高層大氣學

地球大氣開始電離（約60千米）以上的大氣區域。研究高空大氣層成分、性質及規律的科學。大氣科學的分支學科。對高空約30公里以上的大氣層的探測是高層大氣學的研究對象。高層大氣學的主要研究內容是平流層上部、中間層、熱層和外層大氣等的。

基本介紹

• 中文名：高層大氣學
• 外文名：upper atmosphere
• 學科：生態環境嗎

簡介

地球大氣開始電離（約60千米）以上的大氣區域。對於高層大氣起始高度的劃分不盡一致，如有人把探空氣球可上升到30千米高度作為高層大氣下限，也有人把中間層頂（約80千米）以上的大氣區域稱為高層大氣。高層大氣上界的層狀結構已不明顯，熱速度高的大氣粒子有可能克服地球引力的束縛而逃離地球大氣層，而宇宙空間的氣體粒子也有可能進入高層大氣。

大氣分層

地球大氣按其基本特性可分為若干層，但按不同的特性有不同的分層方法。常見的分層方法有：①按熱狀態特徵，可分為對流層、平流層、中間層、熱層和外層（又稱外逸層或逃逸層）。

接近地面、對流運動最顯著的大氣區域為對流層，對流層上界稱對流層頂，在赤道地區高度約17～18千米，在極地約8千米；從對流層頂至約50千米的大氣層稱平流層，平流層內大氣多作水平運動，對流十分微弱，臭氧層即位於這一區域內；中間層又稱中層，是從平流層頂至約80千米的大氣區域；

熱層是中間層頂至300～500千米的大氣層；熱層頂以上的大氣層稱外層大氣。②按大氣成分隨高度分布特徵，可分為均勻層和非均勻層。均勻層是指從地面到約80千米的大氣層，因其大氣各成分所占的體積百分比保持不變。均勻層的平均分子量為28.966克/摩爾，為一常數。非均勻層為80千米以上的大氣區域，不同大氣成分所占的體積百分比隨高度而變，平均分子量不再是常數。③按大氣的電離特徵，可分為電離層和中性層。中性層又稱非電離層，是指以中性成分為主的大氣層。電離層又可分為D層、E層和F層。
在80千米以下，大氣處於均勻混合狀態；而在約80千米以上，大氣湍流逐漸消失，逐漸過渡到分子擴散平衡狀態，約在120千米以上達到完全擴散平衡。擴散平衡就是在重力場作用下，大氣中重的成分分布於低層，輕的成分分布於高層，使得大氣的平均摩爾分子量隨高度遞減。高層大氣中除分子運動外，還有全球尺度的環流、潮汐和聲重波等巨觀運動。
高層大氣的熱狀態受太陽紫外輻射加熱所控制，使得約80千米以上大氣溫度隨高度增高而增大，並隨時間、經緯度、太陽活動、磁層擾動等而變化。太陽紫外輻射造成高層大氣氧分子的分解。太陽紫外輻射和X射線又使N2、O2和O等電離形成電離層。高層大氣粒子受太陽輻射激發和太陽高能粒子的轟擊，能產生氣輝、夜光雲、極光等發光現象。

大氣探測

高層大氣的探測方法可分為間接法和直接法。①間接法。在觀測目標以外（主要在地面），利用探測儀器觀測高層大氣中的物理現象如流星、極光、氣輝等，推算不同高度的大氣成分、密度和溫度；或通過研究聲、光、電波在大氣中的傳播特性，及其穿透大氣時所發生的變化，探測大氣不同高度上的密度、溫度和電離程度等。②直接法。利用飛機、氣球、火箭和人造地球衛星等飛行器，把探測儀器帶到所要觀測的空間，測定飛行器周圍的大氣參量；或通過研究空間環境對飛行器的影響，如衛星的大氣制動來探測大氣密度。