对流层

对流层（Troposphere），^[1]地球大气层靠近地面的一层，也是大气的最下层，^[3]因圈层内大气以对流运动为主，故名“对流层”。^[5]对流层的范围可延伸至距地面11~16km处，^[3]其厚度随纬度和季节变化而变化，在赤道约17~18km；中纬度地区约10~12km；高纬度地区约8~9km，同纬度地区夏季比冬季厚，平均厚度约10~12km。^[2]

对流层的大气组成相较复杂，其中主要成分有氮气（N2，78%）、氧气（O2，21%）、二氧化碳（CO2，0.03%）、氩气（Ar，1%），同时还有一些不固定的如二氧化硫（SO2）、铵根（NH₄）、氯化物、粉尘等微量成分，^[4][3]集中了地球大气中约90%以上的水汽质量和约75%的大气质量。^[6]由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，故对流层中的大气密度与高度变化大致呈负指数关系^[6]，气压、气温也随着高度的变化逐渐降低，^[7][8]致使地表附近的热空气较轻，向上升腾；高空的冷空气较重，向下沉降，因而圈层内大气以对流运动为主。^[5]

对流层是与人类生活联系最为密切的大气圈层，在全球水循环、大气辐射和能量平衡中充当着极为重要的角色。^[6]生活中常见的天气现象、污染物的迁移扩散以及转化、逆温现象、对流层折射等都发生在对流层。^[9][10]此外，对流层与人类的通讯活动也密切相关，在散射通信、超视距传输等方面具有重要作用。^[11][12]

由于对流层大气运动的主要热源是地面长波辐射，故圈层中的气压、气温会随着高度的增加而逐渐降低，形成近地面为暖轻空气、高空为冷重空气的分布格局；近地面的热空气较轻，向上升腾，高空的冷空气较重，向下沉降，因而形成大气对流，故此圈层被称为“对流层”。^[5]

对流层的英文名为“Troposphere”，是由希腊语的“Tropos”（意即“旋转”或“混合”）引申而来的。^[1]

对流层，是地球大气层靠近地面的一层，也是大气的最下层。^[3]

国际科技词汇（International Scientific Vocabulary，ISV）——对流层是地球大气层靠近地面的一层，其高度可延伸至距地面11~16km。^[3]

美国国家气象局（National Weather Service）——对流层从地球表面开始，一直延伸到距离地面6至20千米的高空。对流层的高度从赤道到两极各不相同。在赤道附近，对流层的高度约为18-20千米，在北纬50°和南纬50°，对流层的高度为3.6千米，而在两极附近，对流层的高度略低于约6千米。^[13]

联合国环境规划署（UN Environment Programme）——对流层是距离地球最近的大气层。它从地面一直延伸到大约海拔12公里的高空（高度会随着纬度和季节而变化）。它包含了大气中约75%的空气，以及约99%的水蒸气。大部分天气（风、云、雨）也发生在对流层中。^[14]

中国科学技术名词审定委员会——大气最下层，厚度（8～17km）随季节和纬度而变化，随高度的增加平均温度递减率为6.5℃/km，有对流和湍流。^[15]

对流层厚度随纬度和季节而变化，在赤道17~18km；中纬10~12km；高纬8~9km。夏季比冬季厚些，平均厚度约10~12km。^[2]

对流层的大气组成相较复杂，其中主要成分有氮气（78%）、氧气（21%）、氩气（1%）二氧化碳（0.03%），同时还有一些不固定的成分如二氧化硫、铵根、氯化物、粉尘等微量成分。^[4][3]

氮气（N2），是一种惰性气体，^[16]在常温、常压下为无色、无臭、无味的气体，其不可燃、不助燃，广泛存在于自然界中。绝大部分以氮气分子的形式存在于大气中，还有以化合物的形式存在于矿物和生物体中。氮在常温、常压下很稳定，几乎不与任何物质直接发生反应（除锂等外），但在特定条件下能与许多物质发生反应。^[17]据估计地球初期的氮气有4.76x1015t，比现代氮气多1x1015t，这些比现代多的氮后来成为生物的组成、土壤中的硝酸盐和海洋沉积物。氮在对流层中储量最为丰富，占对流层气体总量的78%。^[4]除了大气圈外氮在其他储库中很少。现代大气圈中氮质量为3.76x1015t；海洋中为2.3x1013t，只有大气圈中的0.006。^[18]

