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大气圈又称大气层,是因重力作用而围绕着地球的一层混合气体,是地球最外部的气体圈层,包围着海洋及陆地,厚度大约在1000km以上。
随着距离地面高度不同,大气圈的物理及化学性质存在很大变化。根据气温垂直变化特点及大气运动方式,可以将大气圈自下而上分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。
对流层
对流层是大气圈中最靠近地面的圈层,也是人类聚居的圈层,集中了75%的大气质量及几乎全部水汽,因而是天气变化最为复杂的圈层。人类活动排入大气的污染物,绝大多数集中在对流层。
在所有圈层中,对流层的状况与人类的关系最为密切。对流层下界与地面相接,上界高度(即对流层顶)随地理纬度和季节变化:在低纬度地区平均高度为17-18公里,在中纬度地区平均为10-12公里,极地平均为8-9公里,并且夏季高于冬季。
对流层顶是对流层和平流层之间一个明显的过渡层,是反映各大气过程很好的指示器,对流层在气压形式、气团平流、大气环流形势更替等作用下发生变化,阻碍着积雨云顶的垂直发展,气溶胶和水汽的垂直交换。
此外,大气急流、飞机颠簸、臭氧层顶等重要物理、化学现象均与对流层顶的位置、强度及其变动密度相。,因此,对流层顶高度和温度的变化已成为全球气候变化的重要标志。
平流层
平流层空气以水平运动为主,民用航空领域的大型客机可在这一圈层稳定飞行。
中间层
从平流层顶到85km高度左右为中间层,该圈层内臭氧稀少,大气吸收的辐射能量很少,气温随高度而迅速降低,因而,存在明显的垂直对流运动。
热层
85-800km,空气在宇宙射线作用下处于电离状态,能够反射无线电波,利于无线电通讯。
散逸层
散逸层800km以上,是大气圈逐步过渡到星际空间的大气层。
大气中臭氧的分布
大气中90%的臭氧分布在平流层,“在天为佛,在地为魔”是科学界对大气圈中臭氧的概括。
所谓“在天为佛”指的是平流层中的臭氧层,极大值在20-30km高度之间,对太阳紫外辐射0.2-0.29微米有强烈的吸收作用,是地球上生命的“保护伞”。氟氯烃类化合物,如冰箱制冷剂氟利昂及哈龙类物质、消防行业采用的灭火剂的持续使用,是臭氧层损耗的主要原因。
1987年9月16日,联合国谈判达成关于消耗臭氧层物质的《蒙特利尔议定书》。时至今日,联合国下属所有成员国及地区都加入了缔约国的行列,共同保护臭氧层。
所谓“在地为魔”指的是对流层近地面空气中的臭氧,由工厂排、机动车尾气中的NOx及VOCs等大气污染物在强太阳辐射下经过复杂化学反应生成,属于大气污染物,即使在浓度很低的情况下也会损害人体健康,如对眼睛、呼吸道等器官具有侵蚀作用,此外,近地面臭氧还会导致农作物减产,森林破坏等。
来源:北京大学环境科学与工程学院