平流层

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黃色的部分是平流層(Stratosphere)。
地球大气层
散逸层
(800km~2000km至3000km)
热层
(80至85km~800km)
中间层
(50km~80至85km)
平流层
(7至11km~50km)
对流层
(0km~7至11km)

平流層英语Stratosphere),亦稱同溫層,位于对流层的上方和中间层的下方。其下界在中纬度地区位于距离地表10km处,在极地则在8km左右,其上界则约在离地50km的高度。平流层的温度上热下冷,随着高度的增加,平流层的气温在起初基本不变,然后迅速上升。在平流层里大气主要以水平方向流动,垂直方向上的运动较弱,因此气流平稳,基本没有上下对流[1]

由于含有大量臭氧,平流层的下半部分能吸收大量的紫外线,也被称为臭氧层

温度变化和气候[编辑]

平流层是地球大氣層裡上熱下冷的一層,随着高度的增加,平流层的气温在起初基本不变约216K(-57.15°C),升至20-32km后气温迅速上升,到了其上界达到270K至290K(-3.15°C至16.85°C),与地面气温相近。平流层又因此被分成不同的溫度層,其中高溫層在頂部,而低溫層在底部。这一点与位於其下貼近地表的對流層剛好相反,對流層是上冷下熱的。

平流層的上述气温分布特征与它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。在平流层頂部的臭氧因为吸收了來自太陽的紫外線而升温。因此越靠近其上界,其氣溫便越高。平流層頂部稱為平流層頂,而在此之上氣溫又會再以隨高度而下降。

由於高溫層置上而低溫層置下,因此在平流层里大气在垂直方向上的运动较弱,基本没有上下对流。大气在其中主要以水平方向流动,气流较为平稳。

气候和物理化学现象[编辑]

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[编辑]

臭氧層的損耗主因,是因為平流層中存在著含氯氟烴(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。虽然這些努力的成效因為中國俄羅斯民间非法生產而被减弱,但是預計在本世紀中期氟氯烃的浓度就會回落至合理水平。[來源請求]

人类应用[编辑]

航空[编辑]

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:

  1. 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。
  2. 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,並可節省燃油消耗。
  3. 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,对地面的噪音污染相对较小。
  4. 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。在起飞和着陆时,要设法驱赶开飞鸟才更为安全。
平流层高空飛行的B-36和平締造者轟炸機

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。)

参考资料[编辑]

  1. ^ 谢础,贾玉红,黄俊,吴永康. 航空航天技术概论(第2版). 北京航空航天大学出版社. 2008: 65. ISBN 978-7-81124-428-1.