第3章-大气的分层和结构
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>0，气温随高度升高而降低（下热上冷） <0，气温随高度升高而升高（下冷上热），这种气层称为逆温层 =0, 气温随高度不变，这种气层称为等温层
按大气热力结构分层（即根据大气垂直减温率的正负 变化）可分为对流层、平流层、中间层和热层。
大气垂直温度分布由热量平衡关系决定，对不同高 度大气，影响温度的主要因子不同。
举例
7月到8月，新疆的融 雪型洪水产生。
一般受高压控制，近 地面温度攀升，日最高气 温在37℃以上，再加上高 山积雪较多等条件，新疆 南部昆仑山北部发生融雪 型洪水的可能性就更大了。
2、平流层（stratosphere）★
平流层：自对流层顶向上至55km左右，垂直减温率为负
值的气层；
平流层顶的气压仅为1hPa左右； 因此，对流层和平流层集中了约99.9%的大气质量。
平流层的特点：
（1）平流层下半部的温度随高度变化很缓慢，而上部温度上 升很快（※）；
最初20km以下，气温基本均匀(即随高度基本不变)，从20km到55km， 温度很快上升，每千米上升2℃，至 55km附近可达最大值，270K（约3℃），即平流层顶；
主要是由于臭氧吸收太阳紫外辐射所致；臭氧层位于10～50km，在 20～ 30km臭氧浓度最高，30km以上臭氧浓度虽然逐渐减少，但这里的紫外 辐射很强烈，故温度随 高度能显著增高。
由于太阳辐射中的强紫外辐射（小于0.18微米）的光化学分解和电离反应 造成了热层的高温；然而，由于大气稀薄，分子间的碰撞机会极少，温度只反映 分子巨大的运动速度，不会对物体（例如卫星）造成很大的影响。
（2）、热层的温度有很显会出现一种辉煌瑰丽的大 气光学现象—极光
– 有强烈的垂直混合(★)
低层空气由于从地面得到热量使之受热上升，高层冷空气下沉，从 而造成对流层内存在强烈的垂直混合作用。热带地面温度高，对流层顶 高度高，顶部温度低；极地地面温度低，对流层顶高度低，顶部温度高。
– 气象要素水平分布不均匀(★)
主要由各地纬度和地表性质差异造成，地面上空空气在水平方向上 具有不同的物理属性，如压、温、湿等分布不均匀，从而产生各种天气 现象，如寒潮、台风、雷雨、闪电等。
云和降水、主要天气现象和过程如寒潮、台风、雷雨、闪 电都发生在这一层。
课本36页图 2.2
• 对流层的特点
– 气温随高度升高而降低(★)
平均气温递减率 Γ= 0.65℃/100m；大气主要通过吸收地面的长 波辐射和通过对流、湍流等方式从地面吸收热量升温，因而越接近地面 的大气得到的热量越多，故对流层气温随高度升高而降低。
（2）平流层逆温层的存在，使大气很稳定，垂直运动很微弱， 多为大尺度的平流运动；
垂直减温率为负值，即存在逆温层，大气很稳定，故以平流运动为主， 平流运动的特点：中纬度地区夏季时是东风，冬季时西风。（见图）
（3）平流层空气中尘埃很少，大气透明度很高；
平流层中水汽含量很少，几乎没有在对流层中经常出现的各种天气现象， 仅在高纬度冬季20多km处早、晚有不常见贝母云。
低层大气
因素
以太阳辐射加 热地面后引起的对 流、湍流交换以及 地面的红外辐射为 主
热源
地面
冷源
大气辐射
中、高层大气
以辐射平衡
作用为主，主要成 分氮气N2吸收辐射 很少。但O2,O和O3 对太阳辐射的吸收 加热
O2,O和O3 对太阳辐射的
吸收加热
O3、CO2 和水汽的红外
辐射
1、对流层(troposphere) ★
急 流
3、中间层（mesosphere）
中间层：从平流层顶到85km左右的气层； 中间层顶的气压约为0.1hPa;
中间层的特点：
（1）、中间层气温随高度降低（气温垂直减温率为正值）；
平流层顶至85km左右中间层顶，温度下降到-90 ～-100℃，是地球大 气最冷的部分，故又称为高空对流层。
主要因为中间层内臭氧很稀少；其次太阳辐射中被氧分子吸收的波 长更短的紫外辐射（小于0.18微米）已被其上面的热层大气吸收了。
在对流层顶上 1、逆温、稳定。
具体分层如下：
热力结构（★）对流层、平流层、中间层、热层
化学成分 电磁特性 压力结构
匀和层（或均质层）、非匀和层 （或非均质层）
中性层、电离层和磁层
500Km以下气压层、 500Km到2000-3000Km为外大气 层（逸散层）
3.1.1按热力结构分层
大气垂直减温率（即气温垂直递减率），即在垂直方 向上每变化100米高度，温度变化值。并以温度随高度的升 高而降低为正值
层称
高度 温度
特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对流层 （※）
平流层
平均高 度约为 11km 左右
从对流 层顶到 55km
温度随高度递 减，平均递减 率为6.5K/km
1、大气运动最为活跃，暖空气上升， 冷空气下沉，从而形成对流运动，气 旋、反气旋、锋面、台风和雷暴，大 气中水分的蒸发、凝结.
