氣候學/大氣成分與結構
成分的字面意思是某物的“成分”或“構成要素”。換句話說，它是組成某物的結構。當我們將相同的含義應用於大氣時，它表示構成我們大氣層的專案或元素。我們的大氣層由多種氣體和其他物質組成，因此，它是一種氣體、水蒸氣和塵埃粒子的機械混合物。讓我們討論一下大氣成分。
地球周圍的大氣層，由多種氣體和其他物質組成的機械混合物，對地球上的所有生物都很重要。四種主要氣體 - 氮氣、氧氣、氬氣和二氧化碳 共同構成幹空氣總體積的 99.99%。氮氣的濃度最高，超過 78%，而氧氣略低於 21%。
| 氣體 | 體積(A) | ||
|---|---|---|---|
| 名稱 | 化學式 | 以 ppmv(B) | 以 % |
| 氮氣 | N2 | 780,840 | 78.084 |
| 氧氣 | O2 | 209,460 | 20.946 |
| 氬氣 | Ar | 9,340 | 0.9340 |
| 二氧化碳 | Template:CO2 | 413.32 | 0.041332 |
| 氖氣 | Ne | 18.18 | 0.001818 |
| 氦氣 | He | 5.24 | 0.000524 |
| 甲烷 | CH4 | 1.87 | 0.000187 |
| 氪氣 | Kr | 1.14 | 0.000114 |
| 不包括在以上幹空氣中 | |||
| 水蒸氣(C) | H2O | 0–30,000(D) | 0–3%(D) |
| 註釋 (A) 體積分數 等於 摩爾分數 僅限於理想氣體， | |||
氮氣是大氣中含量最豐富的，佔幹氣體總體積的 78.084%。它幾乎是化學惰性的，與大氣中的任何化學作用無關。它不與其他元素自由結合，因此被稱為中性物質。這種氣體存在於 100 公里以上的區域，但其濃度在海平面以上 50 公里以下。這種氣體對植物和動物的生長和繁殖至關重要。土壤中某些細菌能夠將極少量的氮氣轉化為硝酸鹽並將其固定到土壤和水體中，供動物和植物食用。這個過程稱為氮固定。固定在地球表面的氮氣再次透過細菌作用透過稱為反硝化的化學反應轉化並送回大氣中。
它是大氣中第二大含量的氣體，佔幹大氣氣體的 20.9476%。它對於地球上許多生物的生存至關重要。它是一種化學活性很高的氣體。它與其他幾種元素結合形成各種化合物。氧氣對於燃料的燃燒至關重要。當任何東西燃燒時，氧氣被消耗掉並有助於燃燒該物質。雖然氧氣存在於 100 公里以上，但在 16 公里的高度內仍有相當大的比例。隨著高度的增加，氧氣的含量迅速下降。在山坡上，可供呼吸的氧氣非常少，登山者必須攜帶氧氣。
就百分比而言，氬氣是第三大氣體，佔幹大氣的 0.934%。它是一種惰性氣體，化學上不活躍。它也存在於地殼和海水中。它用於電燈泡和熒光燈。
它是大氣中第四大含量的氣體。它是密度最大的氣體，存在於較低的部分。它存在於約 30 公里的高度，集中在較低的地層。它的百分比非常低，即 0.04%，但對於生物圈的植被生命至關重要。它對進入的太陽輻射透明，但不會讓太陽輻射逸出。因此，它被稱為 溫室氣體。它在提高全球氣溫方面發揮著至關重要的作用。
甲烷也是一種溫室氣體，它吸收輻射並導致空氣溫度升高。水稻種植也會產生空氣中的甲烷。它還來自溼地和水logged土壤，並釋放到大氣中。化石燃料也是甲烷釋放到大氣中的來源。它在大氣中的含量是可變的。
臭氧的濃度位於大氣 15 到 50 公里之間的一個帶狀區域。與普通的兩個氧原子不同，臭氧有三個氧原子結合在一起，表示為 O3。它是在大氣氧分子被紫外線太陽輻射分解時形成的。它甚至可能在雷暴期間放電時形成。這種氣體也被稱為可變氣體，因為它的形成和分解取決於許多活動。雖然臭氧的含量非常少（0.00006%），但這一薄層對於生物世界的生存非常重要，因為它吸收了危險的紫外線並保護了地球。氖氣、氦氣、氪氣、氫氣、氙氣 是其他少量氣體。一些氣體的含量極少，被稱為痕量氣體。其中重要的是氨氣、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氧化亞氮和六氟化硫等。
