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對(duì)流層（Troposphere），地球大氣層靠近地面的一層，也是大氣的最下層，因圈層內(nèi)大氣以對(duì)流運(yùn)動(dòng)為主，故名“對(duì)流層”。對(duì)流層的范圍可延伸至距地面11~16km處，其厚度隨緯度和季節(jié)變化而變化，在赤道約17~18km；中緯度地區(qū)約10~12km；高緯度地區(qū)約8~9km，同緯度地區(qū)夏季比冬季厚，平均厚度約10~12km。對(duì)流層頂?shù)臍鉁兀诘途暤貐^(qū)平均約為-83℃，在高緯地區(qū)約為-53℃。

對(duì)流層的大氣組成相較復(fù)雜，其中主要成分有氮?dú)?/a>（N2，78%）、氧氣（O2，21%）、二氧化碳（CO2，0.03%）、氬（Ar，1%），同時(shí)還有一些不固定的如二氧化硫（SO2）、銨根（NH?）、氯化物、粉塵等微量成分，對(duì)流層集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量，是地球大氣層里密度最高的一層。由于對(duì)流層大氣的主要熱源是地面長(zhǎng)波輻射，故對(duì)流層中的大氣密度與高度變化大致呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，氣壓、氣溫也隨著高度的變化逐漸降低，致使地表附近的熱空氣較輕，向上升騰；高空的冷空氣較重，向下沉降，因而圈層內(nèi)大氣以對(duì)流運(yùn)動(dòng)為主。

對(duì)流層是與人類生活聯(lián)系最為密切的大氣圈層，在全球水循環(huán)、大氣輻射和能量平衡中充當(dāng)著極為重要的角色。生活中常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象、污染物的遷移擴(kuò)散以及轉(zhuǎn)化、逆溫現(xiàn)象、對(duì)流層折射等都發(fā)生在對(duì)流層。此外，對(duì)流層與人類的通訊活動(dòng)也密切相關(guān)，在散射通信、超視距傳輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩?/p>

命名

由于對(duì)流層大氣運(yùn)動(dòng)的主要熱源是地面長(zhǎng)波輻射，故圈層中的氣壓、氣溫會(huì)隨著高度的增加而逐漸降低，形成近地面為暖輕空氣、高空為冷重空氣的分布格局；近地面的熱空氣較輕，向上升騰，高空的冷空氣較重，向下沉降，因而形成大氣對(duì)流，故此圈層被稱為“對(duì)流層”。

對(duì)流層的英文名為“Troposphere”，是由希臘語(yǔ)的“Tropos”（意即“旋轉(zhuǎn)”或“混合”）引申而來(lái)的。

定義及范圍

對(duì)流層，是地球大氣層靠近地面的一層，也是大氣的最下層。

國(guó)際科技詞匯（International Scientific Vocabulary，ISV）——對(duì)流層是地球大氣層靠近地面的一層，其高度可延伸至距地面11~16km。

美國(guó)國(guó)家氣象局（National Weather Service）——對(duì)流層從地球表面開(kāi)始，一直延伸到距離地面6至20千米的高空。對(duì)流層的高度從赤道到兩極各不相同。在赤道附近，對(duì)流層的高度約為18-20千米，在北緯50°和南緯50°，對(duì)流層的高度為3.6千米，而在兩極附近，對(duì)流層的高度略低于約6千米。

聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UN Environment Programme）——對(duì)流層是距離地球最近的大氣層。它從地面一直延伸到大約海拔12公里的高空（高度會(huì)隨著緯度和季節(jié)而變化）。它包含了大氣中約75%的空氣，以及約99%的水蒸氣。大部分天氣（風(fēng)、云、雨）也發(fā)生在對(duì)流層中。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)——大氣最下層，厚度（8～17km）隨季節(jié)和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/km，有對(duì)流和湍流。

對(duì)流層厚度隨緯度和季節(jié)而變化，在赤道17~18km；中緯10~12km；高緯8~9km。夏季比冬季厚些，平均厚度約10~12km。

主要組成

對(duì)流層的大氣組成相較復(fù)雜，其中主要成分有氮?dú)猓?8%）、氧氣（21%）、氬（1%）二氧化碳（0.03%），同時(shí)還有一些不固定的成分如二氧化硫、銨根、氯化物、粉塵等微量成分。

