第一章引论 第一节气象学、气候学的研究对象、任务和简史 、气象学与气候学的研究对象和任务 1、气象学 研究大气现象和过程,探讨其演变规律和变化,并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务 的科学一一气象学 2、气象学的研究内容 (1)研究大气的特性和状态(如大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压强和密度等) (2)研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化。 (3)研究大气现象的本质,从而能解释大气现象,寻求控制其发生、发展和变化的规律。 4)探讨如何应用这些规律,通过一定的措施,为预测和改善大气环境服务(如人工影响天气、 人工降水、消雾、防雹等),使之能更适合于人类的生活和生产的需要。 3、气候与天气的关系 气候学研究的对象是地球上的气候。气候和天气是两个既有联系又有区别的概念。从时间尺度 上讲,天气是指某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态(如气温、湿度、压强等)和大气现 象(如风、云、雾、降水等)的综合。天气过程是大气中的短期过程。而气候指的是在太阳辐射 大气环流、下垫面性质和人类活动在长时间相互作用下,在某一时段内大量天气过程的综合。它不 仅包括该地多年来经常发生的天气状况,而且包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。要了解一地 的气候,必须作长时期的观测,才能总结出当地多年天气变化的情况。也就是说气候过程是在一定 时段内由大量天气过程综合而得出的长期大气过程,二者之间存在着统计联系,从时间上反映出微 观与宏观的关系。 天气变化快,变化的周期短。天气过程的时间分段一般以5天以下为短期天气过程,5-10天 为中期天气过程,10天-3个月为长期天气过程。气候变化的周期相对于天气来讲是较长的,它的 时间变化尺度有季际、年际、十年际、百年际、千年际、万年际等等。而决定气候变化的因子不仅 是大气内部的种种过程,还决定于发生在大气上边界和下边界处的各种物理过程和化学过程。这就 是要考虑其上边界处的太阳辐射,下垫面及大气内部的成分和环流的变化等对气候的影响。 个完整的气候系统应包括对气候形成分布和变化有直接或间接影响的各个环节,除太阳辐射 这个主要能源之外,气候系统包括大气圈、水圈、冰雪圈、陆地表面和生物圈(动、植物和人类) 等5个子系统。各个子系统内部以及各子系统彼此之间的各种物理、化学乃至生物过程的相互作用
1 第一章 引论 第一节 气象学、气候学的研究对象、任务和简史 一、气象学与气候学的研究对象和任务 1、气象学 研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务 的科学——气象学。 2、气象学的研究内容 （1）研究大气的特性和状态（如大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压强和密度等）。 （2）研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化。 （3）研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求控制其发生、发展和变化的规律。 （4）探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测和改善大气环境服务（如人工影响天气、 人工降水、消雾、防雹等），使之能更适合于人类的生活和生产的需要。 3、气候与天气的关系 气候学研究的对象是地球上的气候。气候和天气是两个既有联系又有区别的概念。从时间尺度 上讲，天气是指某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现 象（如风、云、雾、降水等）的综合。天气过程是大气中的短期过程。而气候指的是在太阳辐射、 大气环流、下垫面性质和人类活动在长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。它不 仅包括该地多年来经常发生的天气状况，而且包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。要了解一地 的气候，必须作长时期的观测，才能总结出当地多年天气变化的情况。也就是说气候过程是在一定 时段内由大量天气过程综合而得出的长期大气过程，二者之间存在着统计联系，从时间上反映出微 观与宏观的关系。 