2、各种云、雨、雪、冰雹等现象都 发生在对流层。
地面以上大气的最底层称为对流层； 对流层顶的气压约为200hPa； 对流层顶的高度定义在气象观测中规定当温度递减率减小 到2K/km或更小时的最低温度，即对流层顶，在赤道附近约 为17-18公里，中纬度平均为10-12公里；高纬度为8-9公里； （？）
对流层（12km）对整个大气圈（500km）而言只是很浅 薄的一层，但它集中了大气质量的80%左右和几乎全部水汽； （？）
（2）、中间层内水汽极少，但在黄昏时候有夜光云出现；
4、热层（thermosphere）
热层：中间层顶(85km)以上的大气层。 热层没有明显的上界，与太阳活动情况有关：如太阳活动高峰期，可 达500km，温度可达2000K，太阳宁静期，可达250km左右，温度为 500K。
热层的特点：
（1）、在热层中，温度始终是增加的；
第三章 大气的分层和结构
3.1 大气分层（★）
• 原因：地球自转以及不同高度大气对太阳辐射吸 收程度的差异，使得大气在水平方向比较均匀， 在垂直方向呈明显的层状分布。
• 垂(铅)直分层依据 – 依据：大气在垂直方向的物理性质。 如：热力性质（温度）； 大气化学成分； 大气电磁特性； 大气压力结构等。
>0，气温随高度升高而降低（下热上冷） <0，气温随高度升高而升高（下冷上热），这种气层称为逆温层 =0, 气温随高度不变，这种气层称为等温层
按大气热力结构分层（即根据大气垂直减温率的正负 变化）可分为对流层、平流层、中间层和热层。
大气垂直温度分布由热量平衡关系决定，对不同高 度大气，影响温度的主要因子不同。
举例
7月到8月，新疆的融 雪型洪水产生。
一般受高压控制，近 地面温度攀升，日最高气 温在37℃以上，再加上高 山积雪较多等条件，新疆 南部昆仑山北部发生融雪 型洪水的可能性就更大了。
2、平流层（stratosphere）★
平流层：自对流层顶向上至55km左右，垂直减温率为负
值的气层；
平流层顶的气压仅为1hPa左右； 因此，对流层和平流层集中了约99.9%的大气质量。
平流层的特点：
（1）平流层下半部的温度随高度变化很缓慢，而上部温度上 升很快（※）；
最初20km以下，气温基本均匀(即随高度基本不变)，从20km到55km， 温度很快上升，每千米上升2℃，至 55km附近可达最大值，270K（约3℃），即平流层顶；
主要是由于臭氧吸收太阳紫外辐射所致；臭氧层位于10～50km，在 20～ 30km臭氧浓度最高，30km以上臭氧浓度虽然逐渐减少，但这里的紫外 辐射很强烈，故温度随 高度能显著增高。
由于太阳辐射中的强紫外辐射（小于0.18微米）的光化学分解和电离反应 造成了热层的高温；然而，由于大气稀薄，分子间的碰撞机会极少，温度只反映 分子巨大的运动速度，不会对物体（例如卫星）造成很大的影响。
（2）、热层的温度有很显会出现一种辉煌瑰丽的大 气光学现象—极光
– 有强烈的垂直混合(★)
低层空气由于从地面得到热量使之受热上升，高层冷空气下沉，从 而造成对流层内存在强烈的垂直混合作用。热带地面温度高，对流层顶 高度高，顶部温度低；极地地面温度低，对流层顶高度低，顶部温度高。
– 气象要素水平分布不均匀(★)
主要由各地纬度和地表性质差异造成，地面上空空气在水平方向上 具有不同的物理属性，如压、温、湿等分布不均匀，从而产生各种天气 现象，如寒潮、台风、雷雨、闪电等。
云和降水、主要天气现象和过程如寒潮、台风、雷雨、闪 电都发生在这一层。
课本36页图 2.2
• 对流层的特点
– 气温随高度升高而降低(★)
