高层大气（upper atmosphere）
地球大气开始电离（约60千米）以上的大气区域。对于高层大气起始高度的划分不尽一致，如有人把探空气球可上升到30千米高度作为高层大气下限，也有人把中间层顶（约80千米）以上的大气区域称为高层大气。高层大气上界的层状结构已不明显，热速度高的大气粒子有可能克服地球引力的束缚而逃离地球大气层，而宇宙空间的气体粒子也有可能进入高层大气。
大气分层
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 ，可分为对流层、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。②按大气成分随高度分布特征，可分为均匀层和非均匀层。均匀层是指从地面到约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。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，平均分子量不再是常数。③按大气的电离特征，可分为电离层和中性层。中性层又称非电离层 ，是指以中性成分为 主的大气层。电离层又可分为D 层、E层和F层。
在80千米以下，大气处于均匀混合状态；而在约80千米以上，大气湍流逐渐消失，逐渐过渡到分子扩散平衡状态 ，约在120千米以上达到完全扩散平衡 。扩散平衡就 是在重力场作用下，大气中重的成分分布于低层，轻的成分分布于高层，使得大气的平均摩尔分子量随高度递减。高层大气中除分子运动外，还有全球尺度的环流、潮汐和声重波等宏观运动。
高层大气的热状态受太阳紫外辐射加热所控制，使得约80千米以上大气温度随高度增高而增大，并随时间、经纬度、太阳活动、磁层扰动等而变化。太阳紫外辐射造成高层大气氧分子的分解。太阳紫外辐射和X射 线又使N2、O2和O等电离形成电离层。高层大气粒子受太阳辐射激发和太阳高能粒子的轰击，能产生气辉、夜光云、极光等发光现象。
大气探测
高层大气的探测方法可分为间接法和直接法。①间接法。在观测目标以外（主要在地面），利用探测仪器观测高层大气中的物理现象如流星、极光、气辉等，推算不同高度的大气成分、密度和温度；或通过研究声、光、电波在大气中的传播特性，及其穿透大气时所发生的变化，探测大气不同高度上的密度、温度和电离程度等。②直接法。利用飞机、气球、火箭和人造地球卫星等飞行器，把探测仪器带到所要观测的空间，测定飞行器周围的大气参量；或通过研究空间环境对飞行器的影响，如卫星的大气制动来探测大气密度。
