Атмосфера Земли состоит из четырех различных слоев, а также разреженного внешнего слоя, который может простираться на 10 000 километров (6214 миль) от планеты в отсутствие солнечного ветра. Самый нижний слой атмосферы - это тропосфера, а слой чуть выше - стратосфера. Среди факторов, которые определяют их как два отдельных слоя, - различия в давлении воздуха, температуре, температурном градиенте, скорости и направлении ветра.
Сдвиг границы
Граница между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой, и она не постоянна. Это примерно 8 километров (5 миль) над землей на полюсах и примерно вдвое больше на экваторе. Тропопауза - это изотерма - область стабильной температуры, ниже которой имеет место вся погода на планете. Тропопауза обычно отмечает верхний предел облачной активности; вместо того, чтобы подниматься выше этой изотермы, большие грозовые облака обычно распространяются горизонтально в форме наковальни. Определенные типы облаков, называемые перламутровыми или перламутровыми облаками, действительно образуются в стратосфере, но обычно только на широтах между 60 и 90 градусами и только зимой.
Температурные градиенты
Погодные явления возникают в тропосфере, потому что воздух у земли теплее, чем воздух на больших высотах; это явление является результатом того, что земля поглощает и излучает тепло от солнца. Из-за этого отрицательного градиента температуры по отношению к высоте теплый воздух может подниматься и создавать конвекционный поток, который вызывает ветры и облака. В стратосфере, которая простирается до высоты около 50 километров (31 миль), температура увеличивается с увеличением высота в результате того, что озоновый слой в верхних слоях стратосферы поглощает солнечный свет и излучает тепло вниз. Тропопауза - это область постоянной температуры, в которой изменяется направление градиента.
Ветровая активность
Склонность теплого влажного воздуха подниматься вверх и холодного опускаться в тропосфере создает ветры, облака и осадки. Из-за местных колебаний температуры и атмосферного давления эти ветры могут быть нерегулярными, а иногда и очень сильными. В стратосфере, где давление воздуха намного ниже, а потолок более теплого воздуха не позволяет конвекционные потоки от формирования, условия более стабильны. Здесь практически нет турбулентности, которая вызывается вертикальными движениями воздуха, а существующие ветры, хотя и сильные, устойчивы и дуют в горизонтальном направлении. Коммерческие самолеты летают в нижних слоях стратосферы, чтобы избежать турбулентности.
Стратосферное давление воздуха
Тропосфера содержит около 75 процентов газов в атмосфере, а стратосфера, имеющая больший объем, содержит около 19 процентов этих газов. Соответственно, давление воздуха в стратосфере ниже: в среднем давление в стратосфере составляет лишь около 10 процентов или меньше от давления на уровне моря. Озоновый слой, расположенный в верхней части стратосферы, является одной из важнейших характеристик этого атмосферного слоя. Помимо создания потолка из теплого воздуха, который предотвращает образование конвекционных потоков, он отфильтровывает ультрафиолетовое излучение солнца, которое может быть опасным для жизни на поверхности.