氮?dú)?/h3>
氮?dú)猓∟2），是一種惰性氣體，在常溫、常壓下為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，其不可燃、不助燃，廣泛存在于自然界中。絕大部分以氮?dú)夥肿拥男问酱嬖谟诖髿庵?，還有以化合物的形式存在于礦物和生物體中。氮在常溫、常壓下很穩(wěn)定，幾乎不與任何物質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)（除鋰等外），但在特定條件下能與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。據(jù)估計(jì)地球初期的氮?dú)?/a>有4.76x1015t，比現(xiàn)代氮?dú)舛?x1015t，這些比現(xiàn)代多的氮后來(lái)成為生物的組成、土壤中的 硝酸鹽和海洋沉積物。氮在對(duì)流層中儲(chǔ)量最為豐富，占對(duì)流層氣體總量的78%。除了大氣圈外氮在其他儲(chǔ)庫(kù)中很少。現(xiàn)代大氣圈中氮質(zhì)量為3.76x1015t；海洋中為2.3x1013t，只有大氣圈中的0.006。
氮?dú)?/a>在地球初期從高溫物質(zhì)中釋放，火山氣體包含1%氮，在地表進(jìn)入巖石或大氣。氮是空氣中主要成分，又以單質(zhì)形式（N2）存在，因此空氣是制取 氮?dú)?/a>最方便、最廉價(jià)的原料，工業(yè)上氮?dú)獾闹迫》椒ㄖ饕菑目諝庵蝎@得，其中包括深冷法、變壓 吸附法、膜分離法等。在對(duì)流層中還有少量的各種氮化物，主要為氨以及氮的氧化物。氮在有機(jī)化合物的燃燒和腐爛、在火山噴發(fā)的氣體中和在發(fā)射藥及其他含氮爆炸物爆炸時(shí)等情況下可從其化合物中分離出來(lái)。

氧氣

氧氣（O2）由氧分子組成，每個(gè)分子由兩個(gè)氧原子組成，而這兩個(gè)氧原子借助于化學(xué)鍵結(jié)合在一起。氧在常溫、常壓下為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，它的密度稍大于空氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1L氧氣的質(zhì)量是1.43g。氧氣微溶于水，其特點(diǎn)是水溫越低，溶解的氧氣越多，液態(tài)氧呈淡藍(lán)色，在-183.0℃沸騰。液態(tài)氧進(jìn)一步冷卻到-218.4℃時(shí)，則凝結(jié)成藍(lán)色晶體。氧是一種順磁性氣體，能被磁鐵吸引。其容積磁化率在常見(jiàn)氣體中為最大，該性質(zhì)可用于氣體中氧含量的檢測(cè)。氧是地球上最豐富的、分布最廣的元素之一，在對(duì)流層中氧氣的含量比較穩(wěn)定，占比為21%。

光合作用是對(duì)流層中氧氣的主要來(lái)源，綠色植物（包括光合細(xì)菌）利用自身的光合色素（葉綠素等）吸收光能，在葉綠體內(nèi)經(jīng)一系列酶的催化，將無(wú)機(jī)化合物的二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成糖類，同時(shí)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存在糖中并釋放氧氣的過(guò)程稱作光合作用。原始的地球大氣中并沒(méi)有氧氣，如今的大氣環(huán)境是在光合作用產(chǎn)生后經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的漫長(zhǎng)過(guò)程逐步形成的。氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體。人類在生命活動(dòng)過(guò)程中，必須不斷吸入氧氣，呼出二氧化碳。人體維持正常生命過(guò)程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等。當(dāng)空氣中的氧濃度降低時(shí)，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，出現(xiàn)種種不適的癥狀。

氬氣

（Ar），在常溫、常壓下為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的惰性氣體，微溶于水和有機(jī)溶劑，其氣體密度1.7838kg/m3（標(biāo)態(tài)下），液體密度1393.9kg/m3（正常沸點(diǎn)時(shí)），常壓下，熔點(diǎn)189.35℃，沸點(diǎn)-185.87℃，分餾液態(tài)空氣制取氧氣時(shí)，可同時(shí)制取氬。氬的相對(duì)原子質(zhì)量為39.944。在化學(xué)性質(zhì)上，表現(xiàn)為化學(xué)惰性，不與任何元素化合。氬可以包容在籠狀分子（如水和有機(jī)化合物）內(nèi)形成包合物，其中，在低溫高壓下氬與水的包合物分子式為46H2O·8Ar，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，其分解溫度42.8℃，在0℃時(shí)分解壓力為10.5MPa，與氬形成包合物的有機(jī)物有丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、對(duì)苯二酚、苯酚及其衍生物等。

