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大气边界层

在氣象學中，**大氣邊界層**（英語：atmospheric boundary layer, **ABL**），也稱為**行星邊界層**（英語：planetary boundary layer, **PBL** 或 peplosphere），是大氣層中最接近行星表面的部分（邊界層），大約占對流層的 10%-20%。由於地表摩擦力，大氣邊界層中存在湍流，垂直混合強烈，風速、溫度和濕度等物理量快速波動。大氣邊界層之上的部分稱「**自由大氣**」，其風速風向近似是行星自轉引起的，即地轉風（平行於等壓線）。

## 形成原因

大氣邊界層的形成主要是因為地表摩擦力的存在。一方面，近表面的空氣分子受摩擦而減慢速度，類似靜止，這些分子和流動的分子之間不斷交換，總效果是減慢了空氣流動。另一方面，更重要的是，在地表附近，空氣會形成一系列不規則漩渦，變為湍流，從而對空氣流動帶來巨大阻力。

## 邊界層湍流

湍流是和層流相對的概念。在層流情況下，流體流動的速度和方向相似；但在湍流情況下，不同層之間存在尺度不同的渦旋，且湍流往往具有較強的不穩定性，能使不同層的流體之間互相混合。湍流的存在是大氣邊界層的重要特徵。邊界層中的湍流尺度一般較小，在 200m 左右，表面層湍流尺度則更小，在 20m 左右。

### 產生原因

* 風切變。地面摩擦力對大氣運動產生明顯影響，因此地面風速相對較小，有時風向也會改變，統稱為風切變。
  * 卡門渦街：當大氣流動經過小島等阻流體時，會在其下游產生一系列的交錯排列的渦旋。
* 垂直對流。白天地面熱空氣上升，冷空氣下降，產生熱力原因的垂直對流。
* 湍流級聯。在大渦旋的邊緣，由於大氣的慣性，會產生較小的渦旋。

### 湍流動能

大尺度的湍流動能一般較高，小尺度的湍流動能較低，不過當尺度 > 2km 後則相反。相比高層大氣，湍流在地表附近時一般更強且尺度更小。湍流動能會持續性地耗散，逐漸變小，最終轉化為大氣的內能。湍流能夠持續，其主要能量來源是太陽輻射。

## 風速和風向

通常情況下，由於空氣動力學阻力，在距離地球表面僅幾百米的地方（行星邊界層的表面層），存在著一個風梯度。由於不滑移條件，風速從零開始隨離地高度的增加而增大。

近地表風速的減小量是表面粗糙程度的函數，因此具不同地貌特徵的地區，風速廓線也不同。粗糙、不規則的地表和地面上的人造建築可使風速相對於地轉風減小 40% 到 50%；對於開放水域或冰面，則可能只減少 20% 到 30%。這些因素會在選擇風力發電機的建造位置時被考慮。

在工程學上，人們常常用簡單剪切來建模風梯度：假定風速垂直廓線按冪函數變化，並具有常數指數；假定存在一「梯度高度」，在此高度以上地表摩擦對風速影響很小，從而風速為常數，該風速稱為「梯度風速」。例如，對於大城市，預測的梯度高度的典型值是 457 m，對於城市郊區來說是 366 m，對於空曠地區來說是 274 m，對於開放海域來說是 213 m。不過，這種近似儘管方便，卻並無理論依據。當溫度廓線是絕熱過程所導致，風速應該與高度成對數關係。1961 年在空曠地區進行的一次測量表明，對數擬合在 100 m 以下（表面層內）吻合良好，且平均風速在 1000 米高度以上接近恆定。

近地表的障礙物除了降低風速以外，還會向風速引入與其方向垂直的隨機的豎直和水平速度分量，使得其風向也與地轉風不同。從近地表到高空，風向從紊亂變為均勻，其變化幅度也與地表粗糙程度有關，在開放水域，風向與等壓線的夾角約為 10°，丘陵地域 30°，在陸地當風速非常低時則可達 40°-50°。

## 高度

正如納維 - 斯托克斯方程所揭示，大氣邊界層中的湍流在地表附近的表面層中產生。該層具有最大風速梯度，約占邊界層總高度的 5％-10%。在表面層之上，湍流逐漸消散，因為湍流動能因摩擦而損失，也有些動能被轉化為勢能。一些數值模型利用湍流動能產生速率與其耗散速率之間的平衡來計算邊界層的高度。

邊界層高度差異很大。在陸地，邊界層高度存在晝夜變化，白天邊界層高度較高，在海洋則無顯著晝夜變化。邊界層高度也存在地域變化，一般在 1~3 km，但有時也可從幾十米到 4 km 或更多，在青藏高原甚至達到 5 km 或更多。這一變化的原因之一是地面潮濕程度，邊界層在植被覆蓋的潮濕區域較低，在乾燥的地方較高。例如在洋面上邊界層高度較低，這是由於水汽的豎直混合使得表面加熱效果幾乎不存在。邊界層高度還存在季節性變化，風暴、地形、城鄉等因素也均能影響邊界層的高度及形態。

* 

## 演化

### 結構

白天，由於地球表面升溫迅速，使得大氣不穩定度增加。這種不穩定度的增加使得湍流也變得更為強烈，混合也較均勻，位溫近似相同，形成混合層（英語：mixed layer）。而上升氣流到邊界層頂端後來回震盪，形成夾卷層（英語：entrainment zone）。夾卷層混有自由大氣。夜晚則地面冷卻較快，近地表溫度梯度增加，大氣不穩定性也下降，於是在近地面形成非常穩定的貼地逆溫層，稱為穩定邊界層（英語：stable boundary layer），在高空則形成逆溫層（英語：capping inversion）。不過白天的混合層仍有殘留，稱為殘餘層（英語：residual layer）。

### 廓線

晝夜邊界層的溫度和風速豎直廓線也有所不同。白天，地表升溫較快，因而在表面層內溫度隨高度升高迅速下降，在混合層內穩定下降（位溫近似統一），在夾卷層內升高；夜晚，地表降溫也較快，因而在穩定邊界層底部溫度隨高度升高迅速升高，在殘餘層則與白天混合層類似，在逆溫層與白天夾卷層類似。風速則晝夜均是地面附近較小，高空較高，惟白天存在夾卷層，在此層風速趨勢相反。隨著高度增加，相對濕度也迅速下降。

* *

## 意義

大氣邊界層中的湍流導致了非常強的能量和物質交換。由於地面的摩擦作用，大量大氣動能在邊界層內耗散掉，動能的耗散對大尺度風系統起著剎車的作用。由於強混合作用幾乎只存在於邊界層內，大氣邊界層還是許多痕量氣體、氣膠和大氣污染物的匯。由於污染物基本存在於邊界層內，污染物量相同情況下，邊界層高度越低，近地污染物濃度越高。在沒有逆溫且對流足夠強大之時，尤其是在夏季雷雨天氣，雷暴會清除污染物，將其帶到遠在邊界層以上的地方。大氣邊界層的狀態還能夠影響土壤侵蝕作用。經受熱抬升到抬升凝結高度而形成的邊界層雲的形態能夠影響天氣和氣候，有些海洋區域大多數時候被其覆蓋。邊界層雲還起到對陽光的散射作用，這有利於生物圈中的光合作用，使之速率增加。

## 參考資料
大气重力波

**重力波**（英語：Gravity waves）在流體力學，是在液體介質內或兩種介質界面間（例如大氣與海洋間）的一種波，其恢復力來自於重力或浮力。當一小團液體離開液面（界面類型）或者在液體中到了一個液體密度不同之區域（液體內類型），透過重力作用，這團液體會以波動形式在平衡態之間擺盪。

在液體介質內的類型又稱為內波，在兩界面間的類型又稱為**表面重力波**或表面波。海浪及海嘯也是重力波的一種表現。

重力波的傳播速度以 c 表示，重力加速度以 g 表示；其與波長及液體深度相關。

在液體深度大於二分之一波長時，波速 c 與波長 λ 相關，關係式如下：

　
: $c={\sqrt {g\lambda  \over 2\pi }}$

在液體深度小於大約二十分之一波長時，波速 c 則與深度 h 相關，關係式如下：

　
: $c={\sqrt {gh}}$

大氣中的重力波可以產生多種效應。

## 參見

* 開爾文波
* 羅斯貝波
大氣

**空氣**是指地球大氣層中的空氣混合。它主要由 78.1% 的氮氣、21% 氧氣、還有 0.9% 的氬氣和其餘雜質組成的混合物。空氣的成分不是固定的，隨著高度的改變、氣壓的改變，空氣的組成比例也會改變。但是長期以來人們一直認為空氣是一種單一的物質，直到後來法國科學家拉瓦節通過實驗首先得出了空氣是由氧氣和氮氣組成的結論。19 世紀末，科學家們又通過大量的實驗發現，空氣裡還有氦、氬、氙、氖等惰性氣體。

在自然狀態下空氣是無味無臭的。

空氣中的氧氣對於所有需氧生物來說是必需。所有動物都需要呼吸氧氣，植物利用空氣中的二氧化碳進行光合作用，二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳的來源。

## 成分

右表中列出空氣在海平面上的成分。一般人們通過蒸餾液化的空氣的方法來分離空氣的成分。

### 氮

氮氣是一種化學上非常惰性的氣體，但不屬於惰性氣體。只有通過固氮它才進入氮循環，能夠被生物所利用。生物的胺基酸需要氮。通過反硝化作用氮回到空氣中。在技術上人們使用哈柏法將空氣中的氮加工為肥料。固氮與反硝化作用基本上互相抵消，對空氣中的氮的濃度沒有影響。在深潛的過程中（潛水深度大於 60 米）壓縮空氣瓶中的氮會被氦代替，否則的話血液中溶的氮會導致氮麻醉。

### 氧

氧是一種重要的氧化劑，它使得空氣具有氧化的作用。幾乎所有化學燃燒和生理呼吸都需要氧。空氣中的氧是通過光合作用產生的。在整個地球歷史中通過光合作用所產生的氧的總量約是今天空氣中氧的總量的 20 倍。

### 氬

氬是一種惰性氣體。它基本上不參加化學反應。因此在焊接時氬用來當作保護氣。此外由於它相對於空氣而言導熱性比較差，因此它也被用來作為氣密窗玻璃之間的隔熱氣體。

### 水蒸氣

按照空氣濕度的不同空氣中可以含 0 至 4% 體積比的水蒸氣。一般空氣中水蒸氣的含量在 0.1% 體積比（極地）至 3% 體積比（熱帶）之間。地面附近的水蒸氣平均含量為 1.3%。

### 隨時間的變化

空氣成分的濃度是亞穩定的。在一個人活著的時間裡它的變化非常小，但是它並不是自然常數。在地球歷史上大氣層不斷發生變化，其組成成分曾經幾度巨大地變化。現在大氣層的組成是約 3.5 億年前形成的。

目前空氣成分變化最大的是工業化開始後二氧化碳的成分增加了約 40%。有人認為人為的溫室效應導致了全球暖化。

由於痕量氣體的總量非常小，因此它們的變化幅度可以非常大，人的生產和其它自然現象（比如火山活動）就可以在短期導致其濃度的波動。

### 隨空間的變化

以上給出的數值基本上到 100 千米高度不變。但是由於不同高度大氣化學的反應各不相同，因此在不同高度上尤其是衡量氣體的濃度可以有很大的差別。在 100 千米以上重的氣體的濃度下降。因此在高空氫和氦的濃度比在地面高得多，不過那裡的空氣密度也要低得多。

### 低濃度物質

除以上列出的主要成分外空氣里還包含少量甲烷、二氧化硫（7 千米以上驟減）、一氧化碳和臭氧。

其它痕量氣體包括：

* 氟仿
* 過氧乙醯硝酸酯
* 二氧化氯
* 氮氧化物
* 二氧化硫
* 氡
* 汞

#### 二氧化碳

二氧化碳最重要的生理作用在於為光合作用提供碳，因此空氣中二氧化碳的含量對植物的生長影響很大。由於植物光合作用隨光的存在而開始或者停止，因此地面附近的二氧化碳的濃度周日起伏。在植被豐富的地方地面附近的二氧化碳的濃度在白天最低，夜間最高。此外除熱帶外地面附近的二氧化碳的濃度還隨季節起伏。在北半球三月至四月其濃度最高，十月或十一月最低。人的活動也會影響地面附近的二氧化碳的濃度。比如冬季隨著取暖的開始二氧化碳的濃度提高。

#### 臭氧

衡量臭氧濃度的是多布森單位，而不是其濃度，原因是因為臭氧是一種非常活躍的氣體，它能很快形成，很快分解，它的濃度隨高度、天氣、溫度、其它物質的存在和時間變化很大。

#### 一氧化碳

一氧化碳是一種無色的易燃毒氣。它由碳的不完全燃燒而產生。在血液中它可以更容易與紅血球結合，進而阻止氧的運輸而令人致死，對進行光合作用的植物它也有危害。未經處理的汽車廢氣中含約 4% 的一氧化碳。空氣中一氧化碳的主要來源是植物燃燒。

## 物理特性

### 密度

在標準狀況下空氣密度為 1.293kg/m3。

### 壓力

氣壓是位於一個地點上方空氣受地球引力導致的靜態的重力造成的壓力。氣壓除根據測量高度變化外還受溫度和空氣動力的影響。在海平面一平方米上的空氣壓力約為 10336 千克。

### 溫度

氣溫是指地面附近空氣在不受太陽輻射加熱或者地面熱源加熱的情況下的溫度。

不同應用對於氣溫的定義不一樣。在氣象學中氣溫被定義為地面以上兩米高處的溫度。

### 濕度

濕度是空氣中的水蒸氣含量，又分為絕對濕度與相對濕度。

### 其它

在標準狀態下空氣的聲速為 331.5m/s。

乾燥空氣的莫耳質量為 28.
在標準狀態下空氣對可見光的折射率約為 1.00029。它隨氣壓、氣溫和空氣成分變化。尤其濕度對於折射率的影響比較大，相應地光速在空氣中也隨之改變。

比熱容：

 * $c_{p}$ = 1.005 kJ/(kg K) = 0.279 kWh/(Ton K)（等壓過程）
* $c_{v}$ = 0.718 kJ/(kg K) = 0.199 kWh/(Ton K)（等容過程）

不含水蒸氣的**空氣**被稱為**乾空氣**。乾空氣的氣體常數為 2.8704\*10\*\*6e

## 空氣污染和保護

空氣污染是對空氣的環境污染，它是通過煙、灰塵、霧、蒸氣、氣膠和有味物質對自然的空氣成分造成的變化。
空氣主要污染物包括二氧化硫、二氧化氮以及部分微小顆粒，統稱為 PM10、PM2.5 等。
在過去數年中在已開發國家的空氣污染情況有所好轉，同時對溫室氣體的釋放在這些國家裡依然不斷上升。在第三世界和工業化國家中，空氣污染依然是一個非常嚴重的問題。