氮气在地球初期从高温物质中释放，火山气体包含1%氮，在地表进入岩石或大气。^[18]氮是空气中主要成分，又以单质形式（N2）存在，因此空气是制取氮气最方便、最廉价的原料，工业上氮气的制取方法主要是从空气中获得，其中包括深冷法、变压吸附法、膜分离法等。^[17]在对流层中还有少量的各种氮化物，主要为氨以及氮的氧化物。氮在有机物的燃烧和腐烂、在火山喷发的气体中和在火药及其他含氮爆炸物爆炸时等情况下可从其化合物中分离出来。^[19]

氧气（O2）由氧分子组成，每个分子由两个氧原子组成，而这两个氧原子借助于化学键结合在一起。^[20]氧在常温、常压下为无色、无臭、无味的气体，它的密度稍大于空气，在标准状态下，1L氧气的质量是1.43g。氧气微溶于水，其特点是水温越低，溶解的氧气越多，液态氧呈淡蓝色，在-183.0℃沸腾。液态氧进一步冷却到-218.4℃时，则凝结成蓝色晶体。氧是一种顺磁性气体，能被磁铁吸引。其容积磁化率在常见气体中为最大，该性质可用于气体中氧含量的检测。氧是地球上最丰富的、分布最广的元素之一，^[17]在对流层中氧气的含量比较稳定，^[21]占比为21%。^[4]

光合作用是对流层中氧气的主要来源，绿色植物（包括光合细菌）利用自身的光合色素（叶绿素等）吸收光能，在叶绿体内经一系列酶的催化，将无机的二氧化碳和水转变成糖类，同时将光能转化成化学能储存在糖中并释放氧气的过程称作光合作用。原始的地球大气中并没有氧气，如今的大气环境是在光合作用产生后经过亿万年的漫长过程逐步形成的。^[22]氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体。人类在生命活动过程中，必须不断吸入氧气，呼出二氧化碳。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，出现种种不适的症状。^[23]

氩yà（Ar），在常温、常压下为无色、无臭、无味的惰性气体，微溶于水和有机溶剂，其气体密度1.7838kg/m3（标态下），液体密度1393.9kg/m3（正常沸点时），常压下，熔点-189.35℃，沸点-185.87℃，^[17]分馏液态空气制取氧气时，可同时制取氩气。^[24]氩的相对原子质量为39.944。在化学性质上，表现为化学惰性，不与任何元素化合。氩可以包容在笼状分子（如水和有机分子）内形成包合物，其中，在低温高压下氩与水的包合物分子式为46H2O·8Ar，在标准大气压下，其分解温度-42.8℃，在0℃时分解压力为10.5MPa，与氩形成包合物的有机物有丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氢醌、苯酚及其衍生物等。^[17]

氩气是是大气中除氮气、氧气之外，含量最多的一种稀有气体。^[24]在对流层中，氩气的含量约占1％。^[4]作为惰性气体，氩气在冶金工业、金属焊接与切割和电子工业与光源等方面有广泛的应用，如做钢铁表面气封，防止其被氧化；在金属电弧焊中做保护气；在电光源中用于填充气，可以增加其亮度和延长寿命。^[17]

在常温常压下，二氧化碳（CO2）是一种无色、无味的气体。固体二氧化碳呈现白色、雪花状的薄片或立方体，液态呈无色。它具有体积小、分子量小、黏度低和抗磁性的特点。在100kPa的压力下，二氧化碳的熔点为-78.5℃，沸点为-56.6℃。二氧化碳在101.325kPa和0°C时的密度为1.98g/L，在21℃时的水中溶解度为1.45g/L。^[25]

在对流层中，二氧化碳的含量十分固定，但是在大城市、工厂以及火山的附近，二氧化碳的含量则剧烈增加，二氧化碳从地下气流、火山、水圈中的水及土壤进入大气圈，它是有机物燃烧、腐烂及生物呼吸的产物。从大气圈中排出二氧化碳也有各种方式，它主要是被海洋水所溶解及被绿色植物所吸收，在形成碳酸盐类时被化合，在所有这些作用间建立着一个复杂的平衡，它们总合起来调节着大气圈中二氧化碳的含量。^[19]此外植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用，二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳来源。^[26]