氬氣是是大氣中除氮?dú)?/a>、氧氣之外，含量最多的一種稀有氣體。在對(duì)流層中，氬的含量約占1％。作為惰性氣體，氬氣在冶金工業(yè)、金屬焊接與切割和電子工業(yè)與光源等方面有廣泛的應(yīng)用，如做鋼鐵表面氣封，防止其被氧化；在金屬電弧焊中做保護(hù)氣；在電光源中用于填充氣，可以增加其亮度和延長(zhǎng)壽命。

二氧化碳

在常溫常壓下，二氧化碳（CO2）是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體。固體二氧化碳呈現(xiàn)白色、雪花狀的薄片或立方體，液態(tài)呈無(wú)色。它具有體積小、分子量小、黏度低和抗磁性的特點(diǎn)。在100kPa的壓力下，二氧化碳的熔點(diǎn)為-78.5℃，沸點(diǎn)為-56.6℃。二氧化碳在101.325kPa和0°C時(shí)的密度為1.98g/L，在21℃時(shí)的水中溶解度為1.45g/L。

在對(duì)流層中，二氧化碳的含量十分固定，但是在大城市、工廠以及火山的附近，二氧化碳的含量則劇烈增加，二氧化碳從地下氣流、火山、水圈中的水及土壤進(jìn)入大氣圈，它是有機(jī)化合物燃燒、腐爛及生物呼吸的產(chǎn)物。從大氣圈中排出二氧化碳也有各種方式，它主要是被海洋水所溶解及被綠色植物所吸收，在形成碳酸根類時(shí)被化合，在所有這些作用間建立著一個(gè)復(fù)雜的平衡，它們總合起來(lái)調(diào)節(jié)著大氣圈中二氧化碳的含量。此外植物利用空氣中的二氧化碳進(jìn)行光合作用，二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳來(lái)源。

水蒸氣

大氣層中的蒸汽是水的氣體形式，水蒸氣的飽和壓力僅與溫度有關(guān)，溫度越高，飽和壓力越高，飽和壓力和飽和溫度是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。水蒸氣是低層大氣的主要成分，僅占大氣總?cè)莘e的0~4%，是大氣中含量變化最大的氣體。大氣中的水蒸氣主要來(lái)自地表海洋和江河湖泊等水體表面蒸發(fā)以及植物體的蒸騰，并通過(guò)大氣垂直運(yùn)動(dòng)輸送到大氣層。

在空氣沒(méi)有污染的狀況下，對(duì)流層的組成是十分均勻的，這種均勻性主要?dú)w因于對(duì)流層中氣團(tuán)不停地環(huán)流所引起的強(qiáng)大混合作用，然而，由于云的形成、降雨以及從地球水體中水分的蒸發(fā)，從而使對(duì)流層中水的含量變化是相當(dāng)大的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，其量的變動(dòng)在百分之四（在熱而潮濕的天氣）到萬(wàn)分之幾（在極寒情況下）之間。依照空氣的溫度，水在空氣中不但可呈蒸汽存在，而且也可以呈液態(tài)，甚至呈固態(tài)存在。大體上水是以蒸發(fā)方式從地球表面，主要從海洋的表面進(jìn)入大氣圈的，但水還可借其它方式來(lái)進(jìn)入大氣圈，如在火山噴發(fā)時(shí)，在大氣圈與地表之間進(jìn)行著水的不斷循環(huán)作用。

臭氧

常溫常壓下，臭氧為淺藍(lán)色氣體，具有刺激性氣味，其摩爾質(zhì)量為47.977g/摩爾，密度為2.144mg/cm3（在0°C時(shí)），沸點(diǎn)為?112℃，熔點(diǎn)為-192.2℃。臭氧略溶于水，其溶解度是氧的13倍，空氣的25倍。臭氧的液態(tài)呈深藍(lán)色，固體為紫黑色，臭氧具有弱順磁性。

臭氧作為對(duì)流層成分的重要組成部分，在對(duì)流層的下部各層中其平均含量為0.02~0.03毫升/立方米，只有10%左右的臭氧分布在對(duì)流層。在對(duì)流層中，臭氧即是一種重要溫室氣體也是一種污染氣體，不僅能吸收地氣系統(tǒng)的長(zhǎng)波輻射而加熱大氣，還可參與大氣光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程而改變其它溫室氣體的含量與分布，進(jìn)而影響地氣系統(tǒng)的輻射平衡。2015年，全球?qū)α鲗映粞鯘舛燃s為31ppb，對(duì)流層臭氧的高值區(qū)主要分布在亞洲、北太平洋和北美東部，與世界人口稠密區(qū)和重要農(nóng)業(yè)區(qū)高度重疊；時(shí)間上，臭氧濃度在夏季達(dá)到峰值，與作物生長(zhǎng)季節(jié)重疊。2019年，探空觀測(cè)顯示，對(duì)流層臭氧仍以每年0.5%~2%的速率遞增，對(duì)流層臭氧的生存周期可達(dá)73天，這使得它們可隨大氣環(huán)流在大陸間進(jìn)行長(zhǎng)距離遷移。

