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大氣的組成和垂直分布

大氣的組成

大氣是多種氣體的混合物。低層大氣主要是由干潔空氣、水汽和雜志三部分組成。

干潔空氣(25千米以下)的主要成分中,氮和氧合占干潔空氣體積分?jǐn)?shù)的99%。氧是人類和其他生物維持生命活動(dòng)所必須的物質(zhì);氮是地球上生物體的基本成分。

大氣中的微量成分二氧化碳和臭氧,含量雖少,但對(duì)地球上的生命活動(dòng)和自然環(huán)境有著重要作用。二氧化碳是綠色植物進(jìn)行光合作用的基本原料,并對(duì)地面起保溫作用。臭氧能大量吸收太陽(yáng)紫外線,保護(hù)地球上的生物免受過(guò)多紫外線的傷害,被譽(yù)為“地球生命的保護(hù)傘”;而穿透大氣射到地面上的少量紫外線,又起到殺菌治病的作用。

大氣的組成和垂直分布

大氣中的水汽和雜志含量也很少,卻是天氣變化的重要角色。水的相變(氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三者的相互變化),產(chǎn)生了云、雨、霧、雪等一系列天氣現(xiàn)象。并伴隨著熱量的吸收和釋放(地面上的水蒸發(fā)成水汽,要吸收熱量;水汽隨上升氣流到空中凝結(jié)成云、霧、雨、雪等又放出熱量),直接影響地面和大氣的溫度。雜質(zhì)作為凝結(jié)核,是成云致雨的必要條件(大氣中水汽和雜質(zhì)的含量因時(shí)因地而異)。

人類活動(dòng)造成的大氣污染,已導(dǎo)致大氣成分和含量的變化。例如人類活動(dòng)燃燒煤、石油等礦物燃料,排放的二氧化碳,使大氣中的二氧化碳含量不斷增加。又如在制冷工業(yè)發(fā)展前,大氣中是沒(méi)有氟氯烴化合物。在20世紀(jì)80年代以后,隨著電冰箱、冰柜等的廣泛使用,釋放出大量的氟氯烴化合物,使大氣中的氟氯烴含量增加。氟氯烴能破壞大氣中的臭氧,使大氣中的臭氧總量減少。

盡管人類活動(dòng)引起的大氣成分的變化是緩慢的,但已直接構(gòu)成對(duì)人體健康的危害,并影響到人類的生存環(huán)境,而且對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面都具有潛在的重大影響。由于人類活動(dòng)排入大氣的這些污染物不受國(guó)界限制,因此造成的危害是全球性的。

大氣的垂直分布

大氣的溫度、密度和運(yùn)動(dòng)狀況在垂直方向上的分布是不均勻的。人們依據(jù)溫度、密度和大氣運(yùn)動(dòng)狀況,將大氣自下而上依次劃分為對(duì)流層、平流層和高層大氣。

大氣的組成和垂直分布

大氣的組成和垂直分布

(一)對(duì)流層

對(duì)流層是貼近地面的大氣最低層。整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4和幾乎全部水汽、雜質(zhì)都集中在這一層。對(duì)流層是大氣中最活躍、與人類關(guān)系最密切的一層。人類就生活在對(duì)流層的底部。對(duì)流層有以下特點(diǎn):

  • 氣溫隨高度的增加而遞減。這是因?yàn)榈孛媸菍?duì)流層大氣的主要的直接熱源,因此離地面越高,氣溫越低(每升高100米,氣溫下降0.6度)。

  • 對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著。對(duì)流層上部冷下部熱,有利于空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)(空氣受熱膨脹上升,遇冷收縮下降),對(duì)流層即因此得名。對(duì)流層的高度因緯度而已,低緯度地面受熱多,對(duì)流旺盛,對(duì)流層高度可達(dá)17~18千米;高緯度地面受熱少,對(duì)流運(yùn)動(dòng)弱,對(duì)流層高度僅8~9千米;中緯度受熱介于低緯度和高緯度之間,對(duì)流層高度為10~12千米。

  • 天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。近地面的水汽和雜志通過(guò)對(duì)流運(yùn)動(dòng)向上層空間輸送,在上升的過(guò)程中隨著氣溫的降低,容易成云致雨。云、雨、霧、雪等的天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層。

大氣的組成和垂直分布

(二)平流層

自對(duì)流層頂端至50~55千米高度的范圍為平流層,這一層有以下特點(diǎn):

  • 氣溫隨高度增高。平流層大氣主要靠臭氧吸收大量紫外線增溫。在22~27千米高度處,臭氧含量達(dá)到最大值,形成臭氧層。臭氧層以上,臭氧含量逐漸減少,但是太陽(yáng)紫外線輻射強(qiáng)烈。氣溫隨高度迅速增高。

  • 氣流以平流為主。平流層上部熱下部冷,大氣較為穩(wěn)定,不易形成對(duì)流,而是以平流運(yùn)動(dòng)為主,有利于高空飛行。

大氣的組成和垂直分布

(三)高層大氣

平流層頂以上的大氣,氣壓低,空氣密度很小。到2000~3000千米的高空,大氣的密度已與星際空間的密度非常接近。這里的一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)經(jīng)常散逸到宇宙空間去,這個(gè)高度可看做地球大氣的上界。

大氣的組成和垂直分布

在高層大氣中80~500千米的高空,有若干電離層。電離層大氣在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下,處于高度電離狀態(tài),能反射無(wú)線電短波,對(duì)無(wú)線電短波通訊有重要作用。

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