## 文化意義

古希臘哲學中的四元素說將空氣列為世界萬物的基本組成部分之一。與空氣相應的正多面體是正八面體。

## 外部連結

* 空氣 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 在 ChemicalBook 上的條目，CAS 註冊號為 132259-10-0
大氣光_(物理學)

**氣輝**（有時也稱為**夜輝**）是在行星大氣層中非常弱的發射光。在地球的大氣層，這種光學現象導致在背向太陽的夜空即使在排除了星光和擴散的陽光，也不會完全黑暗。

## 發展

氣輝現象是瑞典科學家安德斯・埃格斯特朗在 1868 年首先確認的。從此之後，在實驗室裡和對各種化學反應的研究，已經觀察到這是電磁能量過程的一部分。科學家也發現這些過程會出現在地球的大氣層，天文學家也已經驗證這些過程和排放的存在。

## 描述

氣輝是由上層大氣中許多不同的過程，像是原子的重組、太陽在白天光致游離、宇宙射線轟擊上層大氣和化學發光造成的發光現象，主要是氧氣和氮與羥基離子在數百公里的高度上做出的反應。由於陽光的散射，這種現象在白天不會被注意到。

即使在最佳地點的地面天文台，望遠鏡在可見光波段的敏感性也會受到氣輝的限制。部分是出於這個原因，以太空為基地的天文台，如哈伯太空望遠鏡在可見光的波段上可以看見地面望遠鏡看不見的更微弱天體。

氣輝的亮度通常已經足以引起觀測者的注意，一般都是藍藍的顏色。儘管氣輝在大氣層中的發射是很均勻的，在地面上的觀測者看起來最亮的區域在地平線上 10 度左右的天際，因為更低的地區需要通過的大氣厚度越厚。而且，在大氣層的極低處，大氣層的消光也降低了氣輝的視亮度。

氣輝的一種機制是氮原子和氧原子結合組成一氧化氮（NO）的分子。在這個過程，會發射出光子。這個光子可以是一氧化氮分子的幾個特徵波長中的任何一種，因為氧分子（O2）和氮分子（N2）在抵達大氣層頂被太陽能解離時，這些自由原子都可以進行這種過程，互相遭遇而形成一氧化氮。其它可以在大氣層中產生氣輝的物體還有羥（OH）
,、氧分子（O）、鈉（Na）和鋰（Li）。參見鈉層。

天空的亮度通常以平方米為單位量度，計量單位通常引用天文學的星等。

## 如何計算氣輝的影響

## 相關條目

* 極光
* 光學現象
* 電離空氣發光

## 參考資料

## 外部連結

* Description and Images （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Sky Brightness Information （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） for Roque de los Muchachos Observatory
* _Night-side Glow Detected at Mars_ Space.com interview （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* _Stereoscopic Observations of HAARP Glows from HIPAS, Poker Flat, and Nenana, Alaska_ by R.F. Wuerker _et Al._
* _An improved signal-to-noise ratio of a cool imaging photon detector for Fabry - Perot interferometer measurements of low-intensity air glow_ by T P Davies and P L Dyson
* Space Telescope Imaging Spectrograph Instrument Handbook for Cycle 13
* SwissCube| The first Swiss Satellite
大氣制動

**大氣制動**，或稱**空氣制動**，是指一種透過將太空船的最低點（近拱點）降低到星球的大氣層之內，透過空氣阻力來減速，以降低軌道最高點（遠拱點）的航天操作。大氣制動通常用於進入一個擁有大氣層的天體之低軌道的任務之中，由於通常太空船抵達一天體時，與天體的相對速度非常快，因此使用大氣制動相對於直接使用火箭發動機，所需的燃料更少。

## 方法

當一行星際飛船抵達它的目的地，它必須改變它的速度，以留在該天體的重力作用範圍之內。欲抵達一個有一定大小重力場的天體之低正圓軌道（大多數科學研究需要滿足此條件），所需的 ΔV 可達數千 m/s。根據火箭方程，能達到此條件的探測器的大部分重量必須為燃料。這就代表探測器只能裝載較少的科學儀器，並且得使用非常大且昂貴的發射器來發射。因此當目標天體擁有大氣層時，便可使用大氣制動來減少能量的需求。探測器只需要一相對較小的燃燒便可使其從雙曲線軌道進入狹長的橢圓軌道，接著大氣制動便用於將軌道調整為正圓軌道。若該行星的大氣濃度足夠，便只需進入大氣層一次便可將太空船減慢到目標速度。然而，典型的大氣制動通常會進入大氣層多次，只進入大氣層較高，空氣也較稀薄的高度，以減少飛行器擠壓氣體時所產生的熱能。而因為不可預測的紊流、大氣組成，及溫度變化等因素，也使精準預測制動過程中的速率變得幾乎不可能，因此若採用多次減速，太空船便有足夠時間供地面人員計算軌道以及速率的改變，並在離開大氣層後做出必要的修正。使用此方法達到最終目標軌道需要很長的時間，並且可能需要進入該行星或衛星的大氣層數百次。在最後一次大氣制動過後，太空船必須以火箭引擎給予其足夠的動能以將其軌道的遠拱點抬升至大氣層之上，以完成軌道轉移的過程。

太空船在大氣制動的過程中散失的動能透過摩擦力轉變成熱能，意味著使用此方法的太空船也必須有能力發散掉這些熱能。太空船也必須具備充足的表面面積以及結構強度，以產生足夠的阻力，並在劇烈的減速中保持完整，而大氣制動產生的高溫與氣壓則並不如再入過程中所產生的那麼劇烈。

### 例子

在火星偵查軌道器的模擬中，產生了最高 0.35 N/m² 的壓力，其受阻力影響的面積約 37 平方公尺，因此所受到的最大阻力為 7.4 N，其達到的最大溫度僅為 170 °C ，而再入過程中產生的熱能可達千度以上。火星觀察者號在大氣制動時所承受的壓力更低，僅有 0.2 N/m² ，約等於在地球海平面上以 0.6 m/s（2.16 km/h）的速度所產生的壓力，此速度相當於人緩慢行走的速度。

## 類似操作

大氣捕捉是一個近似的操作，但方法更加極端，不同於大氣制動，大氣捕捉不進行軌道射入變軌操作，取而代之的是，大氣捕捉將太空船進入大氣層濃度更高的區域，使太空船直接由雙曲線軌道進入橢圓軌道，並將遠拱點降到目標軌道高度附近。接著太空船便進行數次軌道調整，將近拱點提高至目標高度，並微調軌道。 這項技術原先計劃用於火星奧德賽號軌道器上， 但卻因成本太高而被迫放棄。

另一個相關的操作是大氣重力助推，太空船飛越行星的上層大氣，並在其中利用升力來加速，而非阻力。若方向正確，這項技術可以較一般的重力助推有更大的角度旋轉，並在其中取得更大的 ΔV 值。

## 相關任務

雖然大氣制動的理論發展已相當完全，但由於利用這項技術需要對目標星球的大氣層有非常完善的了解，因此要正確並精準的預測並實施這個操作仍非常困難。目前，每一次大氣制動減速的過程都必須被監控，並因應情況進行變軌操作。 由於沒有飛行器可以不倚賴其他輔助而進行空氣制動，因此大氣制動需要操作員以及深空網路才能進行。由於每次進入大氣層之間的時間間隔變得相對較短（在火星約只有 2 小時），這在整個程序的最終階段尤其重要。NASA 曾在四場任務中使用大氣制動來變更軌道，並降低遠拱點高度。

1991 年三月十九日，飛天號進行了空氣制動，成為了第一個使用空氣制動的深空無人飛行器。飛天號（也被稱為 MUSES-A）是由日本的宇宙科學研究所（ISAS，為 JAXA 的前身）所發射，在當天從太平洋上空 125.5 公里以 11.0 km/s 的速度飛過，空氣阻力減低其速度 1.712 m/s，並降低遠拱點 8665 公里。 三月三十日，該探測器又進行了另一次空氣制動變軌。

1993 年五月，空氣制動於金星被麥哲倫號金星探測器所使用， 用以將軌道轉為正圓，以便提高測量金星重力場的精準度。在 243 天的任務週期內，透過深空網路觀察其軌道及速度的變化，計算並建立金星的引力場資料。在任務的最終階段，它進行了「風車實驗」，亦即將其裝配的太陽能板轉成似風車的形狀，測量上層大氣對其造成的扭力，以及達到平衡所需的推力，以供未來任務做參考。任務完成後，探測器即墜毀於金星地表。

1997 年，火星全球探勘者號（MGS）成為首個將空氣制動列為計畫中主要調整軌道方法的太空船。MGS 使用了麥哲倫號在金星任務中所取得的資料來計畫其空氣制動操作，使用其所裝配的太陽能板當作「翅膀」，控制 MGS 飛越火星稀薄的上層大氣，並在長達數個月的操作流程中降低其軌道的遠拱點。不幸的是，在發射後不久，發生了一個結構損壞，嚴重損傷了 MGS 預計用來進行空氣制動的太陽能板，以至於它必須在比原先計劃（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）更高的高度進行空氣制動，顯著的延長了進入預期軌道的時間。 2001 年，火星奧德賽號以及火星偵查軌道器也使用了空氣制動，過程中均沒有意外。

2014 年，ESA 的無人探測器金星特快車在任務最終階段成功施行了一項空氣制動實驗。

2017～2018 年，ESA 的火星微量氣體任務衛星在火星施行了空氣制動來降低軌道得遠拱點，成為歐洲太空任務中第一個完整的空氣制動操作。

## 空氣動力制動

空氣動力制動是一種在降落飛行器時，用以減緩速度並輔助輪子的煞車系統的操作。這種操作通常用在較短的跑道，或當地面情況為濕滑或者結冰的狀況。空氣動力制動通常在飛行器的後輪一接觸地面時即被實施，並在前輪著地時結束。同時，飛行員會利用升降舵將機首抬高，藉此增加飛船接觸氣流的面積，以便產生更多阻力，以減低速度。升降舵的同時也造成氣流對飛行器的後輪施加壓力，幫助輪子的煞車產生更大的摩擦力，制止打滑。飛行員此時通常會繼續保持升降舵的角度，即使其已無法繼續保持機首上揚，以繼續對後輪施加壓力。

空氣動力制動是一個降落時常見的煞車技術，也能幫助保護起落架的煞車系統與輪子，減少過度磨損，或減低打滑並失去控制的機率。I 此方法常用於私人飛機、商業用機、戰鬥機、以及太空梭的降落。

## 相關條目

* 再入
* 空氣動力學
* 阻力

## 參考資料

## 延伸閱讀

* JPL aerobraking report for MGS（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* An Explanation of How Aerobraking Works (PDF)
* Hoffman, S. (August 20–22, 1984). A comparison of aerobraking and aerocapture vehicles for interplanetary missions（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. AIAA and AAS, Astrodynamics Conference. Seattle, Washington: American Institute of Aeronautics and Astronautics. pp. 25 p.. Retrieved 2007-07-31.
大氣圈

**地球大氣層**，又稱**大氣圈**，因重力關係而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣圈沒有確切的上界，在離地表 2000-16000 公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，在地下、土壤和某些岩石中也會有少量氣體，它們也可視同大氣圈的組成部分，地球大氣的主要成分為氮、氧、氬、二氧化碳和不到 0.04% 比例的微量氣體，這些混合氣體即稱為空氣，地球大氣圈氣體的總質量約為 5.15×1018 千克，相當於地球總質量的 0.86ppm，由於地球引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面 100 公里的增溫層下、其中 99% 在低於 25～30 公里以內，地球大氣的高密度使得地表的氣壓也相當驚人，海平面每平方公尺所受空氣擠壓力高達 11 公噸，而每立方公尺的空氣質量則可達 1.29kg 之多。大氣層保護地表避免太陽輻射直接照射，尤其是紫外線；也可以減少一天當中極端溫差的出現，也是生命作用不可或缺的。

## 大氣的組成

地球早期的大氣層與現今的大氣層完全不相同，富含火山噴發氣體，例如二氧化碳。部分地球大氣可能源於太陽系之外。現在的大氣層只含有極少量的二氧化碳，而富含氧氣。其改變原因是早期的生命形式 —— 微生物體吸入二氧化碳而排出氧氣。這些微生物聚集在一起合稱為藍綠藻，依靠光合作用製造能量，它們與早期那些製造氧氣的有機體極為類似。

### 原始大氣

推測為甲烷（CH4）、氨（NH3）、氫（H2）、水（H2O）等所組成。因為火山爆發所噴出的氣體是二氧化碳（CO2）、氨（NH3）、氮（N2）、二氧化硫（SO2）、甲烷（CH4）、氫（H2）和水蒸氣（H2O），這些氣體在地球冷卻前飛向空中，等到地球冷卻，逃出的氣體因重力而覆蓋地球形成最原始的大氣。其中水蒸氣凝結成為水，而二氧化碳、二氧化硫溶於水中變成溶液，因此大氣剩下氨、氫和甲烷，這就是人類所認為的原始大氣。

1953 年，哈羅德・尤里和史丹利・米勒完成生命起源的經典實驗米勒 - 尤里實驗，發現將甲烷、氨、氫和水的混合經過放電後，會變成許多的有機化合物包含生命必需的成份 —— 胺基酸。

### 早期大氣

因地球早期經常火山爆發的緣故，噴發出許多的二氧化碳..、水氣、氮氣，故當時大氣主要成份為二氧化碳、二氧化硫、水氣、氮氣等組成。

### 現今大氣

主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳、水等，組成比率因時、地不同，而有所差異，其中以二氧化碳變動率最大。大氣不是密度均勻，是以海平面的密度最大，往上密度逐降，大氣約 50％集中在海拔 5.6 公里內，約 80％集中在海拔 13 公里以內。目前大氣中氧氣主要來源有約九成來自水域中的植物所行之光合作用。

## 大氣壓力

由地心引力對地球表面的一群混和氣體所作的作用力即為大氣壓力，故以在地表最大，愈往高處壓力愈小。氣壓在海平面的平均值約 1.01×105 帕（或稱巴斯卡，Pascal，簡稱 Pa，國際單位制中的壓力單位，1 帕 = 1 牛頓 / 米 2），相當於 76 公分汞柱，也就是一般所稱的一大氣壓。

大氣壓力依高度遞減，在低空中每上升 5.5 公里，壓力約減二分之一。

## 大氣層垂直結構

大氣層垂直結構大致可分為對流層、平流層、中氣層、增溫層及外氣層，分述如下：

### 對流層

最接近地面的大氣層稱為對流層，包括大氣邊界層和自由大氣，平均高度約 10 公里。對流層高度隨緯度變化，在赤道最高約為 15 公里，極地最低約 8 公里。顧名思義，對流層是對流最旺盛的區域，也是天氣現象發生的地方。大氣中的水氣，約有 80% 存在於對流層，因此它也是蒸發、雲、雨等最經常出現的區域。平均而言，對流層溫度隨高度降低，每上升 100 公尺，溫度下降約 0.6℃。

### 平流層

含有臭氧，具有吸收紫外線功能，保護地球上所有生物的生存和地表免於受陽光中強烈的紫外線致命的侵襲，又叫同溫層。因為在同溫層內部的臭氧層有吸收太陽輻射的功能，在此層的氣溫會隨高度增加。