二氧化硫

二氧化硫（SO2），無(wú)色有毒，具窒息性特臭?？諝庵凶罡呷菰S濃度為15毫克/米3。能溶于水、乙醇。與水及水蒸氣作用生成有毒及腐蝕性的蒸氣。能被氧化成三氧化硫。相對(duì)密度1.434（液體，0℃），熔點(diǎn)-75.5℃，沸點(diǎn)-10℃。

二氧化硫是主要的大氣污染物之一。主要來(lái)源于礦物質(zhì)燃燒，含硫礦石的冶煉，制取硫酸、磷肥等。全世界二氧化硫的人為排放量每年約為1.5億噸，礦物燃料燃燒產(chǎn)生的占70%以上。自然界產(chǎn)生的二氧化硫數(shù)量很少，主要是生物腐爛生成的硫化氫在大氣中氧化而成的。二氧化硫的排放90%以上集中在北半球的城市和工業(yè)區(qū)，造成了這些地區(qū)大氣污染問(wèn)題。大氣中二氧化硫濃度達(dá)5.4mg/m3（2百萬(wàn)分之一）以上時(shí)會(huì)刺激呼吸道，可使氣管和支氣管的官腔縮小。二氧化硫特別影響眼睛和呼吸道，嚴(yán)重會(huì)使受傷者由于化學(xué)性肺炎和肺水腫而失去生活能力。

氯化物

氯與電負(fù)性比它小的元素生成的二元化合物稱為氯化物，氯化物可以看作是鹵化物的代表。除稀有氣體和少數(shù)元素外，氯能與絕大多數(shù)的金屬和非金屬生成二元化合物。活潑金屬的氯化物（如NaCl、CaCl2等）為離子化合物，而非金屬氯化物為共價(jià)化合物。其它金屬氯化物隨著金屬離子極化力的增強(qiáng)，其分子逐漸由離子型向共價(jià)型過(guò)渡。相應(yīng)地，氯化物的晶體類型亦由離子晶體向分子晶體轉(zhuǎn)化，晶體的熔點(diǎn)、硬度以及在水中溶解度都隨之降低。

氯化物通常以氯氟碳化合物（CFCs）的形式排放，氯氟碳化合物被用作冰箱和空調(diào)的冷卻劑，也被用作生產(chǎn)絕緣泡沫材料的溶劑。氯氟碳化合物被風(fēng)吹到對(duì)流層，并逐漸滲透到平流層，在那里被紫外線分解。此外，氯甲烷（CH3Cl）作為海洋生物產(chǎn)生的有機(jī)化合物，在對(duì)流層中大部分被OH自由基分解，生成可溶性氯化物后又被降水清除。人類活動(dòng)產(chǎn)生的氟利昂，由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在對(duì)流層難以光解。氯化物用途廣泛，在實(shí)際中常配成溶液使用。氯化物還應(yīng)用在藥物檢查中，藥品標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)對(duì)外來(lái)陰離子的限度檢查稱為氯化物檢查法，該方法可以表征藥品的純度。

其他

懸浮顆粒是懸浮于大氣中呈固態(tài)、液態(tài)的微粒，主要來(lái)源于有機(jī)物燃燒的煙塵、揚(yáng)塵、火山灰塵、宇宙塵埃、植物花粉以及工業(yè)排放物等。大多數(shù)懸浮顆粒集中在大氣低層，大顆粒迅速降回地表，微細(xì)顆粒則通過(guò)大氣垂直運(yùn)動(dòng)可擴(kuò)散到對(duì)流層甚至平流層，并能在大氣中懸浮很長(zhǎng)時(shí)間。懸浮顆粒對(duì)太陽(yáng)輻射和地面輻射具有一定吸收和散射作用，影響著大氣溫度和濕度的變化。

