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來源：互聯網

同溫層（外文名：Stratosphere）是指地球大氣對流層頂部至平流層中下層的區域，也即對流層頂部向上距離地表約25千米的大氣層。

同溫層的形成，與地球的演化過程密切相關。對流層與同溫層之間的高度間隔，會隨著地球緯度、季節和氣候的不同而改變，無明顯的分隔界限，一般以氣溫隨著地表的變化作為間隔判定的基準。同溫層的大氣是由多種氣體組成的混合物，主要成分為干潔空氣、水汽和固體雜質。該層的大氣溫度平均為-55℃左右，氣溫幾乎不隨高度變化。其下部大氣層在特定季節存在下層西風（東風）折轉為上層東風（西風），且南北風分量很小的自然現象。在同溫層，大氣稀薄，水蒸氣極少，通常沒有云、雨、雪、雹等現象。

同溫層的臭氧層能吸收絕大部分的太陽紫外線，使地球生物免受有害紫外線的危害。臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉換為熱能加熱大氣，使得平流層大氣的溫度逐漸上升，減少了地面氣溫下降的動力。同時，地球表面吸收來自太陽的短波輻射熱量后升溫，向大氣釋放長波輻射熱量并被溫室氣體吸收，產生溫室效應，從而防御地球上出現巨大的季節溫差和晝夜溫差。

同溫層的氣流平穩，沒有太多的天氣現象，飛行阻力小，能見度良好，很適合飛機飛行。同溫層內部氣體密度較小，氣體運動也較少，對電波傳播的影響很小，因而在20世紀末出現同溫層通信技術，成為通信領域的技術革命，構成天地空一體化綜合信息系統。另外，在國際法方面，劃定外層空間與空氣空間的界限以及劃分國家領空主權的標準，與航空器的高度或同溫層的區域范圍也有關聯。由于人類大量使用消耗臭氧層物質，加劇了溫室效應，國際社會已對此高度重視，正在采取控制措施恢復臭氧層。

同溫層的定義

同溫層位于地球大氣對流層頂部至平流層中下層，也即從對流層頂部向上距離地表25千米左右的區域。在此區域內，大氣溫度保持不變，所以稱為同溫層。對流層與同溫層之間的高度間隔會隨著地球緯度、季節和氣候的不同而改變，其間并沒有明顯的分隔界限，一般以氣溫隨著地表的變化作為間隔判定的基準。

發現歷程

測量大氣層與人類航空航天器的發展緊密相連。18世紀，通過爬山，科學家們發現大氣的溫度會隨著高度的上升一直減小，于是就根據高度和溫度的關系計算出大氣層高度的極限是30千米。1749年，英國科學家威爾遜將小型溫度計綁在風箏上，放飛到1000多米的高空中，第一次測到了低層大氣的溫度。1783年，人類發明熱氣球之后，科學家乘坐熱氣球測量大氣溫度，發現直到10千米左右的高空大氣的溫度都是隨著高度的升高而降低；10千米以上的高空，氧氣過于稀薄，氣溫也十分低。

到20世紀初，探空氣球的發明給大氣層科研活動提供了新的可能。1902年，法國和德國的科學家利用探空氣球發現，在超過10千米的高空后不久，大氣溫度并未一直降低，反而有上升，這就是平流層的發現。1930年，蘇聯的莫爾恰夫通過無線電探空儀，首次完成對平流層的無線電探空儀觀測。20世紀前半期，大氣科學形成了以皮葉克尼斯、帕爾門等人牽頭的氣象學的挪威學派、以卡爾-古斯塔夫·羅斯貝為首的芝加哥學派，提出了不穩定波動理論、斜壓不穩定理論、正壓不穩定理論和大氣長波的頻散理論等。此后，科學家們不斷借助科技手段，探索研究平流層以上大氣的性質。

形成過程

地球之所以擁有大氣層是因為重力。地球大氣層的形成與地球的演化過程密切相關，大致經過地球形成階段、大氣圈由還原性氣氛變為氧化性氣氛和生命形成三個階段。

大約在45億年前，宇宙星云中的物質在引力的作用下形成熔融的行星地球。它的外面包圍著一層原始大氣，主要成分是甲烷（CH4）、氫氣（H2），次要成分是水蒸氣（H2O）、氮氣（N2）、氨（NH3）等。大約30億年之后，出現光合作用系統進化，使得大氣中的氧氣（O?）含量逐漸增長。

