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对流层
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'''对流层'''（英文：Troposphere）是[[地球大气层]]中最靠近地面的一层，也是[[地球]]大气层里密度最高的一层。它蕴含了整个大气层约75%的质量，以及几乎所有的[[水蒸气]]及[[气溶胶]]。 对流层从地球表面开始向高空伸展，直至[[对流层顶]]，即[[平流层]]的起点为止。对流层的上界随地球[[纬度]]、[[季节]]的不同发生变化。就纬度而言，对流层上界在低纬度地区平均为16－18 km，在中纬度的地区则为9－12 km，而在高纬度地区只有7－8 km。在高纬度的地区，因为地表的摩擦力会影响气流，形成了一个平均厚2公里的[[行星边界层]]。这一层的形成主要依靠[[地形]]而有所不同，而且亦会被[[逆流层]]的分隔而与对流层的其他部份分开。 对流层是地球大气层中天气变化最复杂的一层，人类在[[航空]]中遇到的几乎所有天气变化都出现在这一层。它在气象学上的主要特点有：气温随高度升高而降低；风向和风速经常变化；空气上下对流剧烈；有云、雨、雾、雪等天气现象。== 词源 ==英语里的对流层一字「Troposphere」的前缀，是由[[希腊语]]的「Tropos」（意即“旋转”或“混合”）引申而来。正因对流层是大气层中湍流最多的一层，喷射客机大多会飞越此层顶部（即对流层顶）用以避开影响飞行安全的气流。 == 压力及气温结构 == === 压力 === 大气层的压力会随高度升高而下降。这是因为位于地表上的空气会被其之上的所有空气压着，反之在高的地方，空气被少一点的空气压着，故之气压亦随之递减。气压随高度而改变是可以根据下列的[[流动动力学]]程序所计算： :<math> \frac{dp}{dh} = -\rho g = - \frac {mpg}{RT}</math> 这里： :''g'' = [[重力加速度]]:''ρ'' = [[密度]]:''h'' = [[高度]]:''p'' = [[压力]]:''R'' = [[气体常数]]:''T'' = [[温度]]:''m'' = [[摩尔质量]] 假设一个常温，压力会随高度以指数方式而下降： :<math> p(h) = p(0) e^{ - \frac{mgh}{RT}}</math> === 气温 === 在对流层，高度每上升1公里，气温会平均下降[[摄氏]]6.49度。这种气温递减是因为[[绝热冷却]]的出现。当空气上升时，气压会下降而空气随之扩张。为了使空气扩张，需要有一定的[[功]]施予四周，故此气温会下降。（因[[热力学第一定律]]） 在中纬度地区气温会由海平面的大约+17℃下降至对流层顶的大约-52℃。而在极地（高纬度地区），由于对流层相对地薄，所以气温只会下降至-45℃，相反赤道地区（低纬度地区）气温可以下降到-75℃。 正因为对流层上冷下热，所以对流运动特别显著。这正是中文「对流层」的名称由来。 === 对流层顶 === 对流层与其之上的[[平流层]]的边界，约离地面11公里附近的位置，称为对流层顶。但这个边界的高度会随季节及纬度而有所变化。一般来说，在[[赤道]]地区附近高17公里，而在[[极地]]附近则约高9公里，而平均高度则大概离地11公里左右。长途客机大多会在这个边界飞行。 要计算在对流层的气温因高度而转变，就需要认识平流层，因平流层界定了对流层的位置。在对流层，气温随高度而下降，反之在平流层，气温会随高度而上升。当[[气温递减率]]由正数（对流层）转到负数（平流层）的现象出现时，那正好表示了那里是对流层顶的区域了。 == 大气环流 == 大规模的大气环流，其基本结构大致上都维持不变。地球上的风带和[[湍流]]由三个对流环流（三圈环流）所推动：[[哈德里环流|哈德里（低纬）环流]]、[[费雷尔环流|费雷尔（中纬）环流]]、以及[[极地环流]]。这三个对流环流带领[[盛行风]]及由赤道传递热能到极地方向。 因为对流运动显着，而且富含水汽和杂质，所以天气现象复杂多变。如[[雾]]、[[雨]]、[[雪]]等与水的[[相变]]有关的都集中在本层。 == 对流层内的区分 == {| align="right" border="1"|-----! 对流层内的区分|----- |-----| align="center" bgcolor="#aaffaa" | 艾克曼层<br />(100m-1 km)|-----| align="center" bgcolor="#88ff88" | 接地层<br />(0m-100m)|} 虽然位于对流层下层的大气会与地表产生摩擦，但上层的空气却没有受这种摩擦力所影响。所以在对流层上层及下层的天气现象都会有所不同。基于这种现象的差别，对流层会再被分开三层。从海平面0米至100米的地方是[[接地层]]、从100米至1公里的是[[艾克曼层]]及从1公里至对流层顶的11公里处则称为[[自由大气]]。接地层会受到与地面的摩擦比较大，所以其大气的运动及喘流甚为不规则且较为活跃。艾克曼层则会受到[[科里奥利力]]、[[气压倾度力]]和与地面的[[摩擦力]]这三道力量摩合而运动。至于自由大气顾名思意，它不受地面的摩擦力所影响，大气处于一个自由运动的状态之中。 自由大气的上层部份，即对流层的上部会有[[急流]]流动着。其高度大约于离地面11公里附近，是风速最高的地方。如在[[日本]]上空流动的[[西风带]]亦是位于离地11公里的高度附近，且风速最高。虽然急流可说是于对流层内，作水平方向的大气运动之中最大规模的一种，但在垂直方向的大气运动中也属于大规模。又例如在[[热带]]地区热空气上升，到达[[副热带高压]]带下降的[[哈德里环流圈|哈得里环流]]之类的[[大气环流]]就是其中一个例子。这样地在对流层里不断地出现作水平及垂直方向的大气运动，自由大气就是这类大气运动繁盛的一层。 == [[物质]]组成 ==对流层蕴含以下成份： * [[氮]]（N<sub>2</sub>）* [[氧]]（O<sub>2</sub>）* [[二氧化碳]]（CO<sub>2</sub>）* [[甲烷]]（CH<sub>4</sub>）* [[一氧化二氮]]（N<sub>2</sub>O）* [[一氧化碳]]（CO）* [[臭氧]]（O<sub>3</sub>）* [[硫酸]]（H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>）* [[二氧化氮]]（NO<sub>2</sub>）* [[氢氧根]]（OH-） == 参考文献 ==