（修订稿 2402，5400字）
1. 引言
2. 大气层的结构
3. 大气层的成分
4. 地球大气层的热效应
5. 地球气温变化的基本规律
6. 地球气温波动的幅度
7. 地球气温变化的主要原因
8. 结论和建议
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摘要：376 字
地球上的气温，自始至终，都在不停的变化。地球上的气温，从来不会持续不断的升高，也不会持续不断地降低。气温的波动，是地球气温变化的基本规律。
联合国气候变化专门委员会（IPCC） 提出，地球气候正在持续不断地变暖 。在过去100多年里，地球平均气温上升了的0.6℃。 温室气体排放是地球气温升高的主要原因，特别是人类活动排放的二氧化碳，是导致地球气温升高的最重要的原因。
研究发现，温室气体排放不是导致地球气温升高的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳更不是导致地球气温升高的最主要原因。
地球气温变化的主要原因是：（1）太阳辐射的变化，（2）地理纬度对地球气温的影响，（3）海拔高度对地球气温的影响，（4）大气水汽对地球气温的影响，（5）森林植被对地表气温的影响，（6）海洋水面对地球气温的影响。
关键词：地球大气，热效应，气温，太阳辐射
Changes of Atmospheric temperature on the Earth and its main causes
(Rev. – 2401)
Abstract
The atmospheric temperature on earth is constantly changing, from beginning to end. The air temperature on Earth never rises continuously, nor does it continue to decrease. The fluctuation of the air temperature is the basic law of the earth's air temperature change.
According to the United Nations Panel on Climate Change (IPCC), the Earth's air temperature is rising continuously. Over the past 100 years, the average air temperature of the Earth has risen by 0.6°C. Greenhouse gas emissions are the main cause of the increase in the earth's temperature, especially carbon dioxide emitted by human activities, which is the most important cause of the increase in the earth's temperature.
The study found that greenhouse gas emissions are not the main cause of the increase in global atmospheric temperature, and carbon dioxide emissions from human activities are not the most main cause of the increase in global atmospheric temperature.The main reasons for the change of the earth atmospheric temperature are: (1) the change of solar radiation, (2) the influence of geographical latitude on the earth's air temperature, (3) the influence of altitude on the earth's air temperature, (4) the influence of atmospheric water vapor on the earth's air temperature, (5) the influence of forest vegetation on the earth's surface temperature, and (6) the influence of ocean water on the earth's air temperature.
keywards: earth, atmosphere, temperature, solar radiation
1.引言 （背景，目的和意义）
地球是我们生存的家园。地球周围的一层厚厚的气态物质，被称为地球的大气层。地球大气层又被称为大气圈，简称为大气。