### 中氣層

此層主要成份有臭氧、氧、二氧化碳、氮的氧化物，這些部份是由光化學作用引起之產物，故又稱：光化層。溫度隨高度上升而下降。

### 增溫層

又稱熱氣層，空氣極稀薄，而離子特別多。溫度相當高，且隨高度升高而溫度升高。

### 外氣層

外太空的起點，含元素中最輕的兩種氣體：氫（H）及氦（He）。

## 空氣污染

指大氣中某些物質超過一定的限量，或多出某些物質的現象。空氣污染的程度取決於污染源、大氣的轉移及接受物。

### 污染源

* 碳的氧化物：如一氧化碳、二氧化碳。

　
: 燃燒石化燃料所產生的物質是空氣污染最主要的來源，因為燃燒所產生的二氧化碳若是過多，會引起溫室效應。汽車引擎中，汽油燃燒不完全會排放出一氧化碳，當一氧化碳進入肺部，它比氧更容易與血紅素形成穩定的化合物，降低血液運送氧氣的功能，嚴重的話會造成窒息死亡。

* 硫的氧化物：如二氧化硫、三氧化硫。

　
: 大氣主要污染物之一。當二氧化硫和三氧化硫溶於水中，會形成亞硫酸和硫酸，這是酸雨的主要成分。由於煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃燒時會生成二氧化硫。二氧化硫具有酸性，可與空氣中的其他物質反應，生成微小的亞硫酸鹽和硫酸鹽顆粒。當人體吸入這些洨時，它們將聚集於肺部，是呼吸系統症狀和疾病、呼吸困難，以及過早死亡的一個原因。

* 氮的氧化物：如一氧化氮、二氧化氮。
* 烴類：如苯、汽油等。
* 塵埃與顆粒物。

### 大氣的轉移

意謂大氣減輕空氣污染的天然程序；雖然大氣能夠減輕污染，但有其極限，並不是無止盡的清除。

### 接受物

指對污染接受的程度，接觸污染物的歷程很重要，有些生物體內的功能，可以排除某些污染物，然而也有的污染物會積存在身體內，導致生病或死亡。

## 參考資料

## 參考書目

## 相關條目

* 大氣層
* 空氣污染

## 外部連結

* NASA atmosphere models
* NASA's Earth Fact Sheet（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* American Geophysical Union: Atmospheric Sciences（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Outreach of the GEOmon project See how Earth atmosphere is observed and monitored by a European project that combines many approaches.
* Stuff in the Air（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Find out what the atmosphere contains.
* Layers of the Atmosphere（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Answers to several questions of curious kids related to Air and Atmosphere（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* The AMS Glossary of Meteorology（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Paul Crutzen Interview（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Free video of Paul Crutzen Nobel Laureate for his work on decomposition of ozone talking to Harry Kroto Nobel Laureate by the Vega Science Trust.
大氣壓力

**氣壓**的國際單位制是帕斯卡（或簡稱**帕**，符號是 _Pa_），泛指是氣體對某一點施加的流體靜力壓力，來源為單位面積上的**大氣壓力**。在一般氣象學中人們用**千帕斯卡**（KPa）、或使用**百帕**（hPa）作為單位。測量氣壓的儀器叫氣壓表。其它的常用單位分別是：**巴**（bar，1 bar=100,000 帕）和**公分水銀柱**（或稱**公分汞柱**）。在海平面的平均氣壓約為 101.325 千帕斯卡（76 公分水銀柱），這個值也被稱為**標準大氣壓**。另外，在化學計算中，氣壓的國際單位是「atm」。一個標準大氣壓即是 1 atm。1 個標準大氣壓等於 101325 帕、1013.25 百帕和 1.01325 巴，或者 76 公分水銀柱高，也就是 1033.6 公克重 / 平方公分。

在地球上，其來源是大氣層中空氣的重力，一般正常的空氣壓力 1 kg/cm2。在高處之上的大氣層比較小，那裡的空氣重力比低處要小，因此在高處的氣壓比在低處要低。比如在高山上氣壓比在海平面上要低。人們使用氣壓指利用受壓氣體傳遞能量來作功，利用氣壓作動力，簡單的說就是使用壓縮空氣經由氣壓來作氣壓缸、氣壓馬達的動力來源等。

## 大氣壓力及其量度

由馬德堡半球實驗發現，並由義大利科學家埃萬傑利斯塔・托里切利（1608-1647）於 1643 年第一次成功測量。1643 年托里切利倒置一滿貯水銀的長玻璃管，使其開口向下沒入水銀池中，發現不論玻璃管是否直立，管內水銀柱的垂直高度，皆比管外高出 76 公分，這就是一個大氣壓的概略值。原理是因為大氣壓力擠向水銀池，玻璃管內則是真空，故大氣壓力就等於管內較池內高出的水銀重量。

海拔 3000 米以內，大氣壓會隨著高度的提升而下降，其關係為每提高 12 米，大氣壓下降 1mm-Hg（1 公釐水銀柱），或者每上升 9 米，大氣壓就會降低 100Pa。在水壓的壓力度量上，有時亦會以大氣壓力為度量單位，往水下每深入約 10 公尺即增加 1 個大氣壓，例如在水深 50 公尺處，就有將近 6 個大氣壓。（1 大氣壓 + 5 大氣壓)

## 參考

* 國際單位制導出單位

## 相關條目

* 高氣壓
* 低氣壓
* 反氣旋

## 外部連結

* How Atmospheric Pressure Affects Objects（Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory）
* NASA page on the 1976 Standard Atmosphere
* Source code and equations for the 1976 Standard Atmosphere （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* A mathematical model of the 1976 U.S. Standard Atmosphere
* Calculator using multiple units and properties for the 1976 Standard Atmosphere （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Calculator giving standard air pressure at a specified altitude, or altitude at which a pressure would be standard （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Some of the effects of air pressure
* Atmospheric calculator and Geometric to Pressure altitude converter

### 實驗

* Movies on atmospheric pressure experiments from （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Georgia State University's HyperPhysics website – requires QuickTime
* Test showing a can being crushed after boiling water inside it, then moving it into a tub of ice cold water. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
大氣壓化學游離法

**大氣壓化學電離 APCI**, 也稱作常壓化學游離法，為質譜分析常使用的一種游離法，藉由在大氣壓力下氣相離子與分子之間的交互反應使樣本離子化的方法，通常與高效液相層析 (HPLC) 一起連接使用。APCI 是一種低碎裂（軟性）游離法，與化學游離法類似，一樣都是藉由溶劑噴霧中產生初級離子。 APCI 主要適用於分析分子量小於 1500 Da 的極性和相對較低極性的熱穩定化合物。 APCI 與 HPLC 廣泛應用在類固醇、農藥等微量分析的檢測以及藥物代謝物的分析。

## 儀器構造

典型的 APCI 主要由 3 個部分組成：樣本導入口、尖端放電針和離子遷移區域。A 樣品從加熱霧化裝置以流速 0.2 至 2.0 mL/min 進入游離源，如圖所示， 利用氣動式霧化裝置產生細小的霧化液滴。 液滴經由撞擊到加熱至 350-500°C 的加熱壁而蒸發，被輔助氣體以及霧化氣體帶入離子分子反應區域。 尖端放電針以 2 至 5µA 的電流持續放電。透過離子 - 分子反應產生樣本離子（如下所述），通過一個小孔或管徑進入連接質譜儀的離子遷移區域。

離子源擺放方式可以根據實際應用需求去做調整。當與液相層析一起使用時，尤其是流速較高的情況下，霧化裝置通常與質譜儀的入口呈 90 度，這樣溶劑和中性物質就不會污染質譜儀的實際進樣口。

## 游離機制

APCI 在氣相中的游離順序分別先從溶液中的樣本，接著是蒸氣化的樣本，最後是樣本離子。高效液相層析的流出物被完全蒸發掉。溶劑和蒸氣樣本的混合物藉由離子 - 分子反應被游離化。

游離化可以在帶正電或是負電離子化模式下進行。在正電模式下，反應物離子和氣態分析物分子的相對質子親和力使質子轉移或反應物氣體離子的誘導以產生分子種類的離子 [M+H]+ 。在負電離子化模式中，[M-H] -離子由質子提取產生，或由陰離子附著產生 [M+X]-離子。大部分 APCI-MS 的分析都是在正電模式下進行。

在正電模式下，當尖端放電釋放 1-5 μA 電流於霧化溶劑，N2 氣體被激發游離化成 N4+\* 。蒸發的 LC 移動相作為游離化氣體和反應物離子。如果水是蒸發移動相中的唯一溶劑，則受激發的氮分子離子 N4+\* 會與 H2O 分子反應生成水簇離子團 H+(H2O)n 。然後，分析物分子 M 被水簇離子團質子化。最後，離子化產物 MH+(H2O) m 從大氣壓離子源中轉移出來。在質量分析器的高真空下，MH+(H2O)m 去集簇（從質子化分析物中去除水分子） 。被質譜偵測到的分析物分子離子為 [M+H]+ 。游離化的化學反應如下所示：

在有水的情況下，在氮氣中形成初級和次級試劑離子： 

　
: N2 + e → N2+ + 2e

　
: N2+\* + 2N2 → N4+\* + N2

　
: N4+ + H2O → H2O+ + 2N2

　
: H2O+ + H2O → H3O+ + OH•

　
: H3O+ + H2O + N2 → H+(H2O)2 + N2

　
: H+(H2O)n-1 + H2O + N2 → H+(H2O)n + N2

子離子的游離： 

　
: H+(H2O)n + M → MH+(H2O)m + (n-m)H2O

質量分析器中的高真空環境去集簇： 

　
: MH+(H2O)m → MH+ + mH2O

若移動相含有比水具有更高質子親和力的溶劑，則會發生質子轉移反應，從而使具有更高質子親和力的溶劑質子化。例如，當具有甲醇的溶劑時，簇溶劑簇離子會呈現為 CH3OH2+(H2O)n(CH3OH)m 。樣本碎片化通常不會在 APCI 內發生。如果觀察到樣本的碎片離子，則說明在加的霧化裝置中樣本發生熱降解，隨後降解產物發生游離化。

 

與化學游離法的主要不同在於，初級游離所需的電子不是由加熱的燈絲所產生，而且加熱燈絲無法在大氣壓力下使用。相反的，APCI 必須以尖端放電或是 β- 粒子發射裝置進行游離，這兩種電子源都可應用於具有腐蝕性或是氧化性的氣體。

## 歷史

APCI 與質譜儀的串聯可以在 1960 年代對火焰中離子的研究以及在大氣壓力下尖端放電的離子化學研究發現。在 1971 年，由 Franklin GNO 公司開發了一種 APCI 與質譜儀結合的儀器，首次應用於微量化學物質分析 。在 1970 年代，Baylor College of Medicine (Houston, TX) 的 Horning、Carroll 和他們的同事的研究展示 APCI 結合氣相層析與液相層析串聯到質譜儀的優點。他們的研究展現了高靈敏度與簡潔的質譜圖。對於 LC-MS，LC 沖滌液在加熱的金屬塊中蒸發及離子化。一開始以 63 Ni 作為電子源進行游離化。在 1975 年，尖端放電針成功開發，提供了更大的應用。APCI 帶有尖端放電的電極變成了現今商用 APCI 的基礎界面。

在 1970 年代後期，SCIEX 推出了安裝在貨車上可以移動操作的 APCI 質譜儀系統（TAGA, Trace Atmospheric Gas Analyzer），提供高靈敏度的實時監測環境空氣中極性有機物的測量。在 1981 年串聯三重四極桿質譜儀版本被生產出來，使得可以透過 APCI-MS/MS 進行直接地實時空氣監測。SCIEX AROMIC 系統（與 British Aerospace 共同開發的 CONDOR 違禁品檢測系統的一部分）使用了一個相似的平台，藉由在內部空氣進行採樣，檢測邊境船運貨櫃中的毒品、爆裂物物和酒精 。

 

在 1980 年代中期和 1990 年代初期，以 APCI 和電噴灑結合 LC/MS，這兩種大氣壓游離化的優勢開始引起分析領域的關注。他們開始積極地擴展質譜技術在製藥業的利用，應用於藥物研發和開發。APCI 的靈敏度與 LC-MS 和 LC-MS/MS 的特異性相結合，使其成為藥物和藥物代謝物定量的首選方法。

## 優點

由於在大氣壓力下進行，碰撞頻率變高，反應物能夠非常有效的游離。此外，由於在游離起始階段的溶劑快速去除以及液滴的氣化，APCI 大大減少了分析物的熱分解 。與許多其他游離法相較之下，APCI 產生較少的碎片，成為一種軟性的游離法。

與其他電離方法相比，使用 APCI 的另一個優點是它可以直接使用 HPLC 的典型高流速。此外，APCI 通常可以在調整後的 ESI 游離源中使用。與 ESI 不同，APCI 發生在氣相中，ESI 發生在液相中。APCI 的另一個潛在優勢是可以使用非極性溶劑代替極性溶劑作為移動相，因為溶劑和目標分子在到尖端放電針之前就會被轉化為氣態。由於 APCI 涉及氣相化學，因此無需為 LC 調整層析條件，例如溶劑、電導率、pH。與 ESI 相比，APCI 似乎更適用於 LC/MS 接口，並且與逆向分配層析更兼容。

## 應用

APCI 適用於熱穩定的低至中等分子量的樣品，以及中至高極性的樣本。它對於極性不足以進行電噴霧的分析物特別有用。APCI 的可以應用的領域包含了藥物、非極性脂質、天然化合物、農藥和各種有機化合物的分析，但在分析生物聚合物、有機金屬、離子化合物和其他不穩定的分析物應用則有限。 

## 更多資訊

* 化學游離法
* 尖端放電
* 電噴灑游離法
* 次級電噴灑游離法

## 參考
大氣對流

**大氣對流**是指空氣因熱力或動力而垂直上升。大氣對流時大氣底層的熱量、動量和水汽可以傳遞至大氣高層。水汽來到大氣高層後會引起降水。此外大氣對流也是往往引起惡劣天氣（雷暴、冰雹，下擊暴流和龍捲風）的原因。

## 參考文獻
大氣層

**大氣層**，均源自及也許是一層受到重力吸引聚攏在擁有巨大質量天體周圍的氣體，而如果重力夠大且氣體的溫度夠低，就能長期保留住。有些行星擁有許多不同的主要氣體，並且有非常深厚的大氣（參見氣體巨星）。

恆星大氣層這個名詞描述的是恆星外面的區域，典型的範圍是從不透明的光球開始向外的部份。相對來說是低溫的恆星，在它們外面的大氣層也許可以形成複合的分子。地球大氣層，不僅包含有多數有機體呼吸所使用的氧和植物與海藻和藍綠藻進行光合作用所使用的二氧化碳，也保護生物的基因免於受到太陽紫外線輻射的傷害。它目前的組成是古大氣層生活在其中的有機體經過數億年的生物化學修改後的結果。

