part1 地球大气层
||“地球大气层，又称大气圈，因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的
||气体圈层。” ——维基百科
大家都知道，我们所呼吸的空气都是紧紧包裹在地球表面的，成为了地球的大气层。但，大气层可并不是简简单单的一团空气：在宇宙辐射、太阳光、热力学过程、特殊气体的共同作用下，大气层变得十分复杂，甚至可以通过温度的变化分成5层。每层大气都有自己的特质和特殊作用，使得地球出现生命成为可能。

part2 对流层
lesson1 气温垂直递减率


想要描述一个大气分层的温度随高度变化情况，需要什么物理量呢？
对了！我们可以求出高度增加1km，气温会降低多少℃，得出的数据就可以用来衡量气温随高度的变化情况。如果用γ表示我们求出的数，那么公式表示就是：，式中ΔT表示温度的变化量，Δz表示高度的变化量。
这个数据描述的是气温在垂直方向上减少了多少，对吧？所以我们就把它叫做气温垂直递减率。由于我们是用气温℃除以高度km，所以单位就是℃/km。
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例如：如果某地的气温，海拔每升高1km，气温就会下降6℃，那么此地的气温垂直递减率就是γ=6℃/km。
但如果有的地方海拔越高，温度也越高怎么办？那么每升高1km，温度减少的数就应该是负值（这样就意味着温度增加了），所以气温垂直递减率就是负值。
这样，气温垂直递减率为正，代表海拔越高，气温越低。为负，代表海拔越高，气温越高。

lesson2 对流层的气温
对流层是大气层贴着地面的那层，深处大气层底部，所以受到宇宙辐射和太阳高能粒子的影响太少，可以忽略不计。对对流层的气温垂直递减率起主导影响的，是热力学过程。
现在我们来考虑一下对流层底部（也就是地面上）的一个气块的上升过程。由于空气不容易传导热量，所以我们可以近似认为气块与外界没有热交换，我们就说这个气块是绝热的。

在上升过程中，气压越来越低（别告诉我你不知道海拔越高气压越低），因此这个气块受到的压力小了，就会膨胀。

膨胀的时候，就会耗费能量去挤这个气块周围的空气（即对外做功）。这个能量从哪来呢？不付款可不行！只能让这个气块拿出内能来支付了。内能表现为气块的温度，所以气块就会降温。

这样，我们发现，在对流层中，海拔越高，气温越低，这样气温垂直递减率就是正数。
正是因为上冷下热，冷空气容易下沉、热空气容易上浮，于是在对流层中就会产生剧烈的对流，造就了绝大多数的你能感受到的天气现象。这也是对流层名称的由来。

lesson3 大气环流（理想情况）
由于对流层贴着地面，而地面的温度差异非常明显（两极低赤道高、早晚低正午高），以及大气是一个转动的非惯性系，阴差阳错、鬼使神差就出现了一些非常有意思的现象。
其中直接牵动着整个气候系统的，就是大气环流。
我们看看，引入气温随纬度变化而产生的差异会对对流层大气造成怎样的影响。
当地面温度上升时，贴近地面的气块会随之变热，对吧。变热之后，密度会变小，在浮力的作用下上升，产生上升气流。同时，气块飞起来了，就留下了一个空缺，此时别的空气会蜂拥而至来补充，地面附近就会产生从四周吹向中间的气流（叫做辐合），此时中间气压低，而气块上升到高空后自然而然会散开，产生从中间吹向四周的气流（叫做辐散）。当地面温度下降时，就恰好相反。因此：
①地面温度上升，气流也上升；气压低，低空辐合高空辐散；
②地面温度下降，气流也下降；气压高，低空辐散高空辐合。

