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汉景帝阳陵之谜（第2页）

5．外逸层。热层顶以上的大气统称为外逸层，又叫外层。它是大气的最高层，高度最高可达到3000公里。这一层大气很稀薄，受地球引力场的约束很弱，一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其他分子的阻力逃逸到宇宙空间中去。宇宙火箭探测资料表明，地球大气圈外还有一层极其稀薄的电离气体，其高度可伸延到2．2万公里的高空，称之为地冕。地冕是地球大气向宇宙空间的过渡区域，被形象地比为地球的“帽子”。

此外，按大气的化学成分，以距海平面90公里高度为界，界限以下的大气是均匀混合的，各种成分的相对比例不随高度变化，这一层叫均质层。界限以上各种成分的相对比例则随高度升高而变化，较轻的气体如氦气、氢气等越来越多，大气不再是均匀混合的了，因此这一层叫非均质层。如果按照大气的电离特性，大气圈要分为中性层（非电离层）、电离层和磁层。在海平面以上60公里以内的大气，一般情况下很少有带电粒子存在，所以叫中性层。在60公里以上至1000公里的高度，大气在太阳紫外线的作用下，成分开始电离，形成大量的正、负离子和自由电子，故称电离层。在300公里高度，电离层中的电子浓度达到最大值，平均每1000个分子中有1个被电离，即电离度为1‰，每立方米的电子浓度约为1011个。

按照电子密度的大小，电离层自下而上又可分为D层（60-90公里）、E层（90-140公里）、F层（140-500或1000公里）。电离层的各层可以反射不同波长的电磁波，对无线电通信很重要。

从500-1000公里处开始向上则是地球的磁层。在1000公里上下，大气以氧为主；到2400公里上下，是以氦为主；再往上，则主要是氢；在3000公里以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。磁层中已经不存在气体分子了，而是由原子和它的电离物组成，密度极低，并同时受到来自太阳的高能粒子（太阳风）和地球磁场的影响。

最近，一个关于电离层的消息引起人们的关注。英国南极考察队的科学家们在研究了1958年南极上空进行的某一特定波长的电磁波反射实验后发现，现在同样的无线电波被反射回地面所用的时间比40年前缩短了。这种现象只能说明电离层的高度下降了8公里。据英国南极考察队发言人马丁?贾维斯（MartinJarvis）称，这是由人类活动造成的大气层变化的新信号：人类活动造成的地球低层大气升温，引发了高层大气温度和压力下降，使得高层大气更加接近地球表面。

三

（一）大气活跃的气流运动

人们过去曾认为对流、湍流（流体的无规则或随机变化的运动）等大气现象只发生在对流层，即发生在海拔8-10公里高度的区域，但现在发现这些现象也可在100公里高的区域发生。在热层中，波长低于200纳米的紫外辐射被吸收而将大气层加热。虽然被吸收的能量很少，但由于空气非常稀薄所以已经足够产生高温。因为我们知道，气体的温度实际上是指气体分子运动的能量大小。由于热层的大气十分稀薄所以总能量很少，也就是说虽然其温度很高，但传递给一个物体的热量却是微不足道的。

平流层的臭氧可以吸收99％以上的波长在200—300纳米的紫外线。该波段的紫外线可以对地球上的生物产生致命的危害。正是由于臭氧层的存在才保护了地球上的生命免受太阳紫外辐射的伤害。这些被吸收的能转换成热能，这就解释了平流层的温度随高度递增的原因。

由于太阳辐射对平流层和中层大气起到加热的作用，而地球的南极和北极地区各有半年整日受到太阳照射或完全没有阳光，所以该区域上空的平流层和中层大气会形成暖中心或冷中心。在北半球，北极地区夏季为暖中心，温度自北向南递减，而冬季则为冷中心，温度自南向北递减，这样就产生了温度差和压力差。在压力的作用下，大气将向北极运动，由于地球自转的影响就形成了环绕北极的环流。北半球的冬季为一个强大的西风环流，而夏季则为相反的东风环流。南半球的情况也与此类似。

（二）调皮的“圣婴”与“小女孩”

在1998年，地球气候极为异常。从那时起，“厄尔尼诺”开始被大众所熟悉。

那一年，暴风雨连续数月袭击了美国加利福尼亚；印度尼西亚遭受了罕见的森林火灾，整个东南亚上空被烟尘笼罩；秘鲁沿岸鱼类储量骤跌，危及了海豹、海狮、企鹅以及海鸥和燕鸥等海鸟的生存；墨西哥的熊熊大火烧焦了珍贵的云雾林；中国长江流域发生了百年不遇的洪涝灾害。与此同时，科学家观察到南极上空的臭氧层空洞也创了纪录，9月下半月，臭氧层空洞面积达到2500万平方公里，等于欧洲面积的2．5倍。

这次臭氧层空洞面积扩大似与大气温度有密切关系。南极比常年更冷，妨碍了臭氧层空洞的自然“愈合”，因此南半球的有害太阳辐射有增加的危险。美国航空航天局专家保罗?纽曼（PaulNewman）说：“今后几年仍将继续产生这样大和这样深的空洞，而限制破坏臭氧层的种种努力如同用空气净化器来使体育馆内的空气循环一样重要。”

据美国国家海洋大气局（NOAA）的测定，1998年前8个月是1880年以来同期最热的8个月。这种异常在一定程度上是受到了“厄尔尼诺”的影响。

“厄尔尼诺”是西班牙语“EINino”（圣婴）的译音，指热带太平洋东部和中部海温异常和持续变暖。1998年的厄尔尼诺现象使该海域的海水温度比正常情况下高了约4-5℃。正是这种异常导致了地球大气的**造成了气候异常。

