大气分层（atmospheric subdivision），是指按照大气在垂直方向的各种特性，将大气分成若干层次。按大气温度随高度分布的特征，可把大气分成对流层、平流层、中间层、热层和散逸层；按大气各组成成分的混和状况，可把大气分为均匀层和非均匀层。按大气电离状况，可分为电离层和非电离层；按大气的光化反应，可分为臭氧层；按大气运动受地磁场控制情况，可分有磁层。

就整个地球来说，愈靠近核心，组成物质的密度就愈大。大气圈是地球的一部分，若与地球的固体部分相比较，密度要比地球的固体部分小得多，全部大气圈的重量大约为5000万亿吨，还不到地球总重量的百分之一。以大气圈的高层和低层相比较，高层的密度比低层要小得多，而且越高越稀薄。假如把海平面上的空气密度作为1，那么在240公里的高空，大气密度只有它的一千万分之一，到了1600公里的高空就更稀薄了，只有它的一千万亿分之一。整个大气圈质量的90%都集中在高于海平面16公里以内的空间里，再往上去当升高到比海平面高出80公里的高度，大气圈质量的99.999%都集中在这个界限以下，而所剩无几的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。

探测结果表明，地球大气圈的顶部并没有明显的分界线，而是逐渐过渡到星际空间的。高层大气稀薄的程度虽说比人造的真空还要“空”，但是在那里确实还有气体的微粒存在，而且比星际空间的物质密度要大得多，然而，它们已不属于气体分子了，而是原子及原子再分裂而产生的粒子。以80-100公里的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到1000公里上下，就变得以氧为主了；再往上到2400公里上下，就以氦为主；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。

自地球表面向上，大气层延伸得很高，可到几千公里的高空。根据人造卫星探测资料的推算，在2000-3000公里的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这一数值，和星际空间的密度非常相近，这样2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大气的上界。

地球大气按其基本特性可分为若干层，但按不同的特性有不同的分层方法。常见的分层方法有：

1、按热状态特征

自地球表面向上，随高度的增加空气愈来俞稀薄，大气的上界可延伸到2000～3000公里的高度，在垂直方向上，大气的物理性质有明显的差异。根据气温的垂直分布、大气扰动程度、电离现象等特征，一般将大气分为五层对流层、平流层 、中间层 、热层和 外层（又称外逸层或逃逸层）。接近地面、对流运动最显著的大气区域为对流层，对流层上界称对流层顶，在赤道地区高度约17～18千米，在极地约8千米；从对流层顶 至约50千米的大气层称平流层，平流层内大气多作水平运动，对流十分微弱，臭氧层即位于这一区域内；中间层又称中层，是从平流层顶至约80千米的大气区域；热层是中间层顶至300～500千米的大气层；热层顶以上的大气层称外层大气。

（1）对流层（troposphere）

对流层是大气的最下层，高度因纬度和季节而异。就纬度而言，低纬度平均为17～18公里；中纬度平均为10～12公里；高纬度仅8～9公里。就季节而言，对流层上界的高度，夏季大于冬季，例如南京夏季对流层厚度可达17公里，冬季只有11公里。

对流层中集中了75%的大气质量和90%以上的水汽质量，主要的天气现象如云、雨、雷电等都发生在这一层。此层有三个最主要的特征：

①、气温随高度的增加而降低。这是因为，对流层空气增热主要依靠地面的长波辐射，愈近地面，空气受热愈多，反之愈少。平均每上升100米气温下降0.65℃。当然，在个别情况下，在某个层次内温度不随高度而下降，甚至随高度的增大而升高的情形也是有的。

②、具有强烈的对流运动。这是由于地面不均匀加热所引起的。通过这种对流运动，使高层和低层的空气进行交换，近地面的热量、水汽和其他杂质能向高层输送，这对于兴云致雨有着重要作用。在近赤道地区，对流发展旺盛，所及高度大，对流层厚度也大；反之，在近极地区域，对流较弱，所及高度小，对流层厚度也较低。

③、天气现象复杂多变。由于对流层中空气有垂直对流和水平运动，水汽和杂质含量均多，随着气温变化，可产生一系列的物理过程，形成复杂的天气现象。有时晴空万里，有时乌云密布，有时狂风暴雨……，这一切都发生在对流层内。因此，对流层与地表自然界和人类关系最为密切。

对流层内部根据温度、湿度和气流运动，以及天气状况诸方面的差异，通常划分为三层：①对流层下层：底部和地表接触，上界大致为1-2 公里，有季节和昼夜等的变化，一般夏季高于冬季，白天高于夜间。下层的特点是水汽、杂质含量最多，气温日变化大，气流运动受地表摩擦作用强烈，空气的垂直对流、乱流明显，故下层通常也叫摩擦层或边界层；②对流层中层：下界为摩擦层顶，上部界限在6公里左右，中层受地面影响很小，空气运动代表整个对流层的一般趋势，大气中发生的云和降水现象，多数出现在这一层，此层的上部，气压只及地面的一半；③对流层上层：范围从6 公里高度伸展到对流层顶部，这一层的水汽含量极少，气温经常保持在0℃以下，云都由冰晶或过冷水滴所组成。

