大气层的垂直结构 气压变化有哪些

导语：大气层的垂直结构是什么？大气层的垂直结构如同一座无形的山峰，耸立于地球表面之上，而且从地面开始，是我们熟悉的对流层，这是大气层中最接近地球表面的一层，也是我们生活中所处的主要区域，那么气压变化有哪些？下面就去了解一下吧！

大气层的垂直结构

云层

如果说大气层是从地球表面开始向上扩展的，那么哪里是大气层的尽头呢?外部空间又是从 哪儿开始的呢?显然不存在明显的边界，随着远离地球大气迅速变稀薄，直到气体分子太少几乎无法检测到。

气压变化

为了了解大气的垂直范围，我们来考察气压随高度的变化。气压可以简单地视为地面以上大气的重量。在海平面平均气压大约是1000百帕多一点，其相应的空气重量约为每平方厘米1千克多一点。显然，在较高的高度气压会较小。

约1/2的大气位于5.6千米以下的高度;在约16千米高度，已包括了90%的大气，而在100千米以上的大气只占所有气体的0.00003%。在100千米的高度上，大气如此稀薄以致其空气的密度小于地面上的任何人造真空的空气密度。然而，大气高度仍在继续扩展，理查德·克莱格对真正稀薄的外层大气给出了很形象的描述：

“大约离地面几百千米以外的地球最外层的大气是一个极端低密度的区域。在海平面附近，每立方厘米的空气中含有的原子和分子数约为2.3×10¹°,而在600千米高度处其数量是2.3×10’,这相当于海平面附近的值被100万个百万来除。在海平面附近，一个个原子或分子在与另一个相碰撞之前平均运动的距离是7.3×10⁶厘米，而在600千米高空，这一称为平均自由路径的距离大约是10千米。在海平面附近，一个原子或分子平均每秒要发生7.3×10°这样的碰撞;而在600千米高空，每1分钟才碰撞一次。”

气压数据得出的曲线显示，气压随高度的下降率不是常数，而是随着高度的增加其下降速率在减小，直到约35千米以上的高度，气压的降低的速率变化可以忽略不计。换句话说，数据表明，空气是高度可压缩的，也就是说随着气压的减小而膨胀，随着气压的增大而被压缩。其结果是，我们大气的痕迹可以延伸到远离地球表面的数千千米之外。因此，如果说大气的尽头和外部空间从哪儿开始是很难确定的，这是一个很大的范围，取决于具体研究什么现象。显然，大气层与外部空间之间没有明确的边界。

总而言之，气压垂直变化的数据表明，组成大气的绝大部分气体非常接近地球表面，并且逐渐与外部空间相融合。但相比于固体地球的大小，包裹着我们行星的大气层确实是非常浅薄的。

温度变化

在20世纪早期，人们对低层大气就已经有了很多了解，而对高层大气只是通过间接的方法有部分的了解。通过气球和风筝探测可以知道空气温度随高度上升而下降，这种现象凡是登过高山的人都会感觉到，在图1.22所示的无雪的低地和高山山顶雪被覆盖照片也表现得很明显。

虽然没有在高于10千米以上进行测量，但科学家认为随着高度增加到大气边缘时温度会降低到绝对零度(-273℃)。然而，1902年法国科学家泰塞伦·德波尔驳斥了这一温度随高度持续下降的说法。在研究了200多个气球探测结果后，泰塞伦·德波尔发现气温在8～12千米的高度停止下降。对这一惊人的发现开始人们是怀疑的，但是随后获取的资料肯定了他的发现。后来，通过气球和火箭探空技术的探测，直到更高层的大气结构也更清楚了。现在，人们根据温度将大气在垂直方向分为四个层次。

(1)对流层我们所生存的温度随高度降低的大气底层称为对流层。其名称是1908年泰塞伦·德波尔起的，从文字上讲意思是，在该范围空气是“翻转”的，即在这个大气的最低区域空气在垂直方向有显著的混合。