在對(duì)流層中也經(jīng)常有放射成因的氣體，如氦和微量的，放射成因的氣體在巖石圈中放射蛻變形成時(shí)，從巖石圈流入大氣。由于比重大，各種放射性氣體主要分布在對(duì)流層的最下部各層，然而，氦是一種很輕的氣體，它很快地進(jìn)入大氣圈的上部，在那里氦的相對(duì)含量可能大大增加。

在對(duì)流層中還存在著碘，其在地表附近的含量每立方米約為1γ，每升高700米約減少一半。例如，在奧西平科（Осипенко），碘含量在每立方米中為52γ，在敖德薩（Одеса）每立方米中則為6γ。同時(shí)也確定，碘的含量隨著高度而劇烈減少，并與風(fēng)的方向有關(guān)，風(fēng)從海中吹來(lái)則碘的含量大，風(fēng)從相反方向吹則碘的含量小。這一點(diǎn)證明了碘主要是從水圈進(jìn)入大氣圈。

主要結(jié)構(gòu)

在對(duì)流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布的特點(diǎn)可將對(duì)流層分為下層、中層和上層。

下層又稱“擾動(dòng)層”或“摩擦層”，其范圍一般是自地面到2km高度處。隨季節(jié)和晝夜的不同，下層的范圍也有一些變動(dòng)，一般是夏季高于冬季，白天高于夜間。在該層里氣流受地面摩擦作用的影響較大，湍流交換作用特別強(qiáng)盛，通常隨著高度的增加，風(fēng)速增大，風(fēng)向偏轉(zhuǎn)。該層受地面熱力作用的影響，氣溫亦有明顯的日變化。由于該層的水汽、塵粒含量較多，因而，低云、霧、浮塵等出現(xiàn)頻繁。

中層是從下層頂?shù)郊s距地面6km處。中層由于摩擦作用的減弱，湍流運(yùn)動(dòng)減少，平流運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，大氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯得較簡(jiǎn)單清楚，基本表示整個(gè)對(duì)流層空氣的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。大氣中主要天氣現(xiàn)象如云和降水主要發(fā)生在這一層。

上層的范圍是從6km高度伸展到對(duì)流層的頂部。這一層受地面的影響更小，氣溫常年都在0℃以下，水汽含量較少，各種云都由冰晶和過(guò)冷水滴組成。在中緯度和熱帶地區(qū)，這一層中常出現(xiàn)風(fēng)速等于或大于30m/s的強(qiáng)風(fēng)帶，即所謂的急流。

大氣邊界層內(nèi)的空氣微團(tuán)所受的作用力隨高度變化呈現(xiàn)出不同特征，根據(jù)厚度不同可劃分為黏滯副層、近地層（常通量層）和埃克曼層（上部摩擦層）三層。

黏滯副層是緊貼地面的一個(gè)薄層，其內(nèi)部的分子黏滯力遠(yuǎn)大于湍流切應(yīng)力，分子擴(kuò)散過(guò)程占支配地位。該層典型厚度一般在數(shù)厘米之內(nèi)，因此對(duì)于絕大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題而言，其影響較小。

近地層是指從黏滯副層以上50~100m的大氣層，層內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出明顯的湍流特性，湍流摩擦力和氣壓梯度力起主要作用，科里奧利力可以忽略不計(jì)，流輸送占主導(dǎo)地位。近地層內(nèi)風(fēng)速隨高度的增加而增大，但風(fēng)向幾乎不隨高度變化；物理量通量的垂直輸送幾乎不隨高度變化，因此也被稱為常通量層。

?？寺鼘樱ㄉ喜磕Σ翆樱┦侵附貙右陨?~1.5km的大氣層，層內(nèi)湍流黏滯力、科氏力和氣壓梯度力同等重要，各物理量垂直梯度遠(yuǎn)大于水平梯度，層內(nèi)風(fēng)向和風(fēng)速隨高度的變化遵循?？寺菥€規(guī)律。

主要特征

氣溫

由于對(duì)流層大氣的主要熱源是地面長(zhǎng)波輻射，因此氣溫會(huì)隨高度升高遠(yuǎn)離熱源而逐漸下降。大氣溫度隨高度增加而降低，平均每上升100m氣溫下降約0.65℃，離地面越高受熱越少，氣溫就越低。

氣壓

在對(duì)流層，高度升高，氣壓以近似指數(shù)函數(shù)方式降低。在不同高度范圍，氣壓降低的幅度不同。例如，0~1000m之間，氣壓降低的幅度是85.9mmHg；1000~2000m之間，77.9mmHg；2000~3000m之間，70.4mmHg。即氣壓在低層降低較多，在高層降低較少。大氣壓隨高度升高而降低的規(guī)律大致是高度每增加5000m，大氣壓約降低原來(lái)數(shù)值的1/2。例如在5500m高度，氣壓約為地平線值（760mmHg）的1/2（378.7mmHg）；10000m處約為5000m處的1/2（198.3mmHg），即海平面值的1/4。