（2）平流层（stratosphere）

自对流层顶向上55公里高度，为平流层，本层的气流运动相当平稳，以水平运动为主，现代民用航空飞机都在平流层飞行。其主要特征：①温度随高度增加由等温分布变逆温分布：平流层的下层随高度增加气温变化很小，大约在20公里以上，气温又随高度增加而显著升高，出现逆温层，这是因为20～25公里高度处，臭氧含量最多。臭氧能吸收大量太阳紫外线，从而使气温升高，并大致在50公里高空形成一个暖区，到平流层顶，气温约升到270-290K。②垂直气流显著减弱：平流层中空气以水平运动为主，空气垂直混合明显减弱，整个平流层比较平稳。③水汽、尘埃含量极少：由于水汽、尘埃含量少，对流层中的天气现象在这一层很少见，只在底部偶然出现一些分散的贝云。平流层天气晴朗，大气透明度好。

在对流层和平流层之间，还存在一个厚度数百米至1—2公里的过渡层，称为对流层顶，其气温随高度增加变化很小，甚至没有变化，它抑制着对流层内的对流作用进一步发展。

（3）中间层（mesosphere）

从平流层顶到85公里高度为中间层。其主要特征：①气温随高度增高而迅速降低，中间层的顶界气温降至-83℃～-113℃，因为该层臭氧含量极少，不能大量吸收太阳紫外线，而氮、氧能吸收的短波辐射又大部分被上层大气所吸收，故气温随高度增加而递减。②出现强烈地对流运动，又称为高空对流层或上对流层，这是由于该层大气上部冷、下部暖，致使空气产生对流运动，但由于该层空气稀薄，空气的对流运动不能与对流层相比。

（4） 热层（thermosphere）

从中间层顶到800公里高度为暖层。这一层大气密度很小，在700公里厚的气层中，只含有大气总质量的0.5%。其主要特征：①随高度的增高，气温迅速升高。据探测，在300公里高度上，气温可达1000℃以上，这是由于所有波长小于0.175微米的太阳紫外辐射都被该层的大气物质所吸收，从而使其增温。②空气处于高度电离状态，这一层空气密度很小，在270公里高度处，空气密度约为地面空气密度的百亿分之一。由于空气密度小，在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，氧分子和部分氮分子被分解，并处于高度电离状态，故暖层又称电离层，电离层具有反射无线电波的能力，对无线电通讯有重要意义。

（5）外层（outerlayer）

暖层顶以上，称外层。它是大气的最外一层，也是大气层和星际空间的过渡层，但无明显的边界线，这一层，空气极其稀薄，大气质点碰撞机会很小，气温也随高度增加而升高。由于气温很高，空气粒子运动速度很快，又因距地球表面远，受地球引力作用小，故一些高速运动的空气质点不断散逸到星际空间，散逸层由此而得名。据宇宙火箭资料证明，在地球大气层外的空间，还围绕由电离气体组成极稀薄的大气层，称为“地冕”，它一直伸展到22000公里高度。由此可见，大气层与星际空间是逐渐过渡的，并没有截然的界限。

2、按大气的化学成分

按大气成分随高度分布特征，可分为均匀层和非均匀层，这种划分是以距海平面80千米的高度为界限的。

（1）均匀层

指从地面到约80千米的大气层，因其大气各成分所占的体积百分比保持不变，均匀层的平均分子量为28.966克/摩尔，为一常数。

（2）非均匀层

为80千米以上的大气区域，不同大气成分所占的体积百分比随高度而变，比较轻的气体如氧原子、氦原子、氢原子等越来越多，大气就不再是均匀的混合了，平均分子量不再是常数。

3、按大气的电离特征

按大气被电离的状态来划分，可分为电离层和中性层。

（1） 中性层

又称非电离层 ，在海平面以上60公里以内的大气，基本上没有被电离处于中性状态的大气层。

（2） 电离层

在60公里以上至1000公里的高度，这一层大气在太阳紫外线的作用下，大气成分开始电离，形成大量的正、负离子和自由电子，所以这一层叫做电离层，这一层对于无线电波的传播有着重要的作用。

1、对流层的电波传播：（1）视线传播，应用于微波中，继通信与卫星通信、超电波与微波的定位测试；（2）对流层散射传播，应用于米波与分米波的超视距通信；（3）障碍物绕射传播，对于短波高端、超短波和微波无线电通信电路，当电路上存在障碍物时，出现障碍绕射传播；（4）大气波导传播，当对流层的折射指数梯度满足一定条件时，对于米波至厘米波的无线电射线会出现大气波导传播。

2、大气波导传播：（1）在对流层的某一高度范围内，当M指数随高度减小，即dM/dh<0，称为逆变层；（2）在逆变层中，射线的真实曲率大于地球曲率，平行地面或以一微小角度入射的无线电波会向下弯曲然后从地球上反射，即超折射；（3）可能发生的条件：温度随高度的逆增比标准折射时快得多，而湿度的减小则快得多；

3、电离层的电波传播：不同频段的电波通常受不同层的电离层反射或折射。短波段的电波，在电离层中受到折射和吸收，但在一定条件下能由电离层反射回到地面。中频段电波，在电离层D层（50~ 90km）和E层（90~130km）中受到吸收，在F层（130km以上）中反射。长波和超长波波段的电波，通常在电离层低层的下缘被反射。甚高频段的电波可透过电离层，但仍可利用它在电离层中发生的散射进行通信。