## 壓力

氣壓是單位面積上受到周圍氣體垂直加諸於其上的力量，他取決於行星的重力和在地區上組合的空氣柱的總質量。根據國際認可的標準大氣（atm）氣壓單位定義是 101,325 帕（或是每平方公分 1,013,250 達因）。

大氣壓力因為在一個地點之上的氣體質量會隨著高度減少而降低，氣壓隨高度下降的係數為數學上的 _e_ （無理數，其近似值為 2.71828），稱為高度標度，並以 _H_ 來表示。對一個溫度均勻一致的大氣層，高度標度與溫度成正比，並且與行星的重力加速度乘上乾燥空氣的分子質量成反比。像這種模式的大氣層，隨著高度的增加，壓力成指數的下降。但是，大氣層的溫度是不均勻的，所以要精確的測量某一特定高度的壓力是很複雜的。

## 逃逸

表面重力，維繫大氣層的力量，在行星中是極不相同的。例如，巨大的行星木星有著非常大的重力，能夠保留住在較低的重力下會逃逸的氫和氦這種輕的氣體。其次，與太陽的距離確定可以用來加熱大氣的能量，能否加熱氣體使分子的熱運動超出行星的逃逸速度 — 氣體分子克服行星重力掌握所需的速度。因此，遙遠和寒冷的泰坦和冥王星儘管重力相對較低，但仍能保有它們的大氣層。理論上，星際行星也許也能保有厚實的大氣層。

因為氣體在任何的特定溫度下都有大範圍的分子移動速度，所以總是會有一些氣體緩慢的滲漏至太空中。具有相同動能的氣體，輕的氣體運動的速度比重的氣體快，因此分子量較低的氣體流失的比那些分子量較重的氣體更快。這被認為是金星和火星會失去它們的水的原因，因為當它們的水受到來自太陽的紫外線光解成為氫和氧之後，氫會逃逸而去。地球的磁場協助阻擋了會使氫加速逃逸的太陽風，然而，在過去的 30 億年，地球也許經由在極區的極光活動，損失了包括氧氣在內的 2% 大氣層。

其他也會造成大氣損耗的機制是太陽風，包括飛濺、撞擊侵蝕、天氣、和隱藏 —"有時是指結冰"— 進入風化層和極冠。

## 成分

最初的大氣結構一般認為與在行星形成所在地點的太陽星雲有著一樣的化學成分和溫度，而內部的氣體隨後逃逸。這些原始的大氣層隨著時間的過去而逐漸的演變，因行星各自不同的特性造成非常不同的結果。

金星和火星的行星大氣主要的組成是二氧化碳，還有少量的氮、氬、氧和可追蹤的其他氣體。

地球的大氣層主要由生活在其中生物產生的副產品來改造。地球大氣層包含大約（以摩爾容量 / 體積計算）78.08% 的氮和 20.95% 的氧，數量易變（平均為 0.247%，全球大氣研究中心）的水蒸氣、0.93% 的氬、0.038% 的二氧化碳，和微蹤的氫、氦以及其他的 "惰性氣體"（揮發氣體的汙染）。

低溫和重力較強大的氣體巨星 — 木星、土星、天王星、和海王星 — 能夠輕易的保留住低分子量的氣體。這些行星有以氫 - 氦和微蹤的更複雜化合物構成的大氣層。

有兩顆外層行星的衛星有著不能忽視的大氣層：土星的衛星泰坦和海王星的衛星崔頓，主要成分為氮。冥王星，在軌道的近日點附近，有著與崔頓相似，由氮和甲烷組成的大氣層，但在遠離太陽時氣體的大氣層會凍結。

太陽系內還有其他的天體有極端稀薄且不穩定的大氣層，這些包括月球（鈉氣）、水星（鈉氣）、木衛二（氧氣）、木衛一（硫）和土衛二（水蒸氣）。

行星 HD 209458b 是第一顆被哈伯太空望遠鏡測量出大氣層結構的系外行星。HD 209458 是位於飛馬座的一顆恆星，HD 209458b 是軌道靠近母恆星的氣體巨星，因此大氣層被加熱至超過 1,000 K，並且穩定的逃逸入太空。氫、氧、碳和硫都在行星膨脹的大氣中被偵測出來。

## 構造

### 地球

地球大氣層包括，從地面往上，對流層（包括行星的邊界層或最底層的大氣）、同溫層、中氣層（散逸層）、增溫層（熱成層，包含電離層和外逸層），還有磁層。每一層有不同的氣溫，定義出溫度隨著高度的變化率。

3/4 的大氣層在對流層內，並且這一層的厚度有很大的變化，在赤道的厚度達到 17 公里，在極區的厚度僅有 7 公里。臭氧層，吸收來自太陽紫外線的能量，主要位於同溫層，高度在 15 至 35 公里。卡門線的位置在增溫層內，高度 100 公里處，通常被作為地球大氣層和太空的分界線。但是外逸層的高度可以從距離地表 500 公里延伸至 1,000 公里，並在該處與行星的磁層互動。

### 其他

其他已知有大氣層的天體列於下表。

#### 太陽系內

* 金星
* 月球
* 火星
* 木星
* 木衛一 (艾奧)
* 木衛二 (歐羅巴)
* 木衛三 (蓋米尼德)
* 土星
* 土衛六 (泰坦)
* 土衛二 (恩克多拉斯)
* 天王星
* 海王星
* 海衛一 (崔頓)
* 冥王星

#### 太陽系外

* HD 209458 b

## 循環

當對流成為比熱輻射更有效率的運輸者時，由於溫度的差異造成了大氣的循環。在行星的主要熱源是來自太陽的輻射，在熱帶多餘的熱會輸送到更高的緯度。當行星的內部能產生相當數目的熱量時，例如木星的狀況，對流能經由大氣層將能量由內部區域的高溫傳送至表面。

## 重要性

經由地質學家對行星的透視，大氣層是對行星演化形態學的行為實質上的代理者。風運輸塵土、侵蝕地表和帶離淤積和其他的微粒（風成程序）。霜和降雨，取決於它們的成分，也影響到地表。氣候變化可能影響到行星的地質歷史，反過來，研究地球表面也可以對行星的大氣和氣候的現狀和過去有所了解。

對氣象學家，測量大氣的構成可以確定氣候和它的變異。

對生物學家，構造是和生命的出現與演變密不可分的。

## 參考文獻

## 參見

* 岩石圈、水圈、生物圈
* 蒸發計（汽化計）
* 太空邊緣
* 電離層
* 恆星大氣層
* 全球性氣候系統元件表
大氣折射

**大氣折射**（又稱：**蒙氣差**（蒙氣即行星的大氣）、**折光差**）即原本直線前進的光或其它電磁波在穿越大氣層時，因為空氣密度隨著高度變化所產生的偏折。這種折射是光通過空氣時因為密度的增加使速度降低（折射率增加）。大氣折射在近地面時會產生海市蜃樓，讓遠方的物體出現或蕩漾，和非幻覺的升高或降低，伸長或縮短。這個詞也適用於聲音的折射。無論是天體或地面上物體位置的測量都需要考慮大氣折射。

對天文或天體的折射，導致天體在天空中的位置看起來比實際為高。大地折射通常導致物體出現在比實際高的位置上，然而在靠近地面的空氣被加熱的下午，光線的曲折向上會使物體看似出現在比實際位置低的地方。

折射不僅影響可見光，還包括所有的電磁波，然而在程度上不盡相同（見光的色散）。例如在可見光，藍色受到的影響大於紅色。這會對天體光譜在展開時的高解析圖像造成影響。

只要有可能，天文學家會安排在天體在天空中接近高度最高的頂點時才要觀測。同樣的，水手也不會觀測一顆高度低於 20° 或更低恆星的位置。如果不能避免靠近地平線的觀測，有可能使用具有修正系統，以彌補這種折射造成的影響。如果色散也是一個問題（如果是寬頻的高解析觀測），大氣折射可以使用成對的旋轉玻璃稜鏡處理掉。但是當大氣折射的總量是溫度梯度、溫度、壓力和濕度（特別是在中紅外波長時的水蒸氣總量）的函數時，成功補償這些修正量的工作可以讓人為之望而卻步。另一方面，測量師經常都會將他們的工作安排在下午折射程度最低的時候。

在有很強的溫度梯度、大氣不均勻和空氣動盪的時候，大氣折射會變得很嚴重。這是造成恆星閃爍和日出與日落時太陽各種不同變形的原因。

## 天文折射

作為一個點光源，天文折射影響到天體的角位置，而經由不同的折射，會影響太陽、月亮、和其它天體的外觀形狀。

### 數值

## 相關條目

* 海什木
* 大氣光學
* 沈括
* Ray tracing (physics)

## 參考資料

## 進階讀物

## 外部連結

* Astronomical Refraction（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）—Andrew T. Young
大氣擴散模式

**大氣擴散模式** 是一種用電腦模擬空氣污染物如何擴散到附近的大氣中。並且知道污染源附近的空氣品質，是否會危害人體。這對許多工業區的規劃非常重要，因為必須要評估工廠所排出的廢氣是否會引響附近人民的健康。 
再用電腦模擬大氣擴散模式之前，必須要輸入一些變數:

* 目前天氣的概況，像風速和風向等。
* 污染源的地理方位，像是污染源的海拔，和附近的地形等。
* 排放廢棄物的速率。
* 附近的障礙物，一些污染源的附近的建築物也會引響。

## 外部連結

* EPA's Support Center for Regulatory Atmospheric Modeling（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
* UK Atmospheric Dispersion Modelling Liaison Committee web site（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
大氣標高

**標高**（scale height），又譯**特性高**、**尺度高**、**標尺高**、**比高**，是一個長度，可用來比較同一個物理量在不同環境的減少率。如果一個物理量每經過一段距離 $H$ ，其值就減少為原來的值的 $1/e$ ，長度 $H$ 就稱為標高。標高越大，改變的幅度越小。

標高常用於大氣科學。**大氣標高**為：

　
: $H=-P{\frac {dz}{dP}}$

　
: ${\frac {dP}{dz}}=-g\rho $

假設大氣是理想氣體，套用狀態方程式：

　
: $\rho ={\frac {MP}{kT}}$

，其中 $M$ 是平均分子量除以阿伏伽德羅常數。

從以上兩式可得

　
: ${\frac {dP}{P}}={\frac {-dz}{\frac {kT}{Mg}}}$

假設在大氣的某一部分在熱力學平衡之中，即設溫度為常數：

　
: $H={\frac {kT}{Mg}}$

　
: $P=P_{0}e^{(-{\frac {z}{H}})}$

一些星體數據：

* 火星：11.1 km
* 地球：7~9 km
* 太陽的光球層：270km

## 外部連結

* http://web.njit.edu/~gary/321/Lecture7.html（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
大氣水發生器

**大氣水發生器**是一種從潮濕的空氣中提取水的裝置。空氣中的水蒸氣可以通過冷凝（在乾燥劑的作用下將空氣冷卻到其露點以下）或對空氣加壓來提取。與除濕機不同，大氣水發生器可以將水蒸氣轉化為飲用水。 大氣水發生器在難以或不可能獲得純飲用水的情況下非常有用，因為人們幾乎總是可以從空氣中提取少量水。

## 參考文獻
大氣河

**大氣河流**，或又稱為**大氣長河**，是大氣中由高濃度水蒸氣形成的狹窄區域。大氣河流經由狹窄通路輸送水蒸氣，通常沿著大面積流動的空氣的邊界，例如與在海洋上形成的熱帶氣旋相關的一些區域。鳳梨急流是最知名的大氣河流，因從盛產鳳梨的夏威夷群島將水氣帶到美國西岸而得名。

## 參考來源
大氣潮

**大氣潮**是全球尺度的大氣振盪，其振盪周期是一天的整數分之一。在很多方面大氣潮和海洋潮汐類似。大氣潮的激發機制包括：
（1）大氣輻射加熱的日夜更替；
（2）月球的引力場影響；
（3）行星波和大氣潮之間的非線性相互作用。

## 總體特性

最大振幅的大氣潮產生於日間太陽輻射對對流層的水蒸氣和平流層的臭氧周期性加熱。
大氣熱力學

**大氣熱力學**是一門研究熱功轉換，在地球大氣層內以氣候的方式表現的學問。大氣熱力學運用熱力學定律去描述、解釋一些大氣中的物理現象，例如潮濕空氣的特性、雲的形成、大氣邊界層、大氣中的鉛直不穩定性等。大氣熱力學常使用熱力學圖去預測風暴的形成。大氣熱力學是雲物理學和大量天氣模型中對流參數化的基石，常被用於對流平衡等氣候模型。

## 概述

大氣熱力學是一個非平衡系統的例子。 大氣熱力學描述了一些浮力造成的現象，例如低密度（暖）空氣上升、高密度（冷）空氣下降、水的蒸發與凝結等。 這些動力學可以被氣壓梯度力與科氏力描述。需要被用到的理論包括能量守恆律、理想氣體方程、熱容量、等熵過程的假設（熵是定值）與絕熱過程（沒有與外界熱交換的過程）。大部分對流層的氣體都被視為理想氣體與水蒸氣，其相變過程是問題討論的核心。

一些相關的進階主題包含水的相變均勻成核和非均勻成核、雲的形成中溶解物質的影響、冰與水滴的過飽和。考慮潮濕空氣和雲的形成理論會產生一些特殊溫度，例如等位溫度、濕球溫度和虛溫。相關的領域包含能量、動量、物質傳遞、雲中空氣粒子的氣流交互作用、對流、熱帶氣旋和大氣中的巨觀動力學。

大氣熱力學扮演的主要角色，是描述作用於流體質點的絕熱力與非絕熱力，可以被原始方程組計算。這些方程式成為了氣候數值計算與預測的基石。

## 歷史

19 世紀初，一些重要的數學工具，如流體（氣體）力學、蒸氣引擎的內燃與壓力循環等被卡諾、克勞修斯與克拉佩龍等人開發，如克勞修斯 - 克拉佩龍方程。1873 年，熱力學科學家吉布斯發表了有關流體的熱力學的圖像方法的文章（《Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids》）。

這些基礎自然的開始被運用於引起了極大關注的大氣熱力學理論模型的開發上。關於大氣熱力學的論文在 1860 年代開始出現，其標題如乾燥與潮溼的絕熱過程。1884 年，赫茲發明了第一張大氣熱力學圖（埃瑪圖）。貝佐德公爵使用準絕熱過程，描述了空氣抬升、膨脹、冷卻，最後其中的水氣凝結成雨的過程。1888 年，他發表了一份長篇的著作：《關於大氣中的熱力學》（On the thermodynamics of the atmosphere）。

1911 年，魏格納公爵發表了書籍：《Thermodynamik der Atmosphäre》。從此大氣熱力學作為科學的一個分枝，開始穩定紮根。英語的大氣熱力學「atmospheric thermodynamics」一詞可以被追溯到 Frank W. Very 在 1919 的發表：《The radiant properties of the earth from the standpoint of atmospheric thermodynamics》。1970 年代晚期，大氣熱力學一詞開始出現在教科書上。時至今日，大氣熱力學為天氣預報的一項重要理論。

