一文理解平流层温度变化规律

 平流层温度随高度变化

为什么平流层的35km以上是温度随着高度的升高而升高。不是15-25km处有臭氧层吗？按道理说，应该是15-25km处温度很高，为什么35km的温度随随着高度呈正相关？

在平流层，温度随高度上升的变化主要是由于太阳辐射被大气中的臭氧吸收所引起的。在大气中，臭氧主要分布在15到25公里的范围内，这个区域被称为臭氧层。臭氧层吸收了大部分来自太阳的紫外线辐射，使得这部分大气层变热，因此，在臭氧层内部确实可以观察到温度随高度上升而增高的情况。

然而，当考虑到更高的平流层（例如35公里以上）时，尽管臭氧的浓度下降，但仍有足够的臭氧吸收残留的紫外线。此外，更高层次的大气越来越稀薄，其吸收的太阳辐射导致的加热效应在单位体积的大气中被更多地感受到，因此高度与温度之间的正相关关系可以延续到更高的大气层。【简单地说，尽管臭氧层外的臭氧浓度较低，但仍然足够吸收紫外线，且由于大气稀薄，吸收的热量更容易使气温上升。】

此外，平流层顶部接近中间层的地方，太阳辐射更为直接和强烈，即使臭氧较少，其他气体也可能吸收辐射并转化为热量，继续导致温度随高度上升。这是为什么在平流层的顶部附近，温度还会随着高度增加而增加的原因。

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那为什么书上说“15-25km处的温度变化不明显或是随着高度而略微降低”？不应该是臭氧层作为热量主导吗？

虽然臭氧层确实吸收太阳辐射并因此加热大气，但整体的温度趋势还受到其他因素的影响，包括大气的动力学和辐射过程的复杂相互作用。

在15到25公里的高度范围内，虽然臭氧层吸收大量的紫外线并将其转化为热量，但这个区域的温度变化可能不那么明显或略有下降，原因包括：

1. 热量分布的不均匀：臭氧层虽然吸收紫外线产生热量，但这种加热效果可能在垂直方向上并不均匀，尤其是臭氧分布在垂直和水平方向上的不均匀性导致了热量吸收的局部差异。

2. 大气的辐射冷却：即使在臭氧层内部，大气还是会通过红外辐射向外空间释放热量。在某些情况下，这种辐射冷却效应可能会部分或完全抵消由臭氧吸收紫外线产生的加热效应。

3. 大气压力和密度的下降：随着高度增加，大气的压力和密度迅速下降，这影响了热量的传输和储存能力。更稀薄的大气可能不足以持续存储同样量的热能，导致观测到的温度升高不如预期明显。

4. 大气动力学：大气中的垂直和水平气流也会影响温度分布，例如，升降气流可以导致热量垂直传输，改变局部温度结构。

因此，虽然臭氧层是一个重要的加热源，但多种因素共同作用，可能导致在某些高度段内观测到的温度变化不明显或略有降低。这种复杂的相互作用是大气科学研究的一个重要方面，也说明了大气层内温度分布的复杂性。