天气变化快，变化的周期短。天气过程的时间分段一般以 5 天以下为短期天气过程，5—10 天 为中期天气过程，10 天—3 个月为长期天气过程。气候变化的周期相对于天气来讲是较长的，它的 时间变化尺度有季际、年际、十年际、百年际、千年际、万年际等等。而决定气候变化的因子不仅 是大气内部的种种过程，还决定于发生在大气上边界和下边界处的各种物理过程和化学过程。这就 是要考虑其上边界处的太阳辐射，下垫面及大气内部的成分和环流的变化等对气候的影响。 一个完整的气候系统应包括对气候形成分布和变化有直接或间接影响的各个环节，除太阳辐射 这个主要能源之外，气候系统包括大气圈、水圈、冰雪圈、陆地表面和生物圈（动、植物和人类） 等 5 个子系统。各个子系统内部以及各子系统彼此之间的各种物理、化学乃至生物过程的相互作用
决定着气候的长期平均状态以及各种时间尺度的变化。 气候学要求对气候系统进行定量观测和综合分析,对气候形成和变化的动态过程进行理论研 究。通过各种手段(包括观测试验,数值模拟试验等等),探测气候系统中各个成员之间的各种相 互作用,并展现气候形成和变化过程,理解气候变化的机制,以达到能够预测气候变化的目的。此 外研究地球气候发展史,探索气候变化规律及其与人类活动的关系,从而能够采取有效措施,防御 和减轻气候灾害,改善气候条件并进而为改造自然服务。现代气候学从概念上已经不再是气象学或 地理学的一个分支的经典气候学,而是大气科学、海洋学、地球物理和地球化学、地理学、地质学、 冰川学、天文学、生物学以至有关社会科学相互渗透,共同研究的交叉科学。 4、气候学的基本任务 (1)通过实践,掌握气象观测、气候统计分析和气候调查的方法,来记叙所观测到的气候现象 从定性和定量两方面说明它们的特性 (2)探讨它们的正确解释和研究它们的发展规律,特别要掌握天气演变和气候形成的规律性,了 解和解释各不同地区的气候特征,弄清气候资源及其地理分布,进行气候分类和气候区划,研究气 候变迁的原因及其规律 (3)应用已发现的规律,采取有效措施,充分利用气候资源,减少人类活动对气候的不利影响, 防御或减少气候灾害,为有关的生产建设服务 (4)气象学、气候学与自然地理学、环境生态学和区域地理等有密切的依存关系,在教学中还应 注意为这些有关后续课程奠定必要的基础 、气象学与气候学的发展简史 气象学与气候学是来源于生产实践,又服务于生产实践,并随着社会生产的发展,运用愈来愈 进步的方法和技术而逐步提高的。综观三千多年来气象学、气候学发展的历史,源远流长。可以概 括为以下三个时期: 1、萌芽时期 萌芽时期主要指16世纪中叶以前这一漫长时期,这时期的特点是由于人类生活和生产的需要 进行一些零星的、局部的气象观测,积累了一些感性认识和经验,对某些天气现象做出一定的解释。 气象学与天文学是混在一起的,可以说具有天象学的性质 2、发展初期 发展初期包括16世纪中叶到19世纪末。这时由于欧洲工业的发展,推动了科学技术的发展 物理学、化学和流体力学等随着当时工业革命的要求,也快速发展起来。又由于航海技术的进步, 远距离商业与探险队的活动,扩大了人们的视野,地理学乃蓬勃兴起,这就为介于物理学与地理学 2
2 决定着气候的长期平均状态以及各种时间尺度的变化。 气候学要求对气候系统进行定量观测和综合分析，对气候形成和变化的动态过程进行理论研 究。通过各种手段（包括观测试验，数值模拟试验等等），探测气候系统中各个成员之间的各种相 互作用，并展现气候形成和变化过程，理解气候变化的机制，以达到能够预测气候变化的目的。此 外研究地球气候发展史，探索气候变化规律及其与人类活动的关系，从而能够采取有效措施，防御 和减轻气候灾害，改善气候条件并进而为改造自然服务。现代气候学从概念上已经不再是气象学或 地理学的一个分支的经典气候学，而是大气科学、海洋学、地球物理和地球化学、地理学、地质学、 冰川学、天文学、生物学以至有关社会科学相互渗透，共同研究的交叉科学。 4、气候学的基本任务 （1）通过实践，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查的方法，来记叙所观测到的气候现象， 从定性和定量两方面说明它们的特性。 （2）探讨它们的正确解释和研究它们的发展规律，特别要掌握天气演变和气候形成的规律性，了 解和解释各不同地区的气候特征，弄清气候资源及其地理分布，进行气候分类和气候区划，研究气 候变迁的原因及其规律。 （3）应用已发现的规律，采取有效措施，充分利用气候资源，减少人类活动对气候的不利影响， 防御或减少气候灾害，为有关的生产建设服务。 （4）气象学、气候学与自然地理学、环境生态学和区域地理等有密切的依存关系，在教学中还应 注意为这些有关后续课程奠定必要的基础。 