气候学/大气成分与结构
成分的字面意思是某物的“成分”或“构成要素”。换句话说，它是组成某物的结构。当我们将相同的含义应用于大气时，它表示构成我们大气层的项目或元素。我们的大气层由多种气体和其他物质组成，因此，它是一种气体、水蒸气和尘埃粒子的机械混合物。让我们讨论一下大气成分。
地球周围的大气层，由多种气体和其他物质组成的机械混合物，对地球上的所有生物都很重要。四种主要气体 - 氮气、氧气、氩气和二氧化碳 共同构成干空气总体积的 99.99%。氮气的浓度最高，超过 78%，而氧气略低于 21%。
| 气体 | 体积(A) | ||
|---|---|---|---|
| 名称 | 化学式 | 以 ppmv(B) | 以 % |
| 氮气 | N2 | 780,840 | 78.084 |
| 氧气 | O2 | 209,460 | 20.946 |
| 氩气 | Ar | 9,340 | 0.9340 |
| 二氧化碳 | Template:CO2 | 413.32 | 0.041332 |
| 氖气 | Ne | 18.18 | 0.001818 |
| 氦气 | He | 5.24 | 0.000524 |
| 甲烷 | CH4 | 1.87 | 0.000187 |
| 氪气 | Kr | 1.14 | 0.000114 |
| 不包括在以上干空气中 | |||
| 水蒸气(C) | H2O | 0–30,000(D) | 0–3%(D) |
| 注释 (A) 体积分数 等于 摩尔分数 仅限于理想气体， | |||
氮气是大气中含量最丰富的，占干气体总体积的 78.084%。它几乎是化学惰性的，与大气中的任何化学作用无关。它不与其他元素自由结合，因此被称为中性物质。这种气体存在于 100 公里以上的区域，但其浓度在海平面以上 50 公里以下。这种气体对植物和动物的生长和繁殖至关重要。土壤中某些细菌能够将极少量的氮气转化为硝酸盐并将其固定到土壤和水体中，供动物和植物食用。这个过程称为氮固定。固定在地球表面的氮气再次通过细菌作用通过称为反硝化的化学反应转化并送回大气中。
它是大气中第二大含量的气体，占干大气气体的 20.9476%。它对于地球上许多生物的生存至关重要。它是一种化学活性很高的气体。它与其他几种元素结合形成各种化合物。氧气对于燃料的燃烧至关重要。当任何东西燃烧时，氧气被消耗掉并有助于燃烧该物质。虽然氧气存在于 100 公里以上，但在 16 公里的高度内仍有相当大的比例。随着高度的增加，氧气的含量迅速下降。在山坡上，可供呼吸的氧气非常少，登山者必须携带氧气。
就百分比而言，氩气是第三大气体，占干大气的 0.934%。它是一种惰性气体，化学上不活跃。它也存在于地壳和海水中。它用于电灯泡和荧光灯。
它是大气中第四大含量的气体。它是密度最大的气体，存在于较低的部分。它存在于约 30 公里的高度，集中在较低的地层。它的百分比非常低，即 0.04%，但对于生物圈的植被生命至关重要。它对进入的太阳辐射透明，但不会让太阳辐射逸出。因此，它被称为 温室气体。它在提高全球气温方面发挥着至关重要的作用。
甲烷也是一种温室气体，它吸收辐射并导致空气温度升高。水稻种植也会产生空气中的甲烷。它还来自湿地和水logged土壤，并释放到大气中。化石燃料也是甲烷释放到大气中的来源。它在大气中的含量是可变的。
臭氧的浓度位于大气 15 到 50 公里之间的一个带状区域。与普通的两个氧原子不同，臭氧有三个氧原子结合在一起，表示为 O3。它是在大气氧分子被紫外线太阳辐射分解时形成的。它甚至可能在雷暴期间放电时形成。这种气体也被称为可变气体，因为它的形成和分解取决于许多活动。虽然臭氧的含量非常少（0.00006%），但这一薄层对于生物世界的生存非常重要，因为它吸收了危险的紫外线并保护了地球。氖气、氦气、氪气、氢气、氙气 是其他少量气体。一些气体的含量极少，被称为痕量气体。其中重要的是氨气、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氧化亚氮和六氟化硫等。
