平流層

平流層是夾於對流層與中間層之間。

平流層之所以與對流層相反，隨高度上升而氣温上升，是因為其頂部吸收了來自太陽的紫外線而被加熱。故在這一層，氣温會因高度而上升。平流層的頂部氣温大概徘徊在270K左右，與地面氣温差不多。平流層頂部稱為平流層頂，在此之上氣温又會再以隨高度而下降。至於垂直氣温分層方面，由於高温層置上而低温層置下，使到平流層較為穩定。那是因為那裏沒有常規的對流活動及如此相連的氣流。

此層的增温是由於臭氧層吸收了來自太陽的紫外線，它把平流層的頂部加熱。至於平流層的底部，來自頂部的傳導及下部對流層的對流剛好在那裏抵消。所以，極地的平流層會於較低高度出現，因為極地的地面氣温相對較低。

在温帶地區，商業客機一般會於離地表10公里的高空，即平流層的底部處巡航。這是為了避開對流層因對流活動而產生的氣流。而在客機巡航階段所遇上的氣流，大多是因為在對流層發生了對流超越現象。同樣地，滑翔機一般會在上升暖氣流上滑翔，這股氣流從對流層上升到達平流層就會停止。這樣一來變相為世界各地的滑翔機設定了高度限制。（縱然有些滑翔機會用上背風波來飛得更高，把滑翔機帶到平流層之中。）

平流層是一個放射性、動力學及化學過程都會有強烈反應的區域。因為其水平的氣態成份混合比起垂直的混合都來得要快。一個較為有趣的平流層環流特性是發生於熱帶地區的準雙年震盪（QBO）。這種現象由重力波引導，是由於對流層的對流而引至的。準雙年震盪引致了次級環流的發生，這對於全球性的平流層輸送諸如臭氧及水蒸氣等尤為重要。

在北半球的冬季，平流層突發性增温經常發生。這是因為平流層吸收了羅斯貝波所致。

氮氣、氧氣、少量的水汽、臭氧（在22-27千米形成臭氧層）、塵埃、放射性微粒、硫酸鹽質點。

平流層內的風力分佈頗為特別，首先平流層底部受到對流層頂部的西風帶影響，所以幾乎都吹着西風。然後，平流層上中部則會出現以下的現象。極地附近的夏季會有極晝的現象發生，所以處於夏季的半球，高緯度地區受到的日照時間會比低中緯度地區為長。因為極地附近會因臭氧層而漸漸和暖，結果形成了高壓狀態。反之低緯度會相對地處於低壓狀態。為了消除這種不穩定，就會產生出從高壓處流向低壓處的氣流。可是這種氣流又受到科里奧利力所影響而變成了東風。因此，在平流層的上中部除了特別的場合以外，夏季會比較盛行東風，亦即東風帶，稱為平流層東風。

而冬季來臨時這個現象就會逆轉發生。極地附近就會與夏季相反整天也不會受到太陽照射，結果高緯度地區就會比低中緯度地區低温，亦即進入低壓狀態。因此產生了從低緯度流向高緯度的氣流，再因科里奧利力的影響而變成了西風，稱為平流層西風。由於這種現象會隨季節變化而改變風向，所以亦可被認為是季候風的一種，稱之為平流層季候風。平流層西風及平流層東風的最大風速都可達到每秒約50米。

由於平流層的高度較對流層高，因此與到達地表的太陽輻射相比，平流層的太陽輻射含有更多的短波紫外輻射。一般將來自太陽的紫外輻射按照波長的大小分為三個區，波長在315-400nm（1nm=10-9m）之間的紫外光稱為UV-A區，該區的紫外線不能被臭氧有效吸收，但是也不造成地表生物圈的損害。事實上，這一波段少量的紫外線也是地表生物所必需的，它可促進人體的固醇類轉化成維生素D，如果缺乏會引起軟骨病，尤其對兒童的發育產生不良的影響；波長為280-315nm的紫外光稱為UV-B區，這一波段的紫外輻射是可能到達地表並對人類和生態系統造成最大危害的部分；波長為200-280nm的紫外光部分稱為UV-C區，該區紫外線波長短，能量高，不過這一區的紫外線能被大氣中的氧氣和臭氧完全吸收，即使是平流層的臭氧發生損耗，UV-C波段的紫外線也不會到達地表造成不良影響。