二、气象学与气候学的发展简史 气象学与气候学是来源于生产实践，又服务于生产实践，并随着社会生产的发展，运用愈来愈 进步的方法和技术而逐步提高的。综观三千多年来气象学、气候学发展的历史，源远流长。可以概 括为以下三个时期： 1、萌芽时期 萌芽时期主要指 16 世纪中叶以前这一漫长时期，这时期的特点是由于人类生活和生产的需要， 进行一些零星的、局部的气象观测，积累了一些感性认识和经验，对某些天气现象做出一定的解释。 气象学与天文学是混在一起的，可以说具有天象学的性质。 2、发展初期 发展初期包括 16 世纪中叶到 19 世纪末。这时由于欧洲工业的发展，推动了科学技术的发展， 物理学、化学和流体力学等随着当时工业革命的要求，也快速发展起来。又由于航海技术的进步， 远距离商业与探险队的活动，扩大了人们的视野，地理学乃蓬勃兴起，这就为介于物理学与地理学
之间的边缘科学——气象学、气候学的发展奠定了基础。再加上这一段时间内气象观测仪器纷纷发 明,地面气象观测台、站相继建立,形成了地面气象观测网,并因无线电技术的发明,能够开始绘 制地面天气图。由于具备了这些条件,气象学、气候学乃与天文学逐渐分离,成为独立的学科。 3、发展时期 从20世纪以来是气象学与气候学的发展时期。这一时期总的特点是:随着生产发展的需要和 技术的进步,不但进行地面气象观测,也进行高空直接观测,从而摆脱了定性描述阶段,进入到定 量试验阶段,从认识自然,逐步向预测自然,控制和改造自然的方向发展 第二节气候系统概述 气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的,能够决定气候形成、 气候分布和气候变化的统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射的作用下,气候 系统内部产生一系列的复杂过程,这些过程在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用,各 个组成部分之间,通过物质交换和能量交换,紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。 在气候系统的五个子系统中,大气圈是主体部分,也是最可变的部分,这里将首先予以论述 水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈都可视为大气圈的下垫面。 大气圈概述 1、大气的组成 大气是由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成 由于大气中存在着空气的垂直运动、水平运动、湍流运动和分子扩散,使不同高度、不同地区 的空气得以进行交换和混合,因而从地面开始,向上直到90km处,空气主要成分(除水汽臭氧和 若干污染气体外)的比例基本上是不变的。因此,在90km以下可以把干洁空气当成分子量为2897 的“单一成分”来处理。在90km以上,大气的主要成分仍然是氮和氧,但平均约从80km开始由于 紫外线的照射,氧和氮己有不同程度的离解,在100km以上,氧分子己几乎全部离解为氧原子, 到250km以上,氮也基本上都解离为氮原子。 (1)大气中的氧是一切生命所必须的;大气中的氮能够冲淡氧,减弱氧化作用,生物不能直接利 用,通过豆科植物的根瘤菌固定到土壤中,成为植物体内不可缺少的养料。水汽含量少,但对成云 致雨以及大气、大气和下垫面间的能量转换有重要作用 (2)臭氧、二氧化碳、甲烷、氮氧化物(N2O、NO2)和硫化物(SO2、H2S)等其在大气中的含 量虽很少,但对大气温度分布及人类生活却有较大的影响。其中最重要的是臭氧层,由于太阳短波 辐射,氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成的,主要分布在20-30km范围内。臭
3 之间的边缘科学——气象学、气候学的发展奠定了基础。再加上这一段时间内气象观测仪器纷纷发 明，地面气象观测台、站相继建立，形成了地面气象观测网，并因无线电技术的发明，能够开始绘 制地面天气图。由于具备了这些条件，气象学、气候学乃与天文学逐渐分离，成为独立的学科。 3、发展时期 从 20 世纪以来是气象学与气候学的发展时期。这一时期总的特点是：随着生产发展的需要和 技术的进步，不但进行地面气象观测，也进行高空直接观测，从而摆脱了定性描述阶段，进入到定 量试验阶段，从认识自然，逐步向预测自然，控制和改造自然的方向发展。 