对流层与平流层.docx

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对流层与平流层

对流层

　　对流层（troposphere）

　　位于大气的最低层，集中了约75％的大气质量和90％以上的水汽质量。

其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。

在低纬度地区平均高度为17～18公里，在中纬度地区平均为10～12公里，极地平均为8～9公里，并且夏季高于冬季。

　　对流层中，气温随高度升高而降低，平均每上升100米，气温约降低0.65℃。

气温随高度升高而降低是由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，离地面越高，受热越少，气温就越低。

但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称之为“逆温现象”。

由于受地表影响较大，气象要素（气温、湿度等）的水平分布不均匀。

空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈。

上下层水气、尘埃、热量发生交换混合。

由于90％以上的水气集中在对流层中，所以云、雾、雨、雪等众多天气现象都发生在对流层。

　　在对流层内，按气流和天气现象分布的特点又可分为下层、中层和上层。

（1）下层：

下层又称扰动层或摩擦层。

其范围一般是自地面到2公里高度。

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。

在这层里气流受地面的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。

这层受地面热力作用的影响，气温亦有明显的日变化。

由于本层的水汽、尘粒含量较多，因而，低云、雾、浮尘等出现频繁。

（2）中层：

中层的底界在摩擦层顶，上层高度约为6公里。

它受地面影响比摩擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势。

大气中的云和降水大都产生在这一层内。

　　（3）上层：

上层的范围是从6公里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30米/秒的强风带，即所谓的急流。

　　此外，在对流层和平流层之间，有一个厚度为数百米到1～2公里的过渡层，称为对流层顶。

这一层的主要特征是，气温随高度而降低的情况有突然变化。

其变化的情形有：

温度随高度增加而降低很慢，或者几乎为等温。

根据这一变化的起始高度确定对流层顶的位置。

对流层顶的气温，在低纬地区平均约为-83℃，在高纬地区约为-53℃。

对流层顶对垂直气流有很大的阻挡作用，上升的水汽、尘粒多聚集其下，使得那里的能见度往往较坏。

对流层气温随高度的变化

　　对流层，因为其热量的（主要）直接来源是地面辐射，所以气温随高度升高而降低。

青藏高原比相同高度的其它地区温度明显高，就是因为它提高了地面辐射的位置。

　　由于气温的这种变化，故形成空气对流运动强烈的特点。

　　平流层，则因离地面远，地面辐射对其影响可忽略，其热量来自臭氧吸收的太阳紫外辐射。

所以下冷上热，大气以水平流动为主。

　　中间层，又称高空对流层，它也是上冷下热，对流明显。

（离臭氧层又远了）

　　在近地面，气温高的地方空气呈上升运动，而气温低的地方空气呈下沉运动，从而形成了空气的对流。

对流层气温下面高，上面低，容易发生空气对流。

显著的对流运动和充足的水汽，使对流层的天气现象复杂多变，云，雨，雪，雷电等主要的天气现象都发生在这一层。

对流层的各种天气变化影响着生物的生存和行为，对流层是大气层中与人们生活和生产关系最密切的一层

平流层

平流层，亦称同温层

　　平流层（stratosphere）

　　平流层，亦称同温层，是地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于低部。

它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。

在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。

平流层是夹于对流层与中间层之间。

　　平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其底部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。

