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为什么大气的几个层的气温变化不同?

大气由高度分为对流层,平流层,中间层和热层。对流层的气温随高度上升而下降平流层的气温随高度上升而上升中间层的气温随高度上升而下降这些不同的温度变化规律是什么造成的?

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2005-11-21

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      大气层随与地表面的高度不同,其内含的成份、物理、化学特征不同,科学家为了研究揭开大气的秘密,把整个大气层根据其温度变化、成分、电磁特性随高度分布的不同而分成若干层次。
     按温度变化科学家将大气层分为5层:   对流层:从地面到大约10~16千米处(极地大约8~9千米,赤道15~18千米),是大气层的最底层。  这一层集中了约整个大气的四分之三的质量和几乎全部的水汽量。
  大气的对流在这一层十分发达,气温随高度的下升而均匀下降,平均每上升100米降低0。6℃,在11千米附近温度下降到-55℃。在这层里,大气的活动异常激烈,或者上升,或者下降,甚至还会翻滚。正是由于这些不断变化着的大气运动,形成了多种多样复杂的天气变化,风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹也多发生在这个层次里,因而也有人称这层为气象层。
       这层的顶部叫对流层顶,这里气温不再随高度上升而降低,而是基本不变,是一个很稳定的层次,对流层里的天气影响不到这儿来。这里经常晴空万里,能见度极高,空气平稳,非常适宜喷气客气的飞行。
     平流层:从对流层顶向上到55千米高空附近。这一层是地球大气中臭氧集中的地方,尤其是在其下部,即在15~25千米高度上臭氧浓度最大,因而这一层又称臭氧层。  由于臭氧层能大量吸收太阳辐射热而使空气温度大大升高,所以这一层的最大特点是温度随高度的上升而升高,到顶部温度增大到最大值。
     平流层虽然水汽极少,天气现象比较少见,但随着气象火箭和卫星的发射,发现这一层的气流等的变化与对流层中天气变化有着密切联系,相互影响。     中层:从平流层顶向上,也就是从55千米到80千米这个范围被命名为中层大气,简称中层。
  在这里,温度随高度而下降,大约在80千米左右达到最低点,约为-90℃。   热层:从中层大气向上到500千米左右的范围。之所以叫热层,是因为这层中的空气分子和离子直接吸收太阳紫外辐射能量,因而运动速度很快,和高温气体一样。
    这里空气极其稀薄,尽管热层顶的气温可达1000℃(太阳比较宁静时)~2000℃(太阳活动剧烈时),但实际上却根本不会感到热。   逃逸层:500千米以上是外大气层,这一层顶也就是地球大气层的顶。
  在这里地球的引力很小。再加上空气又特别稀薄,气体分子互相碰撞的机会很小,因此空气分子就像一颗颗微小的导弹一样高速地飞来飞去,一旦向上飞去,就会进入碰撞机会极小的区域,最后它将告别地球进入星际空间,所以外大气层被称为逃逸层。
    这一层温度极高,但近于等温。这里的空气也处于高度电离状态。   除了按温度分层外,根据大气的电磁特性,还可以将大气划分为中性层、电离层和磁层。   中性层是指地面到60千米高度,这里大气各成分多处于中性,即非电离状态;在60千米~500千米的大气层称为电离层。
    500千米以上的称为磁层。   电离层:在这里,由于太阳辐射的影响,大气物质开始电离。根据电离层电子的浓度及对电磁波反向的不同效果,又可划分为D层(大约在60~90千米高度)、E层(约110千米高度)、F1层(约160千米高度)、F2层(300千米高度),以及更高的G层等。
    根据气象火箭和人造卫星的观测,大约在离地300在远距离无线电通信方面起着很重要的作用。无线电波借助于在地面和电离层之间的多次反射而传播,实现了远距离的无线电通信。人们形容电离层为一面反射电波的"镜子"。
     不过,电离层反射的只是普通的无线电广播采用的波段,对于波长较短的无线电波则起不到反射作用。  电视机采用的恰恰是波长较短的无线电波,这就是电视机为什么收看不到远处电视台节目的原因。
  为了能收看到大洋彼岸的电视节目,科学家利用在赤道上空36000千米高度的静止地球卫星来传播电视信号,使生动的电视画面越过大洋或大陆,送到千家万户的电视机中。   我们还有这样的感觉,有些广播电台的广播在较远的地方白天收不到,而到晚上就能收到。
    这是因为D层往往在白天形成,夜间消散,它在白天起到衰减无线电波传播的作用。   磁层:在大气科学中有时还500千米以上的大气层称为磁层。因为在这里,地球磁场对大气的运动起着决定性的作用。
  磁层在太阳风的作用下发生一系列变化:向着太阳的一面被压缩了,而在背着太阳的一面形成了一个类似于彗星一样的长尾巴--磁尾。    向着太阳的一端距地心约十几个地球半径,即70000~80000千米,它的尾长(背着太阳一端)约l00个地球半径,即600多万千米。
     太阳风是太阳向外抛出的稳定粒子流。它与磁层之间的边界即为磁层顶,顶以外即为星际空间。因此也有人认为磁层顶才是大气圈的顶。 。

2005-11-21

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对流层的热量主要来自地面,所以海拔越高气温越低; 平流层的臭氧层强烈吸收太阳辐射中的紫外线,而升温,故随高度而升高; 中间层是一个过度层,没有热量来源,所以气温随高度下降; 再往上是电离层分布的暖层,再次因吸收紫外线而强烈升温

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