地球周围的大气层，不仅是保护我们人类以及其他一切生灵，免遭太阳紫外线辐射伤害的安全屏障，而且还是地球的天然保温层。[1-6]
火星上有一层薄薄的大气层，其表面平均温度大约为 -47℃左右，比冰箱冷冻室的温度还要低。金星上有一层厚厚的大气层，其表面的平均温度为462℃，比烤箱里面的温度还要高。金星是太阳系中最热的一颗行星。
我们的地球大气层的厚度适中，为我们地球上的人类和其他一些生物，提供了一个适宜生存的温度环境。
地球上的气温，自始至终，都在不停地变化。地球上的气温，从来不会持续不断地升高，也不会持续不断地降低。气温的波动，是地球气温变化的基本规律。
联合国气候变化专门委员会（IPCC） 提出，地球气候正在变暖，气温正在持续不断地上升。在过去100多年里，地球平均气温上升了的0.6℃。 温室气体排放是地球气温升高的主要原因，特别是人类活动排放的二氧化碳，是导致地球气温升高的最重要的原因。[7-13]
研究发现，温室气体排放不是导致地球气温升高的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳更不是导致地球气温升高的最主要原因。
地球大气气温变化的主要原因是：（1）太阳辐射的变化，（2）地理纬度对地球气温的影响，（3）海拔高度对地球气温的影响，（4）大气水汽对地球气温的影响，（5）森林植被对地表气温的影响，（6）海洋水面对地球气温的影响。
2．大气层的结构 [14-20]
大气层又称大气圈，是因重力作用而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋及陆地，厚度大约在1000km以上1。按气温的垂直变化特点，可将大气层自下而上分为对流层，平流层，中间层，暖层和外层。
（1） 对流层
对流层是最邻近地面的圈层。在所有圈层中，对流层的状况与人类的关系最为密切。对流层是天气变化最为复杂的圈层。人类活动排入大气的污染物，绝大多数集中在对流层。
（2） 平流层
平流层位于对流层之上，平流层中的气温随高度增加。这是因为平流层中的臭氧能够吸收太阳的紫外线，导致温度升高。平流层中没有云层和降水，因此天气现象较为稳定。
（3）中间层
中间层位于平流层之上，高度约为50-80公里。这一层的气温随着高度的增加而迅速下降，存在大量的原子氧和分子氮。中间层对地球表面的生态没有明显作用，但对于电离层的形成和稳定具有重要意义。
（4） 暖层
暖层，又称为电离层，位于中间层之上，高度约为80-1000公里。这一层的主要特点是存在大量的自由电子和离子，因为高能辐射导致气体分子电离。暖层能够反射无线电波，因此对于无线电通讯具有重要意义。
（5） 外层
大气圈的外层又称为逃逸层，是地球大气圈的最外层，高度约在1000公里以上。外层的气体已经非常稀薄，主要由原子态的氧，氮和少量的其他气体组成。
图 1. 地球大气层的结构
Figure1. Structure of the atmosphere spheres of the earth
大气层没有确切的上界，在离地表2000~16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。
在地表的下面，在土壤和某些岩石的空隙里也会有少量气体。它们也可以被认为是大气层的一个组成部分。
3.大气层的成分 [21-22 ]
大气层的成分主要有氮气，氧气等，其中，氮气，占78.1%；氧气占20.9%；氩气占0.93%；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。大气层的物质密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。
地球大气重量达6000万亿吨，每年的逃逸损失的重量大约为10万吨。
4.地球大气层的热效应[23]
如果没有大气层，那么我们的地球的表面温度大约为零下19℃左右， 比现在的地表平均温度（15℃） 要低34℃。如果地球没有大气层的存在，那么地球表面，将是一个冰冷的世界，包括我们人类在内的一切生物，都将难以生存。
幸运的是，由于地球大气层的存在，地球表面的平均温度维持在15℃左右。地球大气层，为我们人类及其它一切生物，提供了一个最适宜生存和发展的气温环境。地球大气层的这种升温保温功能，科学家们称之为大气层的热效应。
大气层热效应的概念，最早是由法国科学家，让· 巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶 （1768 - 1830）提出来的。、
大气热效应，已经是大气物理学上的标准术语。但是后来，某些专家们，莫名其妙地把大气层的热效应，改称为大气温室效应。实际上，大气热效应的产生机理，与人工温室的热效应的产生机理是完全不一样的。用大气温室效应替代大气热效应的做法，十分不妥。大气温室效应的说词，不是经典气候学的标准术语，也不是科学家们的共识，而是气候变暖论者的一家之言。
5. 地球气温变化的基本规律[23 ]
气温变化的规律的研究，是气象学和地球科学领域里的重要研究方向。
迄今为止，地球上的气温，自始至终，都在不停的变化。地球上的气温，不会持续不断地升高，也不会持续不断地降低。波动式的变化，是地球气温变化的基本规律。
