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什么是大气温度层结?各层结的特点如何?

归档日期:09-30       文本归类:非电离层      文章编辑:爱尚语录

  温度层结曲线)递减层结。气温沿高度增加而降低。递减层结属于正常分布,一般出现在晴朗的白天,风力较小的天气。地面由于吸收太阳辐射温度升高,使近地空气也得以加热,形成气温沿高度逐渐递减。此时上升空气团的降温速度比周围气温慢,空气团处于加速上升运动,大气为不稳定状态。

  (2)等温层结。气温沿高度增加不变。等温层结多出现于阴天、多云或大风时,由于太阳的辐射被云层吸收和反射,地面吸热减少,此外晚上云层又向地面辐射热量,大风使得空气上下混合强烈,这些因素导致气温在垂直方向上变化不明显。此时上升空气团的降温速度比周围气温快,上升运动将减速并转而返回,大气趋于稳定状态。

  (3)逆温层结。气温沿高度增加而升高。逆温层结简称逆温,其形成有多种机理。当出现逆温时,大气在竖直方向的运动基本停滞,处于强稳定状态。通常,按逆温层的形成过程又分为辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆温、锋面逆温等类型。

  我们把地球大气在垂直方向上分成五个层次,即对流层、平流层、中间层、暖层和逃逸层。

  ⒈对流层。对流层(troposphere)处于地球大气圈的最低层,下界与地面相接,上界高度随纬度和季节的变化而有所不同。对流层厚度在低纬度地区平均为17-18公里;中纬度地区平均为10-12公里;高纬度地区平均为8-9公里;上界夏季较高,冬季较低。

  对流层厚度虽然只有8-18公里,但却集中了大气全部质量的3/4以及几乎全部的大气水汽。对流层最主要的特征是存在着强烈的空气对流运动现象,即高层和低层之间的气体交换运动过程。在对流层内,气温一般随高度逐步递减;高度每上升100米,温度则平均下降0.65℃。在高纬度对流层顶(8公里),温度降低到-53℃;低纬度层顶(18公里),温度降到-83℃。地球表面的状况对这一层大气的物理性质有显著的影响。风、雨、雪、雷电和寒潮等天气现象都发生在这里。

  根据温度、湿度以及气流的运动特点,对流层又可以分为三层,即对流上层、对流中层和对流下层。从5.5公里高度到对流层顶(8-18公里)的气层称为“对流上层”,在这一气层里,水汽含量较少,气温通常在0℃以下,因此,由下部输送的水汽常常凝结成水滴或者冰晶而形成云雾。中、低纬度区域还经常有30米/秒的大风出现。2-5.5公里高度范围的气层称为“对流中层”。

  2公里以下的气层,称为“对流下层”。对流下层是整个大气层与地球表面邻接的边界区域,因此又被称为大气边界层,或者行星边界层。边界层的厚度通常在1-2公里范围内。边界层的下界与地表紧密相接,所以地球表面被称为大气层的下垫面。因为受地表面的摩擦作用,边界层又称“摩擦层”。

  由于受地表热力和摩擦力的影响,边界层内的气象要素分布和变化规律与高层的自由大气不同。气温、气压等气象因素随日夜变化显著。在这里,水汽和污染物含量很高。边界层内大气的变化过程和状况,对气候的稳定和变迁,对污染物的扩散和清除,对人类的日常生活和经济生产活动,有着极为重要的影响。

  ⒉平流层。从对流层顶部(8-18公里)到55公里高度范围内的气层,称为平流层。平流层过去叫做“同温层”。平流层的主要特征是层内气体运动是稳定的水平流动状态。25公里以上气温开始升高,到层顶部达到-3℃。平流层内水汽、杂质很少,云、雨现象少见。平流层气流平稳,能见度高,有利于飞机的安全飞行。平流层的另一个特征是,在层内有薄薄的一层臭氧气体。臭氧成分主要分布在20-40公里高度范围内,人们把它叫做“臭氧层”。由于臭氧对太阳紫外线辐射有强烈的吸收能力,因此不但使平流层温度升高,而且形成了一个阻挡太阳紫外线的天然屏障,保护了地球上的生物,使它们免受过量紫外线的伤害。

  ⒊中间层。中间层的高度范围在55-85公里之间。中间层的主要特征是气温随高度递减,层顶部气温降到-113℃,几乎是大气圈中温度最低的区域。由于温度梯度的出现,又形成了自下而上的空气对流过程,因此中间层也可以被叫做上对流层。在高纬度区域,黄昏时刻可以观测到夜光云现象,这实际上是水汽的凝结雾。

  ⒋暖层。暖层的高度范围在85-800公里。暖层的主要特征是气温随高度迅速递增,在层顶气温可达到1000℃以上。在暖层里,波长小于0.15微米的紫外线辐射能量,几乎全部被吸收,所以气温急剧升高。暖层的空气质量约占大气总质量的5%。在120公里的高空,空气密度已经降到几亿分之一;在300公里高度降到百亿分之一。由于空气密度很低,太阳紫外线等几乎都处于完全电离状态,因此,暖层又被称为“电离层”(ionosphere)。电离层内的粒子密度基本随高度递减。电离层实际上是地球上空的一个等离子体系,在这个体系中存在大量的自由电子。因此,电离层相当于一个流动的导体,十分有利于电磁波的传输,对于地球上的远距离通讯具有重要意义。

  ⒌逃逸层。800公里以上的大气层称为逃逸层,其上界约在3000公里高度上。逃逸层是地球大气圈的最外层,也是从地球大气层进入宇宙太空的过渡区域。逃逸层的主要特征是气温随高度递增,空气密度极小,具有逃逸速度的粒子可以克服地球引力,不断地逃往太空。但是根据目前卫星观测资料分析,在22000公里的高度上,离子密度仍可以达到10个/立方米。可见地球大气圈和星际太空之间,并没有明显的分界。 我们把地球大气在垂直方向上分成五个层次,即对流层、平流层、中间层、暖层和逃逸层。

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