平流

更新时间:2024-03-14 19:29

平流层(英语:Stratosphere),亦称同温层,位于对流层的上方和中间层的下方。其下界在中纬度地区位于距离地表10km处,在极地则在8km左右,其上界则约在离地50km的高度。

词典释义

平流是空气水平方向的运动。使气温上升的叫暖平流,使气温下降的叫冷平流。平流造成大规模的天气变化。

物理释义

大气风场对大气物理属性的输送过程。这是大气中的一种主要物理过程,常计算的有温度平流、水汽平流、涡度平流等。当大气中的物理属性水平分布不均匀时,平流常会引起局部地区这些属性的改变,这种变化称为平流变化(见大气动力方程)。当冷空气向暖空气方向输送时,称为冷平流;反之,暖空气向冷空气方向输送时,称为暖平流。与此类似,水汽平流可分为干(空气)平流和湿(空气)平流。涡度平流可分为正涡度平流和负涡度平流。在天气图上,根据风场同温度场、湿度场和涡度场的不同配置,可判断温度平流、水汽平流、涡度平流的性质和强弱变化。

影响因素

平流的强弱,决定于三个因子:①该要素(温度、湿度或涡度等)水平分布梯度的大小。梯度越大,平流越强。②风速的大小。风速越大,平流越强。③风向与该要素等值线交角的情况。交角越趋正交,平流越强;当风向与等值线正交时,平流最强。平流的强弱,可进行定量计算。实际上,引起大气物理属性改变的除空气的平流过程外,还有辐射增温或辐射冷却、水汽蒸发或凝结等许多过程。但在很多情况下,平流过程是引起局地大气物理属性改变的主要因素。例如中国的寒潮爆发,就是由西伯利亚强冷空气向中国平流所引起的剧烈降温现象。

某种大气物理属性的平流,除能直接引起某地区该属性的改变外,还会间接引起其他大气物理属性的改变,以及天气系统的发生发展或天气现象的产生等。例如,高空冷(暖)平流除了使高空局地降(升)温外,还可引起高空局地气压下降(上升)和下沉(上升)运动。当某地区高空发生冷(暖)平流低空发生暖(冷)平流时,该地区的大气层结(见大气静力稳定度)将趋向于不稳定(稳定)。水汽平流除引起局地水汽变化外,对该地区的降水量也将发生很大影响。高空槽前(后)的正(负)涡度平流,除引起高空局地涡度变化外,常引起高空槽前(后)地区气旋反气旋)的发生和发展。所以平流分析是天气分析中的重要项目之一。

平流层简介

平流层是夹于对流层与中间层之间。

平流层之所以与对流层相反,随高度上升是气温上升,是因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。故之在这一层,气温会因高度而上升。平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右,与地面气温差不多。平流层顶部称为平流层顶,在此之上气温又会再以随高度而下降。至于垂直气温分层方面,由于高温层置上而低温层置下,使到平流层较为稳定。那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。

此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线,它把平流层的顶部加热。至于平流层的底部,来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。所以,极地的平流层会于较低高度出现,因为极地的地面气温相对较低。

在温带地区,商业客机一般会于离地表10公里的高空,即平流层的底部处巡航。这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。而在客机巡航阶段所遇上的气流,大多是因为在对流层发生了对流超越现象。同样地,滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔,这股气流从对流层上升到达 平流层就会停止。这样一来变相为世界各地的滑翔机设定了高度限制。(纵然有些滑翔机会用上背风波来飞得更高,把滑翔机带到平流层之中。)

平流层是一个放射性动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡(QBO)。这种现象由重力波引导,是由于对流层的对流而引至的。准双年震荡引致了次级环流的发生,这对于全球性的平流层输送诸如臭氧及水蒸气等尤为重要。

北半球的冬季,平流层突发性增温经常发生。这是因为平流层吸收了罗斯贝波所致。

平流层作用

平流层飞艇具有极高的实用价值,是国内外临近空间开发的研究热点。和中低空常规飞艇相比,由于单位体积所提供的浮力大大降低,使得平流层飞艇设计时存在艇体体积、阻力和重量之间的循环关系,飞艇结构轻量化成为平流层飞艇研发的首要课题,受到了各国研究机构的高度重视。本文对目前实现平流层飞艇结构轻量化的主要方法和技术进行了整理,给出了利用这些方法实现结构轻量化的平流层飞艇研究进展,比较了这些方法的优势和不足,并对新型的平流层展开飞艇技术进行了分析。分析结果认为改进蒙皮材料性能、改变飞艇的结构形式和利用新型的空中展开飞艇将是平流层飞艇实现结构轻量化的主要手段,新型空中展开飞艇能够有效地实现结构轻量化,具备较好的发展潜力。单条后向轨迹的滞留时间场和污染物排放强度场,设计了一种可以评估该轨迹对污染物的平流输送强度参数.利用2011年6-8月光明顶CO和O3浓度资料对该参数进行了验证,进而分析了该观测时段平流输送对光明顶污染物的影响;此外将O3浓度分成3档,利用改进的PSCF(Potential source contribution function)方法分析了各档浓度对应的源区分布.结果表明:(1)平流输送评估参数与污染物浓度的变化具有很好的一致性,表明平流输送对光明顶污染物浓度的变化具有重要作用.其中,安徽、湖北和江西三省交界区域的城市群向光明顶输送的污染物占到输送总量的一半以上;(2)光明顶O3浓度>55×10-9、(30-55)×10-9、<30×10-9时所对应的主要源区分别为华北及长三角发达工业区、黄山西南方向的工业区、较远的南部沿海地区;(3)影响光明顶污染物浓度变化的输送类型可以分为秸秆燃烧输送、发达工业区气团输送、西南方向气团输送和海洋性气团输送4种类型,对应的污染物浓度(CO/O3)(×10-9)依次为474.47/72.50、221.16/57.71、86.31/30.41、51.67/27.45。

相关计算

流速平行移动的计算

推流或平移。所有水团(或水质点)以相同的流速平行移动。推流过程中,污染物沿水流方向无扩散,只随水质点平移和顺序通过,质点之间互不干扰、互不混合。由推流引起的污染物通量可表达为

Fx=, Fy=, Fz=vc

式中:Fx、Fy、Fz为x、y、z3个坐标方向上污染物的推流通量:、、为水体某点在x、y、z方向上的时均流速分量;c为水体某点污染物的时均浓度。平流是一种理想的流动状态,实际水体还因扩散混合、衰减 (或降解)等作用而发生变化。②由于空气水平运动使局地空气物理属性发生改变的过程。由于冷空气的移入使局地温度下降的过程,称为 “冷平流”。由于暖空气的移入使局地温度增加的过程,称为“暖平流”。当空气与下垫面之间的湍流热交换使气温降低而形成的雾,或者暖海面上的空气移到冷海面或陆地表面时形成的雾,称为“平流雾”。如果平流过程中,暖空气冷却过程主要由于下垫面的辐射冷却而形成的雾称为“平流辐射雾”。

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