平流层 - 中文百科移动版

这种温度随高度升高而增高的特征，是由于大气中的臭氧主要集中在这一层，并且对太阳紫外辐射强烈的吸收形成的。

层内水气和尘埃等很少，很少有云出现。

平流层内气压和密度随 ... 目录 1平流简介 2平流层的特点 3平流层的物质组成 4平流层的运动特征 5平流层臭氧损耗 6平流层对人类生活的影响 7平流层的应用价值 7.1通信平台 7.2航空 8热带平流层波动 9平流层大气物理学 平流层 　平流层　　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，平流层位于地表8公里左右。

平流简介　　从对流层顶到约50千米高度的大气层。

平流层内，温度随高度上升而增高，下半部随高度变化较小，上半部则增高得快。

这种温度随高度升高而增高的特征，是由于大气中的臭氧主要集中在这一层，并且对太阳紫外辐射强烈的吸收形成的。

层内水气和尘埃等很少，很少有云出现。

平流层内气压和密度随高度的变化比对流层内缓慢。

至于风，中纬度地区夏季，平流层下部仍盛行西风，风速随高度减小，到22～25千米，渐次转为东风，风速随高度加大。

冬季的情况较复杂。

平流层内空气大多作水平运动，对流十分微弱。

大气污染物进入平流层后能长期存在。

因此，保护平流层环境不受污染，具有重要意义。

在高纬度地区，冬季在20～30千米高度上有贝母云。

平流层顶位于离地面50～55千米高度，温度约0℃，气压约为100帕。

平流层　　对地球生命至关重要的臭氧层就包括在平流层内，臭氧量从对流层顶开始增加，至22～25公里处达到极大值，然后减少，到平流层顶就微乎其微了。

平流层的温度先是随高度增加不改变，或变化很小，到30～35公里高度均保持在-55℃左右，再向上温度则随高度而增加，到平流层顶温度升至-3℃以上。

平流层温度的升高主要是由于臭氧层的臭氧吸收来自太阳的紫外线，同时以热的形式释放出大量的能量。

由于平流层内垂直对流运动很小，多为平流运动，没有对流层中那种云、雨等天气现象，尘埃也很少，大气透明度好，因此是现代超音速飞机飞行的理想场所。

　　平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其顶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。

平流层的特点　　１、空气没有对流运动，平流运动占显著优势。

　　２、是空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象。

　　３、是在高约15—35km范围内，有厚约20km的—层臭氧层，因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力，故使平流层的温度升高。

平流层的物质组成　　平流层的物质组成主要有氮气、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。

平流层的运动特征　　平流层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。

平流层臭氧损耗　　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。

平流层对人类生活的影响平流层应用　　平流层由于平流层的高度较对流层高，因此与到达地表的太阳辐射相比，平流层的太阳辐射含有更多的短波紫外辐射。

一般将来自太阳的紫外辐射按照波长的大小分为三个区，波长在315-400nm（1nm=10-9m）之间的紫外光称为UV-A区，该区的紫外线不能被臭氧有效吸收，但是也不造成地表生物圈的损害。

事实上，这一波段少量的紫外线也是地表生物所必需的，它可促进人体的固醇类转化成维生素D，如果缺乏会引起软骨病，尤其对儿童的发育产生不良的影响；波长为280-315nm的紫外光称为UV-B区，这一波段的紫外辐射是可能到达地表并对人类和生态系统造成最大危害的部分；波长为200-280nm的紫外光部分称为UV-C区，该区紫外线波长短，能量高，不过这一区的紫外线能被大气中的氧气和臭氧完全吸收，即使是平流层的臭氧发生损耗，UV-C波段的紫外线也不会到达地表造成不良影响。

　　平流层中最重要的化学组分就是臭氧（O3）。

臭氧是地球大气中的一种微量气体，由三个氧原子组成，是我们熟知的氧气的同素异形体。

臭氧在大气中通常分布在两层，即对流层和平流层中。

环绕在地球表面至高空8-16公里范围内的一层大气称为对流层，这一层中的臭氧对人类和生态环境是有害的，它也是当前城市大气光化学烟雾污染的主要物质。

对流层向上至大约50公里左右的范围，就是通常所称的平流层。

实际上，平流层保存了大气中90%的臭氧，位于这一高度的臭氧能有效地吸收对人类健康有害的紫外线（UV-B段），从而保护了地球上的生命。

平流层的应用价值·通信平台　　通信原理平流层空间使用准静止的长驻空飞艇作为高空信息平台，与地面控制设备、信息接口设备以及各种类型的无线用户终端构成的天地空一体化综合信息系统产生平流层通信系统。

