第八章 大气与海洋
§8.1地球大气的平均状态
8.1.1地球大气的成分与气象要素
一、地球大气的成分
地球大气由多种气体组成，并掺有一些悬浮的固体和液体微粒。在85km以下的各种气体成分中，一般可分为两类。一类称为定常成分，各成分间大致保持固定比例，这些气体主要是氮(N2)、氧(O2)、氩(Ar)和一些微量惰性气体如氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)及氦(He)等；另一类称可变成分，这些气体在大气中的比例随时间、地点而变，其中包括水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)和一些碳、硫、氮的化合物。
通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简称干空气。其中氮、氧、氩三种气体就占了空气容积的99.66％，如果再加上二氧化碳，则剩下的次要成分所占的容积是极微小的。观测结果表明，实际大气在85km以下，由于大气运动和分子扩散的结果，使得空气充分混合，干洁大气中各成分的比例得以维持常定。因此，可以将85km高度以下的干空气当做一种平均摩尔质量为28.9644g/mol的单一气体。
大气的高层，主要成分仍为氮和氧，其他气体的含量减少。氧气占地球大气质量的23％，丰富的氧气是动植物赖以生存、繁殖的必要条件。除了游离存在的氧气以外，氧还以硅酸盐、氧化物和水等化合物形式存在，在高空则还有臭氧及原子氧。
臭氧主要分布在10～40km高度处，近地面含量很少，极大值在20～25km附近。臭氧在大气中的比例虽然极小，但因它具有强烈吸收太阳紫外辐射0.2μm～0.3μm的能力，阻挡了强紫外辐射到达地面，保护了地球上的生命。臭氧层浓度的减少或增加，会对气候变化和人类生活带来巨大影响。因此，目前世界上对臭氧的观测和研究都很重视。
大气中二氧化碳只占整个大气容积的万分之三，多集中在20km以下。它主要是有机物燃烧、腐烂和生物呼吸过程中产生的。因此，在大工业区、城市上空，空气中二氧化碳的含量较多，有的地区其含量可超过万分之五；在农村和人烟稀少的地区，其含量较少。二氧化碳含量的变化主要是燃烧煤、石油、天然气等燃料所引起的，火山爆发及从碳酸盐矿物、浅地层里释放二氧化碳是次要原因。因此，随着工业化的发展及世界人口的增长，全球大气中二氧化碳含量也逐年增加。
二氧化碳能强烈地吸收地球表面发出的长波辐射并放出长波辐射。这种“温室效应”在二氧化碳浓度不断增加时，可能会改变大气热平衡，导致大气低层和地面的平均温度上升，这将引起严重的气候问题。
实际大气中，除上述气体成分外，还含有水汽及其液态、固态微粒。含有水汽的空气称为湿空气。大气中水汽仅占地球总水量的0.001％。大气中水汽的主要来源是水面，特别是海洋表面的蒸发。水汽上升凝结形成水云或冰云以后，又以降水的形式降到陆地和海洋上。