大气是地球上一切生命赖以生存的气体环境。一个成年人每天大约要呼吸10-12m“空气，其质量约为每人每天摄取食物的10倍，饮水的3-4倍。充足洁净的空气对人类健康是不可缺少的。大气层的重要性还在于吸收来自太阳和宇宙空间的大部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞。同时，大气层是地球维持热量平衡的基础，为生物创造了一个适宜的温度环境。

一、大气的组成

大气是由多种气体组成的混合气体。大气的总质量为5.14×10¹⁸kg。另外，大气中还含有少量的悬浮固体颗粒和液体微滴。大气中除去水汽、液体和固体杂质外的混合气体称为“干洁大气”，即干燥清洁的空气。干洁大气的组成包括的主要成分是氮、氧、氢三种气体，占大气总体积的99.99%（体积分数），加上二氧化碳后，则占大气总体积的99.996（体积分数）。次要成分主要是稀有气体，还有微量的有毒气体（NO、NO2、O3、CO、SO2、H2S)。这些有毒气体的天然本底值一般小于百万分之一。在90km以下的大气层中，空气密度是随高度的增加而减小的，但大气中的主要成分的组成比例却几乎没有变化。

由于空气的垂直运动、水平运动以及分子扩散，使得干洁空气的组分比例直到距地面90~100km的高度还基本保持不变，因此可将其视为大气中的恒定组分。其主要原因是氮气和稀有气体的性质不活泼，而自然界中由于燃烧、氧化、岩石风化、呼吸、有机物腐解所消耗的氧基本上又由植物光合作用释放的氧所补偿。

大气中的水汽含量随时间、地域、气象条件的不同而变化。水汽在干旱地区可低到0.02%，而在温湿地带可高达6%。大气中的水汽含量虽然不大，但对天气变化却起着重要
的作用，因而也是大气中的重要组分之一。

悬浮微粒是指由于自然因素而生成的颗粒物，如岩石的风化、火山爆发、宇宙落物以及海水溅沫等。无论是悬浮微粒的含量、种类，还是化学成分都是变化的。

根据上述组分含量可以很容易地判定大气中的外来污染物。若大气中某个组分的含量远远超过上述标准含量时，或自然大气中本来不存在的物质在大气中出现时，即可判定它们是大气的外来污染物。在上述各个组分中，一般不把水分含量的变化视为外来污染物。

二、大气层的结构

大气层的结构是指气象要素的垂直分布情况，如气压、气温、大气密度和大气组成等，其厚度大约为1×10⁴km。由于受地心引力的作用，大气层中的大气分布是不均匀的，海平面上的大气最稠密，近地层的大气密度随高度增加而迅速变小，大气气温也随其与地面的垂直高度变化而改变。

根据1962年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通过国际大地测量和物理联合会（IUGG）所建议的分层系统，即根据大气温度随高度垂直变化的特征，将大气层分为对流层、平流层、中间层、热层和逸散层。

1．对流层

对流层是大气的最底层，它的厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近，对流层厚度为16~8km；在中纬度地区，对流层厚度为10~12km；在两极附近，对流层厚度为8-9km。而且对流层厚度，夏季较厚，冬季较薄。对流层的特点有如下几条。

①对流层中，底层的空气受热不均匀时，因气团受热膨胀上升、冷却收缩下沉的原因，出现气体的对流运动。对流强烈时，气体垂直上升速度可以达到30-40m/s。这样，可以使对流层上下的空气发生交换。这样的对流运动使污染源排放到大气中的污染物可以传输到远方，而且由于分散作用，使污染物的浓度下降。

②气温随垂直高度的增大而降低，大约每上升100m，温度下降0.65℃。

③对流层平均厚度为10~12km，仅为大气层厚度的1%，但其空气密度很大，对流层空气质量为大气层总质量的75％，而且几乎所有的水蒸气都集中在对流层。

④对流层受地球表面的影响最大，存在着强烈的垂直对流作用和较大的水平运动。随着空气的上下对流和水平移动，雨、雪、云、雾、雹、霜等主要的天气现象和过程都发生在对流层。在对流层的靠近地面的1-2km的近地层（亦称摩擦层或边界层），由于受地形、生物的影响，局部空气现象更是复杂多变，也是大气污染物活跃的区域。

2．平流层

平流层是对流层以上到距地面大约50km的大气层。在25km以下的底层，随垂直高度的增大，气温几乎保持不变，称作等温层。从25km高度开始，随垂直高度的增大，气温逐渐升高，到平流顶层，温度可接近273.15K，称作逆温层。在高约15~35km的范围内，有厚约20km的一层臭氧层。在离地表20.30km处，臭氧的浓度最大。平流层的特点有如下几条。

①在平流层内，由于存在上热下冷，使上部气体的密度小于下部气体的密度，空气垂直对流运动很小，只能随地球自转而产生平流运动。

②由于臭氧层能强烈地吸收太阳紫外辐射而分解为氧原子和氧分子，而当它们重新化合为臭氧分子时，又释放出大量的热能，使平流层上部的大气温度明显上升。同时，臭氧层吸收了危害生命的大部分太阳紫外辐射，充当了地球生命的保护伞。

③进入平流层的污染物扩散速率较慢，停留时间较长，有的可达数十年。污染物会因平流运动在大气圈内形成一层薄层，使污染物蔓延分布在全球。

④没有对流层中的那些云、雨、风暴等天气现象，大气透明度好、气流稳定，现代超音速飞机多在平流层底部飞行。

3．中间层

中间层是平流层顶以上距地面约80km高度的一层。其显著特点是气温随高度的增加而降低，在中间层顶部温度可降到190.15~160.15K。这种温度分布下高上低的特点，使得中间层空气有强烈的垂直对流运动，垂直混合明显。在60km高度以上，受阳光照射，大气分子开始解离。

4．热层

热层（又称暖层）是中间层顶以上距地球表面大约800km高度的一层。该层的下部主要由分子氮所组成，而上部是由原子氧所组成。由于太阳和宇宙射线的作用，热层中大气的垂直温度分布特征与平流层相似，其温度随高度增加而急剧上升，顶部可达到1000K以上。

同时热层中的气体分子大都被解离，存在着大量的离子和电子，故热层也称为解离层。解离层能将地面发射的无线电波返回地面，对全球的无线电通信具有重要意义。

5．逸散层

逸散层距地面在800km以上，是大气层的最外层，也称为外层。因为其远离地面，空气极为稀薄，气温高，气体分子受地球引力极小，因而大气质点会不断地向星际空间逃逸。逸散层也是从大气层逐步过渡到星际空间的一层，可以看作地球大气与外太空的交界区域。