氣流運(yùn)動(dòng)

在對(duì)流層中，靠近地表面的大氣因?yàn)槭軣岫?，體積膨脹而上升，上層空氣變冷，體積縮小而下降，使得對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。此外，由于地球表面陸地和海洋分布不均勻，再加上不同緯度接收的太陽(yáng)輻射以及地形的差別，所以在對(duì)流層中，特別是在對(duì)流層的下層中存在著大氣的垂直對(duì)流和水平對(duì)流，空氣發(fā)生強(qiáng)烈的混合。整個(gè)大氣層約有四分之一的質(zhì)量集中在對(duì)流層里，其中有大規(guī)模的氣流運(yùn)動(dòng)，所有的氣候現(xiàn)象，如風(fēng)、雨、雷、霧、雪等都發(fā)生在對(duì)流層里。

常見(jiàn)現(xiàn)象

延遲誤差

對(duì)流層延遲一般泛指非電離層大氣對(duì)電磁波的折射。非電離層大氣包括對(duì)流層和平流層，大約是大氣層中從地面向上50km部分。由于折射的80%發(fā)生在對(duì)流層，所以通常叫作對(duì)流層折射，該部分大氣層引起的誤差通稱為對(duì)流層延遲誤差。對(duì)流層誤差是由水汽、空氣等形成的介質(zhì)引起，無(wú)線電波在介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播速度將減慢，并且會(huì)發(fā)生折射。

對(duì)流層大氣對(duì)大約15GHz的射電頻率呈中性，信號(hào)傳播產(chǎn)生的非色散延遲使電磁波傳播路徑比幾何距離長(zhǎng)，因而這一延遲通常叫作過(guò)剩路徑長(zhǎng)度（excesspath length）。由對(duì)流層折射引起的過(guò)剩路徑長(zhǎng)度，即信號(hào)的光學(xué)路徑長(zhǎng)度L與幾何距離R之差，可表示為。對(duì)流層延遲誤差通常也可表示成天頂方向的對(duì)流層折射量ΔDz與同高度角有關(guān)的映射函數(shù)M（E）之積。對(duì)流層延遲的90%是由大氣中干燥氣體引起的，稱為干分量；其余10%是由水汽引起的，稱為濕分量。由于對(duì)流層延遲由干、濕分量組成，對(duì)流層延遲也常用天頂方向的干、濕分量和相應(yīng)的映射函數(shù)表示為。

逆溫現(xiàn)象

在對(duì)流層里，溫度隨高度升高一般是呈降低狀態(tài)，但有時(shí)也可在某一層次發(fā)生溫度隨高度升高而增加，這就是所謂的逆溫現(xiàn)象，具有逆溫的氣層稱為逆溫層。根據(jù)空氣穩(wěn)定度，逆溫層是屬于穩(wěn)定的大氣層，因此逆溫層將大大阻止大氣中對(duì)流的發(fā)展。它對(duì)天氣有一定的影響。常見(jiàn)的逆溫現(xiàn)象按成因可分為輻射逆溫、平流逆溫、下沉逆溫、湍流逆溫、鋒面逆溫等。

由地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，稱為輻射逆溫。在晴朗無(wú)云的夜間，地面輻射冷卻很快，貼近地面的氣層也隨之降溫。由于愈近地表受地面的影響愈大，所以愈近地面的氣層降溫愈多，因而在近地面氣層便形成逆溫。再加上微風(fēng)吹拂，逆溫層可向上逐漸擴(kuò)展，日出以后，由于太陽(yáng)輻射給地面很快增溫，于是逆溫就逐漸消失。

輻射逆溫在大陸上常年可見(jiàn)，在中緯度地區(qū)以冬季最強(qiáng)，厚度可達(dá)200-300米，有時(shí)還可更厚。在高緯地區(qū)的冬季，有時(shí)可形成厚度達(dá)2-3公里的逆溫層，在白天也常常不消散。

由于暖空氣平流到冷的地表上而形成的逆溫，稱為平流逆溫。當(dāng)暖空氣移動(dòng)到冷地表上時(shí)，底層空氣受地表影響降溫較多，上層空氣降溫較少，于是就形成了逆溫。地面與暖空氣的溫差愈大，逆溫層愈強(qiáng)。冬季，當(dāng)海上暖空氣流到大上陸時(shí)，常會(huì)形成平流逆溫。