“拉尼娜”是西班牙语“LaNina”（小女孩）的译音。它与厄尔尼诺现象相反，指的是热带太平洋东部和中部的海温异常和持续地变冷。1998年6月开始，一次拉尼娜现象开始酝酿，到了11月，该海区的海温比正常低了约1-2℃，与年初厄尔尼诺成熟期时的海水温度形成强烈对比。拉尼娜同样会引起气候异常，但结果与厄尔尼诺相反。

厄尔尼诺与拉尼娜是交替发生的，转变时间约为4年。最近10年，科学家们开始致力于研究海洋与大气错综复杂的关系，使人们有可能了解这种不规则天气振**的机理，以及对全球气候的影响。虽然气象学家长期以来都利用全球大气的观测资料做每天的天气预报，但是全世界海洋的许多地方相对缺少资料的问题，直到太平洋中出现自动观测的定点浮标列阵和人造卫星才得到解决。

根据太平洋大气、海洋和太阳观测资料，科学家预测，本世纪第一次中等强度的厄尔尼诺现象将于2002年4、5月发生。目前，海洋和大气环流一致呈现厄尔尼诺发生的前期特征。同时，根据太阳活动变化规律与厄尔尼诺关系的研究，科学家预测2002年到2008年将是厄尔尼诺现象的多发期，预计将发生3次厄尔尼诺现象。

四

（一）大气的全球循环

由于地球不同区域受到的太阳辐射强度不同，低纬度地区比高纬度地区受热多，因而低纬度大气比高纬度大气温度高。这种温度差异导致了大范围的大气运动，称为大气环流。

在对流层上层或平流层存在强而窄的气流，称为急流。它一般长几千公里，宽几百公里，厚几公里。在急流中心，风速下限为每秒30米，一般情况下中心风速为每秒50—80米，有时可达每秒100—150米。急流是第二次世界大战末期由美国飞行员首次发现的，当时他们在日本上空的对流层顶附近遇到一股高速气流，难于航行。对每个半球而言，都至少存在两股急流：极锋急流和副热带急流。

许多学者认为急流对整个大气环流起着发动机的作用。急流将低纬度地区的暖空气推向高纬度，将极地的冷空气输向低纬度地区。这一运动导致在赤道地区的空气下沉，极地地区的空气上升，这就在对流层下部造成中纬度地区的旋涡，包括气旋（或称低压系统）和反气旋（或称高压系统）。

（二）不断运动着的空气

人类真正科学地研究大气是从意大利物理学家伊万杰利斯塔?托里拆利（1608—1647）开始的。他说：“我们生活在大量空气的底部，根据不容置疑的经验我们知道这种空气是有重量的。”1643年，他完成了著名的托里拆利实验，推算出在海平面上的空气产生的压强相当于76厘米水银柱（1．034公斤）。接着，法国科学家布莱斯?帕斯卡（1623—1662）重复了该实验，于1648年说服姐夫佩里埃带着一个气压计登上高约1．5公里的多姆山。他们发现气压随高度是递减的，从此人们知道：空气越往上越稀薄，它只存在于一个有限的范围里，并不是无限延伸的。

由于大气不同位置压力的差异导致空气从一处向另一处移动。靠近地表的空气从高压区向低压区移动，但在高空则相反。我们一般感觉到的风就是接近地面的空气在流动。沿海岸，特别在夏季，由于受热不同使陆地和海洋间气温不同，导致气压不同，引起称为微风的空气流动。由于白天陆地温度比海洋高，气温比海洋空气更暖，所以陆地形成一个低压区，而更轻的暖空气则会上升。为了取代上升的暖空气，海上一股凉爽气流就会向陆地运动，陆地上暖空气上升到了一定高度就会膨胀并向海洋移动。这样就形成两股气流，一股是从陆地吹向海洋的上层气流，一股是从海洋吹向陆地的下层气流。下层气流是使海岸凉爽的海风。当太阳落山后，陆地温度比海水凉得快。经过短时间的平静或无风之后，就会出现和白天相反的现象，地面上的凉爽气流从陆地吹向海洋，形成陆风。类似的情况也发生在较大的湖泊和山区，高山上的空气变热和变凉的程度都比山谷大，这样在白天，谷风就从山谷吹向高山；在夜间，山风就从高山吹向谷地。微风是周期风，也就是定期（每天）变换风向。这种现象在更大范围内形成了按照季节变化的季风，如印度洋季风和东亚季风——在夏季，季风从海洋吹向陆地（印度、东亚），到了冬季从陆地吹向海洋。

假如地球没有自转，地表气压应是赤道最小两极最大，沿地表的气流运动应从高压区到低压区，与等压线（连接压力相同点的曲线）垂直，那么气流应沿经线运动。但实际上情况并非如此，最主要的原因是地球自转。由于地球的自转效应，在地球表面运动的物体好像都受到一种力的作用而偏离原来的直线轨道。这实际上是一种虚拟力，它是地球在物体下面移动而使人产生的错觉。最早发现这种现象并加以研究的是加斯巴德?科里奥利（1792—1843），故这种力被称为科里奥利力。他指出，这种力使运动中的物体偏离原有的运动方向：在北半球将偏右，在南半球则偏左。科里奥利力的存在说明了一个气流在压力差的推动下开始垂直于纬线运动，然后又偏离方向向右（北半球）或向左（南半球）运动，直至与纬线平行的原因。