大气层中的水蒸气是水的气体形式，^[27]水蒸气的饱和压力仅与温度有关，温度越高，饱和压力越高，饱和压力和饱和温度是一一对应的关系。^[28]水蒸气是低层大气的主要成分，仅占大气总容积的0~4%，是大气中含量变化最大的气体。大气中的水蒸气主要来自地表海洋和江河湖泊等水体表面蒸发以及植物体的蒸腾，并通过大气垂直运动输送到大气层。^[29]

在空气没有污染的状况下，对流层的组成是十分均匀的，这种均匀性主要归因于对流层中气团不停地环流所引起的强大混合作用，然而，由于云的形成、降雨以及从地球水体中水分的蒸发，从而使对流层中水的含量变化是相当大的。^[30]根据统计，其量的变动在百分之四（在热而潮湿的天气）到万分之几（在极寒情况下）之间。依照空气的温度，水在空气中不但可呈蒸汽存在，而且也可以呈液态，甚至呈固态存在。大体上水是以蒸发方式从地球表面，主要从海洋的表面进入大气圈的，但水还可借其它方式来进入大气圈，如在火山喷发时，在大气圈与地表之间进行着水的不断循环作用。^[19]

常温常压下，臭氧为浅蓝色气体，具有刺激性气味，其摩尔质量为47.977g/mol，密度为2.144mg/cm3（在0°C时），沸点为−112℃，熔点为-192.2℃。臭氧略溶于水，其溶解度是氧的13倍，空气的25倍。臭氧的液态呈深蓝色，固体为紫黑色，臭氧具有弱顺磁性。^[31][32]

臭氧作为对流层成分的重要组成部分，在对流层的下部各层中其平均含量为0.02~0.03毫升/立方米，^[19]只有10%左右的臭氧分布在对流层。在对流层中，臭氧即是一种重要温室气体也是一种污染气体，不仅能吸收地气系统的长波辐射而加热大气，还可参与大气光化学反应过程而改变其它温室气体的含量与分布，进而影响地气系统的辐射平衡。^[33]2015年，全球对流层臭氧浓度约为31ppb，对流层臭氧的高值区主要分布在亚洲、北太平洋和北美东部，与世界人口稠密区和重要农业区高度重叠；时间上，臭氧浓度在夏季达到峰值，与作物生长季节重叠。2019年，探空观测显示，对流层臭氧仍以每年0.5%~2%的速率递增，对流层臭氧的生存周期可达73天，这使得它们可随大气环流在大陆间进行长距离迁移。^[34]

二氧化硫（SO2），无色有毒，具窒息性特臭。空气中最高容许浓度为15毫克/米3。能溶于水、乙醇。与水及水蒸气作用生成有毒及腐蚀性的蒸气。能被氧化成三氧化硫。相对密度1.434（液体，0℃），熔点-75.5℃，沸点-10℃。^[35]

二氧化硫是主要的大气污染物之一。主要来源于矿物质燃烧，含硫矿石的冶炼，制取硫酸、磷肥等。全世界二氧化硫的人为排放量每年约为1.5亿吨，矿物燃料燃烧产生的占70%以上。自然界产生的二氧化硫数量很少，主要是生物腐烂生成的硫化氢在大气中氧化而成的。二氧化硫的排放90%以上集中在北半球的城市和工业区，造成了这些地区大气污染问题。大气中二氧化硫浓度达5.4mg/m3（2百万分之一）以上时会刺激呼吸道，可使气管和支气管的官腔缩小。二氧化硫特别影响眼睛和呼吸道，严重会使受伤者由于化学性肺炎和肺水肿而失去生活能力。^[36]

氯与电负性比它小的元素生成的二元化合物称为氯化物，氯化物可以看作是卤化物的代表。除稀有气体和少数元素外，氯能与绝大多数的金属和非金属生成二元化合物。活泼金属的氯化物（如NaCl、CaCl2等）为离子化合物，而非金属氯化物为共价化合物。其它金属氯化物随着金属离子极化力的增强，其分子逐渐由离子型向共价型过渡。相应地，氯化物的晶体类型亦由离子晶体向分子晶体转化，晶体的熔点、硬度以及在水中溶解度都随之降低。^[37]