### 時間軸

* 1751 Charles Le Roy 認定露點溫度是空氣飽和的指標
* 1782 Jacques Charles 製造了氫氣球用於測量溫度和壓力
* 1784 溫度隨高度變化的概念被提出
* 1801–1803 道耳吞寫下了他的氣體壓力定律
* 1804 給呂薩克讓氣球上升以研究天氣
* 1805 拉普拉斯寫下了壓力隨高度變化的函數
* 1841 James Pollard Espy 發表了關於氣旋能量的對流理論的論文
* 1856 費雷爾發表了造成西風帶的動力學
* 1889 亥姆霍茲與貝佐德使用了溫度勢的概念，貝佐德應用了絕熱、準絕熱氣溫垂直遞減率的概念
* 1893 Richard Asman 構想了大氣探空火箭（壓力 - 溫度 - 濕度）
* 1894 John Wilhelm von Bezold 使用了等效溫度的概念
* 1926 Sir Napier Shaw 引述了熵溫圖
* 1933 Tor Bergeron 發表了論文 "Physics of Clouds and Precipitation" 描述了過冷造成的降水（在有水滴下的冰晶凝聚成長）
* 1946 Vincent J. Schaeffer 和 Irving Langmuir 發表了史上第一個人工降雨實驗
* 1986 K. Emanuel 以卡諾引擎的概念解釋了熱帶氣旋

## 應用

### 哈德里環流圈

哈德里環流圈可以被想作是一個熱機。哈德里環流圈被認定為是暖濕空氣在赤道地帶上升，冷空氣在副熱帶地區下降，導致一個熱對流循環，並產生淨動能。哈德里系統的熱力學效率（作為一個熱機的效率）在 1979 年至 2010 年近乎一個常數，平均為 2.6%。在相同的時間段裡，哈德里系統的功率平均逐年上升 0.54 兆瓦，這代表著輸入能量的增加，並與熱帶海洋表面的溫度有關。

### 熱帶氣旋卡諾熱機

颶風在熱力學上的表現可以被視作是一個運作在作為熱庫的大海（大約 300K（27 °C）），與作為熱沉的對流層頂（大約 200K（−72 °C））熱機。最後輸出的作功為風的動能。 當一團空氣在靠近海平面時吸收熱與水氣，暖空氣會上升並膨脹，並在過程中冷卻，造成凝結與降水。上升的空氣與凝結會產生被科氏力推動的環流，進而推動浪，並增加推動整個氣旋循環的暖潮濕空氣。提升地球表面的溫度或降低對流層頂的溫度，皆會造成氣旋中風的增強。在應用至颶風動力學時，這個循環代表著卡諾循環，並可進一步預測最大颶風強度。

### 水蒸氣與氣候變遷

克勞修斯 - 克拉佩龍方程顯示，每當上升 1 攝氏溫度，水氣容量大約會上升 8%（這與其他參數，如壓力或密度並無直接關係）。這樣的「水氣容量」，或稱「蒸氣壓」可以從克勞修斯－克拉佩龍方程中得到。

　
: $e_{s}(T)=6.1094\exp \left({\frac {17.625T}{T+243.04}}\right)$

（式中 $e_{s}(T)$ 是平衡壓力或蒸氣壓（單位:hPa），而 $T$ 是溫度（單位：攝氏度））。這顯示當大氣溫度提升（如溫室氣體），濕度應該以指數成長（假設濕度為常數）。然而，這個純熱力學推導是頗具爭議的，因為對流過程可能伴隨因為下沉氣流面積上升，而產生的極度乾燥，造成凝結效率被對流強度影響，並且雲的形成也與濕度相關。

## 參見

* 大氣對流
* 大氣溫度
* 大氣波
* 化學熱力學
* 雲物理學
* 平衡態熱力學
* 流體力學
* 非平衡態熱力學
* 熱力學

## 特別主題

* Lorenz, E. N., 1955, Available potential energy and the maintenance of the general circulation, Tellus, 7, 157–167.
* Emanuel, K, 1986, Part I. An air-sea interaction theory for tropical cyclones, J. Atmos. Sci. 43, 585, (energy cycle of the mature hurricane has been idealized here as Carnot engine that converts heat energy extracted from the ocean to mechanical energy).

## 參考文獻

## 延伸閱讀
大氣物理學

**大氣物理學**是物理學於大氣科學的應用。大氣物理學家利用流體方程式、化學模型，並研究輻射收支以及大氣中的能量轉換（包含與其它系統間的關聯，例如海洋），建立起地球及其他星球的大氣模型。為了要建立起天氣模型，大氣物理學家使用一些與物理相關的數學理論，包含散射理論、波傳遞的模型、雲物理學、統計物理學和空間分析。大氣物理學不僅與氣象學和氣候學有緊密關係，更包含了研究大氣所需要儀器的設計和製造，以及其數據的分析，像是遙測。在太空時代的來臨及探空火箭的誕生後，高層大氣物理學成為大氣物理學的一個分支學科，主要研究高層大氣分子的解離和游離。

## 遙測

遙測是一種利用跟觀測物體沒有接觸的小尺度或大尺度裝置（像是航空器、太空載具、人造衛星、 浮標或船），來記錄及即時感測物體或物理現象的一種觀測方式。實際上，遙測通常會統整來自各個不同地方儀器所觀測到某個特定物體的資料，這樣會比使用單獨地點探測得到更多的資訊。

所以，地球觀測或氣象衛星，海洋和大氣觀測所需的海氣象浮標，或懷孕時醫生使用的超聲波、核磁共振成像、正電子發射電腦斷層掃描，以及太空探測器，都屬於遙測的範圍。遙測在現代通常指的是成像感應器技術，且不僅僅限於飛行器或太空船上的儀器，不過遙測通常並不包含其他成像有關領域像是醫學影像。

遙測有兩種。被動遙測探測的是物體或附近區域發出的輻射，或者是反射天然產生的輻射，像太陽輻射是最常被用來作為被動遙測的天然輻射。被動遙測的例子有攝影、紅外線攝影、CCD 和輻射計。相反的，主動遙測發出輻射，並藉由感測器探測被物體反射或散射的輻射來觀測物體。雷達、光學雷達和聲達都是主動遙測用於大氣物理的例子，它們藉由測量輻射發出和接收的時間差來測量物體的地點、高度、運動速度的大小和方向。

遙測讓我們有機會觀測到危險或不可到達的區域，比如說監測亞馬遜盆地的森林砍伐，觀測北極和南極地區因為氣候變遷所導致的冰河消融，和使用聲波測深來探測濱海及深海地區的海底深度。軍事應用的例子像是冷戰時期利用遙測來探測危險的邊境地區。遙測也成功地取代原本昂貴且緩慢的地面觀測，並且能使得觀測地區不受到觀測影響而被打擾。

人造衛星能夠整合和傳送來自不同頻率電磁波譜的資料，並藉助來自大尺度空中和地上的資料，為研究者們提供足夠的資訊來監控長及短周期的氣候變化，像是聖嬰現象。遙測的其他功能也很多，像是地球科學會用到的天然資源管控，農業領域的土地使用監控，有關國家安全的邊境地區控管。

## 輻射

大氣物理學家通常將輻射分成太陽輻射和地球輻射（包含地表和大氣的輻射）。

太陽輻射包含了輻射的所有波段。可見光波長是在 0.4 到 0.7 微米之間。 波長更短的波段稱為紫外線波段，而波長更長的波段稱為紅外線波段。 臭氧在紫外線波段的 0.25 微米波長附近吸收效率最高， 這導致了平流層溫度的增加。雪反射了大約 88% 的紫外光，而砂粒約反射了 12%，水則僅僅只反射了 4% 的紫外光。而隨著太陽光入射大氣層的角度減小，能量愈容易被大氣層反射或吸收。

因為地球的表面溫度遠比太陽低，地球輻射的波長遠比太陽輻射波長長。地球會輻射出各種波段的輻射，其分布遵守普朗克定律。而地球輻射能量的最大值大概在波長 10 微米左右。

## 雲物理學

雲物理學是一個研究雲形成、成長和凝結所伴隨之物理現象的一門學科。雲通常是由微小的水滴（暖雲），或微小的冰晶（冷雲）所組成，亦或兩者都有（混合雲）。在適合的條件下，小水滴互相碰撞而形成水滴產生降雨到地球表面上。

雖然科學家對於雲形成和成長的詳細過程還沒有很了解，但大氣學家們已經發展了一些描述個別水滴的微觀物理理論來解釋雲的結構，而雷達和人造衛星技術的進步也使得我們能夠精確研究大尺度的雲。

## 大氣電學

大氣電學研究的是地球大氣或其他行星大氣中的靜電學和電動力學。地球表面、游離層和大氣層共同組成了「全球大氣電路」。
閃電會釋放出 30000 安培的電流，其電壓差高達 1 億伏特，並放出光、無線電波、X 射線或甚至 γ 射線。閃電所產生的電漿溫度可高達 28000K，而電子數密度也超過 1024/m³。

## 大氣潮汐

大氣潮汐的成因，主要來自於對流層和平流層的水氣和臭氧吸收太陽輻射，而使得大氣層被太陽週期性的加熱。從源頭產生的大氣潮汐可以往上傳遞到中氣層和增溫層。大氣潮汐可以藉由測量風、溫度、密度和壓力的日變化來得知。雖然大氣潮汐和潮汐有很多相似之處，但它們還是有兩個主要不同的地方:

1. 大氣潮汐主要是因為太陽週期性的加熱而產生，但潮汐是因為月球對地球的潮汐力而產生。這代表大部分大氣潮汐的週期會跟一個太陽日（24 小時）密切相關，而潮汐的週期則跟相對比較長的太陰日（24 小時又 51 分鐘）有關係。
2. 大氣潮汐的波動是在大氣中密度垂直上下變化劇烈的地方傳遞。這使得大氣潮汐的振幅隨著傳遞到高層的稀薄大氣而呈現指數性的成長（解釋見下面的文章）。相反地，海水的密度在垂直方向上變化很小，所以潮汐的振幅隨著深度沒什麼太大的改變。

要特別注意的是，雖然大氣潮汐振幅的主要分量來自於太陽加熱，但太陽和月球的潮汐力也在大氣中產生了大氣潮汐，而且月球的影響比太陽還大得多。

在地表上，大氣潮汐可以藉由測量海平面氣壓 12 及 24 小時週期的微小震盪來被得知。 氣壓大概是在當地時間早上及晚上十點點到達極大值，而在當地時間凌晨四點及下午四點到達極小值。而一天中的最大值則大概是發生在早上十點，最小值則大概是下午四點。 但是，大氣潮汐的振幅在海拔較高的地方可以變得相當大。在中氣層（50~100 公里高處）中，大氣潮汐的振幅可以達到 50m/s，而且通常是該層大氣中主要的動力來源。

## 高層大氣物理學

高層大氣物理學研究的是高層大氣，在那裡分子的解離和游離變得非常重要。高層大氣物理學這個詞（aeronomy）是在 1960 年被雪梨・查普曼所提出的。 如今這個詞包含了研究其它行星高層大氣的現象。高層大氣物理學的研究需要利用到探空氣球，人造衛星和探空火箭。它們提供了對研究高層大氣極有價值的觀測數據。大氣潮汐也在上下層大氣的交互作用中扮演著重要的角色。高層大氣物理學研究的現象有中高層大氣放電，像是會放出閃光的紅色精靈、精靈暈盤、藍色噴流和淘氣精靈。

## 研究中心

台灣的大氣研究中心除了中央氣象局之外，還有台灣颱風洪水研究中心，及各大學的大氣系。在英國，主要的大氣研究單位有英國氣象局、自然環境研究委員會和科學及科技研究委員會。 美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）下的機構也有許多包含大氣物理的研究計畫和天氣建模。美國的阿雷西博天文台也研究高層大氣。比利時的比利時太空暨高層大氣機構也研究大氣和外太空。

## 參見

## 參考文獻

## 參考書目

* J. V. Iribarne, H. R. Cho, _Atmospheric Physics_, D. Reidel Publishing Company, 1980
大氣現象

**天氣**表示大氣在某個特定時間和空間的狀態，反映大氣是冷還是熱、是乾還是濕、是平靜還是狂暴、是晴朗還是多雲等等。絕大多數天氣現象發生在平流層之下的對流層。天氣具有 5 個要素：氣溫、降水、風（包括風向和風速）、濕度和氣壓，其中最重要的是溫度和降水。天氣通常是描述每日的各要素情況，而氣候是指一段長時間內的平均大氣狀況，基本均以儀器測量的數值和基於數值的分類方式（如高溫、小雨、風級等）來描述。如果沒有特別指明，「天氣」一般指的是地球上的天氣。

## 基本原理

天氣現象主要源於不同地方的溫度差異。從大的尺度來看，接近赤道的地區單位面積接收到的太陽能總的來說比其他地區大。從較小的尺度來看，不同的下邊界（如地面和海洋）由於不同的物理性質，吸收太陽能的效率也不同。

溫度差異會導致氣壓差異。若某個表面的溫度較高，表面上的空氣就會被加熱並膨脹上升，表面處的氣壓就會降低，周圍的空氣會來補充，於是空氣運動產生風。另外科里奧利力會影響氣流的運動方向。許多複雜的天氣現象都源於這樣一個簡單的系統，好比海陸風。

天氣密度（溫度和濕度）是由一個地方和另一個之間的差異。這些差異可能是由於從熱帶太陽的角度在任何特定地點，由不同緯度。極地和熱帶空氣之間的強烈的溫度反差引起的噴流。在天氣系統中緯度地區，如溫帶氣旋，造成噴流流的不穩定性。由於地球的軸是相對於它的軌道平面傾斜，陽光是在一年中不同時期的不同角度的事件。在地球表面的溫度範圍 40°C（100°F 至 - 40°F）的一次。幾千年來，地球軌道上的變化影響地球接收的太陽能量和分佈，並影響長期氣候和全球氣候變化。

表面溫度反過來的差異造成的壓力差。天氣預報是科學和應用技術，預測國家未來某個時間和位置的大氣。天氣是一個混沌系統，系統內部分微小的變化，可以影響整體。貫穿人類歷史，人類有時試圖控制天氣，有證據表明，人類活動（如農業和工業）在不經意間改變天氣模式。

研究其他行星上的天氣有助於了解地球上的天氣。太陽系著名的地標－木星的大紅斑，是一種反氣旋風暴，已知有至少有 300 年的歷史。然而，天氣並不限於行星。廣義的天氣可以包含整個星系空間中氣體（氣態及離子態的元素）的變化，恆星的日冕不斷的噴發，在整個太陽系創造一個本質上非常稀薄的氣層。可以說，太陽風這種太陽大規模噴出的運動，也是一種太陽系內的天氣。

