什么是地球的大气层？

什么是地球的大气层？

地球的大气层是围绕地球的一层气体，它不仅为我们提供了呼吸所需的空气，还保护我们免受有害的紫外线辐射，并维持了适宜的温度。大气层由五层组成，每层都有其独特的特点和功能。本文将详细介绍地球大气层的结构、功能及其在科学研究中的重要性。

地球大气层的五个不同层的图解。/NASA GSFC/Mary Pat Hrybyk Keith

地球大气层的五层结构

1. 对流层

对流层是最接近地球表面的大气层，包含了植物光合作用和动物呼吸所需的所有空气。地球的天气现象主要发生在这一层，因为它是发现大部分大气质量的地方，包括大部分水蒸气。对流层也是密度最高的大气层，由于上层的压缩作用。

在对流层内，温度随着海拔高度的增加而降低。这种温度梯度驱动了空气和水的运动，形成了云和降水。这也是为什么高山顶峰会出现积雪的原因。

2. 平流层

平流层位于对流层之上，与对流层相比，平流层下部的湍流空气较少，因为大气中空气的垂直运动对流减少。这个区域是商用客机的飞行地。平流层内的温度随着海拔高度的增加而升高，这主要是由于臭氧层的存在，臭氧层吸收并保护地球免受太阳的紫外线辐射。

3. 中间层

中间层位于平流层和热层之间。当流星进入中间层时会燃烧，这是因为它们的高速移动与大气层中增加的气体分子发生摩擦和热量，从而烧毁来袭的流星。

中间层的温度随着海拔的升高而降低，是所有大气层中最冷的。这是因为中间层接收的太阳辐射较少，且空气密度也比下面的层低。

4. 热层

热层位于中间层之上，是地球大气层中温度最高的部分，最高可达2000°C（3632°F）。热层的密度很低，气体颗粒吸收更多的辐射能量，从而导致温度飙升。这一层因是国际空间站和其他近地轨道卫星的所在地而引人注目。

热层中存在高能电子和电离原子，被称为电离层。当这些粒子被激发时，它们碰撞产生极光——也被称为极光和南光。

5. 外逸层

外逸层是地球大气层的最外层，大多数卫星都在这里运行。外逸层表示我们大气层的结束和外太空的开始，尽管外逸层结束的最高高度还没有确定。

大气科学研究的重要主题

大气科学家关注的几个重要主题包括温室气体、污染和空气质量，以及与云相关的过程。

温室气体

温室气体是一类特殊的微量气体，来自自然和人为活动。大气中温室气体的浓度正在增加，导致全球平均气温上升。虽然温室气体本身能维持地球上适宜居住的温度，但人类活动导致的温室气体浓度增加，捕获了过多的热量，从而引发气候变化。

污染与空气质量

污染引发了公众健康问题，如肺功能下降，甚至心脏病或肺病患者过早死亡。一些污染物来源是自然产生的，如火山和野火产生的烟雾，但其他来源来自人类活动，例如化石燃料的燃烧。

美国国家航空航天局Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）捕捉到了覆盖中国东部的雾霾。在拍摄图像的当天，即2014年10月9日，地面测量报告PM 2.5测量值为334微克/立方米空气。/NASA/Jeff Schmaltz

云

云对天气和气候有重大影响。较厚和较低海拔的云层阻挡了太阳辐射，使地球表面冷却。与此同时，大气层中较薄、海拔较高的云层捕获了一些从地球表面反射的太阳辐射，产生了变暖效应。这些相互作用符合所谓的云气候反馈。

当前大气研究和资源

美国国家航空航天局（NASA）对地球大气层的性质、空气质量和地球的能源预算进行了各种研究。NASA有四个主要的大气研究项目，包括高层大气研究项目（UARP）、对流层成分项目（TCP）、辐射科学项目（RSP）和大气成分建模与分析项目（ACMAP）。

NASA最新发射的卫星之一，浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统（PACE），帮助研究人员研究海洋和大气之间的二氧化碳交换。PACE可以同时探测气溶胶和云层，从而对气溶胶的影响及其与云层的相互作用提供有价值的见解。

除了NASA的研究和资源外，大学大气研究公司（UCAR）和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）网站也是提供大气科学主题更多信息的公共资源。