基于臭氧浓度的平流层高度与温度

Question

为什么在平流层(距地球15公里- 60公里)，当臭氧分子最集中在大约25公里处时，温度会随着高度的增加而增加?

Answer 1

这里有两点要说明。

第一点是紫外线辐射从上方进入平流层(忽略角度依赖和散射)，因此优先被平流层高处的臭氧吸收。这是比尔-朗伯定律这导致在平流层的吸收更大。

第二点是你的图中使用的多布森单位标准化了平流层中不同高度之间的(部分)压力和温度差异，这样你就可以比较不同水平上臭氧的质量或数量密度。但它并不能告诉你，在某一特定高度，臭氧相对于构成空气的所有其他气体有多少。一种常见的方法是摩尔混合比：

年平均臭氧混合比(ppmv)气候学高纬度横剖面。

资料来源:McPeters et al (2005)，用于卫星检索算法的臭氧气候剖面, GRL。

虽然臭氧浓度在20公里左右达到峰值，但混合比在30至40公里左右达到峰值，并且不会随着高度的增加而急剧下降。在混合比例较大的地方，吸收特定数量的紫外线辐射可以对该高度的整体空气温度产生更大的影响。

这两种特性的净效应是，紫外线吸收对平流层的加热(见下图)在平流层上层约50公里处达到峰值。这就是为什么最高温度出现在平流层上层。

吸收紫外线产生的热量(K/天)

资料来源:黑格(1984)平流层下部的辐射加热和臭氧在二维模型中的分布, QJRMS。