九重天上看风云

2018-09-26 02:12颜士州
飞碟探索 2018年5期
关键词:平流层中层大气层

颜士州

在气象科学预报出现以后,“出门看天色”这句话渐渐被人们遗忘了。然而气象台站发布的消息,主要是近地面的气象情况;即使发布高空气象信息,最多也不过是地面上空20千米处的气象情况。这对地球的整个大气圈来说,只占总厚度的1%左右而已。

厚厚的大气圈究竟分几层?在古代,人们无法弄清楚这莫测高深的天穹,便想当然地认为“天有九重”。在今天,科学家根据温度、气压、密度、气体成分等,把大气圈分成了好些层次。这样一来,“九重天”变得名副其实,具有真正的科学内容了。

风云变幻的对流层

气象台站报告的天气情况是最接近地面的这一层。这里,大气受地表影响最大,对流十分剧烈,称为“对流层”,水分子和水汽极大部分集中在这里,风云雨雪就在这里孕育诞生。

翻腾激荡的对流层大气,就像一条棉被裹着地球,但这条“棉被”有厚有薄:赤道上空盖得最厚,厚度为16千米至18千米;南北两极的上空最薄,只有七八千米;而在赤道和两极之间的上空,逐渐由厚趋薄。中纬度地区,如中国的北京、美国的华盛顿、阿根廷的布宜诺斯艾利斯上空,厚度在10千米至12千米之间。

对流层的厚度不但与纬度有关,也会因季节的变化而有差异:北京上空的对流层,冬天就要比夏天薄一些。

对流层里朝云暮雨,变幻无穷,甚至还会出现一些使人困惑不解的现象。

1952年,在朝鲜战场上,有一大群从日本起飞的美国轰炸机,企图袭击朝鲜北方。从地面上看去,这批飞机的机头是向西的,正在向西飞行,但实际上是在往东移动。许多人对这一奇怪的现象不得其解,而气象学家认为:轰炸机闯进了地球的“盛行西风带”。

原来太阳照在地球上,球形面上受热是不均匀的,加上地球本身的自转,这就在对流层里造成了不同的风带。地球的南北两极上空经常刮东风;在中高纬度地区,常年吹着西风;而在低纬度地区上空,北半球东北风不断,南半球东南风不绝,在一定高度上,这类风的力量十分强劲。那群美国轰炸机正好撞进中、高纬度上空的盛行西风带里,于是仿佛划着小舢板在激流里逆水行驶那样,虽然努力在向前划行,实际上被汹涌奔泻的水流裹向下游。

珠母云的故乡——平流层

假定我們从地面出发,经过对流层去平流层旅行。我们冉冉上升,到了700多米的高度,炎热消失了,我们好像来到了号称清凉世界的莫干山顶。再上去,高度到了1千米至5千米,已经超越了避暑胜地庐山。到了3.5千米高处,已经是隆冬天气。继续上升,冷得更厉害,气温已降到-73℃了。这里已越过了对流层顶,气温跟北极的严冬相仿。有趣的是,在地面从赤道到北极,100℃的温差要纵跨半个地球,路程达3000千米;而从地面到高空,同样大的温差,只相距12千米。

我们仍然不断上升,不知温度将冷到什么地步,不料温度在-73℃上似乎“冻住”了。继续上升,温度不但不再下降,反而一点点上升起来。原来我们已到了目的地——平流层,刚才那个温度不变的区域是过渡带,它的高度是一二千米。

平流层是在对流层的上面,离地面15千米至50千米高处的大气层。这里水汽和灰尘极少,偶尔可以见到闪烁着“珠光宝气”的云朵,叫作珠母云。在平流层里,随着温度的增加,气温渐渐暖和,约到50千米高处的“平流层顶”,虽然没有鸟语花香,却也近似早春时节了,气温在5℃上下。

不胜寒冷的中层顶

平流层再往上一站是中大气层,这里又是一重天。在平流层和中大气层之间,有一个过渡带。平流层顶到中大气层顶或称中层顶,大约有35千米,也就是说,中层顶离地面约有85千米。

在这一层里,温度的趋势也同对流层一样,越往高处走,温度越下降。不同的是,对流层顶温度不过为-73℃;而在中层顶,温度竟然到了-123℃。要知道,在这个低温下,加上一定的压力,连生命不可须臾离开的氧气也会凝成蓝莹莹的液体。中层顶离地面的高度在80千米至90千米之间,有的地方高一些,有的地方低一些。

又一重天——热成层

从中层顶上去,再经过一个过渡带,就进入了又一重天,叫作热成层。顾名思义,这里是一个热的世界。

热成层的最初三四十千米处,温度就超过了-133℃到-123℃的温差。到地面150千米的高处,温度就会骤升到230℃以上了。当然,这里所说的温度,都是指白天的温度。在背着太阳的夜晚,温度不到白天的40%。原来,阳光里的紫外线被这一层里以氧分子为主的空气大量吸收,转化成了热能。

另一重天叫作等温层。等温层与热成层的界限不分明,只是在等温层里,温度比较稳定,所以有的科学家仍然把它看作热成层的一部分。等温层的顶部在离地面500千米的高处。

九重天顶——热大气层

离地面500千米至1000千米高处是一个广漠的空间。大气分子稀少并几乎都孤零零地离群索居,很难相互碰撞。一些带电的粒子,运动受到磁力线的约束;中性粒子自由自在无拘无束;有些速度比较大的粒子,就会摆脱地球的引力,向太空逃去。这一层被称为九重天顶,也叫外大气层,再上去就是宇宙空间了。

大气圈是地球的天然屏障,它保护地球上的一切生物不受宇宙各种射线、太阳粒子以及流星和宇宙尘的袭击。“九重天”现已不再神秘,大气圈里的学问,还等着我们一一去解释。

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