第二节 气候系统概述 气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、 气候分布和气候变化的统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射的作用下，气候 系统内部产生一系列的复杂过程，这些过程在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用，各 个组成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。 在气候系统的五个子系统中，大气圈是主体部分，也是最可变的部分，这里将首先予以论述。 水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈都可视为大气圈的下垫面。 一、大气圈概述 1、大气的组成 大气是由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。 由于大气中存在着空气的垂直运动、水平运动、湍流运动和分子扩散，使不同高度、不同地区 的空气得以进行交换和混合，因而从地面开始，向上直到 90km 处，空气主要成分（除水汽臭氧和 若干污染气体外）的比例基本上是不变的。因此，在 90km 以下可以把干洁空气当成分子量为 28.97 的“单一成分”来处理。在 90km 以上，大气的主要成分仍然是氮和氧，但平均约从 80km 开始由于 紫外线的照射，氧和氮已有不同程度的离解，在 100km 以上，氧分子已几乎全部离解为氧原子， 到 250km 以上，氮也基本上都解离为氮原子。 （1）大气中的氧是一切生命所必须的；大气中的氮能够冲淡氧，减弱氧化作用，生物不能直接利 用，通过豆科植物的根瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少的养料。水汽含量少，但对成云 致雨以及大气、大气和下垫面间的能量转换有重要作用。 （2）臭氧、二氧化碳、甲烷、氮氧化物（N2O、NO2）和硫化物（SO2、H2S）等其在大气中的含 量虽很少，但对大气温度分布及人类生活却有较大的影响。其中最重要的是臭氧层，由于太阳短波 辐射，氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成的，主要分布在 20—30km 范围内。臭
氧能大量吸收太阳紫外线,使臭氧层增暖,影响大气温度的垂直分布,从而对地球大气环流和气候 的形成起着重要的作用。同时它还形成一个“臭氧保护层”,使得到达地表的对生物有杀伤力的短波 辐射(波长小于0.3um)大大降低了强度。从而保护着地表生物和人类。其次是大气中的二氧化碳 甲烷、一氧化二氮等都是温室气体,它们对太阳辐射吸收甚少,但却能强烈地吸收地面辐射,同时 又向周围空气和地面放射长波辐射。第三是大气气溶胶粒子。它们常以云、雾形式出现,不仅使能 见度变坏,还能减弱太阳辐射和地面辐射,对气候有很大的影响。 大气的结构 大气总质量约53×10t,其中有50%集中在离地55km以下的层次内,在离地36-1000km余 的大气层只占大气总质量的1%。尽管空气密度愈到高空愈小,到700800km高度处,空气分子 之间的距离可达数百米远,但即使再向上,大气密度也不会减少到零的程度。大气圈与星际空间之 间很难用一个“分界面”把它们截然分开。 大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。根据温度、成分、电荷等物理性质,同时考虑 到大气的垂直运动等情况,可将大气分为五层 (1)对流层 对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。对流层是对人 类生产、生活影响最大的一个层次,也是气象学、气候学研究的重点层次 对流层有三个主要特征:①气温随高度增加而降低。由于对流层主要是从地面得到热量,因此气温 随高度增加而降低。平均而言,高度每增加100m,气温则下降约0.65℃,这称为气温直减率,也 叫气温垂直梯度。②垂直对流运动。由于地表面的不均匀加热,产生垂直对流运动。对流运动的强 度主要随纬度和季节的变化而不同。同大气的总厚度比较起来,对流层是非常薄的,不及整个大气 层厚度的1%。但是,由于地球引力的作用,这一层却集中了整个大气3/4的质量和几乎全部的水 汽。空气通过对流和湍流运动,高、低层的空气进行交换,使近地面的热量、水汽、杂质等易于向 上输送,对成云致雨有重要的作用。③气象要素水平分布不均匀:由于对流层受地表的影响最大, 而地表面有海陆分异、地形起伏等差异,因此在对流层中,温度、湿度等的水平分布是不均匀的。 在对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层。其范围一般是自地面到1-2km高度。行星边界 层以上的大气层称为自由大气。在自由大气中,地球表面的摩擦作用可以忽略不计。在对流层的最 上层,介于对流层和平流层之间,还有一个厚度为数百米到1-2km的过渡层,称为对流层顶。这 层的主要特征是:气温随高度的增加突然降低缓慢,或者几乎不变,成为上下等温。 (2)平流层 自对流层顶到55km左右为平流层。温度受地面影响很小主要与大量臭氧能够直接吸收太阳辐
