為主,，飛機(jī)在其中受力比較穩(wěn)定,，便于飛行員操縱架駛。而中間層位于平流層的上方,，空氣稀薄,，溫度較低，并不適合飛機(jī)飛行,。對(duì)流層是大氣層中湍流最多的一層,，不適合飛機(jī)飛行。外層這里的溫度很高,，可達(dá)數(shù)千度;大氣已極其稀薄,，不適合飛機(jī)飛行。A項(xiàng),，B項(xiàng),，D選項(xiàng)說法錯(cuò)誤。故本題正確答案為C,。

4. 地球大氣層過中最靠近地面的一面是( ),。

A. 平流層

B. 熱層

C. 對(duì)流層

D. 電離層

【答案】C

【解析】A項(xiàng)，平流層位于對(duì)流層之上一層,，大氣主要以平流運(yùn)動(dòng)為主,。故A項(xiàng)錯(cuò)誤，排除,。

B項(xiàng),，熱層是地球大氣層的一層，它位于中間層之上及外大氣層之下,。故B項(xiàng)錯(cuò)誤,，排除。

C項(xiàng),，對(duì)流層位于地球大氣層的最低層,，集中了約75%的大氣的質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。我們常見的風(fēng)雨雷電等天氣現(xiàn)象就發(fā)生在這一層,。故C項(xiàng)正確,，當(dāng)選。

D項(xiàng),，電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域,，位于中間層上方。故D項(xiàng)錯(cuò)誤,，排除,。

故本題正確答案為C,。

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