平流層
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/AtmosphereTerrestre_HD_zh.jpg/100px-AtmosphereTerrestre_HD_zh.jpg)
散逸層(600 km ~ 2000 km至3000 km) |
增溫層(80至85 km ~ 600 km) |
中氣層(50 km ~ 80至85 km) |
平流層(8至18 km ~ 50 km) |
對流層(地面 ~ 8至18 km) |
平流層(英語:stratosphere)是地球大氣圈中位於對流層上方和中間層下方的一層。其下界即對流層上界,依緯度、季節而變,距地面8~18千米,平均11~12千米;其上界距地面50~55千米。平流層的溫度變化趨勢(逆溫分佈)與對流層相反,隨着高度的增加,氣溫大體呈遞增趨勢,至平流層頂達-3℃左右,最高可達17℃。由於上熱下冷,在平流層裏大氣多大尺度平流運動,幾乎沒有上下對流,氣流平穩,且很少出現雲雨等天氣現象,能見度(透明度)好[1],因此適合飛機飛行[2][3]。
平流層的熱源主要是臭氧,靠其吸收太陽紫外線輻射而增溫。平流層聚集了大氣層中約90%的臭氧,臭氧濃度高值處稱臭氧層[註 1]。臭氧層吸收了到達地球的絕大部分紫外線,對人和其他生物有重要的保護作用。近幾十年來,臭氧層受到了嚴重破壞,尤其是被稱作「臭氧層空洞」的南極上空臭氧濃度極低值區。
儘管天氣現象少見,但中、高緯度(尤其是北歐等地)早、晚時偶可觀測到由細小冰晶組成的,有珍珠斑色彩,薄而透明的珠母雲。平流層環流變化常為對流層環流變化的先兆,因而對長期天氣預報有參考價值。
別名
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1902年,法國氣象學家德博和德國氣象學家阿斯曼經過協調,分別發表了各自多年觀察的結果。他們依據高空氣球儀表所記錄到的溫度,在高度約11~14公里處發現一個等溫層(isothermal layer),位於平流層下部的底端。平流層別稱同溫層,正源於此。
範圍與氣溫結構
[編輯]平流層下接對流層,上承中間層,或平流層以上又可統稱上層大氣[3]。其下界即對流層上界(具體來說,與對流層之間還有一個稱作「對流層頂」的過渡層),受地面影響,高度依緯度、季節而變化,距地面8~18千米,平均11~12千米。平流層上界據不同說法在50[2][4]~55[1]千米[3]之間。
平流層的溫度變化趨勢為逆溫分佈。隨着高度的增加,氣溫起初不變[4]或略升[5](對流層頂平均氣溫為高緯-53℃~低緯-83℃),至距地面約30千米時顯著上升[1],尤其是35千米(臭氧層頂)以上迅速上升[3],至平流層頂達-3℃左右[5],最高可達17℃[1]。
臭氧層
[編輯]平流層有如此氣溫結構的原因是其熱源主要為臭氧。對流層主要靠吸收地面輻射的紅外線而升溫,而平流層主要靠臭氧直接吸收太陽紫外線輻射而增溫。平流層聚集了大氣層中約90%的臭氧,臭氧濃度高值區稱臭氧層[6]。臭氧的濃度會隨着緯度、季節、天氣等變化而不同[7],「高濃度」閾值的定義也不同,依據臭氧濃度而劃定的臭氧層範圍也並非固定值,有22~25千米[6]、20~25千米[7]、20~30千米[5]、15~35千米[3]等多種說法,或直接將10~50千米大致整個平流層都稱作臭氧層[5][8]。臭氧層上部儘管臭氧含量逐漸減少,但紫外線輻射尤為強烈,因此成為氣溫隨高度上升最顯著的區域[3]。
臭氧層吸收了到達地球的絕大部分紫外線,對人和其他生物有重要的保護作用。近幾十年來,臭氧層受到了嚴重破壞,尤其是被稱作「臭氧層空洞」的南極上空臭氧濃度極低值區。1987年聯合國簽署了《蒙特利爾議定書》限制氟氯烷烴的生產和使用以保護臭氧層[6][3]。
天氣與氣候
[編輯]由於上熱下冷,在平流層裏大氣多大尺度平流運動[5],幾乎沒有上下對流,氣流平穩[3][9],再加上對流層頂阻滯了垂直氣流,聚集了對流層內上升的水汽、雜質[10],導致平流層很少出現雲和降水。雨、雪、雷電等絕大部分物理過程均發生在對流層,但平流層也偶有天氣現象發生,如中、高緯度(尤其是北歐等地)早、晚時偶可觀測到由細小冰晶組成的,有珍珠斑色彩,薄而透明的珠母雲[4](又叫貝母雲),多出現在距地面22~27千米高度上[1][5]。此外,對流層中積雨雲發展非常旺盛時頂部也可能延伸到平流層底部[5]。
儘管有對流層頂這一深厚的對流阻滯層存在,但同樣由於這一層阻礙了平流層與對流層的物質交換,若由於火山噴發等原因大氣污染物一旦進入了平流層,便難以消退,甚至可形成永久性平流層氣溶膠霾層,強烈反射和散射太陽輻射導致對流層降溫[5]。
平流層的風向特點是:在中緯度地區,夏季為東風,冬季為西風。平流層環流變化常為對流層環流變化的先兆,因而對長期天氣預報有參考價值[5]。
氣候和物理化學現象
[編輯]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/12/High-altitude-balloon-1041.jpg/220px-High-altitude-balloon-1041.jpg)