气温变化的规律的研究内容主要包括：（1）气温的季节性变化，（2）气温的年际变化，（3）气温的周期性变化，（4）人类活动对大气气温的影响。
（1）气温的季节性变化，
气温的季节性变化包括两类，一类是气温的昼夜变化，另一类是季节性气温变化。在昼夜交替变化中，太阳的直射导致白天的气温明显地高于夜晚。在季节性变化中，太阳的直射点位置的变化，导致地球上各个地区的气温高低冈。
（2）气温的年际变化，
气温在年际，或代际之间的变化，呈现周期性的波动。也就是所谓的气温涨落。
（3）气温的周期性变化
气温的周期性变化主要包括：1）年际间的周期变化，2）代际（30年）间的周期变化，3）世纪之间的变化等。4）千年长度之间的变化。
（4）人类活动对大气气温的影响
环境科学家们认为，现代的大气气温的变化，已经受到人类活动影响。人类活动排放的大气污染物 ，导致地球和大气接受的太阳辐射发生了改变。首先，由于人类活动排放的大气污染物的增加，导致大气层的反照率增加，地球和大气接受的太阳辐射能减少，导致大气气温降低。其次，由于人类活动排放的大气污染物[y3] 的增加，导致大气的阳伞效应加剧，气温降低。
6. 地球气温波动的幅度
众所周知，现在地球表面的平均气温约为15℃。在地球气候最冷的时期，地表平均气温比现在约低7-9℃；在地球气候最温暖的时期里，地球平均气温比现在约高8-12℃。地球气温波动的最大范围是：9℃ 12℃= 21℃。
政府间气候变化专门委员会（IPCC） 在其气候变化评估报告里写道 ：在过去100多年里，地球平均气温上升了的0.6℃。地球气温正在持续不断的升高，地球气候正在变暖。
与地球气温的21℃的自然波动范围相比，0.6℃的温度升高，可谓小巫见大巫，微不足道。0.6℃的温度升高，不足以成为地球气候变暖的充分证据。IPCC 忽略了地球气温自然波动的范围。
图 2. 过去2000年地球气温的变化
Figure 2. The magnitude of fluctuations in the Earth's air temperature over the past 2,000 years
7. 地球气温变化的主要原因[24-25 ]
地球气温的变化，是自然界里最普通的现象，其表现形式主要有：气温高低的变化，周期性变化，季节的寒暑交替等。
气温变化对人类的生活和生产活动有重要影响。气温变化的研究，是气象学，环境科学和地球科学领域里的一个中的研究方向。
地球气温变化是由多种因素引起的，其中主要原因是：（1）太阳辐射的变化的影响，（2）地理纬度对地球气温的影响，（3）海拔高度对地球气温的影响，（4）大气水汽对地球气温的影响，（5）森林植被对地表气温的影响，（6）海洋水面对地球气温的影响。
7.1. 太阳辐射对地球气温的影响
太阳是一个炽热的火球。它时刻都在向四周辐射热能。地球接受的太阳辐射能，虽然只有太阳总辐射能的22 亿分之一，但是它却是地球上的最基本能源。
太阳的热辐射的变化是影响地球气温变化的最主要因素。
太阳热辐射对地球气温的影响有两种方式：一种是太阳辐射强度的变化，另一种是太阳辐射周期的变化。(图 2)
首先，太阳的辐射强度与地球表面的气温变化有直接关系。太阳的辐射越强，地球上接受的太阳的辐射能越多，地球气温越高，气候越温暖。反之，太阳的辐射越弱，地球接受的太阳能越少，地球上的气温越低，气候也越冷。
第二，太阳辐射的周期性变化，是地球气温变化的一个重要原因。众所周知，太阳的黑子活动有一个11年的活动周期。在黑子活动期间，太阳发射更多的能量，地球接受更多的太阳能，导致地球气温升高，地球气候变暖。反之，在黑子活动的静止期里，太阳发出辐射能较少，地球接受的太阳辐射能减少，导致地球气温下降，气候变冷。
图 3. 太阳热辐射对地球气候的影响
Figure 3. The impact of Sun radiation on the climate
Source: https://cn.bing.com/images/search?q=ImageHoverTitle&form=IQFRML&first=1)
7.2．地理纬度对地球气温的影响
地理纬度的差异是造成地球表面的气温高低差别的根本原因，也是地球的气候形成的根本原因。在地球上的南北回归线之间，一年中间里有两次太阳直射的机会。地球上的直射点接受的太阳辐射比较多，气温也较高，气候炎热，属于热带气候。两极地区远离直射点，接受的太阳辐射能少，气温低，气候非常寒冷，属于寒带气候。介于两者之间的中纬度地带，接受的太阳辐射介于二者之间，气温也介于二者之间，气候温和，属于温带气候。
7.3. 海拔高度对地球气温的影响
通常情况下，气温与海拔的关系是海拔越高,气温越低。因为对流层大气的主要直接热源是地面。大气层离地面越远，得到的地面辐射越少，气温也就越低。海拔每上升100米，气温下降0.6摄氏度。
7.4. 大气水汽对于地球气温的影响
大气水汽对于地球气温的影响方式有两种；一种是吸收长波辐射，导致大气升温；另一种是增加大气层的反照率，大气和地球接受的太阳辐射减少，导致气温降低。
首先，大气中的水汽, 对红外波段的辐射的吸收能力最为强烈，能大量地吸收长波辐射，导致气温升高。