与通信卫星相比，它往返延迟短、自由空间衰耗少有利于实现通信终端的小型化、宽带化和对称双工的无线接入；与地面蜂窝系统相比平流层平台的作用距离、覆盖地区大、信道衰落小因而发射功率可以显著减少。

不但大大降低了建设地面信息基础设施的费用，而且也降低了对基站周围的辐射污染。

对人类的贡献相当大。

平流层应用·航空　　平流层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．热带平流层波动　　发生于热带地区平流层低层的大型波动。

它表现为风的周期性振荡。

已发现的热带平流层波动主要有两种：开尔文波和罗斯比－重力混合波。

这两种波动都是叠加在赤道平流层纬向风的准两年周期振荡之上的周期较短的波动。

准两年周期振荡主要指东风和西风以24～30个月为周期交替出现的现象(见平流层和中层大气环流)。

在西风盛行时期，平流层的经向风具有4～5天的准周期振动，这种振动是由一种水平波长约10000公里（全球波数为4），铅直厚度约4～8公里，波动的位相一面向西一面向下传播而能量向上传播的波动造成的。

这种波称为罗斯比-重力混合波。

在东风盛行时期,平流层存在只有纬向风扰动的另一种波动，其周期约15天，波长约30000公里（全球只有1～2个波），铅直厚度约6～10公里，波动的位相一面向东一面向下传播而能量向上传播，这种波称为开尔文波。

罗斯比－重力混合波和开尔文波的特性不同(见表)。

平流层应用 　　根据动力气象学的理论，对于受地球自转影响的行星尺度的惯性重力波而言，存在一种既具有罗斯比波特性又具有重力内波特性（见大气波动）的混合波，即为罗斯比-重力混合波,这种波的气压场（或高度场）和流场的理论特性，同表中向西移动的波的特性相符，波的气压场（或高度场）对赤道不对称，但经向风扰动在赤道最大，向两极衰减（见图）。

开尔文波是一种无经向速度扰动的行星尺度重力内波。

早已在海洋中发现，相当于沿海岸传播的浅水重力波，它垂直于海岸的扰动速度分量为零。

在大气中，赤道南北的科里奥利参数（f＝2ωsin嗞，ω地球自转角速度,嗞地球纬度）的符号相反，这相当于赤道起了海岸的作用,垂直于赤道的南北向扰动速度为零。

图中b为这种波动的气压场（或高度场）和流场的理论特性。

　　一般认为，平流层的这两种行星尺度的波动，都是由赤道附近对流层中大规模对流加热的振荡而激发起来的。

热源振荡产生的能量向上传输，从而激发上述波动。

此外,平流层纬向风的准两年周期振荡，也可由罗斯比-重力混合波和开尔文波的动量铅直传输得到解释。

西风区中的罗斯比-重力混合波向上输送东风动量,使东风区的风速加强而向下扩展；开尔文波则将西风动量输送到盛行东风的区域之上的西风区，使西风得以下传，改变了风系，形成下传的平流层纬向风系准两年周期振荡。

　　平流层和中层是指从对流层顶起至离地面约85公里的大气层，它们处于对流层之上和热层之下，主要大气组成和空气分子量同对流层大气一样，在太阳的紫外辐射作用下，有显著的光化学反应，在10～50公里间有大气臭氧层。

　　由于氧和臭氧对太阳紫外辐射的吸收，臭氧、水汽和二氧化碳的红外辐射，构成了平流层和中层大气中的冷热源汇，产生了平流层和中层大气的温度分布和大气环流。

对平流层和中层的研究有助于对大气整体的物理过程的了解。

　　 二十世纪初，由于探测技术的进展，人们发现了平流层。

1901年，法国科学家泰斯朗•德•博尔用气球携带自记气象仪探测高空大气，观测记录表明，在约11公里处，温度约为-55℃，在此以上大气层里气温近于不变，后来泰斯朗•德•博尔提出了大气分对流层和平流层两层的概念。