对流层中温度随高度的下降称为气温垂直递减率，其平均值是6.5℃/千米，一个称为标准递减率的数值。然而，应该强调的是，气温垂直递减率不是一个常数，会有很大变化而且必须定期观测。为了确定实际气温垂直递减率和获得气压、风和湿度的垂直变化信息而需要使用无线电探空仪。无线电探空仪是一个由气球携带和通过无线电波在上升过程中传输数据的仪器装置。气温垂直递减率会随着天气的扰动在一天中有所变化，也会因季节和区域不同而变化。有时会在对流层中一个较薄的层次中观测到温度实际是随高度升高的现象，这一逆转现象的发生，就认为出现了逆温。

温度下降一直持续到大约12千米的平均高度，但对流层的厚度并不是到处都一样的。在热带地区，对流层可达到16千米以上，而在极地地区就大大减小，只有不超过9千米高了。在赤道附近，由于地面温度较高和充分的热对流使得对流层在垂直方向得到较大扩展了;其结果是，气温垂直递减率也可以到达很大的高度。因此，尽管热带地区地面有相对较高的温度，但对流层的最低温度也出现在热带而不是极地地区。

对流层是气象学家最为关注的焦点，因为几乎所有重要的天气现象都发生在这一层里。所有的全部云和降水，以及剧烈的风暴都发生在这一大气的最底层里，这也是为什么对流层经常被称为“天气圈”。

(2)平流层：对流层之上是平流层，对流层与平流层之间的边界称为对流层顶。在对流层顶之下，大气的性质主要表现为大尺度的扰动和混合;而在此高度之上的平流层，大气就不具有这些性质了。在平流层开始到20千米高度处，大气温度几乎保持不变，然后出现急剧升高一直到50千米的平流层顶。较高的温度发生在平流层，主要是因为这里臭氧集中，而臭氧吸收大量来自太阳的紫外线辐射，因而平流层被太阳辐射加热。虽然臭氧的最大浓度分布在15~30千米，但在此高度之上的少量臭氧吸收的紫外线能量也足以产生较高的温度。

云层

(3)中间层：在大气的第三层温度又开始随高度下降直到距地面大约80千米高度的中间层顶，这里的平均温度约为-90℃。大气层最低的温度出现在中间层顶。中间层大气底部处的气压已下降到海平面气压的百万分之一。由于很难操作，中间层大气是整个大气层中探测了解得最少的部分之一。原因是最高飞行高度的飞机和探空气球都无法到达这一高度，同样，最低轨道的卫星也无法做到。最近的技术发展将填补这一空白。

(4)热层：是从中间层顶向外延伸的没有确定上界的大气层第4个层次，称为热层。该层只含有很小部分的大气质量。在这极端稀薄的最外层大气里，因为氧和氮原子吸收波长很短能量极大的太阳辐射，温度又开始随高度上升。热层温度最高可超过1000℃的极端值。这一温度和地面附近温度不具有可比性。温度是用分子平均运动速度来定义的，因为热层气体的分子以非常高的速度运动，所以那里的温度非常高。但是由于气体分子非常稀少，因而总体所具有的热量是极小的。正因为如此，在热层中绕地球运行的卫星的温度主要是由其吸收的太阳辐射量来确定而不是依据其周围几乎不存在的气体的温度。如果宇航员在热层中把手伸到空气中是不会有热的感觉的。

气压变化有哪些

大气运动：大气的运动导致气压的变化，例如，大气上升辐散运动会导致气压降低，而下降辐合运动则会使气压升高。

大气温度变化：温度的变化直接影响大气密度和气压，当温度升高时，空气膨胀，密度减小，气压降低;反之，温度降低时，空气收缩，密度增大，气压升高。

大气湿度变化：湿度的变化也会影响气压，高湿度通常伴随较低的气压，而低湿度则可能对应较高的气压。

海拔高度：气压随着海拔的升高而减小，因为大气重量随高度增加而减小。

季节变化：不同季节的气压也不同，通常冬季的气压高于夏季，这是因为冬季气温较低，空气冷却收缩，密度增大，导致气压升高。

天气状况：晴天的气压通常高于阴天，这是因为晴天时地面热量可以更通畅地通过有效辐射和对流气层的向上辐散运动向外输运，导致大气膨胀，密度减小，气压降低。

大气密度变化：大气的密度变化也会影响气压，空气密度愈大，单位体积内空气的质量愈多，产生的大气压力也愈大。

这些因素共同作用，导致了气压的日变化、年变化以及其他随时间和空间的变化。

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