## 氣象數據

氣象學是研究大氣運動的科學。下面是天氣的主要數據和現象：

* 氣溫・濕度・氣壓・雲（遮蓋率）・風（風向・風力）・降水 (雨・冰雹・雪・降水量）・能見度・日照時數
* 霧・雷電・海市蜃樓・彩虹・龍捲風・極光

氣象站、輪船、氣象氣球、飛機、浮標、人造衛星等可以收集氣象數據。

## 天氣和氣候

天氣是指一個地區短時間局部的，臨時的大氣現象。

氣候是指一個地區長時間（比如 30 年）的大氣平均物理狀態。

## 預報

天氣預報將科技應用於預測大氣在未來時刻的指定地點的狀態。百萬年以前人類就一直試圖預測天氣，直到 19 世紀才開始有了正式的天氣預報。天氣預報需要收集當前大氣狀態的定量數據，然後運用我們對大氣過程的科學理解來預測大氣將如何變化。

開始是完全依靠人力來根據氣壓變化、當前天氣狀況以及天空情況做預報，現在則使用預報模式預測未來的天氣。人力仍然被需要用來挑選最可能優秀的預報模式來做預報，需要考慮模式識別技巧、遙相關、模式效能以及模式偏差。大氣的混沌本質、求解描述大氣的方程組所需的大量的計算資源、在測量初始情況時所帶來的誤差、以及對大氣過程的仍不完整的理解，種種這些因素使得預報的越早以及預報的時間（預報_範圍_）越長則預報結果越差。集合預報的使用可以幫助我們減小誤差和挑選出最可能的結果。

天氣預報有各種各樣的終端用戶。天氣警報被用於保護生命和財產，是重要的預報。基於氣溫和降水的預報對農業很重要，因而也受到股票和期貨市場裡那些大宗商品交易者的重視。公共事業公司也依靠氣溫預報來估計未來的需求。每日裡，人們參考天氣預報來決定日常的穿戴。因為戶外活動會被大雨、雪以及寒風所嚴重影響，人們依靠預報來計劃活動和為壞天氣做些預先準備。

## 地球上的極端天氣

地球上，氣溫的年平均值在 ±40°C（從 100°F 至−40°F）的範圍內。整個星球的緯度和氣候的大跨度變化範圍使得有些地方的極端氣溫可能會超出這個範圍。地球上有記錄的最低氣溫是−89.2 °C（−128.6 °F），發生在 1983 年 7 月 21 日南極的沃斯托克站。有史以來的最高氣溫是 57.8 °C（136.0 °F），發生在 1922 年 9 月 13 日阿齊濟耶省，不過這一紀錄被人質疑。最高的年平均氣溫是 34.4 °C（93.9 °F），發生在衣索比亞的達洛爾。最低的年平均氣溫是−55.1 °C（−67.2 °F），發生在南極的沃斯托克站。在人類定居區的最低年平均氣溫發生在加拿大境內努納武特地區的尤里卡，達到−19.7 °C（−3.5 °F）。

## 太空天氣

天氣不僅僅發生在行星上。和所有恆星一樣，太陽的日冕持續的損耗在太空中，並在整個太陽系產生了一個非常稀薄的大氣。太陽噴射出的物質的移動被稱為太陽風。太陽表面的大型活動（例如日冕物質拋射）以及太陽風的發生反覆無常，使得產生了一個特性與常規天氣系統（例如氣壓和風）相似的系統，常常被稱為太空天氣。太陽系中日冕物質拋射的範圍已經被觀察到可以遠至土星。太空天氣也可能會影響到行星大氣，有時還會到星球表面。太陽風和地球大氣的相互作用可以產生壯觀的極光，也可能對電敏感系統（如輸電系統和無線電信號）產生重大損害。

## 參考文獻

## 外部連結

* Climate and Weather from _UCB Libraries GovPubs_
* The Economics of Extreme Weather Events on Society NOAA Economics
* RainRadar: Worldwide radar directory
* National Weather Service（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 世界天氣信息服務網 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* amindi（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參見

* 天氣學
大氣科學

**大氣科學**研究大氣的結構、組成、物理現象、化學反應、運動規律，是地球科學的一個分支。研究對象主要是地球以及太陽系其他行星的大氣圈。大氣研究的時空範圍很廣，空間尺度從一個城市、區域向全球擴展，研究的時間尺度則從幾天到幾年，以至幾十年不等。大氣科學研究的對象主要是對流層和平流層。平流層以上的大氣層由於帶電粒子的存在，以及受到宇宙中各種輻射的影響而具有特殊性，一般歸於空間物理和空間天氣學研究，或稱高層大氣物理學。

大氣科學研究的手段有現場觀測、遙測、和數值模擬等。常用觀測儀器有人造衛星、探空火箭、探空氣球、無線電探空儀、雷達、雷射等。

該領域的早期先驅有理察・阿斯曼、萊昂・德・波爾、威廉・皮耶克尼斯、卡爾 - 古斯塔夫・羅斯貝、吉爾伯特・沃克、雅各布・皮耶克尼斯等人。

## 大氣動力學

大氣動力學涉及觀測研究以及關於具有氣象學重要性的運動系統的理論 。這些系統包括雷暴，龍捲風，重力波，熱帶氣旋，溫帶氣旋，急流，和全球規模的環流。大氣動力學研究的目標是用基本的物理原理解釋所觀測到的環流。這些研究的目標包括改善天氣預報，發展預報季節和年際氣候波動的方法和理解人為擾動（例如，增加二氧化碳濃度或臭氧層耗竭）與全球氣候的內在關係。

## 大氣物理學

大氣物理學是物理學在大氣研究中的應用。大氣物理學家們試圖通過利用流體流動方程、化學模型、輻射平衡以及大氣和深層海洋的能量傳輸過程，模擬地球和其他行星的大氣層。為了模擬天氣系統，大氣物理學家利用散射理論、波的傳播模式、雲物理學、統計力學和空間統計學的原理，而這些原理是高度數學化和物理相關的。大氣物理學與氣象學和氣候學都有密切聯繫，還涵蓋設計和建造用於研究大氣的儀器，以及對它們提供的數據的解釋。

英國大氣研究是由氣象局支持的。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的各司監督研究項目和涉及大氣物理的天氣模擬。美國國家天文學和電離層中心還開展高層大氣研究。

地磁場、太陽風與大氣層相互作用，形成電離層、范艾倫輻射帶、大地電流與輻射能。

## 大氣測量學

主要研究課題為大氣觀測指標和具體方法。大氣測量的主要指標包括溫度、氣壓、濕度、風力四個要素，此外還有能見度、日照時數、輻射總量、雲量等等諸多項目。

## 大氣化學

大氣科學是對地球及其他行星大氣進行研究的一門科學。這是一個多學科研究領域，需要借鑑環境化學、物理學、氣象學、計算機模擬、海洋學、地質學、火山學以及其他學科，並涉及光化學、均相非均相反應動力學、大氣擴散理論、痕量分析化學等領域；不僅研究大氣的化學反應，還要研究大氣成分複雜的物理化學過程。

大氣組成及其化學是很重要的，主要是因為大氣層和生物體之間的相互作用。地球大氣層的組成已經被人類活動所改變，其中一些變化對人類健康、農作物和生態系統有害。大氣化學要解決的問題諸如酸雨、光化學煙霧和全球暖化。大氣化學意在了解導致這些問題的原因，並通過對這些問題的理論理解，使可能的解決方案得到檢驗，並對政府政策變化的影響進行評估。

## 綜觀天氣學

主要研究對象與日常天氣現象相關，對天氣預報至關重要。研究方法包括數學物理推導、天氣圖、統計等等。

## 高層大氣物理學

高層大氣物理學主要研究地球的高層大氣 —— 即平流層頂以上的大氣層 —— 以及其他星球大氣的相應區域。後者的整個大氣層可能只對應地球高層大氣或其中一部分。作為大氣化學和大氣物理學的一個分支，高層大氣物理學與氣象學並不相同，後者側重於研究平流層以下的大氣現象。高層大氣物理學研究的大氣區域內，最重要的物理現象是電離。

## 大氣環境

研究課題包括大氣污染及其治理，人類活動對大氣物質成分帶來的影響等等。

 

 

## 氣候學

相對於研究短期天氣系統數周的天氣學而言，氣候學則主要研究這些系統發生的頻率與趨勢。氣候學關注從多年直至千年的天氣事件的周期性，以及與大氣條件相關的長期天氣平均模式。 **氣候學家**的研究包括：局地或區域或全球自然氣候、導致氣候變化的自然和人為因素。氣候學基本觀點是過去的氣候狀況能夠幫助預報未來的氣候變化。

氣候學關注的氣候現象包括大氣邊界層、環流模式、傳熱（輻射、對流和潛熱）、海氣相互作用和地貌（特別是植被，土地使用和地形） 、大氣化學組成和物理結構。相關學科包括天體物理學，大氣物理學，化學，生態學，地質學，地球物理學，冰川學，水文學，海洋學，和火山學等。

## 海氣相互作用

研究海洋表層與大氣之間的複雜相互作用。經典的研究課題包括聖嬰 - 南方濤動、馬丹 - 朱利安振盪等。

## 其他行星大氣

太陽系所有行星都有大氣層。這是因為它們的引力足夠強，足以使氣態的粒子靠近其表面。較大的氣態巨行星的質量足以使大量氫氦等輕質氣體維持在附近，而較小的行星則會將這些氣體流失到太空中。地球大氣層的組成與其他行星不同，這是因為地球上各種生命過程引入了自由分子氧。水星的大氣層大部分已經被太陽風吹走。唯一一個保有濃厚大氣層的衛星是土衛六。海衛一也有一層薄大氣，月球也有大氣層存在的蹤跡。

行星大氣層收到來自太陽或其內部的不同程度的能量影響，催生了不同的天氣系統，如熱帶氣旋（地球）、沙塵暴（火星）、木星上地球大小的反氣旋風暴（即「大紅斑」），還有大暗斑（海王星）。系外行星 HD 189733 b 據稱也擁有這樣一套天氣系統，與大紅斑相似，但面積比它大一倍。

熱木星受到強烈恆星輻射，其大氣層因而流失到太空中，很像彗星的尾巴。這些行星的晝夜溫差可能極大，因而產生超音速的風，不過 HD 189733b 的晝夜溫差似乎不大，這說明其大氣層有效地重新分配了恆星能量。

## 參考文獻

### 引用

### 來源

## 外部連結

* （英文）Atmospheric fluid dynamics applied to weather maps（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Principles such as Advection, Deformation and Vorticity
* 中國科普博覽 - 大氣科學館（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
大氣窗

地球的大氣層對太陽短波輻射而言是透明的，但是它卻吸收地球的長波輻射。大氣中的水汽主要吸收 5.3-7.7 微米和 20 微米以上的長波輻射；臭氧吸收 9.4-9.8 微米的長波輻射；二氧化碳吸收 13.1-16.9 微米的長波輻射；雲會吸收所有波段的長波輻射。地球的長波輻射大約有 9％會直接返回太空中，直接回到太空中的輻射波段在 8-13 微米之間，因此科學家稱這段長波輻射波段為「大氣窗」，而其他的長波輻射幾乎都會被大氣層吸收。大氣吸收了長波輻射後，有部分會再向太空輻射出去，有部分又再向地球輻射回來。

* 在行星科學中，大氣對可見光是透明的，這表示陽光主要穿過大氣並被地面吸收（參見瑞利散射）。然後地面變暖並從下面加熱大氣。太陽的能量通過紅外窗口逃逸回太空。大氣對大多數的波長不透明，但對某些波長是透明的，這些波段被稱為「大氣窗」。

## 參見

* 紅外窗口
* 無線電窗口

## 參考資料

1. 曾忠一。1988。《大氣輻射續篇》。臺北：中央研究院物理研究所。
大氣窗口

地球的大氣層對太陽短波輻射而言是透明的，但是它卻吸收地球的長波輻射。大氣中的水汽主要吸收 5.3-7.7 微米和 20 微米以上的長波輻射；臭氧吸收 9.4-9.8 微米的長波輻射；二氧化碳吸收 13.1-16.9 微米的長波輻射；雲會吸收所有波段的長波輻射。地球的長波輻射大約有 9％會直接返回太空中，直接回到太空中的輻射波段在 8-13 微米之間，因此科學家稱這段長波輻射波段為「大氣窗」，而其他的長波輻射幾乎都會被大氣層吸收。大氣吸收了長波輻射後，有部分會再向太空輻射出去，有部分又再向地球輻射回來。

* 在行星科學中，大氣對可見光是透明的，這表示陽光主要穿過大氣並被地面吸收（參見瑞利散射）。然後地面變暖並從下面加熱大氣。太陽的能量通過紅外窗口逃逸回太空。大氣對大多數的波長不透明，但對某些波長是透明的，這些波段被稱為「大氣窗」。

## 參見

* 紅外窗口
* 無線電窗口

## 參考資料

1. 曾忠一。1988。《大氣輻射續篇》。臺北：中央研究院物理研究所。
大氣結冰

**大氣結冰**（英語：atmospheric icing）是指當與物體連結的水滴在空氣中結冰。這種情形對於航空器來說非常危險，因為結冰的部份可能會改變機體表面的空氣動力學，並會造成升力的降低，甚至導致墜機。

並非所有的水都是在攝氏 0°C（或華氏 32°F）結冰。低於這個溫度的液態水被稱為過冷（supercooled），而正是這些過冷的水滴造成航空器的結冰問題。但低於零下 20°C 時卻少有結冰情形，原因是在這樣的溫度下，雲中包含的是冰的微粒，而非水滴。

大氣結冰也會發生在高塔、風力機、鑽油平台、船隻、樹木等，會和低溫及水滴接觸的其他物體上。

## 相關條目

* 除冰

## 參考文獻
大氣邊界層

在氣象學中，**大氣邊界層**（英語：atmospheric boundary layer, **ABL**），也稱為**行星邊界層**（英語：planetary boundary layer, **PBL** 或 peplosphere），是大氣層中最接近行星表面的部分（邊界層），大約占對流層的 10%-20%。由於地表摩擦力，大氣邊界層中存在湍流，垂直混合強烈，風速、溫度和濕度等物理量快速波動。大氣邊界層之上的部分稱「**自由大氣**」，其風速風向近似是行星自轉引起的，即地轉風（平行於等壓線）。

## 形成原因

大氣邊界層的形成主要是因為地表摩擦力的存在。一方面，近表面的空氣分子受摩擦而減慢速度，類似靜止，這些分子和流動的分子之間不斷交換，總效果是減慢了空氣流動。另一方面，更重要的是，在地表附近，空氣會形成一系列不規則漩渦，變為湍流，從而對空氣流動帶來巨大阻力。

## 邊界層湍流

湍流是和層流相對的概念。在層流情況下，流體流動的速度和方向相似；但在湍流情況下，不同層之間存在尺度不同的渦旋，且湍流往往具有較強的不穩定性，能使不同層的流體之間互相混合。湍流的存在是大氣邊界層的重要特徵。邊界層中的湍流尺度一般較小，在 200m 左右，表面層湍流尺度則更小，在 20m 左右。

