对流层

地球科学

duì liú céng

对流层是地球大气层中最靠近地面的一层,几乎所有的天气现象都发生在这里,温度随高度增加而降低。

Definition

对流层是大气层最底部的一层,也是我们生活其中的这一层,从地表一直延伸到对流层顶,两极附近约为 $8\ \text{km}$,赤道附近则为 $16$ 至 $18\ \text{km}$;它容纳了大气层大约 $75\%$ 至 $80\%$ 的质量,以及几乎全部的水蒸气,因此云、雨和风等天气现象都发生在这一层。由于地面从下方加热空气,温度会随高度增加而下降,平均递减率约为每公里 $6.5^\circ C$,而对流翻转作用则使这一层保持充分混合。对流层顶本身是一个温度极小值,能够强烈抵抗垂直方向的混合,因此污染物和气溶胶在对流层中通常只能停留数天到数周,而急流则位于热带、中纬度和极地气团之间对流层顶发生断裂的位置附近。

Example

北卡罗来纳州的最高峰米切尔山山顶的气温,比夏洛特要低大约 $10^\circ C$,因为山顶伸入对流层更高的位置;而卡罗来纳地区的雷暴云可以一直耸立到对流层顶,遇到上方稳定的平流层时,便会被压平成砧状。夏洛特上空一团夏季空气在上升过程中,会以干绝热率每公里 $9.8^\circ C$ 的速度冷却,直到凝结成云,随后由于潜热的释放,冷却速度会变得更慢,这也是为什么午后的积云会在几乎相同的高度上形成平坦云底的原因。

Key Insight

这一层在空气最温暖的地方也最厚,因为炽热的热带空气会膨胀,把对流层顶推得更高,使得赤道地区的对流层厚度大约是两极地区的两倍。温室效应引起的增暖会使对流层升温,同时使其上方的平流层降温,而这种“下暖上冷”的模式,正是近期变暖源自温室气体而非太阳增亮的最明确证据之一,因为如果是太阳增亮,两层大气应当会同时升温。