其次，大气中的水汽的增加，导致云层的形成和加厚，致使阳伞效应加剧，地表和大气接受的太阳辐射能减少，导致大气气温降低。
7.5. 地表森林植被对于地表气温的影响
为什么人们置身树阴下，或者森林里会感到凉爽呢？首先，森林是一把天然的“遮阳伞”。成片森林冠层的树叶和枝干通过反射和吸收大部分太阳辐射，减少到达地面的热量，使得森林内部气温明显低于林外区域。不同高度和密度的林冠层对太阳辐射的削弱能力不同，导致林下的气温有所差异。
7.6. 海洋对地球气温的调节作用
地球的大气, 主要是从地表的长波辐射中获得热量的。地表是辐射能的储存器，而占地表面积71％的海洋自然就成为大气热量的主要提供者。据计算，若把全球海洋100米厚的水层温度降低1℃，其所放出的热量将使大气温度升高60℃。可见，海洋水温度的变化对大气温度的变化，可以产生极其深刻的影响。
7.7. 物质的相变热对环境气温的影响
在自然界里， 的形态通常有三种，即液态、固态和气态。三种形态之间的转变，称之相变（Phase transition）。相变的形式主要包括汽化、液化，凝固，升华和凝华等。物质在相变化过程中吸收或释放的热量，称为相变热(heat of phase change)。相变热的产生，也会影响大气的温度。
（1） 气化
物质变成气态的过程或现象，叫做气化。物质的气化形式有两种：一种叫做蒸发，另一种叫做沸腾。
在常温和常压条件下，物质受热后变为气体的过程或现象，叫做蒸发（Vaporization）。
在沸点以上的温度条件下，物质变为气体的现象或过程，叫做沸腾（Boiling）。例如，水在100 ℃以上就会变为水蒸气。
物质的蒸发和沸腾，都是一个吸热过程，导致环境温度的降低。
水的蒸发热是574卡/克。也就是说，在常温下，一克水要汽化成水蒸气，需要吸收574卡热量。
（2） 融化
物质从固态转变为液态的过程或现象，叫做融化。例如，冰在零度以上融化成水。
物质的融化过程是一个吸热的过程，它需要吸收大量的热量才能完成状态转变。这些热量来自周围的环境，包括土壤、建筑物以及空气本身。冰雪融化导致环境气温降低。人们常说的“下雪不冷，化雪冷”，就是这个道理。
（3） 凝固
物质从液态变成固态的现象或过程叫做凝固（Clot）。物质的凝固是一个放热反应。例如， 当液态的水变成固态的冰时，会释放出热量。在一个标准大气压下，水结冰的过程会释放出334焦耳/摩尔（或80卡路里/摩尔）的热量。这种热量提高了环境温度。
（4）升华
物质由固态直接变成气态的过程或现象，叫做升华（Sublimation）。
例如，雪花形成于高空，在降落的过程中，它们也可能经由固态直接变成气态，这一过程，称之升华。升华是一个吸热过程，也会消耗热量，从而导致环境温度的减低。
（5）凝华
气态物质不经过液化，直接变成固体的过程或现象，叫做凝华（Deposition）.
例如，下雪时，空气中的水汽直接由气态变为固态的过程，被称为凝华。当水汽凝华成雪花时，会释放热量到周围环境中。这就是为什么在下雪的时候人们往往不会觉得特别寒冷，因为凝华过程中放出的热量会使周围的空气温度略微上升。
8. 结论和建议
（一）地球上的气温，自始至终，都在不停的变化。地球上的气温，从来不会持续不断的升高，也不会持续不断地降低。气温的波动，是地球气温变化的基本规律。
（二）影响地球大气气温变化的主要因素是：（1）太阳辐射的变化的影响，（2）地理纬度对地球气温的影响，（3）海拔高度对地球气温的影响，（4）大气水汽对地球气温的影响，（5）森林植被对地表气温的影响，（6）海洋水面对地球气温的影响。
（三）太阳辐射的变化，是影响地球气温变化的最主要原因。太阳辐射增强，地球接受的太阳辐射增加，导致地球气温上升。反之，太阳辐射减弱，地球接受的太阳辐射减少，导致地球气温降低。
（四） 温室气体排放不是地球气温变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳更不是导致地球气温升高的最主要原因。
（五）在气候变化问题上，我们建议政府*不要仅仅听取气候变暖论者的一家之言，还要耐心地听一听反对者的声音。
参考文献
[1] 憂鬱小強, 什么是大气，大气是什么? 2020.02.02
Youyu Xiaoqiang, What is the atmosphere? 2020.02.02
https://wenda.so.com/q/1630283702217100
[2] 大气到底是个什么概念？2021.08.14
What exactly is the concept of atmosphere?
https://wenda.so.com/q/1638387621212446
[3] 边豪华. 国际标准大气的定义. 2022.10.30
Bian Haohua. Definition of the atmosphere according to the international standard. 2022.10.30
https://wenda.so.com/q/1683244286211334
[4] 芝士。什么是大气层？2019.04.11
Zhi Shi. What is Atmosphere Sphere?