平均气温递减率 Γ= 0.65℃/100m；大气主要通过吸收地面的长 波辐射和通过对流、湍流等方式从地面吸收热量升温，因而越接近地面 的大气得到的热量越多，故对流层气温随高度升高而降低。
（2）平流层逆温层的存在，使大气很稳定，垂直运动很微弱， 多为大尺度的平流运动；
垂直减温率为负值，即存在逆温层，大气很稳定，故以平流运动为主， 平流运动的特点：中纬度地区夏季时是东风，冬季时西风。（见图）
（3）平流层空气中尘埃很少，大气透明度很高；
平流层中水汽含量很少，几乎没有在对流层中经常出现的各种天气现象， 仅在高纬度冬季20多km处早、晚有不常见贝母云。
低层大气
因素
以太阳辐射加 热地面后引起的对 流、湍流交换以及 地面的红外辐射为 主
热源
地面
冷源
大气辐射
中、高层大气
以辐射平衡
作用为主，主要成 分氮气N2吸收辐射 很少。但O2,O和O3 对太阳辐射的吸收 加热
O2,O和O3 对太阳辐射的
吸收加热
O3、CO2 和水汽的红外
辐射
1、对流层(troposphere) ★
急 流
3、中间层（mesosphere）
中间层：从平流层顶到85km左右的气层； 中间层顶的气压约为0.1hPa;
中间层的特点：
（1）、中间层气温随高度降低（气温垂直减温率为正值）；
平流层顶至85km左右中间层顶，温度下降到-90 ～-100℃，是地球大 气最冷的部分，故又称为高空对流层。
主要因为中间层内臭氧很稀少；其次太阳辐射中被氧分子吸收的波 长更短的紫外辐射（小于0.18微米）已被其上面的热层大气吸收了。
在对流层顶上 1、逆温、稳定。
具体分层如下：
热力结构（★）对流层、平流层、中间层、热层
化学成分 电磁特性 压力结构
匀和层（或均质层）、非匀和层 （或非均质层）
中性层、电离层和磁层
500Km以下气压层、 500Km到2000-3000Km为外大气 层（逸散层）
3.1.1按热力结构分层
大气垂直减温率（即气温垂直递减率），即在垂直方 向上每变化100米高度，温度变化值。并以温度随高度的升 高而降低为正值
层称
高度 温度
特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对流层 （※）
平流层
平均高 度约为 11km 左右
从对流 层顶到 55km
温度随高度递 减，平均递减 率为6.5K/km
1、大气运动最为活跃，暖空气上升， 冷空气下沉，从而形成对流运动，气 旋、反气旋、锋面、台风和雷暴，大 气中水分的蒸发、凝结.
2、各种云、雨、雪、冰雹等现象都 发生在对流层。
地面以上大气的最底层称为对流层； 对流层顶的气压约为200hPa； 对流层顶的高度定义在气象观测中规定当温度递减率减小 到2K/km或更小时的最低温度，即对流层顶，在赤道附近约 为17-18公里，中纬度平均为10-12公里；高纬度为8-9公里； （？）
对流层（12km）对整个大气圈（500km）而言只是很浅 薄的一层，但它集中了大气质量的80%左右和几乎全部水汽； （？）
（2）、中间层内水汽极少，但在黄昏时候有夜光云出现；
4、热层（thermosphere）
热层：中间层顶(85km)以上的大气层。 热层没有明显的上界，与太阳活动情况有关：如太阳活动高峰期，可 达500km，温度可达2000K，太阳宁静期，可达250km左右，温度为 500K。
热层的特点：
（1）、在热层中，温度始终是增加的；
第三章 大气的分层和结构
3.1 大气分层（★）
• 原因：地球自转以及不同高度大气对太阳辐射吸 收程度的差异，使得大气在水平方向比较均匀， 在垂直方向呈明显的层状分布。
• 垂(铅)直分层依据 – 依据：大气在垂直方向的物理性质。 如：热力性质（温度）； 大气化学成分； 大气电磁特性； 大气压力结构等。