由于空氣下沉壓縮增溫而形成的逆溫，稱為下沉逆溫，又稱壓縮逆溫。當(dāng)氣層從高空下沉到低空時(shí)，氣層的面積擴(kuò)大，厚度變小，結(jié)果氣層頂部下沉的距離比底部大，所以頂部空氣的絕熱增溫要比底部多。如果下沉距離較大，就有可能使頂部的溫度高于底部，形成逆溫。下沉逆溫多見(jiàn)于高壓區(qū)內(nèi)，范圍較廣，厚度也較大，一般可達(dá)幾百米。

由于湍流混合作用前形成的逆溫，稱為湍流逆溫。在湍流混合層中，由于湍流混合作用，空氣上下翻滾，上升的空氣按干絕熱直減率降溫，下降的空氣按干絕熱直減率升溫，于是使得湍流混合層內(nèi)的溫度層結(jié)（溫度隨高度的分布）趨向于干絕熱直減率。由于大氣通常是r

鋒面上產(chǎn)生的逆溫稱為鋒面逆溫。鋒面是冷暖空氣（團(tuán)）的交界面，它傾斜于冷空氣一側(cè)，且暖空氣在上，冷空氣在下。當(dāng)冷暖空氣的溫度差較大時(shí)，就可以出現(xiàn)逆溫。

對(duì)流層臭氧污染

臭氧是地球大氣中重要的組成部分，在10~30km的平流層內(nèi)集中了約90%臭氧，僅有約10%的臭氧分布在對(duì)流層中。對(duì)流層臭氧通過(guò)吸收地氣系統(tǒng)的長(zhǎng)波輻射，對(duì)大氣產(chǎn)生加熱作用，從而成為了重要的溫室氣體，同時(shí)對(duì)流層臭氧由于可以引發(fā)城市光化學(xué)煙霧而成為污染氣體。

2015年，全球?qū)α鲗映粞鯘舛燃s為31ppb，對(duì)流層臭氧的高值區(qū)主要分布在亞洲、北太平洋和北美東部，與世界人口稠密區(qū)和重要農(nóng)業(yè)區(qū)高度重疊；時(shí)間上，臭氧濃度在夏季達(dá)到峰值，與作物生長(zhǎng)季節(jié)重疊。2019年，探空觀測(cè)顯示，對(duì)流層臭氧仍以每年0.5%~2%的速率遞增，對(duì)流層臭氧的生存周期可達(dá)73天，這使得它們可隨大氣環(huán)流在大陸間進(jìn)行長(zhǎng)距離遷移。Vingarzan預(yù)測(cè)2040年全球臭氧濃度將達(dá)到35~48ppb，這可能導(dǎo)致全球作物減產(chǎn)20%，普通人群花粉癥發(fā)病率提高約37%，由此可見(jiàn)，不斷上升的臭氧濃度及其對(duì)植物和人體的危害，已經(jīng)成為全球科學(xué)家和公眾密切關(guān)注的重要問(wèn)題。

臭氧對(duì)人體健康的危害主要是強(qiáng)烈刺激呼吸道，造成肺功能改變，引起氣道反應(yīng)和氣道炎癥增加、哮喘加重等，一般認(rèn)為老人與兒童對(duì)臭氧更為敏感。很多植物對(duì)臭氧比較敏感，在60μg/立方米濃度下暴露8小時(shí)，或在200μg/m3濃度下暴露1小時(shí)，植物葉面可出現(xiàn)點(diǎn)彩狀和青銅色傷斑。臭氧對(duì)建筑材料、衣物及其他物質(zhì)材料等有損壞作用，如加速橡膠和塑料老化，使紡織品褪色等。

主要人類活動(dòng)

人們常見(jiàn)的日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)都在對(duì)流層中進(jìn)行。對(duì)流層的最低層，即離開(kāi)地面只有幾十米的近地氣層，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著特別要的意義，農(nóng)業(yè)生物的生長(zhǎng)發(fā)育以及人們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)都在這一層次里進(jìn)行。此外，對(duì)流層與人類的通訊活動(dòng)也密切相關(guān)，在散射通信、超視距傳輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩?/p>

