火星大气的密度不到地球大气的百分之一，表面大气压５00～700毫巴。火星大气温度垂直分布与地球不同：由表面至５０公里高度，温度随高度增加而下降，自３２０Ｋ降至１４０Ｋ；从５０～１００公里，温度呈小范围的不规则变化，约有２０Ｋ左右的波动（在这一高度范围内有一系列的冷、暖层）；１３０公里附近，温度为１６０Ｋ。火星大气中主要有下述两个风系：（１）中纬度冬季体系：与地球的相应体系类似，盛行偏西风、高空急流、迁移性扰动和风暴，表面附近风速为１０～２０米/秒，到１０公里以上的高空急流层速度增至１００米/秒，均为地球上的两倍。（２）赤道夏季体系：主要受太阳辐射日变化及其与局部地形相互作用的影响，没有迁移性扰动。此外，火星上也有大气潮汐。因火星表面为荒漠，潮汐效应远较地球强烈，北半球夏季潮汐风速达５～１０米/秒，随高度增加潮汐风速增大，在８０～１００公里高度的潮汐风速比地球上的５０米/秒强得多。与地球700帕高度大气中水气当量相比，火星大气相对湿度较高，接近饱和：在北半球高纬地区冬季水气当量为10-2可降厘米，在南半球高纬地区冬季水气当量则小于10-4可降厘米。因此，火星大气中有少量的云，主要由水滴和冰粒组成。这种稀薄而无明确边缘的水冰云，可分为四大类：（１）白天与火星表面贴近的空气因表面传导加热作用而上升并膨胀冷却所形成的“对流云”。强烈的对流云发生在５～８公里的高度，在赤道地区中午时分尤为多见。（２）火星大气中强烈的西风吹过高地形障碍物时形成的“波状云”。（３）火星大气中空气沿大型高地的斜坡向上运动时缓慢形成的“山形云”。通常分布在高火山区上空，有精确的变化规律。（４）火星低洼地区霜冻表面受早晨阳光照射而在其上空形成的“晨雾”，有日复一日的变化规律。此外，火星大气中还有由二氧化碳凝成、轮廓分明的“干冰云”。火星大气主要成分是二氧化碳，按体积算占总量的９５％；其次是氮气,占２.７％；再次是氩,占１.６％。大气次要成分有氧气、一氧化碳、水、氖、氪、氙和臭氧，此外还有微量的原子氧、原子氢和过氧化氢。这些成分与地球平流层成分非常相似。
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