大气结构
整个大气层 具有相当大的厚度,从垂直方向看,不同高度上的空气性质是不同的,但在水平方向上空气的性质相对一致,即大气表现出一定的层状结构。这一结构可通过对大气进行分层来加以描述。
一、大气垂直分层的依据
大气分层的主要依据是气层气温的垂直分布,通常在处理时将温度随高度的改变看作是均匀的。在实际运用中,通常使用气温的垂直递减率(单位为℃/100m)。
二、重要气层的特征
1.对流层
对流层因为空气有强烈的对流运动而得名,它的底界为地面,上界高度随纬度、季节、天气等因素而变化。平均而言,低纬度地区(南北纬30°之间)上界高度为17~18km,中纬度地区(纬度30°~60°)为10~12km,高纬度地区(纬度在60°以上)为8~9km。同一地区对流层上界高度是夏季大于冬季,此外,天气变化对对流层的厚度也有影响。
对于整个大气层来说,对流层是很薄的一层,但由于大气是下密上疏的,所以对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽,云、雾、降水等天气基本上都出现在这一层,飞机也主要在这一层中飞行。对流层有以下三个主要特征。
①气温随高度升高而降低。对流层大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出得长波辐射,靠近地面的空气受热后热量再向高处传递,因此在对流层气温普遍随高度升高而降低,高山常年积雪就是这个道理。根据实际探测,对流层中的平均气温垂直递减率为0.65℃/100m。利用这一数值,如果已知某地地面气温,可以大致推算出该地某个高度上的气温。
在对流层中,虽然气温的普遍分布随高度升高而降低,但有时候也会出现气温随高度的升高而升高或者在一段高度内气温保持恒定的情况,我们称为逆温层或者同温层。
②气温,湿度的水平分布很不均匀。对流层与地面相接,其温、湿特性主要受地表性质的影响,故在水平方向上分布很不均匀。如南北空气之间明显的温差,海陆之间空气的湿度差异等。
③空气具有强烈的垂直混合。由于对流层低层的暖空气总是具有上升的趋势,上层冷空气总是具有下沉的趋势,加之温度水平分布不均匀,因此对流层中空气多垂直运动,具有强烈的垂直混合。
在对流层中,按气流和天气现象分布的特点,可分为下、中、上三个层次:
对流层下层(离地1500m高度以下)的空气运动受地形扰动和地表摩擦作用最大,气流混乱;
中层(摩擦层顶到6000m高度)空气运动受地表影响较小,气流相对平稳,可代表对流层气流的基本趋势,云和降水大多生成于这一层;
上层(从6000m高度到对流层顶)受地表影响更小,水汽含量很少,气温通常在0℃以下,各种云多有冰晶或过冷水滴组成。在离地1500m高度的对流层下层又称为摩擦层,在1500m高度以上,大气几乎不受地表摩擦作用的影响,故称为自由大气。
2.平流层
对流层之上是平流层。平流层范围从对流层顶到大约55km的高度上,现代大型喷气式运输机的高度可达到平流层低层。平流层中空气热量的主要来源是臭氧吸收太阳紫外线辐射,因此平流层中气温随高度增高而升高,整层空气几乎没有垂直运动,气流平稳,故称之为平流层。平流层中空气稀薄,水汽和杂质含量极少,条件良好。平流层大气受地表影响极小,空气运动几乎不受地形阻碍及扰动,因此气流运动,温、湿分布也比对流层有规律得多。
对流层与平流层之间的过渡气层叫对流层顶,它的作用就像一个盖子,阻挡了下层水汽、杂志的向上扩散,使得对流层顶上、下的飞行气象条件常有较大差异。平流层以上各层与航空活动关系不大,故不再讨论。
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