水蒸氣的含量很少，但它是大氣中最重要的組成部分之一，與植被和生命的分佈有關。水蒸氣始終存在於大氣中，但含量變化很大，這取決於季節（溫度條件）以及蒸發和蒸騰的水供應。空氣幾乎從未完全乾燥。在夏季，空氣的持水能力較大，因為溫度較高，而在冬季，它的持水能力較低。
氣溶膠是極細小的固體顆粒或液體微滴，它們可以長時間懸浮在氣體中。當它們的濃度很高時，我們可以看到它們，否則它們是無形的。氣溶膠本身是來自各種來源（自然和人為）釋放到大氣中的非氣態微觀物質。它們可以是花粉、細小的塵土、海鹽、燃燒燃料產生的碳黑、火山灰等。人類活動也有助於氣溶膠進入大氣。它們的濃度在工業和城市地區更高。化石燃料的燃燒和煙霧的產生也會將氣溶膠排放到空氣中。
結構指的是不同部分組合成一個整體的排列方式。換句話說，它是一個整體的骨架、組織或解剖，透過觀察其各個部分之間的關係來了解。基於此背景，對大氣不同部分及其相互關係的研究被稱為大氣結構。垂直方向上，大氣被劃分為不同的層次/部分。因此，對不同層次的研究被稱為大氣結構。
根據化學成分，大氣可分為兩層，分別是同溫層和異溫層。
同溫層是大氣中空氣化學成分均勻或相似的部分。從化學成分的角度來說，它是最低的一層。它從地球/海洋表面延伸到大約85公里高度。根據溫度變化，大氣被劃分為五層，其中三個較低的層屬於同溫層（即海拔高度在85公里以內）。它們分別是對流層、平流層和中間層。
它是大氣中最低且最稠密的一層。它延伸到極地上方約8公里高度，而在赤道上方，它延伸到約18公里高度。大約80%的大氣總質量都集中在這一層。隨著高度的增加，氣溫持續下降，直到到達這一層的邊界。平均而言，氣溫每上升1公里下降約6攝氏度。上邊界被稱為對流層頂，位於8到18公里高度之間。在這個高度，平均氣溫達到零下50到零下60攝氏度。
平流層是向上第二層，也是同溫層的中間層。它從對流層頂開始，延伸到大約50公里高度。對流層頂的氣溫在20公里高度幾乎保持不變。之後，氣溫開始上升，並持續上升到50公里高度。在這個高度，估計氣溫在零下100到零下150攝氏度之間。雖然氣溫在上升，但沒有大氣湍流。這一層完全沒有云層和其他天氣狀況。因此，它有利於長途超音速飛機飛行。
中間層是同溫層的第三層，也是最上層。在這層之上是異溫層。中間層的意思是中間球層。它與下方對流層之間以對流層頂為界，與上方熱層之間以中間層頂為界。它從地球表面50公里延伸到85公里高度。氣壓非常低。在低邊界處為1毫巴，而在高邊界處為0.01毫巴。這一層以氣溫下降為特徵，大氣中最低的氣溫記錄是在這一層。中間層附近估計的最低氣溫在零下1300攝氏度左右。這比南極洲記錄的最低氣溫還要低。
位於同溫層以上的大氣被稱為異溫層。這個詞本身具有自解釋性，它用於指大氣中空氣不均勻的部分。在這一部分大氣中，空氣稀薄，分子間距很大。相對較重的氣體分子集中在較低的部分，而較輕的氣體分子則被迫位於上面。超過85公里高度，大氣成分隨著高度的增加而發生顯著變化。氮氣層、氧氣層、氦氣層和氫氣層等不同氣體層被區分開來。然而，異溫層主要分為兩個球層——熱層和外層空間。
這一球層從中間層頂開始，從地球表面85公里延伸到約650公里高度。由於少量存在的氧氣分子吸收太陽輻射，這一層的氣溫在上升。它高度依賴於太陽活動。在約350公里高度，氣溫達到12000攝氏度以上，但在650公里高度，氣溫甚至可能上升到20000攝氏度。這麼高的氣溫主要由分子運動的平均速度決定。因此，氣溫可能很高。
Exo意思是外部。因此，外層空間是大氣的外部或最外層。它的下邊界從熱層頂650公里延伸到10000公里高度。這個距離略小於地球的直徑。這真的是大氣範圍的一個非常大的尺寸。
- 不同的溫度梯度在大氣中形成了不同的層次。最底層是對流層，那裡集中了大部分大氣氣體和所有的行星天氣。
- 對流層從地面獲得熱量，因此氣溫隨著高度的增加而下降。暖空氣上升，冷空氣下降，因此對流層是不穩定的。
- 在平流層，氣溫隨著高度的增加而上升。平流層包含臭氧層，它保護地球免受太陽有害紫外線的照射。高層包含很少的氣體分子，非常寒冷。