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大气的底界是地球表面，也称为下垫面（under laying surface）， 大气的上界是过渡的、模糊的，地球大气和宇宙星际气体之间不存在一个截然的界面。 为了实际研究与应用的需要，仍可将 大气划定一个大致的上界。 一是根据大气中极光出现的最大高度，作为大气的物理上界， 约为1000〜1200km；二是按人造卫星探测资料，大气上界约为2000〜3000km。 世界气象组织(WMO)根据大气温度和水汽的铅直分布、大气的扰动程度和电离现象， 把大气分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。现将各层的特点分述如下：
该层是地球大气的最底层，其下界和地球表面相接， 上界随纬度和季节而变化。在低纬度地区平均约17〜18 km； 中纬度地区平均约10〜12 km；高纬度地区和两极只有8〜9km。 就季节而言，夏季对流层的上界高于冬季。
对流层虽然很薄，但却集中了整个大气质量的3/4和90%以上的水汽； 主要的天气现象都发生在这一层内，是天气变化最激烈、最复杂的层次， 是对人类活动影响最大的层次，也是气象学研究的主要层次。
对流层有以下三个特征： * 气温随高度的增加而降低。平均每升高100m，气温约下降0.65 °C; * 空气具有强烈的对流运动。由于对流运动，低层和高层空气产生质量交换和混合，使近地面的热量、水汽、固体杂质向上输送，对成云致雨有着重要的作用。 * 气象要素，特别是温度和湿度的水平分布不均匀。主要是该层底部和地面接触，受地面的影响所致。
对流层大气按离地面高度又可分为贴地气层、近地面层、 摩擦层及自由大气层等四个层次。 分述如下：
贴地层是从地面到离地约2m以下的气层，它受地面影响最大， 温度随髙度和时间的变化最为剧烈，温度水平分布也受地面强烈影响。
近地面层是从地面到100m髙度左右的气层，此层在下垫面影响下， 气象要素及其梯度有明显的变化，空气流动也有明显的湍流特点。
摩擦层又称行星边界层，是从地面到高约500〜2000m的气层。 地面摩擦影响及热力影响已减弱。
自由大气层是摩擦层以上至对流层顶部的气层，该层已基本不受摩擦影响。 在中高纬度地区，风已遵循地转风或梯度风法则。 地面温度日变化对该层影响很小，但温度的年变化仍有影响。
平流层的厚度，是自对流层顶到55km高度左右。 其主要特点是：气温随高度的增加而升高，到平流层顶可达-3~-17℃， 这主要是因臭氧强烈吸收紫外线的缘故；该层没有明显的对流运动， 空气垂直混合极弱，以水平流动为主，气流平稳；由于受地面影响很小， 所以水汽、尘埃都很少，基本无云出现，大气透明度高。
从平流层顶到85km高度左右的气层称中间层， 其显著特点是：温度随高度的增加而迅速降低， 到其顶部可降至-83℃；具有较强的对流运动， 垂直混合较明显，故有高空对流层之称。
自中间层顶到800km高空左右为热层。 它具有两个特点：一是随髙度的增加温度迅速升高。 据卫星探测资料，在300km高度上气温可达1000℃以上； 到500km处气温升至1200℃。二是该层空气在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下， 空气分子处于高度的电离状态，形成电离层。 具有反射无线电波的能力，是无线电正常通讯的一个重要因素。
自800km高度以上的整个大气层为散逸层。它是地球大气的最外层， 是地球大气圈向星际空间的过渡带。由于该层空气极其稀薄， 加之地球引力减少，一些高速运动的空气分子， 易脱离地球的引力而不断地逃逸到宇宙空间去， 但同时也有宇宙空间的气体分子闯人大气，二者保持着动态平衡。