基本介紹
- 中文名：中間層
- 外文名：Mesosphere
- 區域：50km-85km的大氣層
- 大氣現象：夜光雲，流星
- 別名：中層
簡介,背景知識,物質組成,主要特徵,溫度垂直分布,對流運動,氣壓,電波傳播,中間層現象,探測儀器,
簡介
中間層該層內因臭氧含量低，同時，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大，對流運動強盛。中間層頂附近的溫度約為190開；空氣分子吸收太陽紫外輻射後可發生電離，習慣上稱為電離層的D層；有時在高緯度、夏季、黃昏時有夜光雲出現。
背景知識
地球大氣按其基本特性可分為若干層，但按不同的特性有不同的分層方法。自地球表面向上，隨高度的增加空氣愈來俞稀薄。大氣的上界可延伸到2000～3000公里的高度。在垂直方向上，大氣的物理性質有明顯的差異。
根據氣溫的垂直分布、大氣擾動程度、電離現象等特徵，一般將大氣分為五層對流層、平流層、中間層、熱層和 外層（又稱外逸層或逃逸層）。接近地面、對流運動最顯著的大氣區域為對流層，對流層上界稱對流層頂，在赤道地區高度約17～18千米，在極地約8千米；從對流層頂至約50千米的大氣層稱平流層，平流層內大氣多作水平運動，對流十分微弱，臭氧層即位於這一區域內；中間層又稱中層，是從平流層頂至約80千米的大氣區域；熱層是中間層頂至300～500千米的大氣層；熱層頂以上的大氣層稱外層大氣。
物質組成
主要特徵
從平流層頂到85公里高度為中間層。其主要特徵：
（1）氣溫隨高度增高而迅速降低，中間層的頂界氣溫降至－83℃～－113℃。因為該層臭氧含量極少，不能大量吸收太陽紫外線，而氮、氧能吸收的短波輻射又大部分被上層大氣所吸收，故氣溫隨高度增加而遞減。
（2）出現強烈地對流運動，又稱為高空對流層或上對流層。這是由於該層大氣上部冷、下部暖，致使空氣產生對流運動。但由於該層空氣稀薄，空氣的對流運動不能與對流層相比。
溫度垂直分布
相對於在中間層之下的平流層，氣溫會隨高度而增加，中間層與對流層一樣氣溫會隨高度按比例遞減。在中間層底部，高濃度的臭氧會吸引紫外線使平均氣溫徘徊在-2.5℃左右，甚至會高達0℃左右。但隨著高度增加臭氧濃度會隨之減少，所以在中間層頂的平均氣溫又會降至-92.5℃的低溫。因此，通常在中間層頂附近，是大氣垂直結構內最低溫的部分。由於中間層的平均氣溫遞減率卻比對流層的小，雖有少部份的對流活動發生，但相對地都較穩定，甚少發生高氣壓、低氣壓的現象。亦因為中間層的大氣密度非常之低，所以這層的熱力構造主要由氧分子把太陽的紫外線吸收進而把大氣加熱，與及二氧化碳放射出紅外線而冷卻兩者的平衡去決定。
對流運動
中間層夏季會比冬季處於一個氣溫更低的狀態。這是因為冬季時，大氣重力波破碎在這一層輸送向西的動量，如同施加向西的拖曳力。為了平衡這一拖曳力，大氣必須朝極地經向運動獲得朝東的科氏力。這一由夏極地到冬極地的經向運動造成了夏極地的大氣上升，絕熱膨脹冷卻；冬極地的大氣則下沈，絕熱壓縮加熱。這一環流對溫度的影響超過了太陽輻射加熱，因此中間層頂的溫度反而是陽光直射的夏極地最冷，無陽光的冬極地最熱。因此，夏季中間層頂的氣溫可以低至-100℃以下。如此低溫之下，像夜光雲般的特殊薄雲也有可能被觀測到。而在中間層頂以上的大氣所蘊含的原子・分子因受到太陽的紫外線影響而進行電離，增加了自由電子。這樣地大氣進行電離的一層稱作電離層，而當中最底的一層D層就位於中間層頂付近，即離地面50至90公里的高空，所以中間層頂部的電子密度處於一個比較多的狀態。
氣壓
中間層不會發生高・低氣壓。但因為中間層的大氣密度非常之小，故像行星波之類的長周期波動，會以一個大的震幅從底層傳遞上來。根據這樣的波動現象，在震幅極端大的地方會形成力學上不穩定的部分。再者，這種波動現象亦同樣對其附近的大氣循環做成較大影響。
電波傳播
在中間層，氣溫隨著高度的上升而下降。中間層與電離層的下部相重疊。在距地面50～800千米的空間，稀薄的空氣分子，在強烈陽光照射下，形成離子。電離層好像一面鏡子，把廣播台發出的電波返射回地面，這樣我們就能收到廣播。
中間層現象
大氣層存在許許多多的有趣現象，各層所散發出的不同魅力，如中間層的夜光雲、夏冬季天氣的反常……除了對流層、平流層，離我們比較遠的中間層、暖層、外層，也和我們的生活密不可分。
探測儀器
瑞利散射雷射雷達能夠探測22-60 km範圍內大氣溫度的垂直分布。
瑞利散射雷射雷達適合於探測中間層低層大氣溫度分布。其主要原理是：認為中間層低層大氣的大氣回波主要是分子瑞利散射信號，忽略氣溶膠粒子的散射信號；假設已知某一高度上大氣密度，可求得大氣密度廓線；結合理想氣體狀態方程和大氣靜力學方程求得大氣溫度。