水蒸气的含量很少，但它是大气中最重要的组成部分之一，与植被和生命的分布有关。水蒸气始终存在于大气中，但含量变化很大，这取决于季节（温度条件）以及蒸发和蒸腾的水供应。空气几乎从未完全干燥。在夏季，空气的持水能力较大，因为温度较高，而在冬季，它的持水能力较低。
气溶胶是极细小的固体颗粒或液体微滴，它们可以长时间悬浮在气体中。当它们的浓度很高时，我们可以看到它们，否则它们是无形的。气溶胶本身是来自各种来源（自然和人为）释放到大气中的非气态微观物质。它们可以是花粉、细小的尘土、海盐、燃烧燃料产生的碳黑、火山灰等。人类活动也有助于气溶胶进入大气。它们的浓度在工业和城市地区更高。化石燃料的燃烧和烟雾的产生也会将气溶胶排放到空气中。
结构指的是不同部分组合成一个整体的排列方式。换句话说，它是一个整体的骨架、组织或解剖，通过观察其各个部分之间的关系来了解。基于此背景，对大气不同部分及其相互关系的研究被称为大气结构。垂直方向上，大气被划分为不同的层次/部分。因此，对不同层次的研究被称为大气结构。
根据化学成分，大气可分为两层，分别是同温层和异温层。
同温层是大气中空气化学成分均匀或相似的部分。从化学成分的角度来说，它是最低的一层。它从地球/海洋表面延伸到大约85公里高度。根据温度变化，大气被划分为五层，其中三个较低的层属于同温层（即海拔高度在85公里以内）。它们分别是对流层、平流层和中间层。
它是大气中最低且最稠密的一层。它延伸到极地上方约8公里高度，而在赤道上方，它延伸到约18公里高度。大约80%的大气总质量都集中在这一层。随着高度的增加，气温持续下降，直到到达这一层的边界。平均而言，气温每上升1公里下降约6摄氏度。上边界被称为对流层顶，位于8到18公里高度之间。在这个高度，平均气温达到零下50到零下60摄氏度。
平流层是向上第二层，也是同温层的中间层。它从对流层顶开始，延伸到大约50公里高度。对流层顶的气温在20公里高度几乎保持不变。之后，气温开始上升，并持续上升到50公里高度。在这个高度，估计气温在零下100到零下150摄氏度之间。虽然气温在上升，但没有大气湍流。这一层完全没有云层和其他天气状况。因此，它有利于长途超音速飞机飞行。
中间层是同温层的第三层，也是最上层。在这层之上是异温层。中间层的意思是中间球层。它与下方对流层之间以对流层顶为界，与上方热层之间以中间层顶为界。它从地球表面50公里延伸到85公里高度。气压非常低。在低边界处为1毫巴，而在高边界处为0.01毫巴。这一层以气温下降为特征，大气中最低的气温记录是在这一层。中间层附近估计的最低气温在零下1300摄氏度左右。这比南极洲记录的最低气温还要低。
位于同温层以上的大气被称为异温层。这个词本身具有自解释性，它用于指大气中空气不均匀的部分。在这一部分大气中，空气稀薄，分子间距很大。相对较重的气体分子集中在较低的部分，而较轻的气体分子则被迫位于上面。超过85公里高度，大气成分随着高度的增加而发生显著变化。氮气层、氧气层、氦气层和氢气层等不同气体层被区分开来。然而，异温层主要分为两个球层——热层和外层空间。
这一球层从中间层顶开始，从地球表面85公里延伸到约650公里高度。由于少量存在的氧气分子吸收太阳辐射，这一层的气温在上升。它高度依赖于太阳活动。在约350公里高度，气温达到12000摄氏度以上，但在650公里高度，气温甚至可能上升到20000摄氏度。这么高的气温主要由分子运动的平均速度决定。因此，气温可能很高。
Exo意思是外部。因此，外层空间是大气的外部或最外层。它的下边界从热层顶650公里延伸到10000公里高度。这个距离略小于地球的直径。这真的是大气范围的一个非常大的尺寸。
- 不同的温度梯度在大气中形成了不同的层次。最底层是对流层，那里集中了大部分大气气体和所有的行星天气。
- 对流层从地面获得热量，因此气温随着高度的增加而下降。暖空气上升，冷空气下降，因此对流层是不稳定的。
- 在平流层，气温随着高度的增加而上升。平流层包含臭氧层，它保护地球免受太阳有害紫外线的照射。高层包含很少的气体分子，非常寒冷。