1．2 大气的结构

    （1）大气的垂直分层

    地球大气的总质量估计为5.27×1015t，它在垂直方向的分布是不均匀的，主要集中在大气圈的底部，其中一半在0～5km高度范围内，10km以下集中了75％，30km以下集中了90％。大气圈顶部没有截然的界限，而是逐步过渡到地球大气和弥漫在星际空间密度极小的“星际气体”联接起来。过去大气物理学家根据某些物理现象（如极光）出现的最大高度（极光可出现在1200km高度）来确定大气的物理上界。现代利用人造地球卫星探测资料分析，2000～3000km高度间的大气密度已接近于行星空际间的气体密度，故定义大气上界在2000～3000km之间。

    观测表明，大气的物理性质在垂直方向是不均匀的，可按照其各种特性的差异将大气分为若干层次。按大气温度随高度分布的特征可把大气分为对流层、平流层、中间层、热层和外层（图6-1）。按照大气各组成成分的混合状况，可把大气分为均匀层和非均匀层。按大气电离状况，可分为电离层和非电离层。按大气的光化学反应还可分出臭氧层。

     对流层 大气圈的最下一层，平均厚度在高纬度地区为8～gkm，中纬度地区为10～12km，低纬度地区为17～18km。夏季厚度大于冬季。对流层厚度不到整个大气圈的1％，但集中了大气质量的3／4，大气水汽的90％。对流层受地球表面的影响最大，层内对流旺盛，大气中的主要天气现象如云、雾、雨、雪、雹都形成在此层内。对流层中温度一般随高度的升高而降低，垂直温度梯度（在垂直方向高度变化100m时气温的变化值）平均为0.65℃／100m。对流层顶的温度降至零下几十度。对流层对人类的影响最大，通常所说的大气污染就是对此层而言。

     平流层 从对流层顶以上到大约50km左右高度为平流层。平流层中气温随高度升高初时不变，后反而升高，这主要是地面辐射减少和氧及臭氧对太阳辐射吸收加热的结果。这样的温度分布抑制了空气对流。此层内气流比较平稳，是喷气式飞机飞行的理想场所。由于水汽和尘埃含量少，而无对流层中那种剧烈的云雨天气现象。

     中间层 平流层顶以上到大约80km的一层为中间层。此层中气温又随高度升高而降低，其顶部温度可降至-113～-83℃。由于垂直温度梯度大，有相当强的垂直混合。该层内水汽极少，几乎没有云层出现。

     热层 中间层顶以上为热层。该层温度随高度增高而迅速升高。由于太阳辐射中波长小于0.17μm的紫外线几乎全被该层中的分子氧和原子氧吸收，并且吸收的能量大部分用于气层的增温，加之气层内分子稀少，热量无法通过热量传输的方法传递出去，因此热层温度达 1000K以上。热层没有明显的顶部，通常认为温度从增温转为等温时为热层顶。在太阳活动宁静时，顶高约250km，当太阳活动强烈时，顶高约500km。

     外层 是指热层以上的大气层。为大气圈向星际空间的过渡地带。在那里空气极为稀薄，温度随高度很少变化。由于那里地球引力很小，空气分子运动的平均自由度很大，使一些高速运动的空气质点不断向星际空间逃逸，故又称散逸层。

    （2）对流层中的水平非均一现象——气团和锋

     气团 大气的物理性质在垂直方向和水平方向都呈现非均一现象。在对流层中，空气的状态受下垫面的影响很大，如果空气较长时间停留在比较均匀的下垫面上，空气和下垫面进行热量和水分等交换，在此表面性质的影响下，空气从而获得新的温度和湿度等特性。例如长时间停留在寒冷大陆上的空气，便具有寒冷干燥的性质；而长期停留在热带海洋上的空气则具有湿热的性质。因而我们把水平方向上物理属性（如温度、湿度、稳定度等）比较均匀的巨大空气块称做气团。一个气团的水平范围可达几百万平方千米以上，垂直尺度可达几千米到十几千米以上。

     锋面 两种不同性质的气团之间有一个过渡区，在过渡区中气象要素值发生急剧变化，这个过渡区称为锋区（图6-2）。锋区与地面斜交，坡度很小，只几分到1度左右。锋区与地面的交线称锋线，长几百至几千千米。锋面向冷气团一侧延伸的距离可达1000km。因锋区的厚度与气团尺度相比要小得多，而把它视为一个面，即称为锋面，有时将锋面和锋线均简称为锋。气团和锋将在本章5．3节中继续论述。