平流層中最重要的化學組分就是臭氧（O3）。臭氧是地球大氣中的一種微量氣體，由三個氧原子組成，是我們熟知的氧氣的同素異形體。臭氧在大氣中通常分佈在兩層，即對流層和平流層中。環繞在地球表面至高空8-16公里範圍內的一層大氣稱為對流層，這一層中的臭氧對人類和生態環境是有害的，它也是當前城市大氣光化學煙霧污染的主要物質。對流層向上至大約50公里左右的範圍，就是通常所稱的平流層。實際上，平流層保存了大氣中90%的臭氧，位於這一高度的臭氧能有效地吸收對人類健康有害的紫外線（UV-B段），從而保護了地球上的生命。

平流層空間使用準靜止的長駐空飛艇作為高空信息平台，與地面控制設備、信息接口設備以及各種類型的無線用户終端構成的天地空一體化綜合信息系統產生平流層通信系統。與通信衞星相比，它往返延遲短、自由空間衰耗少?有利於實現通信終端的小型化、寬帶化和對稱雙工的無線接入；與地面蜂窩系統相比?平流層平台的作用距離、覆蓋地區大、信道衰落小?因而發射功率可以顯著減少。不但大大降低了建設地面信息基礎設施的費用，而且也降低了對基站周圍的輻射污染。對人類的貢獻相當大。

目前大型客機大多飛行於此層，以增加飛行的穩定度。原因有： 能見度高：地球大氣的平流層水汽、懸浮固體顆粒、雜質等極少，天氣比較晴朗，光線比較好，能見度很高，便於高空飛行。

受力穩定：平流層的大氣上暖下涼，大氣不對流，以平流運動為主，飛機在其中受力比較穩定，便於飛行員操縱駕駛。

噪聲污染小：平流層距地面較高，飛機絕大部分時間在其中飛行，對地面的噪聲污染相對較小。

安全係數高：飛鳥飛行的高度一般達不到平流層，飛機在平流層中飛行就比較安全。當然，在起飛和着陸時，要想方設法驅趕開飛鳥才更為安全。

發生於熱帶地區平流層低層的大型波動。它表現為風的週期性振盪。已發現的熱帶平流層波動主要有兩種：開爾文波和羅斯比－重力混合波。這兩種波動都是疊加在赤道平流層緯向風的準兩年週期振盪之上的週期較短的波動。準兩年週期振盪主要指東風和西風以24～30個月為週期交替出現的現象(見平流層和中層大氣環流)。在西風盛行時期，平流層的經向風具有4～5天的準週期振動，這種振動是由一種水平波長約 10000公里（全球波數為4），鉛直厚度約 4～8公里，波動的位相一面向西一面向下傳播而能量向上傳播的波動造成的。這種波稱為羅斯比-重力混合波。在東風盛行時期，平流層存在只有緯向風擾動的另一種波動，其週期約15天，波長約30000公里（全球只有1～2個波），鉛直厚度約6～10公里，波動的位相一面向東一面向下傳播而能量向上傳播，這種波稱為開爾文波。羅斯比－重力混合波和開爾文波的特性不同(見表)。

根據動力氣象學的理論，對於受地球自轉影響的行星尺度的慣性重力波而言，存在一種既具有羅斯比波特性又具有重力內波特性（見大氣波動）的混合波，即為羅斯比-重力混合波,這種波的氣壓場（或高度場）和流場的理論特性，同表中向西移動的波的特性相符，波的氣壓場（或高度場）對赤道不對稱，但經向風擾動在赤道最大，向兩極衰減。開爾文波是一種無經向速度擾動的行星尺度重力內波。早已在海洋中發現，相當於沿海岸傳播的淺水重力波，它垂直於海岸的擾動速度分量為零。在大氣中，赤道南北的科里奧利參數（f=2ωsin嗞，ω地球自轉角速度，嗞地球緯度）的符號相反，這相當於赤道起了海岸的作用,垂直於赤道的南北向擾動速度為零。

一般認為，平流層的這兩種行星尺度的波動，都是由赤道附近對流層中大規模對流加熱的振盪而激發起來的。熱源振盪產生的能量向上傳輸，從而激發上述波動。此外，平流層緯向風的準兩年週期振盪，也可由羅斯比-重力混合波和開爾文波的動量鉛直傳輸得到解釋。西風區中的羅斯比-重力混合波向上輸送東風動量,使東風區的風速加強而向下擴展；開爾文波則將西風動量輸送到盛行東風的區域之上的西風區，使西風得以下傳，改變了風系，形成下傳的平流層緯向風系準兩年週期振盪。