Наиболее часто атмосферу по вертикали делят на слои по значению вертикального градиента температуры. По этому признаку в атмосфере выделяется пять основных слоев-сфер: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Между ними имеются небольшие по толщине переходные слои-паузы: тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза (рис. 2).

Тропосфера - нижний слой атмосферы, прилегающий непосредственно к земной поверхности. Высота ее в высоких широтах 6-7 км; в средних - 10-12 км в тропиках - 17-18 км.

Рис. 1.1. Строение атмосферы

Характерной особенностью тропосферы является уменьшение температуры с высотой: в среднем она понижается на 0,66 К на каждые 100 м. Но в тропосфере встречается и слои, в которых температура с высотой не меняется или даже растет. Эти слои называется изотермическими и инверсионными - соответственно.

В тропосфере образуется туманы, облака, осадки, так как здесь содержится почти весь водяной пар.

Тропопауза - переходный слой к стратосфере, характеризуется изотермией. Ниже тропопаузы наблюдается максимальные скорости ветра в виде струйных течений. Высота тропопаузы испытывает периодические (сезонные и суточные) и непериодические колебания, связанные с похолоданиями и потеплениями в тропосфере.

Стратосфера (11-50 км) - слой над тропосферой, в котором температура на высоте до 25 км постоянная, а выше и до ее верхней границы (50 км) растет и повышается в среднем до 0 °С. Это объясняется поглощением ультрафиолетовой радиации озоном, основная масса которого находится в этом слое.

В стратосфере водяного пара очень мало и облака там не образуются. Однако на высотах 22-27 км иногда появляется тонкие светящиеся ночью облака, называемые перламутровыми. Эти облака никакого отношения к погоде не имеют.

Стратосфера сверху ограничивается стратопаузой.

Мезосфера (50-80 км) - слой над стратосферой с верхней границей - мезопаузой, находящейся примерно на высоте 80 км. Здесь наблюдается понижение температуры с высотой в среднем 0,3 К на 100 м и на верхней границе она равна в среднем - 85-90 °С. Это самая низкая температура на Земле. Для мезосферы так же как и для тропосферы, характерна значительная турбулентность и вертикальное перемешивание воздуха, плотность которого здесь незначительна.

Вблизи верхней границы мезосферы в сумерки летом при ясной погоде наблюдаются блестящие тонкие облака, ярко освещаемые солнцем, находящимся за горизонтом, которые называются серебристыми.

Термосфера (90-450 км)- очень мощный слой, расположенный выше мезопаузы. Для термосферы характерен рост температуры с высотой, который связан с поглощением солнечной энергии атмосферным кислородом; на высоте 200-250 км она достигает от 1000 до 2000 К. Однако следует помнить, что тело, помещенное в весьма разреженной (в 10¹²-10¹⁴раз) газовой среде этого слоя, не может принять температуру окружавшего воздуха, так как общая энергия разреженного газа очень мала. Здесь термодинамическое значение температуры теряет смысл. Температуру в данном случав не измеряют, а вычисляют. Переходный слой между термосферой и вышележащей экзосферой называют термопаузой.

Экзосфера - слой выше термосферы, ее характерной чертой является рассеяние атомов атмосферных газов в ее верхней части в межпланетное пространство. В основном наблюдается рассеяние наиболее легких газов - водорода и гелия, которые могут достигать критической скорости (11,2 км/с) и, преодолевая силу земного тяготения, ускользать из атмосферы, поэтому экзосферу называют также сферой рассеяния.

По электрическому состоянию атмосферу делят на две части:

- относительно плохо проводящую - нижние слои до высот примерно 40 км - нейтросферу;

- ионизированную область выше 60-30 км - ионосферу.

Ионосфера состоит из ряда слоев-областей ( D, Е, F₁, F₂,), в которых наблюдаются максимумы концентрации ионов. Каждый из этих слоев играет определенную роль при распространении радиоволн различной длины.

Отражение средних и коротких волн от областей ионосферы к Земле и затем от Земли снова к ионосфере, повторение этих циклов способствует распространению радиоволн на большие расстояния вдоль поверхности Земли. Ультракороткие волны (УКВ) длиной менее 10 м почти пронизывают ионосферу и используются для радиосвязи со спутниками и космическими кораблями. В полярных и околополярных областях высокие слои атмосферы под влиянием бомбардировки корпускулярными потоками Солнца начинают светиться, возникают полярные сияния. Верхняя граница полярных сияний может находиться на высоте 2000-1200 км, а нижняя всего на 60 км.

Тропосфера как сфера погода

В тропосфере находится 80% массы всей атмосферы, практически вся атмосферная вода, весь аэрозоль и вся углекислота. Эти факты обуславливают процессы атмосферы, приводящие к образованию продуктов конденсации: облаков, туманов, осадков. Фазовое превращение в атмосфере воды - испарение, конденсация является основным механизмом передачи тепла от океана в атмосферу.

В тропосфере протекают основные погодообразующие процессы, т.е. тропосфера - сфера погоды.

В вертикальном строении тропосферы выделяют три основных сдоя:

- приземный слой толщиной 50-100 м,

- планетарный слой трения, толщиной от 500 м при устойчивой стратификации и до 2 км при развитой конвекции и турбулентности.

- свободная атмосфера, слой тропосферы выше слоя трения - до верхней границы тропосферы. Трением о подстилающую поверхность здесь можно пренебречь.