主题：【原创】杂谈全球变暖 -- 快乐是什么

三．地球大气

回到地球上来。地球大气的观测已经有很多年了，简单地说，空气的成分非常简单，主要是氮气和氧气（99%），其次是惰性气体（近1%），剩下是二氧化碳和水蒸汽，漂浮的尘埃，以及微量的甲烷、臭氧以及CFC等。其中，氮气和惰性气体基本上是打酱油的，与我们关系不大，氧气在大气辐射中也不重要，二氧化碳、水蒸汽和甲烷是最重要的温室效应气体，即对太阳光基本没有影响，但会强烈吸收大气长波辐射。

根据温度分布特征，大气层可以分成５层，其中和我们日常生活关系最密切的是对流层和平流层。

对流层是从地表到10-20公里高空的气层，其主要特征就是越高越冷。关于这一点，领导同志最了解，早年时几乎所有的避暑胜地都在山上，当年老蒋就很喜欢庐山，没事就弄个培训班，老毛当年开庐山会议的初衷是要开神仙会，让大家放松的，没想到有人越凉快越折腾，惹出一大堆事来。此外，大家拍照时最喜欢的雪山和飞行员厚厚的飞行服也是越高越冷的典型例子。

为什么越高越冷呢？有几个原因：

１． 大气主要是靠地表加热的，大气本身对太阳光的吸收在底层相对较弱，太阳光把地表晒热后，贴近地面的大气也被加热，热传导必然形成一个梯度；

２． 大气的热传导能力其实很差，热量向上的传导主要靠的是质量交换，或者说是气体的垂直运动。具体说，底层的热气团被加热后，就会膨胀、变轻（密度），随后上浮，就和煮水时的原理一样，从而把热量带到高层；

３． 大气层由于地球引力的原因，总是低层更密，或者说压强更高，所以当热气团上升时，气团由于压强变小，一定会膨胀，而热力学告诉我们，气体膨胀时，温度会降低，所以，热气团本身也会随着变冷；

４． 大气的长波辐射一直发生，但与热传导一样，首先是并不改变原有梯度，其次是在底层不太重要。

由于上述原因，大气温度随高度的变化是和压强变化密切相关的，从而几乎是可以精确预测的，基本上是高度每上升１００米温度就降低０．６摄氏度左右。所有观测都与理论符合的很好，云层形成的理论也很清晰。由于这里的温度分布主要由空气的上下对流决定，所以就叫对流层。大气的主要质量集中在对流层，绝大部分天气现象也发生在对流层，像是漂亮的云朵、浪漫的小雨、漫天的雪花、有趣的冰雹，还有不太好玩儿的狂风、雷电等等。

如果对流层一直持续下去，那事情就比较简单，但是，当空气对流到一定高度，大气自身的辐射吸收开始起作用了，特别是由于臭氧的存在（臭氧在大气中会自然分解，其产生主要靠紫外线照射氧的光化作用和高空闪电，所以低层较少）。臭氧在太阳光能很强的紫外区域有很好的吸收性，等于是在空中放了个电热器，结果，空气温度居然开始越高越热了！由于热空气在上边，低处的空气反而更冷更重，上下对流就失去了动力，所以气层比较平静，主要以横向运动为主，这就是平流层。平流层底部常有一些拉丝的卷云，白天不容易看出来,但在夕阳西下时非常美丽。另外与大家的关系就是在做越洋飞行时（去美国赞助帝国主义消费或是回伟大祖国腐败），飞机一般会在平流层，所以大家会发现窗外一片深蓝色，阳光也比较刺眼，上面几乎没有云层。顺便说一句，由于这里的太阳光还没有经过臭氧的彻底处理，紫外线比较多一些，对ＭＭ细嫩的皮肤威胁会很大。

上述知识主要属于大气物理的范畴，有很复杂的数学模型来模拟和解释这些现象，大家每天看到的天气预报常常就是这些模型的成果。再多嘴一下，大气物理学家经常很反感被称为气象学家，因为天气预报的准确性实在让严肃的科学家汗颜。个人看法，大气物理是一门科学，而气象预报则是艺术，与其说是科学家，气象学家更像是工程师。不想挑拨离间，乱说呵。

再拉回来。那么，这些大气物理的常识为什么会和气候挂上钩呢？

（再去喝水）

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总