https://wenda.so.com/q/1683772760213746
[5] 刘昆林. 大气层为什么能保护地球. 2018.05.16
Liu Kunlin. Why the atmosphere can protects the earth?
https://wenda.so.com/q/1638294165210904
[6] RHETT ALLAIN.如果地球没有大气层，冬天还会这么冷吗？
中科院物理所, 2023-12-30 19:43
RHETT ALLAIN. If the Earth didn't have an atmosphere, would it still be so cold in winter?
https://m.ithome.com/html/742596.htm
[7] IPCC. 1990. Climate change. First Scientific Assessment Report. Editors：J. T. Houghton, O. J. Jenkings, and J. J. Ephraums. Cambridge University Press.
[8] IPCC.1992. Climate change. First Scientific Assessment Report Complement. Editors：J. T. Houghton, O. J. Jenkings, and J. J. Ephraums. Cambridge University Press.
[9] IPCC.1995.Climate change. Second Scientific Assessment Report. Editors：J.T.Houghton et al, Cambridge University Press..
[10] IPCC. 2001. Climate change.Third Scientific Assessment Report.Cambridge University Press.
[11] IPCC. 2007.Climate change. Fourth Scientific Assessment Report. Cambridge University Press.
[12] IPCC. Climate change. Fifth Scientific Assessment Report. The Physical Science Basis, Working group I,2013/09. Influence,suit and vulnerability , Working group II,the 2014/03. Slow climate change， Working group III,2014/04.
[13] IPCC. 2021. Climate change, Sixth Assessment Report.The Physical Science Basis，the Working group I, 2021.
[14] 大气层的结构，odwardgl2013.03.27
https://wenda.so.com/q/1364457636063257
Zhi Shi. structure of the atmosphere, odwardgl2013.03.27
[15]芝士. 大气层的结构是怎样的？2022.10.27
https://wenda.so.com/q/1678958976211040
Zhi Shi. What is the structure of the atmosphere? 2022.10.27
[16]曾娜. 地球大气层怎么形成的？2017，4，14
https://wenda.so.com/q/1628913675214512
https://wenda.so.com/q/1638862549214891
Zeng Na. How is the Earth's atmosphere formed? 2017，4，14
[17] 芝士. 大气层是怎么形成的, sd6p4atfsd2022.10.30
https://wenda.so.com/q/1682119384217487
Zhi Shi. How is the atmosphere formed? sd6p4atfsd2022.10.30
[18]大气层的结构及特点. 2021-06-09
https://shenghuo.tianqi.com/shenghuo/93373.html
Structure and characteristics of the atmosphere. 2021-06-09
[19] 大气层的结构及其特征. 2013-04-17
https://wenda.so.com/q/1365316435060314
Structure and characteristics of the atmosphere. 2013-04-17
[20]马世彪. 大气层的结构及其对人类的影响 ，2018,05,26.
https://wenku.so.com/d/576a72b026901ef0b905f99db727e3ef
Ma Shibiao, The Structure of the Atmosphere and Its Effects on Humans , 2018,05,26.
[21] 大气中有哪些成分, jamesxyj2014.08.06
https://wenda.so.com/q/1655676210210347
What are the components in the atmosphere, jamesxyj2014.08.06
[22] 程序媛，大气由哪些成分组成? 2021-09-08
https://zhidao.baidu.com/question/687319968145335052.html
Cheng Xuyuan. What are the components of the atmosphere? 2021-09-08
[23] 气温变化有哪些规律? fu287298592021.08.20
https://wenda.so.com/q/1637961359215604
What are the patterns of temperature change? fu287298592021.08.20
[24] 李兴堂，影响气温变化的主要因素，2020，07，07
https://wenku.so.com/d/16c596b11df62a847c30ebb973acb845
Li Xingtang. Main Factors Affecting Air Temperature Changes, 2020, 07, 07
[25] 影响全球气温分布的主要因素是？hmgaac2013.10.10
https://wenda.so.com/q/1381535942061847
What are the main factors influencing the distribution of global temperatures? hmgaac2013.10.10
作者简介：
杨新兴 （1940 - ），男，汉族，河北省任县岭南村人。中国环境科学院 气候中心， 研究员，研究方向：大气环境，大气物理，气候变化。
E-mail：yangxinxing0343@126.com;
yangxinxing0343@163.com