   1923年，林德曼和多布森在以流星尾迹来推测高空大气密度的研究中，预料在平流层的上层为高温区。

人们根据曙暮光的观测，也得到同样的推论。

第一次世界大战期间，发现炮声除在炮点附近有一个可闻区外，在远方还有一个可闻区，由此推测，在50公里附近的高空必须有一层温度较高的大气，才能使声音折返地面，形成远方的可闻区。

以上主要是用声、光现象对平流层和中层大气的特性进行间接的推测。

　　 随着观测技术的发展，高空气球已经可升至四十多公里的高度，用它携带臭氧探空仪可测量大气的臭氧。

从二十世纪40年代起，气象火箭探测将高度增至30～100公里，利用安装在火箭上感应气压和温度的仪器，或用火箭在高空投掷仪器对70～80公里以下的大气进行测量，所获得的大气温度分布资料同用流星和声波推测的结果是一致的。

 　　从二十世纪60年代起，开始用气象卫星遥感探测平流层和中层大气的密度、温度和湿度等。

在大量观测资料的基础上，对平流层和中层大气的辐射平衡和光化学作用等方面的理论研究取得了进一步的发展，平流层和中层大气物理学也逐渐形成独立的学科。

平流层大气物理学　　平流层大气物理学主要研究平流层和中层大气的结构，如大气成分的分布、温度和风等要素随高度分布的规律，以及这些要素随纬度和季节的变化；太阳紫外辐射在平流层和中层大气中的传输、吸收和光化反应等过程；能量平衡，包括高低层大气环流间的相互影响和扰动的传输过程等。

　　平流层是在对流层之上、中层之下的大气层，其范围从对流层顶向上直至离地面约五十公里的高度。

在这一层里，大气的铅直对流不强，多为大尺度平流运动；大气中只有少量的水汽，但包含了大气臭氧层中臭氧的主要部分，水汽和臭氧在辐射平衡中起着作用；大气中尘埃的含量很小，大气透明度很高。

　　平流层温度的铅直分布与对流层不同，从对流层顶起，有一个温度随高度不变或随高度变化很小的层次，称为同温层；在25公里以上，温度随高度迅速增加，升温率约每公里2℃，到50公里附近温度达极大值，这即为平流层顶。

这个高温区是由于大气臭氧吸收太阳紫外辐射增温所致。

　　平流层中水汽、二氧化碳和臭氧的长波辐射虽然使大气损失热量，但是臭氧对太阳紫外辐射的吸收和水汽对太阳红外辐射的吸收，不但能补偿此顶辐射损失，而且还使大气升温。

平流层最大的季节性变暖发生在夏季高纬度的极区。

平流层环流的季节变化，常常成为对流层环流产生变化的先兆，故有助于长期天气预报。

　　中层是指在平流层之上、热层之下的大气层，其范围从平流层顶(约50公里)到85公里左右的高度。

这一层中温度随高度的增加而降低。

由平流层顶往上，温度很快递减，在85公里附近下降到极小值，称为中层顶。

　　中层大气空气稀薄，铅直温度递减率大，有很强的湍流混合。

此外，还有强烈的光化学反应，在太阳紫外辐射作用下，部分大气会发生电离、激发和分解。

通常观测到的气辉，就是光化学反应的结果。

太阳短波辐射在中层里大量地被吸收和散射，特别是紫外辐射，由于大气吸收作用而不能到达地面。

　　尽管在中层大气里臭氧含量很少，但是它在辐射过程中却起着重要的作用。

波长大于2000埃的辐射，主要为臭氧所吸收。

在红外波段，主要是9.6微米的臭氧吸收带、15微米的二氧化碳吸收带和水汽吸收带。

　　在中层大气中，臭氧、二氧化碳和水汽的长波辐射起着辐射冷却的作用。

臭氧和氧分子吸收太阳辐射起着加热的作用，总的趋势是接近辐射平衡的(温度变化很少超过每日±2℃)。

　　 中层风的日变化有平均风的非周期性变化和由大气潮汐运动引起的周期性变化两种，变化幅度随高度增加而加大。

风的季节性变化为：夏季东风，冬季西风。