4 氧能大量吸收太阳紫外线，使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候 的形成起着重要的作用。同时它还形成一个“臭氧保护层”，使得到达地表的对生物有杀伤力的短波 辐射（波长小于 0.3μm）大大降低了强度。从而保护着地表生物和人类。其次是大气中的二氧化碳、 甲烷、一氧化二氮等都是温室气体，它们对太阳辐射吸收甚少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时 又向周围空气和地面放射长波辐射。第三是大气气溶胶粒子。它们常以云、雾形式出现，不仅使能 见度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射，对气候有很大的影响。 2、大气的结构 大气总质量约 5.3×1015t，其中有 50％集中在离地 5.5km 以下的层次内，在离地 36—1000km 余 的大气层只占大气总质量的 1％。尽管空气密度愈到高空愈小，到 700—800km 高度处，空气分子 之间的距离可达数百米远，但即使再向上，大气密度也不会减少到零的程度。大气圈与星际空间之 间很难用一个“分界面”把它们截然分开。 大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑 到大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层。 （1）对流层 对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。对流层是对人 类生产、生活影响最大的一个层次，也是气象学、气候学研究的重点层次。 对流层有三个主要特征：①气温随高度增加而降低。由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温 随高度增加而降低。平均而言，高度每增加 100m，气温则下降约 0.65℃，这称为气温直减率，也 叫气温垂直梯度。②垂直对流运动。由于地表面的不均匀加热，产生垂直对流运动。对流运动的强 度主要随纬度和季节的变化而不同。同大气的总厚度比较起来，对流层是非常薄的，不及整个大气 层厚度的 1％。但是，由于地球引力的作用，这一层却集中了整个大气 3/4 的质量和几乎全部的水 汽。空气通过对流和湍流运动，高、低层的空气进行交换，使近地面的热量、水汽、杂质等易于向 上输送，对成云致雨有重要的作用。③气象要素水平分布不均匀：由于对流层受地表的影响最大， 而地表面有海陆分异、地形起伏等差异，因此在对流层中，温度、湿度等的水平分布是不均匀的。 在对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层。其范围一般是自地面到 1—2km 高度。行星边界 层以上的大气层称为自由大气。在自由大气中，地球表面的摩擦作用可以忽略不计。在对流层的最 上层，介于对流层和平流层之间，还有一个厚度为数百米到 1—2km 的过渡层，称为对流层顶。这 一层的主要特征是：气温随高度的增加突然降低缓慢，或者几乎不变，成为上下等温。 （2）平流层 自对流层顶到 55km 左右为平流层。温度受地面影响很小主要与大量臭氧能够直接吸收太阳辐
射有关。虽然30km以上臭氧的含量已逐渐减少,但这里紫外线辐射很强烈,故温度随高度增加得 以迅速增髙,造成显著的暖层。平流层内气流比较平稳,空气的垂直混合作用显著减弱。 平流层中水汽含量极少,大多数时间天空是晴朗的。有时对流层中发展旺盛的积雨云也可伸展 到平流层下部。在高纬度20km以上高度,有时在早、晚可观测到贝母云(又称珍珠云)。平流层 中的微尘远较对流层中少,但是当火山猛烈爆发时,火山尘可到达平流层,影响能见度和气温 (3)中间层 自平流层顶到85km左右为中间层。由于这一层中几乎没有臭氧,而氮和氧等气体所能直接吸 收的那些波长更短的太阳辐射又大部分被上层大气吸收掉了,因此气温随高度增加而迅速下降,并 有相当强烈的垂直运动 (4)热层 热层又称热成层或暖层,它位于中间层顶以上。该层中,气温随高度的增加而迅速增高。