大气层结构可视化图(对流层・平流层・中间层・热层・外逸层)
在一张可点击的纵向示意图中,从地表到外太空探索大气层的结构(对流层・平流层・中间层・热层・外逸层),同时显示臭氧层、卡门线、国际空间站轨道等参考高度。
大气层与标记一览
| 名称 | 类型 | 大致高度 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 对流层 | 大气层 | 0–12km | 最靠近地表的一层,云、雨、雪等几乎所有天气现象都发生在这里。海拔越高气温越低,顶部气温可降至零下50℃左右。 |
| 客机巡航高度 | 标记(参考高度) | 10–12km | 大型客机长途飞行时的典型巡航高度。飞行在对流层与平流层交界附近,可以兼顾燃油效率和减少颠簸。 |
| 平流层 | 大气层 | 12–50km | 含有臭氧层,吸收紫外线后气温随高度上升。空气对流少、状态稳定,客机常在其下部巡航飞行。 |
| 臭氧层 | 标记(参考高度) | 15–35km | 位于平流层内、臭氧浓度较高的一层。它吸收了太阳紫外线中的大部分有害成分,保护地面上的生物。 |
| 中间层 | 大气层 | 50–85km | 大气中气温最低的一层,顶部气温可降至接近零下90℃。流星在进入大气层后大多在此层燃烧发光并消失。 |
| 热层 | 大气层 | 85–600km | 吸收太阳的紫外线和X射线后气温急剧上升的一层。极光在此层出现,国际空间站(ISS)也在此层内绕地球飞行。 |
| 卡门线 | 标记(参考高度) | 100km | 国际航空联合会(FAI)所定义的"太空边界"高度。飞行超过这一高度通常被称为"太空飞行"。 |
| 极光出现高度 | 标记(参考高度) | 100–300km | 太阳风与地球磁场、大气相互作用而发光的现象,多在这一高度范围内被观测到,常见于高纬度地区。 |
| 国际空间站(ISS)轨道 | 标记(参考高度) | 400km | 宇航员长期驻留的国际空间站绕地球飞行的大致高度。这一高度仍存在极稀薄的大气,会使轨道逐渐衰减,因此需要定期进行轨道修正。 |
| 外逸层 | 大气层 | 600–10000km | 大气最外层,空气密度极其稀薄,没有明确的上边界,逐渐融入外太空。大多数人造卫星运行在此层之下的热层中。 |
大气的分层是什么
本工具把自地表直到太空的大气分作对流层、平流层、中间层、热层、外逸层五层,画成一条纵向的长图。臭氧层、卡门线、国际空间站的轨道等可作路标的高度,也置于同一幅图上。
首先须弄清的是,这五层并非按高度机械切开,而是依气温随高度如何变化来划分的。 对流层里愈高气温愈低,平流层里反而回升,中间层再度下降,热层又一次上升。层与层的界面(对流层顶、平流层顶、中间层顶),恰是这升降调转的那个高度。 划线所凭的并非密度或成分。
平流层之所以愈高愈暖,是因为那里的臭氧吸收太阳紫外线并化作热。 于是臭氧层既是挡住有害紫外线的一层膜,也正是造出大气温度结构的那一层。下冷上暖的排布本就难以上下翻腾,故而平流层里空气纵向不易混合,云也几乎不生。客机取道对流层上缘飞行,正为把惹出颠簸的对流甩在身下。
热层常被说成「超过1,000℃」,可人到了那里并不觉得暖。 气温所量的是单个分子运动的剧烈程度,而非传来的热量多少。热层里分子极其稀疏,撞到身上的分子寥寥无几,热也就几乎传不过来。气温之高与体感之暖并非一回事,这便是身边最清楚的一例。
使用的步骤
- 点击图中的某一层 该层的高度范围与特征随即显示。
- 追随气温的变化 每一层都与下一层反着来。 转折在何处,一目了然。
- 与路标高度相对照 臭氧层、卡门线、国际空间站的轨道皆画在同一幅图上。
- 在图与表之间来回 先以图把位置抓住,再以表核对数值,记得更牢。
用好本工具的小技巧
- 依次点击对流层到外逸层这5个不同颜色的层,可以比较各层之间气温变化的差异。
- 卡门线、国际空间站轨道等"标记"指的是某一层内的特定高度,同样可以点击查看详情。
- 比较客机的巡航高度与对流层、平流层的交界处,能够直观理解客机为何选择在那个高度飞行。
- 示意图采用对数刻度(高度越高,每公里对应的显示宽度越窄)绘制,以便在一张图内完整展示从地表到数千公里高空的范围。
这些场景会用到
学校理科要记层的次序时
纵向排开来看,比死记名字更易记住次序。
想知道飞机飞在何处时
巡航高度在对流层上缘附近。 为何要飞在云上,也一并明白。
查太空的界线时
卡门线是画在约100公里处的一个约定,并非实体的墙。
核对极光与流星的高度时
二者皆发生在图的上部,可与所属的层一一对应。
这一领域的术语
- 对流层
- 自地表至约10公里上下的一层。气象现象几乎尽在此处,且愈高气温愈低。
- 平流层
- 对流层之上的一层。臭氧吸收紫外线,故而愈高气温愈高。
- 中间层
- 平流层之上,气温再度下降的一层。流星发光,大致就在这个高度。
- 热层
- 中间层之上的一层。气温数值极高,可分子稀疏,热几乎传不过来。
- 臭氧层
- 平流层之中臭氧尤为密集的区域。吸收紫外线,并造就平流层的温度结构。
- 卡门线
- 画在约100公里处、与太空分界的目安。并非自然的界线,而是权宜的约定。
常见问题
闲话 ― 为什么天空是蓝色的,而太空却漆黑一片
白天的天空之所以呈现蓝色,是因为一种叫做"瑞利散射"的现象:太阳光撞击对流层中的空气分子时,波长较短的蓝光比其他颜色的光散射得更强烈。随着高度上升、空气变得稀薄,这种散射逐渐减弱,因此越过平流层之后,天空的颜色会逐渐由蓝色变得接近黑色。
大气层之间的边界,是根据气温变化方向发生逆转的高度来定义的。在对流层中,气温随高度上升而下降;但进入平流层后,由于臭氧层吸收紫外线,气温转为随高度上升而升高。这个"气温变化方向发生逆转"的分界,被称为"停变层"(对流层与平流层之间称为对流层顶,平流层与中间层之间称为平流层顶,以此类推)。
流星是漂浮在宇宙空间中的微小尘埃或岩石高速冲入地球大气层,与空气摩擦生热而发光的现象。它主要发生在中间层(高度约50〜85km),大多数流星都会在这一层内完全燃尽。极少数未完全燃尽而到达地面的碎片,则被称为"陨石"。