氯化物通常以氯氟烃（CFCs）的形式排放，氯氟烃被用作冰箱和空调的冷却剂，也被用作生产绝缘泡沫材料的溶剂。氯氟烃被风吹到对流层，并逐渐渗透到平流层，在那里被紫外线分解。^[38]此外，氯甲烷（CH3Cl）作为海洋生物产生的有机化合物，在对流层中大部分被OH自由基分解，生成可溶性氯化物后又被降水清除。人类活动产生的氟利昂，由于化学性质稳定，在对流层难以光解。^[39]氯化物用途广泛，在实际中常配成溶液使用。氯化物还应用在药物检查中，药品标准中通过对外来阴离子的限度检查称为氯化物检查法，该方法可以表征药品的纯度。^[37]

悬浮颗粒是悬浮于大气中呈固态、液态的微粒，主要来源于有机物燃烧的烟尘、扬尘、火山灰尘、宇宙尘埃、植物花粉以及工业排放物等。大多数悬浮颗粒集中在大气低层，大颗粒迅速降回地表，微细颗粒则通过大气垂直运动可扩散到对流层甚至平流层，并能在大气中悬浮很长时间。悬浮颗粒对太阳辐射和地面辐射具有一定吸收和散射作用，影响着大气温度和湿度的变化。^[29]

在对流层中也经常有放射成因的气体，如氦和微量的氡dōng，放射成因的气体在岩石圈中放射蜕变形成时，从岩石圈流入大气。由于比重大，各种放射性气体主要分布在对流层的最下部各层，然而，氦是一种很轻的气体，它很快地进入大气圈的上部，在那里氦的相对含量可能大大增加。^[19]

在对流层中还存在着碘，其在地表附近的含量每立方米约为1γ^[注1]，每升高700米约减少一半。例如，在奥西平科（Осипенко），碘含量在每立方米中为52γ，在敖德萨（Одеса）每立方米中则为6γ。同时也确定，碘的含量随着高度而剧烈减少，并与风的方向有关，风从海中吹来则碘的含量大，风从相反方向吹则碘的含量小。这一点证明了碘主要是从水圈进入大气圈。^[19]

在对流层内，按气流和天气现象分布的特点可将对流层分为下层、中层和上层。^[40]

下层

下层又称“扰动层”或“摩擦层”，其范围一般是自地面到2km高度处。随季节和昼夜的不同，下层的范围也有一些变动，一般是夏季高于冬季，白天高于夜间。在该层里气流受地面摩擦作用的影响较大，湍流交换作用特别强盛，通常随着高度的增加，风速增大，风向偏转。该层受地面热力作用的影响，气温亦有明显的日变化。由于该层的水汽、尘粒含量较多，因而，低云、雾、浮尘等出现频繁。^[40]

中层

中层是从下层顶到约距地面6km处。中层由于摩擦作用的减弱，湍流运动减少，平流运动增强，大气的运动规律显得较简单清楚，基本表示整个对流层空气的运动趋势。大气中主要天气现象如云和降水主要发生在这一层。^[40]

上层

上层的范围是从6km高度伸展到对流层的顶部。这一层受地面的影响更小，气温常年都在0℃以下，水汽含量较少，各种云都由冰晶和过冷水滴组成。在中纬度和热带地区，这一层中常出现风速等于或大于30m/s的强风带，即所谓的急流。^[40]

大气边界层内的空气微团所受的作用力随高度变化呈现出不同特征，根据厚度不同可划分为黏滞副层、近地层（常通量层）和埃克曼层（上部摩擦层）三层。^[41]

黏滞副层

黏滞副层是紧贴地面的一个薄层，其内部的分子黏滞力远大于湍流切应力，分子扩散过程占支配地位。该层典型厚度一般在数厘米之内，因此对于绝大多数实际问题而言，其影响较小。^[41]