这是 由于波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都被该层中的大气物质(主要是原子氧)所吸收的缘故。其 增温程度与太阳活动有关,当太阳活动加强时,温度随高度增加很快升高,这时500km处的气温 可增至2000K:当太阳活动减弱时,温度随高度的增加增温较慢,500km处的温度也只有500K。 热层没有明显的顶部。通常认为在垂直方向上,气温从向上增温至转为等温时,为其上限。在 热层中空气处于高度电离状态,其电离的程度是不均匀的。其中最强的有两区,即E层(约位于 90-130km)和F层(约位于160350km)。F层在白天还分为F1和F2两区。据研究高层大气(在 60km以上)由于受到强太阳辐射,迫使气体原子电离,产生带电离子和自由电子,使高层大气中 能够产生电流和磁场,并可反射无线电波,从这一特征来说,这种高层大气又可称为电离层,正是 由于高层大气电离层的存在,人们才可以收听到很远地方的无线电台的广播。 (5)散逸层 这是大气的最高层,又称外层。这一层中气温随高度增加很少变化。由于温度高,空气粒子运 动速度很大,又因距地心较远,地心引力较小,所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际 空间,本层是大气圈与星际空间的过渡地带 从总体来讲,大气是气候系统中最活跃,变化最大的组成部分,它的整体热容量为532×1015M 且热惯性小。当外界热源发生变化时,通过大气运动对垂直的和水平的热量传输,使整个对流层热 力调整到新热量平衡所需的时间尺度,大约为1个月左右,如果没有补充大气的动能过程,动能因 摩擦作用而消耗尽的时间大约也是1个月 、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 水圈
5 射有关。虽然 30km 以上臭氧的含量已逐渐减少，但这里紫外线辐射很强烈，故温度随高度增加得 以迅速增高，造成显著的暖层。平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合作用显著减弱。 平流层中水汽含量极少，大多数时间天空是晴朗的。有时对流层中发展旺盛的积雨云也可伸展 到平流层下部。在高纬度 20km 以上高度，有时在早、晚可观测到贝母云（又称珍珠云）。平流层 中的微尘远较对流层中少，但是当火山猛烈爆发时，火山尘可到达平流层，影响能见度和气温。 （3）中间层 自平流层顶到 85km 左右为中间层。由于这一层中几乎没有臭氧，而氮和氧等气体所能直接吸 收的那些波长更短的太阳辐射又大部分被上层大气吸收掉了，因此气温随高度增加而迅速下降，并 有相当强烈的垂直运动。 （4）热层 热层又称热成层或暖层，它位于中间层顶以上。该层中，气温随高度的增加而迅速增高。这是 由于波长小于 0.175μm 的太阳紫外辐射都被该层中的大气物质（主要是原子氧）所吸收的缘故。其 增温程度与太阳活动有关，当太阳活动加强时，温度随高度增加很快升高，这时 500km 处的气温 可增至 2000K；当太阳活动减弱时，温度随高度的增加增温较慢，500km 处的温度也只有 500K。 热层没有明显的顶部。通常认为在垂直方向上，气温从向上增温至转为等温时，为其上限。在 热层中空气处于高度电离状态，其电离的程度是不均匀的。其中最强的有两区，即 E 层（约位于 90—130km）和 F 层（约位于 160—350km）。F 层在白天还分为 F1和 F2 两区。据研究高层大气（在 60km 以上）由于受到强太阳辐射，迫使气体原子电离，产生带电离子和自由电子，使高层大气中 能够产生电流和磁场，并可反射无线电波，从这一特征来说，这种高层大气又可称为电离层，正是 由于高层大气电离层的存在，人们才可以收听到很远地方的无线电台的广播。 （5）散逸层 这是大气的最高层，又称外层。这一层中气温随高度增加很少变化。由于温度高，空气粒子运 动速度很大，又因距地心较远，地心引力较小，所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际 空间，本层是大气圈与星际空间的过渡地带。 从总体来讲，大气是气候系统中最活跃，变化最大的组成部分，它的整体热容量为 5.32×1015MJ， 且热惯性小。当外界热源发生变化时，通过大气运动对垂直的和水平的热量传输，使整个对流层热 力调整到新热量平衡所需的时间尺度，大约为 1 个月左右，如果没有补充大气的动能过程，动能因 摩擦作用而消耗尽的时间大约也是 1 个月。 二、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 1、水圈