地球氣象備課/大氣層

氣象的舞台

• 氣象是在大氣層中發生的一系列現象，因此大氣層可稱為是氣象的舞台。
• 大氣層是緊貼地表的一個氣體區，亦即被地球重力所捕捉的氣體。

大氣層的分層

• 大氣層可以依照各層的不同特性分層：

大氣層分層示意圖

• 對流層 Troposphere 位在大氣層的底部，氣象現象密集發生於此層，以對流旺盛而得名
  • 對流層是大氣層中最低的一層，由於貼近地表，受到地形、地熱與海流影響，對流十分旺盛，氣象現象絕大部分都發生在對流層，並且很少發生在別的層。
  • 對流層也是地球大氣層裡密度最高的一層。它包含了整個大氣層約75%的質量，以及幾乎所有的水蒸氣及氣溶膠，氣溶膠不是一種特殊的化學物質，這些氣溶膠是指懸浮於大氣層的固體、液體懸浮微粒，包含雲、霧、煙，髮膠會升上天空破壞臭氧層也是因為揮發的髮膠屬於氣溶膠的一種，並且含有破壞臭氧層的CFC(氟氯碳化物)。
  • 在對流層之內，所有地方都一樣，高度越高溫度越低。當然這是不包含在地面下的那些洞窟以及地下停車場，也不包括那些冬天裡有暖氣供應的高樓大廈，有些例外就是南極的上空可能會和南極的地面一樣冷這樣。
• 平流層 Stratosphere總是沒有甚麼氣流變化，以穩定平緩的氣流而得名
  • 平流層位於對流層的上方，總是沒有甚麼氣流變化，雖然偶爾在對流層頂會發展一些雲系(這些雲的形成原因還是未知)，但基本上氣流還是十分平穩，長途飛行的飛機常常走平流層，此層較不易發生亂流現象。(不過飛機如果在平流層墜毀比在對流層墜毀還慘)
  • 平流層的高度越高，溫度越高，為什麼呢？因為平流層充滿一種稱為「臭氧(O3)」的物質，臭氧除了可以反射紫外線以外，也有保溫作用，也就是臭氧造成了平流層高度越高溫度越高的現象。
• 中氣層 Mesospheric 非常冷門的高度，位在大氣層中層而得名
  • 中氣層的名字當然不是因為它「中氣十足」，不過應該可以說它「氮氣(N)十足」，它是因為位於大氣層的中層而得名，中氣層十分冷門，原因是人類的技術，一般的飛行器只能撐到平流層，而高層飛行器也沒那個興趣下去中氣層。中氣層也會生成雲，不過我們人類對它幾乎一無所知。
  • 每天都有數以百萬計的流星進入大氣層後在中間層裡被燃燒。來自太空的下墜物體進入中間層後，會與中間層的氣體粒子相撞，導致鐵或其他金屬原子的高度集中。這種相撞大多會產生足夠熱力使這些下墜物會在它們到達地表前被燃燒殆盡，成為流星；某些較大的下墜物不會被燃燒殆盡，會下落到地表成為隕石。
  • 中氣層高度越高，溫度越低，而且幾乎沒有任何氣流。
• 增溫層 Thermosphere 大氣層中最厚的一層，因大量空氣被電離而導致產生升溫現象而得名
  • 增溫層是大氣層最厚的一層，最低點在離地90公里處、最高點則在離地800公里處；極光也在增溫層存在。
  • 至於增溫層其實還熱門的，由於太空站實際存在於增溫層內，因此每年有一部分的「太空船」不會飛到真正的「太空」。
  • 嗯…因為增溫層內部大量空氣被電離(就是因為輻射線等原因使得原子失去或得到額外電子變成離子的現象)因此會產生升溫現象，所以增溫層高度越高，溫度越高
• 散逸層 Exosphere 大氣層的最外層，由於存在許多較輕氣體而容易產生逸散現象
  • 散逸層位於大氣層的最外層，含有氫氣(H)、氦氣(He)等較輕氣體，這些氣體很難被地球重力捕捉，因此經常外洩到太空中，雖然說高度越高溫度越高，但是因為空氣非常稀薄，幾乎無法傳導熱能，所以感覺不到任何熱度，連溫度計也量不到。

大氣層的溫度變化

• 我們可以在圖中可以看到：
  1. 對流層、中氣層溫度隨高度上升而下降
  2. 平流層、增溫層、逸散層溫度隨高度上升而上升
• 對流層溫度隨高度上升而下降的原因地表吸收來自太陽的短波輻射,放射長波輻射時地表產生熱能，離地表較近自然就熱，離地表較遠的自然就冷。
• 平流層與增溫層溫度隨高度上升而上升分別是因為臭氧保溫與粒子電離原因。
• 中氣層溫度隨高度上升而下降的原因是因為下方有平流層反射來自太陽的短波輻射，於是就和對流層產生了同樣的現象。
• 至於逸散層溫度隨高度上升而上升的原因單純是因為越往外就越靠近太陽。

大氣層的氣壓變化

• 之前有說過關於大氣壓力就是大氣往下壓的力量。
• 大氣層的壓力變化是一貫的高度越高壓力越小，因為當你上升時，壓在你身上的空氣也就變少，差不多就是這個道理。