在大氣圈由還原性氣氛變為氧化性氣氛階段，由于氧氣繼續被地面巖石或水中沉積物俘獲，因而氧氣仍不能積聚，但大氣的成分已由還原性轉化為氧化性。由于氧氣分子能吸收由太陽輻射來的高能量光子，發生臭氧（O3）反應。臭氧可以吸收大量的短波太陽輻射而分解，或與原子氧作用，形成氧氣。這些反應循環往復，致使在平流層形成臭氧分子濃度相對較高的臭氧層，從而形成大氣圈今日面貌，同時也促進了生物分子形成以及地球生命形成。

地球大氣層中最靠近地面的一層稱為對流層（Troposphere），也是地球大氣層中空氣密度最高的一層。對流層的大氣溫度隨著離地表垂直高度的升高而降低，因而是天氣變化最復雜的一層，有云、雨、雪、雹等現象。由于地形和地貌的不同以及氣溫與氣壓的變化，促使空氣在垂直方向和水平方向形成強烈的對流，從而產生水平方向和垂直方向的陣風。對流層頂部向上至大氣平流層的下半部的區域，大氣溫度保持不變，大氣稀薄，水蒸氣極少，大氣中沒有空氣上下對流引起的垂直方向的風，只有風向穩定的水平方向風，通常沒有云、雨、雪、雹等現象，因而這個區域被稱為同溫層。

同溫層的成分

平流層底端的大氣是由多種氣體組成的混合物，主要成分為干潔空氣、少量的水汽和固體雜質。大氣中除去水汽和固體雜質外的整個混合氣體就是干潔空氣，是大氣的主體。干潔空氣的成分中，氮氣占大氣總量的78%，氧氣占大氣總量的21%。此外，有1%的大氣成分是微量氣體，包括二氧化碳、甲烷、氬（Ar）等。大氣中的水汽來源于地面水體和陸地表面的蒸發與植物的蒸騰，高度愈高，水汽愈少。懸浮在大氣中的固體雜質包括煙粒、塵埃、鹽粒等，集中分布于低層大氣中。

同溫層的特征

同溫層的大氣溫度平均為-55℃左右，在中高緯度地區為-45°C左右。由于極地的地面氣溫相對較低，因而極地的同溫層會在較低高度出現。同溫層的氣溫幾乎不隨高度變化。這是因為同溫層底部來自頂部的熱量傳導，與下部對流層的對流作用剛好相互抵消，從而維持了該區域氣溫的穩定狀態。平流層下部20千米高度附近的大氣層，在特定季節存在下層西風（東風）折轉為上層東風（西風），且南北風分量很小的自然現象，大概有半年時間都是西風環流，另外半年大概是東風環流，這種緯向風的轉換層稱為平流層準零風層。在同溫層，大氣稀薄，水蒸氣極少，通常沒有云、雨、雪、雹等現象。

對地球的影響

保護地球生命

同溫層的臭氧層能吸收絕大部分的太陽紫外線，使地球生物免受紫外線的危害。臭氧層中的臭氧分子能夠吸收紫外線的能量，分解成為氧原子，并很快與大氣中的氧氣發生進一步的化學反應生成新的臭氧分子，使臭氧層中的臭氧分子達到動態平衡。這個過程周而復始，從而抵擋大量的有害的紫外線到達地球。

溫室效應

同溫層的臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉換為熱能加熱大氣，使得平流層頂部的大氣溫度逐漸上升。如果同溫層的臭氧減少，則會產生使地面氣溫下降的動力。同時，來自太陽的熱量以短波輻射的形式，穿越大氣層到達地球，地球表面吸收這些熱量后升溫，向大氣釋放長波輻射熱量并容易被大氣中的溫室氣體吸收，使得地球表面的大氣溫度升高，從而產生溫室效應。溫室氣體主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFCs）及臭氧組成。假若沒有溫室效應，地球上的季節溫差和晝夜溫差就會很大，地球表面的溫度將會處于低寒狀態，不適宜人類生存。但是由于人類活動釋放大量的溫室氣體，使得大氣中溫室氣體的濃度急劇升高，造成溫室效應不斷加劇，全球平均氣溫逐年升高，導致全球氣候變暖，產生一系列全球性氣候問題。

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同溫層的定義

發現歷程

形成過程

同溫層的成分

同溫層的特征

對地球的影響

保護地球生命

溫室效應

相關研究和行業

航空

通信

領空主權

相關概念

消耗臭氧層