从地面到高空,大气的成分、密度、温度等物理性质都有明显的变化。世界气象组织根据气温的垂直分布,将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。对流层顶到50-55公里高度即为平流层,根据观测,平流层底部平均高度在低纬度为17—18公里,中纬度10—12公里,高纬度8—9公里。同一地区,夏季平流层底部高度高于冬季,例如南京夏季对流层厚度可达17公里,冬季只有11公里。
平流层内温度通常随高度的增加而递增。底部温度随高度变化不大,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,其中高温层置于顶部,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,对流层是上冷下热的。
平流层是随着高度的上升气温也上升,这是因为它含有丰富的臭氧,因此其上半部分由于吸收了大量来自太阳的紫外线而被加热。故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-3℃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,使得平流层较为稳定。因为这里没有常规的对流活动及如此相连的气流。
在2~3万米(20~30公里)高处,氧分子在紫外线作用下,形成臭氧层,像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击。由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线,它还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,极地的平流层会在较低高度出现,因为极地的地面气温相对较低。
平流层基本上没有水汽,晴朗无云,很少发生天气变化,适于飞机航行。在温带地区,商业客机一般会于距离地表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。
比商业客机飞行高度2~3倍甚至更高的航空器是高空气球,一般距离地面2~4万米高空,使用氦气作为浮升气体,用于天文观测,航空航天载荷预验证等科研目的。
COSI超压高空气球项目
近几年也被一些公司基于高空气球开发成临近空间太空探险项目或旅行项目,在高空气球下面悬挂加压吊舱,让人穿戴特制太空服, 就可以进行极限跳伞或者太空边缘观光了。
红牛平流层计划
目前,金海洋航天开发的“太空边缘跳伞”项目即将进行实质性阶段,敬请期待。
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