平流层
| 散逸层（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） |
| 平流层（8至18 km ～ 50 km） |
| 对流层（地面 ～ 8至18 km） |
平流層（英語：stratosphere）是地球大气圈中位于对流层上方和中间层下方的一层。其下界即对流层上界，依纬度、季节而变，距地面8~18千米，平均11~12千米；其上界距地面50~55千米。平流层的温度变化趋势（逆温分布）与对流层相反，随着高度的增加，气温大体呈递增趋势，至平流层顶达-3℃左右，最高可达17℃。由于上热下冷，在平流层裡大气多大尺度平流运动，幾乎没有上下对流，气流平稳，且很少出现云雨等天气现象，能见度（透明度）好[1]，因此适合飞机飞行[2][3]。
平流层的热源主要是臭氧，靠其吸收太阳紫外线辐射而增温。平流层聚集了大气层中约90%的臭氧，臭氧浓度高值处称臭氧层[註 1]。臭氧层吸收了到达地球的绝大部分紫外线，对人和其他生物有重要的保护作用。近几十年来，臭氧层受到了严重破坏，尤其是被称作“臭氧层空洞”的南极上空臭氧浓度极低值区。
尽管天气现象少见，但中、高纬度（尤其是北欧等地）早、晚时偶可观测到由细小冰晶组成的，有珍珠斑色彩，薄而透明的珠母云。平流层环流变化常为对流层环流变化的先兆，因而对长期天气预报有参考价值。
别名
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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。
范围与气温结构
[编辑]平流层下接对流层，上承中间层，或平流层以上又可统称上层大气[3]。其下界即对流层上界（具体来说，与对流层之间还有一个称作“对流层顶”的过渡层），受地面影响，高度依纬度、季节而变化，距地面8~18千米，平均11~12千米。平流层上界据不同说法在50[2][4]~55[1]千米[3]之间。
平流层的温度变化趋势为逆温分布。随着高度的增加，气温起初不变[4]或略升[5]（对流层顶平均气温为高纬-53℃~低纬-83℃），至距地面约30千米时显著上升[1]，尤其是35千米（臭氧层顶）以上迅速上升[3]，至平流层顶达-3℃左右[5]，最高可达17℃[1]。
臭氧层
[编辑]平流层有如此气温结构的原因是其热源主要为臭氧。对流层主要靠吸收地面辐射的红外线而升温，而平流层主要靠臭氧直接吸收太阳紫外线辐射而增温。平流层聚集了大气层中约90%的臭氧，臭氧浓度高值区称臭氧层[6]。臭氧的浓度会随着纬度、季节、天气等变化而不同[7]，“高浓度”阈值的定义也不同，依据臭氧浓度而划定的臭氧层范围也并非固定值，有22~25千米[6]、20~25千米[7]、20~30千米[5]、15~35千米[3]等多种说法，或直接将10~50千米大致整个平流层都称作臭氧层[5][8]。臭氧层上部尽管臭氧含量逐渐减少，但紫外线辐射尤为强烈，因此成为气温随高度上升最显著的区域[3]。
臭氧层吸收了到达地球的绝大部分紫外线，对人和其他生物有重要的保护作用。近几十年来，臭氧层受到了严重破坏，尤其是被称作“臭氧层空洞”的南极上空臭氧浓度极低值区。1987年联合国签署了《蒙特利尔议定书》限制氟氯烷烃的生产和使用以保护臭氧层[6][3]。
天气与气候
[编辑]由于上热下冷，在平流层裡大气多大尺度平流运动[5]，幾乎没有上下对流，气流平稳[3][9]，再加上对流层顶阻滞了垂直气流，聚集了对流层内上升的水汽、杂质[10]，导致平流层很少出现云和降水。雨、雪、雷电等绝大部分物理过程均发生在对流层，但平流层也偶有天气现象发生，如中、高纬度（尤其是北欧等地）早、晚时偶可观测到由细小冰晶组成的，有珍珠斑色彩，薄而透明的珠母云[4]（又叫贝母云），多出现在距地面22~27千米高度上[1][5]。此外，对流层中积雨云发展非常旺盛时顶部也可能延伸到平流层底部[5]。
尽管有对流层顶这一深厚的对流阻滞层存在，但同样由于这一层阻碍了平流层与对流层的物质交换，若由于火山喷发等原因大气污染物一旦进入了平流层，便难以消退，甚至可形成永久性平流层气溶胶霾层，强烈反射和散射太阳辐射导致对流层降温[5]。
平流层的风向特点是：在中纬度地区，夏季为东风，冬季为西风。平流层环流变化常为对流层环流变化的先兆，因而对长期天气预报有参考价值[5]。
气候和物理化学现象
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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
[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。
人类应用
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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：
- 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，便于飞行员操纵駕驶，並可節省燃油消耗。
- 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。
- 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。
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。
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）戰略轟炸機名称来源于此。
注释
[编辑]- ^ 臭氧的浓度会随着纬度、季节、天气等变化而不同，何为“浓度高”的定义也不同，依据臭氧浓度而划定的臭氧层范围也并非固定值，有22~25千米、20~25千米、20~30千米、15~35千米等多种说法，或直接将10~50千米大致整个平流层都称作臭氧层
参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 伍光和 (编). 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: 商务印书馆. 2016: 1007.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 朱翔; 刘新民 (编). 普通高中教科书·地理（必修一）. 长沙: 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 朱清时 (编). 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].
- ^ 谢础; 贾玉红; 黄俊; 吴永康 (编). 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.
- ^ 辞海 - 对流层. www.cihai.com.cn. [2024-02-02].