近地层（常通量层）

近地层是指从黏滞副层以上50~100m的大气层，层内空气运动呈现出明显的湍流特性，湍流摩擦力和气压梯度力起主要作用，科氏力^[注2]可以忽略不计，流输送占主导地位。近地层内风速随高度的增加而增大，但风向几乎不随高度变化；物理量通量的垂直输送几乎不随高度变化，因此也被称为常通量层。^[41]

埃克曼层（上部摩擦层）

埃克曼层（上部摩擦层）是指近地层以上1~1.5km的大气层，层内湍流黏滞力^[注3]、科氏力和气压梯度力^[注4]同等重要，各物理量垂直梯度远大于水平梯度，层内风向和风速随高度的变化遵循埃克曼螺线规律^[注5]。^[41]

由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，因此气温会随高度升高远离热源而逐渐下降。大气温度随高度增加而降低，平均每上升100m气温下降约0.65℃，离地面越高受热越少，气温就越低。^[7]

在对流层，高度升高，气压以近似指数函数方式降低。在不同高度范围，气压降低的幅度不同。例如，0~1000m之间，气压降低的幅度是85.9mmHg；1000~2000m之间，77.9mmHg；2000~3000m之间，70.4mmHg。即气压在低层降低较多，在高层降低较少。大气压随高度升高而降低的规律大致是高度每增加5000m，大气压约降低原来数值的1/2。例如在5500m高度，气压约为海平面值（760mmHg）的1/2（378.7mmHg）；10000m处约为5000m处的1/2（198.3mmHg），即海平面值的1/4。^[8]

在对流层中，靠近地表面的大气因为受热多，体积膨胀而上升，上层空气变冷，体积缩小而下降，使得对流运动强烈。^[43]此外，由于地球表面陆地和海洋分布不均匀，再加上不同纬度接收的太阳辐射以及地形的差别，所以在对流层中，特别是在对流层的下层中存在着大气的垂直对流和水平对流，空气发生强烈的混合。^[44]整个大气层约有四分之一的质量集中在对流层里，其中有大规模的气流运动，所有的气候现象，如风、雨、雷、雾、雪等都发生在对流层里。^[45]

对流层延迟一般泛指非电离层大气对电磁波的折射。非电离层大气包括对流层和平流层，大约是大气层中从地面向上50km部分。由于折射的80%发生在对流层，所以通常叫作对流层折射，该部分大气层引起的误差通称为对流层延迟误差。^[9]对流层误差是由水汽、空气等形成的介质引起，无线电波在介质中传播时，传播速度将减慢，并且会发生折射。^[46]

对流层大气对大约15GHz的射电频率呈中性，信号传播产生的非色散延迟使电磁波传播路径比几何距离长，因而这一延迟通常叫作过剩路径长度（excesspath length）。由对流层折射引起的过剩路径长度，即信号的光学路径长度L与几何距离R之差，可表示为。对流层延迟误差通常也可表示成天顶方向的对流层折射量ΔDz与同高度角有关的映射函数M（E）之积。对流层延迟的90%是由大气中干燥气体引起的，称为干分量；其余10%是由水汽引起的，称为湿分量。由于对流层延迟由干、湿分量组成，对流层延迟也常用天顶方向的干、湿分量和相应的映射函数表示为。^[9]

在对流层里，温度随高度升高一般是呈降低状态，但有时也可在某一层次发生温度随高度升高而增加，这就是所谓的逆温现象，具有逆温的气层称为逆温层。根据空气稳定度，逆温层是属于稳定的大气层，因此逆温层将大大阻止大气中对流的发展。它对天气有一定的影响。常见的逆温现象按成因可分为辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、湍流逆温、锋面逆温等。^[47]

辐射逆温

由地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。在晴朗无云的夜间，地面辐射冷却很快，贴近地面的气层也随之降温。由于愈近地表受地面的影响愈大，所以愈近地面的气层降温愈多，因而在近地面气层便形成逆温。再加上微风吹拂，逆温层可向上逐渐扩展，日出以后，由于太阳辐射给地面很快增温，于是逆温就逐渐消失。^[47]

辐射逆温在大陆上常年可见，在中纬度地区以冬季最强，厚度可达200-300米，有时还可更厚。在高纬地区的冬季，有时可形成厚度达2-3公里的逆温层，在白天也常常不消散。^[47]