散射通信

由于空氣溫度、濕度、壓力等的變化，在對(duì)流層中存在許多渦狀氣團(tuán)，它們的介電常數(shù)和折射指數(shù)是不均勻的，這些渦狀氣團(tuán)（湍流團(tuán)）稱為不均勻體（直徑多在60米以下），當(dāng)電波照射到這種不均勻體時(shí)，將產(chǎn)生折射、反射和散射，利用對(duì)流層的這種散射作用所進(jìn)行的通信，稱為對(duì)流層散射通信。

由于散射通信具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾、抗偵聽(tīng)等優(yōu)點(diǎn)，一直受到西方各軍事強(qiáng)國(guó)的重視，已經(jīng)成為軍用通信中不可缺少的手段。作為通信領(lǐng)域內(nèi)最有個(gè)性的成果，散射通信可以無(wú)視高山、湖泊的分隔，在相距數(shù)百公里的用戶間進(jìn)行通信，這種超視距的特點(diǎn)特別適合軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，使之成為除衛(wèi)星通信外最受軍用通信關(guān)注的手段。

對(duì)流層散射通信系統(tǒng)已經(jīng)成為美國(guó)軍隊(duì)全球戰(zhàn)略通信網(wǎng)的重要組成部分，而在戰(zhàn)術(shù)通信層面，輕型戰(zhàn)術(shù)散射通信系統(tǒng)可以為美空軍提供節(jié)點(diǎn)間干線數(shù)據(jù)傳輸。在俄羅斯，散射通信占所有軍事通信的30%~40%。英國(guó)軍方也已經(jīng)裝備了最新一代的戰(zhàn)術(shù)散射通信系統(tǒng)，是松雞戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的重要組成部分，單跳距離可達(dá)250km。同樣，法國(guó)也裝備了多種戰(zhàn)術(shù)散射通信系統(tǒng)，單跳通信距離達(dá)到200km，廣泛用于其里達(dá)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)。

超視距傳輸

超視距傳輸是指通過(guò)環(huán)境媒質(zhì)的繞射、散射、反射傳播機(jī)制或者中繼站轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，將電磁信號(hào)發(fā)送至發(fā)射天線相對(duì)地球曲率或者地形地物為基準(zhǔn)的水平視線以下的區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)對(duì)地形地物遮擋區(qū)域的覆蓋，對(duì)流層超視距傳輸是指通過(guò)對(duì)流層環(huán)境媒質(zhì)大氣折射指數(shù)特殊的不均勻連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)或者不均勻“離散”界面結(jié)構(gòu)，通過(guò)折射、散射、反射傳播模式，實(shí)現(xiàn)的超視距傳輸。

對(duì)流層超視距通信、主動(dòng)雷達(dá)等合作收發(fā)端無(wú)線電子系統(tǒng)，與對(duì)流層超視距被動(dòng)定位等非合作收發(fā)端，從理論上講都是基于對(duì)流層大氣“邊界結(jié)構(gòu)的超視距傳播的工程應(yīng)用，但是其本質(zhì)而言存在明顯的差別，對(duì)流層超視距非合作收發(fā)端系統(tǒng)比對(duì)流層超視距合作收發(fā)端系統(tǒng)更加復(fù)雜。

對(duì)流層超視距通信由于收發(fā)端信息已知，只需要借助“邊界結(jié)構(gòu)”作為中繼媒質(zhì)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳播即可，因此沒(méi)有必要深入、實(shí)時(shí)了解“邊界結(jié)構(gòu)”特征，只需要在鏈路預(yù)算時(shí)按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律給出發(fā)射功率余量即可，實(shí)際通信應(yīng)用場(chǎng)景下，主要關(guān)心鏈路衰落統(tǒng)計(jì)特征，基于衰落統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行抗衰落即可，對(duì)于對(duì)流層超視距主動(dòng)雷達(dá)，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)已知、可控，在實(shí)際工程中可以通過(guò)對(duì)回波信號(hào)和雷達(dá)發(fā)射信號(hào)以及目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，進(jìn)行信道估計(jì)獲得媒質(zhì)信道的特征參數(shù)。

相對(duì)于對(duì)流層超視距合作收發(fā)端系統(tǒng)，對(duì)流層超視距非合作收發(fā)端系統(tǒng)需要通過(guò)對(duì)流層媒質(zhì)被動(dòng)接收非合作信號(hào)的同時(shí)，借助接收信號(hào)分析、識(shí)別、定位發(fā)射端信號(hào)、輻射源特征，所以，對(duì)流層超視距非合作收發(fā)端系統(tǒng)，需要甄別所接收信號(hào)的具體傳播模式以及實(shí)現(xiàn)這種傳輸模式的媒質(zhì)特性。

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