地球大气层的结构自地表向上延伸，可分为多个层次。首先是距离地表约8至17公里的对流层，这是大气层的第一层，其特点是存在显著的对流运动，包括天气现象如冰霜雨雪。接下来是平流层，位于地表上方10至50公里，以水平运动为主，天气较为稳定，极少风雨雷电，因此得名。
中间层，也称高空对流层，位于平流层顶部到85公里之间，温度垂直递减率很大，空气垂直运动活跃。再往上是暖层，也叫电离层，从中间层顶部延伸到800公里，电离层对无线电波具有反射作用，对远程无线电通信至关重要。
然而，真正作为大气层界限的是散逸层或外层，它始于电离层顶部，延伸至1000公里高度。尽管如此，通常将1000公里内的电离层视为大气层的上限，因此，大气层的总厚度大约为1000公里。这一范围内的温度极高，可达数千度，但大气变得极其稀薄。
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