平流逆温

由于暖空气平流到冷的地表上而形成的逆温，称为平流逆温。当暖空气移动到冷地表上时，底层空气受地表影响降温较多，上层空气降温较少，于是就形成了逆温。地面与暖空气的温差愈大，逆温层愈强。冬季，当海上暖空气流到大上陆时，常会形成平流逆温。^[47]

下沉逆温

由于空气下沉压缩增温而形成的逆温，称为下沉逆温，又称压缩逆温。当气层从高空下沉到低空时，气层的面积扩大，厚度变小，结果气层顶部下沉的距离比底部大，所以顶部空气的绝热增温要比底部多。如果下沉距离较大，就有可能使顶部的温度高于底部，形成逆温。下沉逆温多见于高压区内，范围较广，厚度也较大，一般可达几百米。^[47]

湍流逆温

由于湍流混合作用前形成的逆温，称为湍流逆温。在湍流混合层中，由于湍流混合作用，空气上下翻滚，上升的空气按干绝热直减率降温，下降的空气按干绝热直减率升温，于是使得湍流混合层内的温度层结（温度随高度的分布）趋向于干绝热直减率。由于大气通常是r<rd，因而湍流混合层顶部的温度下降，而其上面的未发生湍流混合气层的层结未变，因此在这二气层的过渡区形成逆温。^[47]

锋面逆温

锋面上产生的逆温称为锋面逆温。锋面是冷暖空气（团）的交界面，它倾斜于冷空气一侧，且暖空气在上，冷空气在下。当冷暖空气的温度差较大时，就可以出现逆温。^[47]

臭氧是地球大气中重要的组成部分，在10~30km的平流层内集中了约90%臭氧，仅有约10%的臭氧分布在对流层中。对流层臭氧通过吸收地气系统的长波辐射，对大气产生加热作用，从而成为了重要的温室气体，同时对流层臭氧由于可以引发城市光化学烟雾而成为污染气体。^[48]

2015年，全球对流层臭氧浓度约为31ppb，对流层臭氧的高值区主要分布在亚洲、北太平洋和北美东部，与世界人口稠密区和重要农业区高度重叠；时间上，臭氧浓度在夏季达到峰值，与作物生长季节重叠。2019年，探空观测显示，对流层臭氧仍以每年0.5%~2%的速率递增，对流层臭氧的生存周期可达73天，这使得它们可随大气环流在大陆间进行长距离迁移。Vingarzan预测2040年全球臭氧浓度将达到35~48ppb，这可能导致全球作物减产20%，普通人群花粉症发病率提高约37%，由此可见，不断上升的臭氧浓度及其对植物和人体的危害，已经成为全球科学家和公众密切关注的重要问题。^[34]

臭氧对人体健康的危害主要是强烈刺激呼吸道，造成肺功能改变，引起气道反应和气道炎症增加、哮喘加重等，一般认为老人与儿童对臭氧更为敏感。很多植物对臭氧比较敏感，在60μg/m³浓度下暴露8小时，或在200μg/m³浓度下暴露1小时，植物叶面可出现点彩状和青铜色伤斑。臭氧对建筑材料、衣物及其他物质材料等有损坏作用，如加速橡胶和塑料老化，使纺织品褪色等。^[49]

人们常见的日常生活、生产活动都在对流层中进行。对流层的最低层，即离开地面只有几十米的近地气层，对农业生产有着特别要的意义，农业生物的生长发育以及人们的农业生产活动都在这一层次里进行。^[50]此外，对流层与人类的通讯活动也密切相关，在散射通信、超视距传输等方面具有重要作用。^[11][12]

由于空气温度、湿度、压力等的变化，在对流层中存在许多涡状气团，它们的介电常数和折射指数是不均匀的，这些涡状气团（湍流团）称为不均匀体（直径多在60米以下），当电波照射到这种不均匀体时，将产生折射、反射和散射，利用对流层的这种散射作用所进行的通信，称为对流层散射通信。^[11]