### 產生原因

* 風切變。地面摩擦力對大氣運動產生明顯影響，因此地面風速相對較小，有時風向也會改變，統稱為風切變。
  * 卡門渦街：當大氣流動經過小島等阻流體時，會在其下游產生一系列的交錯排列的渦旋。
* 垂直對流。白天地面熱空氣上升，冷空氣下降，產生熱力原因的垂直對流。
* 湍流級聯。在大渦旋的邊緣，由於大氣的慣性，會產生較小的渦旋。

### 湍流動能

大尺度的湍流動能一般較高，小尺度的湍流動能較低，不過當尺度 > 2km 後則相反。相比高層大氣，湍流在地表附近時一般更強且尺度更小。湍流動能會持續性地耗散，逐漸變小，最終轉化為大氣的內能。湍流能夠持續，其主要能量來源是太陽輻射。

## 風速和風向

通常情況下，由於空氣動力學阻力，在距離地球表面僅幾百米的地方（行星邊界層的表面層），存在著一個風梯度。由於不滑移條件，風速從零開始隨離地高度的增加而增大。

近地表風速的減小量是表面粗糙程度的函數，因此具不同地貌特徵的地區，風速廓線也不同。粗糙、不規則的地表和地面上的人造建築可使風速相對於地轉風減小 40% 到 50%；對於開放水域或冰面，則可能只減少 20% 到 30%。這些因素會在選擇風力發電機的建造位置時被考慮。

在工程學上，人們常常用簡單剪切來建模風梯度：假定風速垂直廓線按冪函數變化，並具有常數指數；假定存在一「梯度高度」，在此高度以上地表摩擦對風速影響很小，從而風速為常數，該風速稱為「梯度風速」。例如，對於大城市，預測的梯度高度的典型值是 457 m，對於城市郊區來說是 366 m，對於空曠地區來說是 274 m，對於開放海域來說是 213 m。不過，這種近似儘管方便，卻並無理論依據。當溫度廓線是絕熱過程所導致，風速應該與高度成對數關係。1961 年在空曠地區進行的一次測量表明，對數擬合在 100 m 以下（表面層內）吻合良好，且平均風速在 1000 米高度以上接近恆定。

近地表的障礙物除了降低風速以外，還會向風速引入與其方向垂直的隨機的豎直和水平速度分量，使得其風向也與地轉風不同。從近地表到高空，風向從紊亂變為均勻，其變化幅度也與地表粗糙程度有關，在開放水域，風向與等壓線的夾角約為 10°，丘陵地域 30°，在陸地當風速非常低時則可達 40°-50°。

## 高度

正如納維 - 斯托克斯方程所揭示，大氣邊界層中的湍流在地表附近的表面層中產生。該層具有最大風速梯度，約占邊界層總高度的 5％-10%。在表面層之上，湍流逐漸消散，因為湍流動能因摩擦而損失，也有些動能被轉化為勢能。一些數值模型利用湍流動能產生速率與其耗散速率之間的平衡來計算邊界層的高度。

邊界層高度差異很大。在陸地，邊界層高度存在晝夜變化，白天邊界層高度較高，在海洋則無顯著晝夜變化。邊界層高度也存在地域變化，一般在 1~3 km，但有時也可從幾十米到 4 km 或更多，在青藏高原甚至達到 5 km 或更多。這一變化的原因之一是地面潮濕程度，邊界層在植被覆蓋的潮濕區域較低，在乾燥的地方較高。例如在洋面上邊界層高度較低，這是由於水汽的豎直混合使得表面加熱效果幾乎不存在。邊界層高度還存在季節性變化，風暴、地形、城鄉等因素也均能影響邊界層的高度及形態。

* 

## 演化

### 結構

白天，由於地球表面升溫迅速，使得大氣不穩定度增加。這種不穩定度的增加使得湍流也變得更為強烈，混合也較均勻，位溫近似相同，形成混合層（英語：mixed layer）。而上升氣流到邊界層頂端後來回震盪，形成夾卷層（英語：entrainment zone）。夾卷層混有自由大氣。夜晚則地面冷卻較快，近地表溫度梯度增加，大氣不穩定性也下降，於是在近地面形成非常穩定的貼地逆溫層，稱為穩定邊界層（英語：stable boundary layer），在高空則形成逆溫層（英語：capping inversion）。不過白天的混合層仍有殘留，稱為殘餘層（英語：residual layer）。

### 廓線

晝夜邊界層的溫度和風速豎直廓線也有所不同。白天，地表升溫較快，因而在表面層內溫度隨高度升高迅速下降，在混合層內穩定下降（位溫近似統一），在夾卷層內升高；夜晚，地表降溫也較快，因而在穩定邊界層底部溫度隨高度升高迅速升高，在殘餘層則與白天混合層類似，在逆溫層與白天夾卷層類似。風速則晝夜均是地面附近較小，高空較高，惟白天存在夾卷層，在此層風速趨勢相反。隨著高度增加，相對濕度也迅速下降。

* *

## 意義

大氣邊界層中的湍流導致了非常強的能量和物質交換。由於地面的摩擦作用，大量大氣動能在邊界層內耗散掉，動能的耗散對大尺度風系統起著剎車的作用。由於強混合作用幾乎只存在於邊界層內，大氣邊界層還是許多痕量氣體、氣膠和大氣污染物的匯。由於污染物基本存在於邊界層內，污染物量相同情況下，邊界層高度越低，近地污染物濃度越高。在沒有逆溫且對流足夠強大之時，尤其是在夏季雷雨天氣，雷暴會清除污染物，將其帶到遠在邊界層以上的地方。大氣邊界層的狀態還能夠影響土壤侵蝕作用。經受熱抬升到抬升凝結高度而形成的邊界層雲的形態能夠影響天氣和氣候，有些海洋區域大多數時候被其覆蓋。邊界層雲還起到對陽光的散射作用，這有利於生物圈中的光合作用，使之速率增加。

## 參考資料
大氣長河

**大氣河流**，或又稱為**大氣長河**，是大氣中由高濃度水蒸氣形成的狹窄區域。大氣河流經由狹窄通路輸送水蒸氣，通常沿著大面積流動的空氣的邊界，例如與在海洋上形成的熱帶氣旋相關的一些區域。鳳梨急流是最知名的大氣河流，因從盛產鳳梨的夏威夷群島將水氣帶到美國西岸而得名。

## 參考來源
大氣電學

**大氣電學**（英語：Atmospheric electricity）研究的是地球（也包括其它星球）大氣中電磁場的變化規律。地表、電離層以及大氣組成全球電路。大氣電學是一個交叉性學科。
大氣電波

**無線電波**是頻率介於 3Hz 和約 300GHz 之間的電磁波，也作**射頻電波**，或簡稱**射頻**、**射電**。

**無線電**技術將聲音訊號或其他信號經過轉換，利用無線電波傳播。

**射頻**技術也用在核磁共振及磁振造影上；射頻線圈是其研究課題之一。

顧名思義，無線電頻譜是無線電波或者電磁波的頻率。 無線電波定義在頻率在 3000GHz 以下，不用人工導波而在空間傳播的電磁波。 一般而言，無線電頻譜是指 9kHz-3000GHz 頻率範圍內無線電頻率的總稱。

無線電波的來源也可能是自然的，比如無線電天文學就是研究來自外空的無線電波的一門科學。

## 頻譜和波段劃分

**註**

* 極低頻、超低頻、特低頻、甚低頻四個頻帶（頻率約 3–30,000 赫茲）和音頻（audio frequency, AF）頻率（約 20–20,000 赫茲）重疊，雖然聲頻是用在透過空氣傳播的音波上。

## 參見

### 使用無線電波的家電

* 電視機
* 收音機
* 對講機

## 參考資料
大氧化事件

**大氧化事件**（英語：**Great Oxygenation Event**），也有**氧化災變**（英語：**Oxygen Catastrophe、Oxygen Crisis**）等不同稱呼，指約 26 億年前大氣游離氧量突然增加的過程。這些氧來自藍綠菌的光合作用，但突然增加的完整原因尚不得知，目前只有若干種假說能解釋。此事改變了地球礦物的成份，也使日後動物的出現成為可能。

## 早期大氣

## 地質證據

### 大陸指標

### 條狀鐵層

### 鐵形態

### 同位素

### 化石和生物標誌物（化學化石）

### 其他指標

## 假說

### 分階段進化

### 營養飢荒

#### 鎳飢荒

### 增加通量

### 遞減水槽

### 構造觸發

### 雙穩態

### 增加光週期

## 酸素化的後果

### 在礦產多樣化中的作用

### 在藍菌門進化中的作用

### 真核生物的起源

#### 洛馬貢迪－賈圖利碳同位素正漂移事件

## 參見

* 無聊十億年
* 氧氣地質歷史
* 美狄亞假說
* 巴斯德點
* 地球殊異假說
* 疊層石
* 新太古代

## 參考文獻

 

## 外部連結

* Lane, Nick. First breath: Earth's billion-year struggle for oxygen. New Scientist. No. 2746. 5 February 2010 [2021-03-14]. （原始內容存檔於 2011-01-06）.
大水乡

**大水鄉**可以指：

* 大水鄉 (桂東縣)，中華人民共和國湖南省郴州市桂東縣下轄的鄉
* 大水彝族苗族布依族鄉，中華人民共和國貴州省畢節市大方縣下轄的鄉
大水乡_(大方县)

**大水彝族苗族布依族鄉**是中華人民共和國貴州省畢節市大方縣下轄的一個民族鄉。

## 行政區劃

大水彝族苗族布依族鄉下轄以下村級行政區劃單位：

大田村、​涼井村、​鞍山村、​箐山村、​營山村、​高潮村、​大石村、​後壩村和爐山村。

## 參考資料
大水乡_(桂东县)

**大水鄉**原屬湖南省桂東縣下轄鄉，2012 年 5 月撤銷。所轄東風、新柳 2 個行政村成建制併入四都鎮；古嶺、建林、雲里 3 個行政村併入**沙田鎮**。

## 歷史沿革

相傳，古時曾發生過一次大洪水，洪水貫穿整個山脈、村莊，一條大水江從四都南下縱貫境內，故名**大水江**。民國時屬**永安鄉**，1949 年後屬第三區，1952 年屬第六區，1958 年屬五星公社。1961 年改設大水公社，1962 年改設西邊山公社，1964 年復為改設大水公社（一說 1965 年改設大水公社），1984 年改為大水鄉；全鄉總面積 42.7 平方公里。 撤銷前大水鄉行政區劃代碼 431027212；下轄古嶺、東風、新柳、建林、雲里 5 個村，共 42 個村民小組。

## 參考資料
大水井乡

**大水井鄉**，是中華人民共和國雲南省曲靖市羅平縣下轄的一個鄉鎮級行政單位。

## 行政區劃

大水井鄉下轄以下地區：

大水井社區、​栗樹坡村、​糯下村、​箐口村、​紅箐村、​大栗樹村、​金慶村、​金歹村、​革來村、​波羅灣村、​小雞登村和炭山村。

## 參考資料
大水井古建筑群

**大水井古建築群**位於中國湖北省恩施土家族苗族自治州利川市柏楊壩鎮大水井村，始建於明代，完成於民國，於 2001 年被列為第五批全國重點文物保護單位。

大水井古建築群原為黃氏土司的宅院，乾隆年間，當時的土司收留了從洞庭湖逃難而來的李廷龍，後其財產、宅院反被李氏所奪。李氏後人逐步改擴建而成現狀，建築群主要由李氏宗祠、李氏莊園和高仰台李蓋五舊宅三部分組成，占地面積約 30 萬平方米，建築面積約 2 萬多平方米，現存建築為清代和民國時所建。李氏宗祠建於清道光二十六年至二十九年（1846 年～1849 年），坐北朝南，建築面積約 1 萬平方米，中軸對稱，三路三進。李氏莊園位於宗祠北面，始建於清初，主體建築三進四廂，坐西北朝東南，建築面積約 8400 平方米。李蓋五舊宅位於莊園東北，坐東朝西，建於 1942 年～1948 年，建築面積 2000 平方米，四合院式。

## 參考文獻
大水军牧场

**大水軍牧場**，是中華人民共和國甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣下轄的一個鄉鎮級行政單位。

## 行政區劃

大水軍牧場共轄以下地區：

虛擬村。
大水坑

**大水坑**（英語：Tai Shui Hang）是香港新界沙田區的一條溪流，亦為溪流流域一帶的地名，位於馬鞍山南部，亞公角以北一帶，屬馬鞍山新市鎮的組成部分。大水坑溪流隨梅子林而下，最後經過大水坑村、村前一段暗渠，與女婆東坑匯合流入沙田海。

## 區議會議席分佈

為方便比較，以下列表主要以恆輝街西沙路交界以南、城門河沙田海交界以北為範圍。

註：以上主要範圍尚有其他細微調整（包括編號），請參閱有關區議會選舉選區分界地圖及條目。

## 交通

## 著名地點

* 大水坑村
* 富安花園
* 錦泰苑
* 馬鞍山海濱長廊
* We Go MALL
* 嘉華星濤灣
* 曉峯灣畔
* 嵐岸
* 海典灣
* 天宇海
* 大水坑單車公園
大水坑_(選區)

**大水坑**（英語：Tai Shui Hang，代號 **R35**）是香港沙田區議會下轄的選區，1994 年設立，現時議席懸空，前任區議員為公民黨成員容溟舟。

## 範圍

選區位於馬鞍山新市鎮東南部，現時包括富安花園、欣安邨及大水坑周邊的郊野範圍，但同屬亞公角街沿線的亞公角漁民新村於 1999 年後則不屬大水坑的選區範圍，村民自 2011 年選區劃界諮詢便爭取劃回本區，但基於本區人口符合法例不作改動的要求而不得要領。與其相鄰的選區有沙田區議會的愉欣、鞍泰、恆安、頌安、錦英及利安選區，並且與西貢半島接壤，投票站設於九龍城浸信會禧年小學及基督教香港信義會馬鞍山信義學校。

## 沿革

**大水坑**選區可追溯至 1991 年區議會選舉的小瀝源選區，當時該區包括石門一帶、小瀝源路沿線鄉村及大水坑富安花園一帶，選舉由何秀武以 1,525 票多於港同盟李家熾的 824 票黨選。

1993 年港督彭定康推行政改方案改革區議會，取消所有委任議席及雙議席選區，全面實行單議席單票制，並改由選區分界及選舉事務委員會制定，區議會選區數目亦隨人口變動而大幅增加，而馬鞍山新市鎮於九十年代快速發展，小瀝源選區及廣源選區分拆為大水坑選區、碧湖及廣源選區，其中廣林苑及康林苑與周邊的鄉村地帶及石門一帶劃為碧湖選區；廣源選區只包括廣源邨及小瀝源村；亞公角街沿線的中的沙田醫院、亞公角漁民新村及大水坑富安花園一帶則劃為大水坑選區。