故之在这一层，气温会因高度而上升。

平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右，与地面气温差不多。

平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。

至于垂直气温分层方面，由于高温层置上而低温层置下，使到平流层较为稳定。

那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。

此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。

至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。

所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。

　　在温带地区，商业客机一般会于离地表10公里的高空，即平流层的底部处巡航。

这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。

而在客机巡航阶段所遇上的气流，大多是因为在对流层发生了对流超越现象。

同样地，滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔，这股气流从对流层上升到达平流层就会停止。

这样一来变相为世界各地的滑翔机设定了高度限制。

（纵然有些滑翔机会用上背风波来飞得更高，把滑翔机带到平流层之中。

）

　　平流层是一个放射性、动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。

因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。

一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡（QBO）。

这种现象由重力波引导，是由于对流层的对流而引至的。

准双年震荡引致了次级环流的发生，这对于全球性的平流层输送诸如臭氧及水蒸气等尤为重要。

　　在北半球的冬季，平流层突发性增温经常发生。

这是因为平流层吸收了罗斯贝波所致。

臭氧损耗

　　臭氧层的损耗主因，是因为平流层中存在着含氯氟烃（简称CFCs-如CF2Cl2及CFCl3）。

含氯氟烃是氯、氟及碳的聚合物。

正因为含氯氟烃的稳定性、价钱低廉、无毒性、非易燃性、非腐蚀性，时常被用作喷雾剂、冷却剂及溶剂等等。

但正因它的稳定性却使其持续存在于环境之中，不易化解。

这些分子会逐渐地飘到平流层，继而进行一连串的链锁反应，最终会使到臭氧层受到损耗。

　　美国政府早于1980年已经禁止使用含氯氟烃作为喷雾剂。

世界各国亦开始于1987年9月努力减少使用含氯氟烃，直至1996年，全球禁止工厂生产及释放含氯氟烃的法例终于生效。

但这些努力却因为中国及俄罗斯约值5亿美元的非法生产而被彻底地挫败。

所以含氯氟烃的数量直至2000年早期还在上升，预计在本世纪中期才会回落至合理水平。

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物质组成

　　氮气、氧气、少量的水汽、臭氧（在22-27千米形成臭氧层）、尘埃、放射性微粒、硫酸盐质点。

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运动特征

　　平流层内的风力分布颇为特别，首先平流层底部受到对流层顶部的西风带影响，所以几乎都吹着西风。

然后，平流层上中部则会出现以下的现象。

极地附近的夏季会有极昼的现象发生，所以处于夏季的半球，高纬度地区受到的日照时间会比低中纬度地区为长。

因为极地附近会因臭氧层而渐渐和暖，结果形成了高压状态。

反之低纬度会相对地处于低压状态。

为了消除这种不稳定，就会产生出从高压处流向低压处的气流。

可是这种气流又受到科里奥利力所影响而变成了东风。

因此，在平流层的上中部除了特别的场合以外，夏季会比较盛行东风，亦即东风带，称为平流层东风。

　　而冬季来临时这个现象就会逆转发生。

极地附近就会与夏季相反整天也不会受到太阳照射，结果高纬度地区就会比低中纬度地区低温，亦即进入低压状态。

因此产生了从低纬度流向高纬度的气流，再因科里奥利力的影响而变成了西风，称为平流层西风。

由于这种现象会随季节变化而改变风向，所以亦可被认为是季候风的一种，称之为平流层季候风。

平流层西风及平流层东风的最大风速都可达到每秒约50米。

人类应用

　　航空

　　目前大型客机大多飞行于此层，以增加飞行的稳定度。

原因有：

　　能见度高：

地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行。

　　受力稳定：

平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵架驶。

　　噪声污染小：

平流层距地面较高，飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪声污染相对较小。

安全系数高：

飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全。

当然，在起飞和着陆时，要想方设法驱赶开飞鸟才更为安全．

大气可分为哪几层

   人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越来越清晰了，科学家发现，在不同的高度上，大气的情况是在变化的，于是就人为地把大气分成五个不同的层次，以便于更好地研究大气。

   对流层这一个层次从地面向上，直到10千米左右的范围，是大气层的最底层。

在这个范围内，大气的温度随着高度的增加而不断下降。

在11千米附近，温度下降到-55℃。

在这层里，大气活动异常激烈，或者上升，或者下降，甚至还会翻滚。

正是由于这些不断变化着的大气运动，形成了多种多样复杂的天气变化，风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹也多发生在这个层次里，所以也有人称这层为气象层。

这层的顶叫对流层顶。

   平流层从对流层顶向上到55千米附近。

在这个范围里，温度不再像对流层里那样不断下降了，它开始几乎不发生变化，然后随高度增加又增加，到平流层顶温度可达-3~17℃。

这里空气成分几乎不变，水汽与尘埃几乎不存在，所以这里经常是晴空万里，能见度高。

平流层中臭氧比较集中，在25千米高处臭氧最多，形成了所谓臭氧层，臭氧能强烈地吸收紫外线，它对地球上的生物非常重要。

   中层从平流层顶向上，也就是从55千米到80千米这个范围被命名为中层大气，简称中层。

在这里，温度随高度而下降，大约在80千米左右达到最低点，约为-90℃。

   热层从中层大气向上，也就是从80千米到500千米左右的范围，这里温度随高度迅速上升，可达到1000~2000℃。

所以称为热层。

在这里空气高度稀薄，而且多处在高度电离状态。

   逃逸层  500千米以上是外大气层，这一层顶也就是地球大气层的顶。

在这里地球的引力很小，再加上空气又特别稀薄，气体分子互相碰撞的机会很小，因此空气分子就像一颗颗微小的导弹一样高速地飞来飞去，一旦向上飞去，就会进入碰撞机会极小的区域，最后它将告别地球进入星际空间，所以    外大气层被称为逃逸层。

但总的说来，逃逸掉的大气是很少的一部分，几乎可以忽略不计。

这一层温度极高，但近于等温。

这里的空气也处于高度电离状态。

   电离层   除了以上的分层外，科学家根据大气电离状态，又将60千米以上的大气层称为电离层，电离层在远距离无线电通信方面起着很重要的作用，无线电波借助于在地面和电离层之间的多次反射而传播，实现了远距离的无线电通信。

人们形容电离层为“一面反射电波的镜子”.  

   不过，电离层反射的只是普通的无线电广播采用的波段，对于波长较短的无线电波则起不到反射作用。

电视机采用的恰恰是彼长较短的无线电波，这就是电视机为什么收看不到远处电视台节目的原因。

为了能收看到大洋彼岸的电视节目，科学家利用在赤道上空36000千米高度的静止地球卫星来传播电视信号，使生动的电视画面越过大洋或大陆，送到千家万户的电视机中。

    磁层  在大气科学中有时还将500千米以上的大气层称为磁层。

因为在这里，地球磁场对大气的运动起着决定性的作用。

磁层在太阳风的作用下发生一系列变化：

向着太阳的一面被压缩了，而在背着太阳的一面形成了一个类似于慧星一样的长尾巴——磁尾。

向着太阳的一端距地心约十几个地球半径，即70000一80000千米，它的尾长（背着太阳一端〕约100个地球半径，即600多万千米。

    太阳风与磁层之间的边界即为磁层顶，顶以外即为星际空间。

因此也有人认为磁层顶才是大气圈的顶。

    磁层尽管离地球表面很高，但对人类确实能起到保护作用。

如果没有磁层，威力巨大的太阳风会把臭氧层吹掉，甚至还会把整个大气层统统吹走。

这是多么可怕的景象啊！