接下来让我们应用引理（对极地应用②，对赤道应用①）。

等等，气流好像可以连在一起！

Good job！我们分析完了大气结构！哈哈！我们竟然独立推导出了这个单圈环流！太伟大啦！哈哈！
......先别高兴太早。我们还没有考虑到大气其实是非惯性系，会有惯性力——科里奥利力（地转偏向力）的影响！受到该力的捣乱，单圈环流将是不存在于现实中的。具体现实大气环流是如何，且听下一课时。

lesson3 平流层的气温
你以为臭氧层只有吸收吸收紫外线这点本事？你错了！
仔细想想看，紫外线没了，它里面蕴含的光能哪去了呢？答案只有一个——转化成了内能。这会使这部分的大气升温，这样，臭氧层温度高，臭氧层下方温度低，不再是海拔高气温低了，而是恰好反了过来，气温垂直递减率变成了负的！这样，这部分大气就不能再是对流层了，我们就称它为平流层。
由于平流层上热下冷，所以气块们都很老实，空气不会发生垂直的对流现象，只会发生水平的平流现象，因此得名平流层。
你以为平流层只有平流现象，就没有云？你错了！在极地，低温下，平流层也会产生云！

↑平流层云
除此之外，极地的平流层有时还会突然升温，规模非常大，成为了神奇的平流层爆发性增温（SSW）。

由于平流层不会产生垂直运动的湍流，气流比较稳定，所以客机大都在这里飞行。
在对流层和平流层的交界处，有两圈快速流动的气流，根据其位置分别叫做“极锋喷流”和“副热带喷射气流”。

今年三月的对流层顶风速流线图↓↓↓

可以清晰地看到这些高速气流。

part4 高层大气
lesson1 中间层
我们的臭氧层是有上限的，到达五十几千米高的时候就到头了。
在那个高度以上，臭氧很少，不会产生太多的紫外线吸收放热反应，气温降低，再加上热力学过程的魔法，气温又变得随海拔的升高而降低了，气温垂直递减率又变成了正的。这就是中间层。
和对流层很相似，是不是？的确，中间层由于下热上冷也会产生垂直对流，但由于大气到了这个高度已经相当相当稀薄了，所以对流也相当相当弱，只是勉强能在极地产生一些云。这些云就是我们常说的夜光云。（详见Happy冷知识-神奇又美丽的“夜光云”（第一期））

lesson2 电离层
热力学魔法浪了整个中间层，还想再施法到更高的地方，但是他又失败了。
上次失败是由于臭氧们的搞怪，这次则是遇到了更强大的对手——太阳辐射&宇宙射线。
||电离：在光照或高能射线辐射下，气态原子、分子失去电子变成离子的过程。——维基百科

在太阳辐射&宇宙射线的共同照射下，许多大气中的原子都被这样拆解了，导致在一定高度上充斥着大量的电子，这一大气层面我们称之为电离层。
这些由电子和离子构成的等离子体吸收了射线的能量，转化成了内能，因此拉高了气温，气温垂直递减率恢复成负的，中间层的逞能也不得不截止在这里。

辐射对不同高度不同成分的空气分子电离造成电离层不同的分层。
细细数来，在白天由低到高一共有如下几层：
1.D层。D层低到了中间层的顶部，这里，大量的一氧化氮被一种射线电离。D层能吃掉一些中波电台的电波，因此大白天在远处是收不到中波电台的信号的。
2.E层。E层就高很多了，而且是紫外线之类的对氧气的电离。E层可以反射一小部分频段的电波，总体来说没什么大用处。
3.Es层。Es层处于E层下半部，在这里，本来温和的E层电离突然增大，电离强度爆表，产生机制尚不明确。
4.F层。F层是单原子氧受到了强烈的电离，在白天，F层会分为F1、F2两层。F层可是传播广播电波的大英雄：他可以把大多数电波反射到更远的地方（是白天反射率最高的一层），让我们的无线电波可以翻山越岭传递到far far away~
而在夜晚，D层就消失了，F层也只是一层，不再分为F1和F2了。

lesson3 热层和散逸层
中间层以上，受到电离层的影响，气温垂直递减率为负，这个气层叫做热层。
极光就是在热层产生的。
热层中的空气粒子在白天有时会被太阳辐射加热到2500℃，但由于空气密度太太太太太低了，因此这并不会给你任何温暖（只有相当少的热粒子会撞上你给你热量，正如火星烫不死人），即使你把温度计拿上去，示数也在0℃以下。
同时，在这个低密度大气中，声音难以传播：如果你和你的朋友来到了这里，你将听不到你的朋友喊你。
国际规定的太空界限是100km——正好在热层底部。
散逸层基本上就已经不属于地球了，是大气最高的一层（不过我看还是不要把这一层归为大气的好，密度低到无法想象）。

完结撒花~~~~~~~~