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大气

标签: 大气 大气圈 臭氧 呼吸 营养

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    地球的引力作用使地球周围积聚了约二、三千公里厚的完整空气层,称为大气。也叫大气圈。大气是一种混合物,由干洁空气、水汽和各种悬浮的固态杂质微粒组成。干洁空气主要成分是氮、氧、氩等,约占干洁空气总量的99.97%以上,其次有二氧化碳、臭氧等多种气体。大气中的氧和氮是地球上一切生物呼吸和制造营养的源泉,是维持生命必不可少的。臭氧和二氧化碳含量虽少,但作用很大。臭氧可以在高空大量吸收太阳紫外线,保护地面生物免受强烈紫外线的伤害,而透射到地面上的少量紫外线却可以起到杀菌治病的作用。二氧化碳可以吸收和发射长波辐射,对大气和地面温度的调节产生重要影响。大气中的水汽和尘埃含量甚微,然而它们却是成云致雨,导至天气现象千变万化的重要因素。可以说,地球上没有大气,就不会有生命。大气根据温度、成分、荷电等物理性质,并考虑大气垂直运动状况,可将大气划分成对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层等五个层次。

    对流层 最靠近地面的一层大气,其下界是地面,上界则随纬度和季节等因素而变化,其平均高度在低纬地区为17—18公里;中纬地区为10—12公里;极地附近为8—9公里。通常夏季对流层上界的高度大于冬季。对流层厚度虽然不大,但却集中了大约75%的大气质量和90%以上的水汽质量,因此大气中的主要天气现象,如云、雾、降水等都发生在这一层。对流层空气的增温主要是依靠吸收地球表面的热量,从而形成气温随高度升高而降低的显著特点,平均递减情况大约为高度每增加100米气温降低0.65℃,高山常年积雪和高空云层多为冰晶组成就是证明。另外,对流层内空气有规则的垂直运动和无规则的乱流运动相当强烈,因此,对上下层水汽、尘埃及热量的交换混合,对水汽凝结、能见度变化也都有很大影响。对流层以上为平流层,在两层的交界处有一个过渡层,称为对流层顶。在那里,温度变得随高度升高,而降低缓慢,甚至不变,使上升的水汽、尘埃多在此处聚集,大气透明度变得很坏。

    平流层 自对流层顶向上到55公里左右的大气层。其特点是:

    (1)在平流层中空气的垂直混合运动显著减弱,特别是上半部,几乎没有垂直气流,整个气层比较平稳,非常有利于飞行。

    (2)平流层的下半部温度基本上是不变的(随高度升高温度不变的气层叫等温层)或随高度增加略有上升;上半部的温度则随高度的增加而显著升高(温度随高度增加而升高的气层叫逆温层)。平流层顶部的温度可增至0℃左右,这主要是与该层内臭氧直接吸收太阳紫外辐射有密切联系。在平流层内,高20—25公里处臭氧含量最多。臭氧分布的上限至平流层顶,高度愈高大气获得的热量愈多。温度也就愈高。

    (3)平流层内水汽、尘埃含量甚微,很少出现云,大气透明度良好。中高纬地区在晨昏时分偶可见到由细小冰晶组成的焕发奇异色彩的珠母云。

    中间层 亦称中层或中圈。其位置在平流层顶到85公里左右的范围内。该层的最大特点是,温度随高度增加而迅速降低,其顶部温度可降至-83℃—-113℃左右。中间层内由于下暖上冷也有相当强烈的对流运动和乱流混合现象,故又有高空对流层之称。高纬地区黄昏来临时,在中间层顶附近常可观测到具有特异的银白色夜光云,在落日余光的辉映下色泽微青十分明亮,这是水汽凝结物的光学现象。

    另外,中间层内还进行着强烈的光化学反应,这些反映与大气的电离过程以及太阳辐射的变化过程有着密切联系。

    暖层 又称热层、电离层或热圈。自中间层顶部到800公里高度左右的范围称之。该层有两大特点:其一,温度随高度的增加而迅速升高,据人造卫星探测,在300公里高度上,可达1000℃以上。其二,该层空气处于高度的电离状态。这是由于空气在强烈的太阳紫外辐射和宇宙射线的共同作用下形成的,所以该层又叫电离层。据探测,在暖层各高度上空气电离的程度是不均匀的。其中最强的是E层和F层。E层约在100—120公里高度上;F层约在200—400公里高度上,在夏季的白天还分裂成F1、F2两层。此外,在80公里高度上还有一个只在白天出现的D层。电离层受太阳活动的影响很大,白天增强,夜间减弱。电离层能反射无线电波,使无线电波绕地球曲面进行远距离的传播。因此正确理解和掌握电离层的变化规律,是无线电通讯中必须考虑的一个因素。

    散逸层 也叫外层。暖层顶以上的大气层统称之。它是大气的最高层,是大气圈和星际空间的过渡带。这层空气的温度也随高度增加而升高。该层内由于温度很高,空气极其稀薄,地球引力又很小,以致某些高速运动的空气分子可以挣脱地球引力的束缚、克服其他大气质点的阻碍而散逸到宇宙空间去。散逸层的上界也就是大气的上界,究竟有多高?据实测,大气密度是随高度增加而减小的,在700—800公里高度处气体分子之间的距离可达几百米远,这种情况已超过了实验室中可能获得的最高真空。若继续向上,空气更为稀薄,直至到达“星际空间”时仍然不是绝对真空,就是说大气和星际空间并不存在一个截然界面。气象上常把“极光”出现的最大高度(1000—1200公里),作为大气上界。近代卫星探测资料表明,把大气上界定为2000—3000公里则更加接近实际。

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