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平流層是一個放射性、動力學及化學過程都會有強烈反應的區域。因為其水平的氣態成份混合比起垂直的混合都來得要快。一個較為有趣的平流層環流特性是發生於熱帶地區的準雙年震盪(QBO)。這種現象由重力波引導,是由於對流層的對流而引至的。準雙年震盪引致了次級環流的發生,這對於全球性的平流層輸送諸如臭氧及水蒸氣等尤為重要。
在北半球的冬季,平流層突發性增溫經常發生。這是因為平流層吸收了羅斯貝波所致。
臭氧損耗
[編輯]臭氧層的損耗主因,是因為平流層中存在着含氯氟烴(簡稱CFCs - 如CF2Cl2及CFCl3)。含氯氟烴是氯、氟及碳的聚合物。正因為含氯氟烴的穩定性、價錢低廉、無毒性、非易燃性、非腐蝕性,時常被用作噴霧劑、冷卻劑及溶劑等等。但正因它的穩定性卻使其持續存在於環境之中,不易化解。這些分子會逐漸地飄到平流層,繼而進行一連串的鏈鎖反應,最終會使到臭氧層受到損耗。
美國政府早於1980年已經禁止使用含氯氟烴作為噴霧劑。世界各國亦開始於1987年9月努力減少使用含氯氟烴,直至1996年,全球禁止工廠生產及釋放含氯氟烴的法例終於生效。
人類應用
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航空
[編輯]目前大型客機大多飛行於此層,以增加飛行的穩定度。原因有:
- 能見度高:地球大氣的平流層水汽、懸浮固體顆粒、雜質等極少,天氣比較晴朗,光線比較好,能見度很高,便於高空飛行。
- 受力穩定:平流層的大氣上暖下涼,大氣不對流,以平流運動為主,飛機在其中受力比較穩定,便於飛行員操縱駕駛,並可節省燃油消耗。
- 噪聲污染小:平流層距地面較高,飛機絕大部分時間在其中飛行,對地面的噪音污染相對較小。
- 安全係數高:飛鳥飛行的高度一般達不到平流層,飛機在平流層中飛行就比較安全。在起飛和着陸時,要設法驅趕開飛鳥才更為安全。
從亞洲飛往北美和加拿大的航機多會取道高速氣流,以縮短航程和節省燃油。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/NB-36H_producing_contrails_in_flight.jpg/220px-NB-36H_producing_contrails_in_flight.jpg)
在溫帶地區,商業客機一般會於離地表約10公里(33,000英尺)的高空,即平流層的底部處巡航。這是為了避開對流層因對流活動而產生的氣流。而在客機巡航階段所遇上的氣流,大多是因為在對流層發生了對流超越現象。同樣地,滑翔機一般會在上升暖氣流上滑翔,這股氣流從對流層上升到達平流層就會停止。這樣一來變相為世界各地的滑翔機設定了高度限制。(縱然有些滑翔機會用上背風波來飛得更高,把滑翔機帶到平流層之中。)
波音公司研製的美國空軍B-52型「同溫層堡壘」(英語:B-52 Stratofortress)戰略轟炸機名稱來源於此。
註釋
[編輯]- ^ 臭氧的濃度會隨着緯度、季節、天氣等變化而不同,何為「濃度高」的定義也不同,依據臭氧濃度而劃定的臭氧層範圍也並非固定值,有22~25千米、20~25千米、20~30千米、15~35千米等多種說法,或直接將10~50千米大致整個平流層都稱作臭氧層
參考資料
[編輯]- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 伍光和 (編). 自然地理学. 北京: 高等教育出版社. 2008: 88-89. ISBN 978-7-04-022876-2.
- ^ 2.0 2.1 现代汉语词典(第7版). 北京: 商務印書館. 2016: 1007.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 朱翔; 劉新民 (編). 普通高中教科书·地理(必修一). 長沙: 湖南教育出版社. 2019: 72–74. ISBN 978-7-5539-4784-6.
- ^ 4.0 4.1 4.2 辞海 - 平流层. www.cihai.com.cn. [2024-02-09].
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 平流层 - 《中国大百科全书》第三版网络版. www.zgbk.com. [2024-02-09].
- ^ 6.0 6.1 6.2 朱清時 (編). 义务教育教科书·科学(八年级上册). 杭州: 浙江教育. 2013: 50. ISBN 978-7-5536-0746-7.
- ^ 7.0 7.1 辞海 - 臭氧层. www.cihai.com.cn. [2024-02-09].
- ^ 大气臭氧层 - 《中国大百科全书》第三版网络版. www.zgbk.com. [2024-02-09].
- ^ 謝礎; 賈玉紅; 黃俊; 吳永康 (編). 航空航天技术概论(第2版). 北京航空航天大學出版社. 2008: 65. ISBN 978-7-81124-428-1.
- ^ 辞海 - 对流层. www.cihai.com.cn. [2024-02-02].
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