1994 年區議會選舉，時任小瀝源區議員何秀武以接近七成得票勝過自由黨對手當選，轉區連任成功。

1999 年區議會選舉，因應人口增多，沙田醫院、亞公角漁民新村改劃到其他選區，何秀武以超過七成得票勝過民主黨對手連任。其後何於 2000 年加入港進聯，再於 2003 年區議會選舉打敗七一人民批陳景輝連任，2005 年因民建聯合併港進聯而加入民建聯。

2007 年區議會選舉，何秀武爭取連任，對手為民主黨的容溟舟。選舉前夕何秀武義工派出約百張名為「黑幕大揭秘」的選舉單張，聲稱身兼立法會議員的律師鄭家富，處理富安花園業主立案法團的官司時涉利益輸送，令小業主最終因為無理官司，支付幾十萬元律師費，鄭家富及其任職的律師樓控告何秀武誹謗，最終何秀武以四成得票敗於民主黨容溟舟。2010 年容溟舟跟隨多位民主黨新界東黨員因反對該黨放棄 2012 雙普選立場而支持政府政改方案而退出民主黨，隨後一同成立新民主同盟。

2011 年區議會選舉，因應鞍泰選區人口過多，未落成的欣安邨及山上的馬鞍山村由該區劃入大水坑選區，爭取連任的容溟舟面對民建聯成員張子賢及時任富安花園業主立案法團主席羅月華挑戰，選舉前夕容被民建聯義工襲擊並推撞，容即時暈倒需要送院，但最終以 49% 得票勝出。

2015 年公屋鉛水事件，欣安邨涉及其中，使本區成為 2015 年區議會選舉焦點之一，然而選前新民主同盟執委會不支持容溟舟出選，容溟舟只好退黨參選，結果容張二人再次對戰下，容以 52% 得票當選。選後與其他泛民獨立議員組織新退黨同盟；2016 年 11 月，容溟舟正式加入公民黨。

2019 年區議會選舉，容溟舟取得 58% 選票成功連任，連同徒弟陳珮明及另一民主派人士鄭仲恆在鄰近海嵐選區及鞍泰選區當選，民主派一統大水坑三個選區。2021 年 7 月，容氏因應政府計劃追討協助民主派初選區議員的酬金津貼傳聞所帶動的區議員辭職潮中，辭去區議員職務。

## 歷屆議員

## 歷屆選舉結果

## 參考資料
大水坑單車公園

**大水坑單車公園**，官方名稱**沙田體育會單車公園**（英語：STSA Tai Shui Hang Cycling Park），由沙田體育會運作。

## 演變

### 沙田單車公園

1960 年代，沙田機場遷出後，原址被單車檔販佔用。1970 年，因興建獅子山隧道公路而收回該地。

### 大圍單車公園

### 大水坑 (馬鞍山路) 單車公園

第一代的「大水坑單車公園」位於香港沙田區大水坑錦駿苑現址的用地。在 2001 年 2 月隨著政府興建大圍至馬鞍山鐵路（現為屯馬綫），大圍單車公園用地遭政府收回，租戶遷往馬鞍山路旁 (近富安花園) 的用地。政府以收取象徵式租金的短期租約形式撥予沙田體育會用作單車公園。2001 年 10 月啟用。場地適合單車初學者練習。

### 大水坑 (恆泰路) 單車公園

2016 年，公園用地因需用作興建居屋錦駿苑，而再次搬遷到錦泰苑旁之第 73 區前海關車輛扣留中心的部分用地。第二代單車公園於 2017 年重開，並成為 2020 年開通的新界自行車道網絡在沙田區的一個主要休憩處及單車租賃的地方。

## 交通

**港鐵**

* █ 屯馬綫：大水坑站 A 出口（沿恆泰路步行約 10 分鐘）

## 設施

* 特許經營單車出租公司：成旺單車行、鴻運單車行 61、活力多單車行
* 特許經營小食亭：冰菠蘿
* 洗手間
* 救傷站

## 開放時間

逢星期一至日（09:00-20:00）

## 參考文獻

## 外部連結

* 沙田體育會單車公園（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
大水坑站

**大水坑站**（英語：Tai Shui Hang Station）是一個位於香港新界沙田區馬鞍山大水坑馬鞍山路，屬於港鐵屯馬綫的鐵路車站，於 2004 年 12 月 21 日啟用。車站取名自鄰近的大水坑村。

## 車站結構

大水坑站位於馬鞍山路中央地面，佔地約 3,760 平方公尺，並共分為三層：大廳位於地面，而月台設於大廳之上，而大廳之下則為人行地下道。

### 樓層

### 大廳

大水坑站大廳內設有 7 間商店，包括便利店、微波爐便當售賣店及物業顧問等，以及自動櫃員機。

### 月台

* 

車站設有一組島式月台，所有月台均已裝設半高式月台門。另外車站北面亦設有橫渡線，供特別的列車調動之用。

### 出入口

大水坑站設有 2 個出入口，均位於人行地下道內。由於車站位處馬鞍山路的中央分隔帶，因此乘客必須使用人行地下道進出車站。而該人行地下道則為 24 小時開放予行人使用橫過馬鞍山路。

嚴格來說，大水坑站只得一個出入口，而所謂的 A、B 出口只是人行地下道的公眾部分。

## 接駁交通

## 歷史

### 命名及啟用

大水坑站於 2004 年 12 月 21 日隨馬鞍山鐵路通車啟用。由於車站位於富安花園的對面，因此車站於原建議的站名為**富安站**（英語：Chevalier Garden Station）。

### 月台擴建工程及加設半高式月台門

* 

九鐵已在興建大水坑站的同時亦在月台北面設有預留空間，以便列車增至 8 卡行走，預留空間會於沙中綫興建時擴建，現時擴建工程已經完成；另外車站半高式月台門安裝工程亦於 2017 年完成。

## 參考資料

## 外部連結

* 港鐵公司－大水坑站街道圖（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 港鐵公司－大水坑站位置圖（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 港鐵公司－大水坑站列車服務時間（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 大水坑站在香港鐵路大典上的條目
大水坑站_(港鐵)

**大水坑站**（英語：Tai Shui Hang Station）是一個位於香港新界沙田區馬鞍山大水坑馬鞍山路，屬於港鐵屯馬綫的鐵路車站，於 2004 年 12 月 21 日啟用。車站取名自鄰近的大水坑村。

## 車站結構

大水坑站位於馬鞍山路中央地面，佔地約 3,760 平方公尺，並共分為三層：大廳位於地面，而月台設於大廳之上，而大廳之下則為人行地下道。

### 樓層

### 大廳

大水坑站大廳內設有 7 間商店，包括便利店、微波爐便當售賣店及物業顧問等，以及自動櫃員機。

### 月台

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車站設有一組島式月台，所有月台均已裝設半高式月台門。另外車站北面亦設有橫渡線，供特別的列車調動之用。

### 出入口

大水坑站設有 2 個出入口，均位於人行地下道內。由於車站位處馬鞍山路的中央分隔帶，因此乘客必須使用人行地下道進出車站。而該人行地下道則為 24 小時開放予行人使用橫過馬鞍山路。

嚴格來說，大水坑站只得一個出入口，而所謂的 A、B 出口只是人行地下道的公眾部分。

## 接駁交通

## 歷史

### 命名及啟用

大水坑站於 2004 年 12 月 21 日隨馬鞍山鐵路通車啟用。由於車站位於富安花園的對面，因此車站於原建議的站名為**富安站**（英語：Chevalier Garden Station）。

### 月台擴建工程及加設半高式月台門

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九鐵已在興建大水坑站的同時亦在月台北面設有預留空間，以便列車增至 8 卡行走，預留空間會於沙中綫興建時擴建，現時擴建工程已經完成；另外車站半高式月台門安裝工程亦於 2017 年完成。

## 參考資料

## 外部連結

* 港鐵公司－大水坑站街道圖（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 港鐵公司－大水坑站位置圖（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 港鐵公司－大水坑站列車服務時間（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 大水坑站在香港鐵路大典上的條目
大水坑镇

**大水坑鎮**，是中華人民共和國寧夏回族自治區吳忠市鹽池縣下轄的一個鄉鎮級行政單位。

## 行政區劃

大水坑鎮下轄以下地區：

裕民社區、​長慶社區、​興盛社區、​大水坑村、​新泉井村、​宋堡子村、​柳條井村、​新建村、​莎草灣村、​擺宴井村、​向陽村、​紅井子村、​馬坊村、​二道溝村、​新橋村、​東風村、​李伏渠村和王新莊村。

## 參考資料
大水堀

**大水堀**，是台灣南投縣鹿谷鄉、水里鄉交界地帶的一個傳統地域名稱，位於兩鄉交界地帶的南部。相較於今日行政區，其範圍大致包括永隆村、鳳凰村不含最南端，以及水里鄉的興隆村不含東北端。

## 歷史

台灣清治末期至日治初期，大水堀地區為一街庄，稱為「大水堀庄」，隸屬於沙連堡。該庄北與坪仔頂庄、大坵園庄、龜仔頭庄、牛轀轆庄為鄰，東邊及南邊為蕃地，西邊為內樹皮庄、車桄藔庄、羗仔藔庄。

1901 年（日治明治三十四年）11 月，全台廢縣廳改設二十廳，該庄隸屬於斗六廳。1903 年（明治三十六年）6 月，該庄編入「羗仔藔區」，隸屬於斗六廳。1909 年（明治四十二年）10 月，合併二十廳為十二廳，羗仔藔區改隸屬於南投廳。1920 年（大正九年），全台地方制度大改正，廢十二廳改設五州二廳，該庄改制為「大水堀」大字，隸屬於臺中州竹山郡鹿谷庄。

戰後鹿谷庄改制為鹿谷鄉，隸屬於臺中縣，大字亦改制為村。1950 年 10 月，中、彰、投分治，鹿谷鄉改隸屬南投縣。

## 聚落

本地區發展較早的聚落有下廍仔、五崙尾（五尾崙）、二城、大水堀、苦苓腳等，在日治期初期的官方地圖上已有記載。此外，本地區尚有堀頭、東邊、溪底城、茅埔、泡子林、紅銀土堀、梨仔腳、頂城、田底、筍寮、墘坑、公司、中坑等聚落。

## 交通

縣道 151 號（中正一路、興產路）是竹山鎮延平至鹿谷鄉溪頭的道路，大致以西北 — 東南走向轉北微西 — 南微東走向南蜿蜒經過大水堀地區西部邊界外不遠處。由該道路向西北可前往初鄉、江西林地區南部的延平聚落並止於省道台 3 線路口；向南微東可前往內樹皮並止於溪頭收費停車場。

鄉道投 55-1 線（二突路）是小半天至五崙尾的道路，其東側端點位於本地區西北部的鄉道投 56 線路口。由此向南轉南南西，至邊界地帶繞大彎轉西北再轉西出境後，可前往車輄寮、小半天東北部中央地帶內湖聚落並止於鄉道投 55 線路口。

鄉道投 56 線（仁義路、鳳園路、仁義路、田底巷）是鹿谷至信義的道路，大致以西北 — 東南走向到達本地區西北角，入境後轉東北東，經鄉道投 57 線終點路口後續行，其後繞大彎轉南南東，經鄉道投 55-1 線終點路口後轉東南蜿蜒而行，經鳳凰谷鳥園轉東北再轉東南再轉南蜿蜒而行以至出境。由該道路向西北轉西南西再轉西北再轉西南可前往鹿谷市區並止於縣道 151 號路口；向南可前往信義鄉並止於鄉道投 91 線路口。

鄉道投 57 線（秀林巷、麒麟路）是秀峰至麒麟潭的道路，其南側端點位於本地區西北部邊界地帶的鄉道投 56 線路口。由此向北北西出境後轉東北再轉北北西，繞過麒麟山後再度以西向東由本地區北部邊界西側入境後，轉南再轉東南蜿蜒而行，其後經一髮夾彎轉北北西再再轉北蜿蜒而行以致出境，可前往坪子頂的秀峰聚落並止於縣道 139 號路口。

鄉道投 59 線（林朋巷、永隆林道）是永豐至草林的道路，其南側端點位於本地區北部偏東的草林。由此向西南轉南南東再轉東南東蜿蜒而行，至林朋巷路口轉北北東，出境後可前往牛轀轆、社子地區的水里聚落南側偏東並止於省道台 16 線路口。

## 學校

* 鳯凰國小
* 鳯凰國小隆田分校

## 景點

* 鳳凰谷鳥園
* 麒麟潭

## 參考文獻

## 參見

* 標題包含「大水堀」的頁面
* 以「大水堀」開頭的條目一覽
* 大水窟：多處有相同地名
* 食水堀：臺灣雲林縣水林鄉下的舊地名
* 頂水堀、下水堀：臺灣南投縣中寮鄉清水村下的舊地名
* 水堀頭：多處有相同地名
* 水堀墘：臺灣臺南市歸仁區下的舊地名
* 水堀坪：臺灣南投縣中寮鄉福盛村下的舊地名
* 水堀：多處有相同地名
* 水窟：多處有相同地名
大水塘鄉

**大水塘鄉**是緬甸撣邦第一特區果敢縣西山區下轄的行政區，位於果敢首府老街的西北方。大水塘鄉境內有 17 個寨子，約有 1500 戶，人口 9000 餘人。

## 參考來源
大水峪水库

**大水峪水庫**是位於北京市懷柔區大水峪村西北的水庫，攔截潮白河的支流沙河。

1969-1978 年建成。水庫面積 0.7 平方公里，常年水面面積 52.2 萬平方米，總庫容 1460 萬立方米，控制流域面積 55.6 平方公里。壩高 59 米，壩頂長 283 米；有溢洪道 1 座，灌溉輸水管道 1 條，水電站 1 座。年發電量 100 萬千瓦時，供水 800 萬立方米。

## 參見

* 青龍峽
大水崛

**麒麟潭**，原名**大水窟**（或寫做**大水崛**）、**蓮花池**，位於台灣南投縣鹿谷鄉永隆村的一座面積十三公頃、三面環山的人工湖泊，位置鄰近鹿谷市區。清治時期同治年間，邱、董二姓泉州人利用凍頂山和麒麟山之勢，築壩蓄水供農田灌溉。民國 63 年（1974 年），時任行政院長的蔣經國下鄉訪視，將該潭改名為「麒麟潭」。

## 參考文獻

## 參見

* 標題包含「麒麟潭」的頁面
* 以「麒麟潭」開頭的條目一覽
* 標題包含「大水崛」的頁面
* 以「大水崛」開頭的條目一覽
* 蓮花池 (消歧義)：數處有相同地名
* 大水堀：臺灣南投縣鹿谷、水裡兩鄉交界處的舊地名，即此潭所在地附近
* 大水窟：數處有相同地名
* 食水堀：臺灣雲林縣水林鄉下的舊地名
* 水堀墘：臺灣臺南市歸仁區下的舊地名
* 水堀坪：臺灣南投縣中寮鄉福盛村下的舊地名
* 頂水堀、下水堀：臺灣南投縣中寮鄉清水村下的舊地名
* 水堀：數處有相同地名
* 水窟：數處有相同地名
* 鹿窟：臺灣新北市石碇區下的舊地名