由于散射通信具有通信距离远、抗干扰、抗侦听等优点，一直受到西方各军事强国的重视，已经成为军用通信中不可缺少的手段。作为通信领域内最有个性的成果，散射通信可以无视高山、湖泊的分隔，在相距数百公里的用户间进行通信，这种超视距的特点特别适合军事领域的应用，使之成为除卫星通信外最受军用通信关注的手段。^[51]

对流层散射通信系统已经成为美军全球战略通信网的重要组成部分，而在战术通信层面，轻型战术散射通信系统可以为美空军提供节点间干线数据传输。在俄罗斯，散射通信占所有军事通信的30%~40%。英国军方也已经装备了最新一代的战术散射通信系统，是松鸡战术通信网的重要组成部分，单跳距离可达250km。同样，法国也装备了多种战术散射通信系统，单跳通信距离达到200km，广泛用于其里达战术通信网。^[51]

超视距传输是指通过环境媒质的绕射、散射、反射传播机制或者中继站转发信号，将电磁信号发送至发射天线相对地球曲率或者地形地物为基准的水平视线以下的区域，进而实现电磁信号对地形地物遮挡区域的覆盖，对流层超视距传输是指通过对流层环境媒质大气折射指数特殊的不均匀连续梯度结构或者不均匀“离散”界面结构，通过折射、散射、反射传播模式，实现的超视距传输。^[12]

对流层超视距通信、主动雷达等合作收发端无线电子系统，与对流层超视距被动定位等非合作收发端，从理论上讲都是基于对流层大气“边界结构的超视距传播的工程应用，但是其本质而言存在明显的差别，对流层超视距非合作收发端系统比对流层超视距合作收发端系统更加复杂。^[12]

对流层超视距通信由于收发端信息已知，只需要借助“边界结构”作为中继媒质而实现信号传播即可，因此没有必要深入、实时了解“边界结构”特征，只需要在链路预算时按照统计规律给出发射功率余量即可，实际通信应用场景下，主要关心链路衰落统计特征，基于衰落统计特征进行抗衰落即可，对于对流层超视距主动雷达，雷达发射信号已知、可控，在实际工程中可以通过对回波信号和雷达发射信号以及目标数据库比对，进行信道估计获得媒质信道的特征参数。^[12]

相对于对流层超视距合作收发端系统，对流层超视距非合作收发端系统需要通过对流层媒质被动接收非合作信号的同时，借助接收信号分析、识别、定位发射端信号、辐射源特征，所以，对流层超视距非合作收发端系统，需要甄别所接收信号的具体传播模式以及实现这种传输模式的媒质特性。^[12]

20世纪后20年中，作为地球大气最低层的对流层，其顶端高度出现了上升。美国和欧洲科学家首次通过定量研究证实，这一变化主要是人类活动的结果。美欧科学家运用计算机模型等进行分析后发现，1979年至1999年期间，对流层顶的高度平均上升了约200米，其中80％的上升与人类活动引起的大气臭氧损耗和温室气体积聚直接相关。发表于美国《科学》杂志的这项研究成果，再次为人类活动引发全球气候变化提供了有说服力的证据。科学家们分析了5种可能使对流层顶高度产生变化的自然或人为因素后，最终得出了上述结论。他们认为，与人类活动相关的臭氧损耗和温室气体积聚，之所以会给对流层顶高度造成最为显著的影响，是因为臭氧损耗会使平流层冷却并收缩，而二氧化碳等温室气体会导致对流层因温度升高而膨胀。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的桑特指出，他们的研究结果不仅表明20世纪后半叶大气对流层顶高度上升主要是人类活动的结果，同时也给“对流层近来出现变暖”的说法提供了独立的证据。桑特认为，对流层顶高度的改变可以作为一项参考指标，来研究人类活动所导致的地球气候变化。^[52]

20世纪50年代初，哈根斯密特（Haagen-Smit）提出对流层臭氧和光化学烟雾中的大部分污染成分都是由汽车尾气中的氮氧化合物及碳水化合物（NMHCs）经过光化学反应生成的。下图给出了城市臭氧及其相关大气化学成分的一般变化规律，臭氧前体物浓度在早晨的交通繁忙时期开始上升，而臭氧的最高浓度出现在午后。同时，这些污染物也会被传输到城市下风方向的乡村地区，并可能影响到较为偏远的地区。^[53]