対流圏

CompositionEdit

体積によると、乾燥空気は78.08％の窒素、20.95％の酸素、0.93％のアルゴン、0.04％の二酸化炭素、および少量の他のガスを含む。 空気はまた水蒸気の可変的な量を含んでいます。 水蒸気content有量を除いて、対流圏の組成は本質的に均一である。 水蒸気の源は蒸発のプロセスによって地球の表面にあります。 対流圏の温度は高度とともに低下する。, また，飽和蒸気圧は温度が低下するにつれて強く低下する。 したがって、大気中に存在する可能性のある水蒸気の量は高度とともに強く減少し、水蒸気の割合は通常、地球の表面付近で最も大きくなります。

PressureEdit

大気の圧力は海面で最大であり、高度とともに減少する。 これは、大気が静水圧平衡に非常に近いため、圧力が所定の点より上の空気の重量に等しくなるためです。,静水圧方程式によるhe密度

d P d z=−ρ g n=−m P g n R T{\displaystyle{\frac{dP}{dz}}=-\rho g_{n}=-{\frac{mPg_{n}}{RT}}}

ここで、

• gnは標準重力
• πは密度

• zは高度
• pは圧力である
• rは気体定数である
• Tは熱力学的（絶対）温度である
• mはモル質量である

温度は原理的にも高度に依存するので、次のセクションで論じられるように、圧力を高度の関数として決定するためには、第二の式が必要である。,

TemperatureEdit

対流圏の温度は、高度が上昇するにつれて一般的に低下します。, 温度が低下する速度−d T/d z{\displaystyle-dT/dz}は環境経過率(elr)と呼ばれる。 ELRは、表面と対流圏界面の間の温度の差を高さで割ったものに過ぎません。 ELRは、空気が完全に静止していること、すなわち、垂直対流からの空気の層の混合、また乱流を生じさせ、したがって空気の層の混合を生じさせる風がないことを前提としている。, この温度差の理由は、地面が太陽のエネルギーの大部分を吸収し、それが接触している大気のより低いレベルを加熱するためです。 その間、大気の上の熱の放射は大気のその部分の冷却で起因します。

ELRは大気が静止していることを前提としていますが、空気が加熱されると浮力になり上昇します。, 乾燥断熱経過率は大気中で上昇するときの乾燥空気の膨張の影響を説明し，湿潤断熱経過率は水蒸気の凝縮が経過速度に及ぼす影響を含む。

空気の塊が上昇すると、より高い高度では圧力が低いため膨張します。 航空小包が膨張するにつれて、周囲の空気を外側に押し出し、その小包から大気に仕事の形でエネルギーを移します。 熱を介して空気の小包へのエネルギー移動は非常に遅いので、熱を介して環境とエネルギーを交換しないと仮定される。, このようなプロセスは断熱プロセス（熱によるエネルギー移動なし）と呼ばれます。 空気の上昇小包は、それが周囲の大気上で動作しないようにエネルギーを失っており、エネルギーが損失を補うために大気からの熱としてそれに転送されないので、空気の小包は、航空小包の温度の低下として現れるエネルギーを失っている。 その逆は、もちろん、沈んでいって圧縮されていっている空気の小包に当てはまるでしょう。,

航空小包の圧縮と膨張の過程は可逆的であり、エネルギーが小包に出入りすることはないため、このような過程は等エントロピーとみなされ、航空小包の上昇と下降に伴うエントロピーの変化はないd S=0{\displaystyle dS=0}となる。, 熱交換されたd Q=0{\displaystyle dQ=0}はd Q=T d S{\displaystyle dQ=TdS}によるエントロピー変化d S{\displaystyle dS}に関連しているので、完全に混合された大気の高さの関数としての温度を支配する方程式は

d S d z=0{\displaystyle{\frac{\,dS\,}{dz}}=0}

ここでSはエントロピーである。 上記の式は、大気のエントロピーは高さとともに変化しないと述べている。 このような条件下で温度が高さとともに低下する速度を断熱経過率と呼ぶ。,

ほぼ理想気体である乾燥空気については、さらに進めることができます。 理想気体に対する断熱方程式は

p(z)−λ−1=constant{\displaystyle p(z){\bigl}^{-{\frac{\gamma}{\,\gamma}{\displaystyle p(z){\bigl}^{-{\frac{\gamma}{\,\gamma}}}である。\,-\,1\,}}}={\テキスト{定数}}}d T d z=-m g R≤−1≤=−9.8≤C/k m{\displaystyle{\frac{\,dT\,}{dz}}=-{\frac{\;mg\;}{R}}{\frac{\;\gamma}}{\frac{\;\gamma}}{\frac{\;\gamma}}{\frac{\;\gamma}}{\frac{\;\gamma}}{\;\gamma}}{\;\gamma}}{\;\gamma}\,-\,1\;}{\gamma}}=-9.8^{\circ}\mathrm{C/km}}

空気に水蒸気が含まれている場合、空気を冷却すると水が凝縮する可能性があり、その挙動はもはや理想気体のものではなくなり, 空気が飽和蒸気圧にある場合、高さとともに温度が低下する速度は飽和断熱経過率と呼ばれます。 より一般的には、高度に伴って温度が低下する実際の速度は、環境経過率と呼ばれます。 対流圏では、平均環境経過率は、高さが増加するたびに約6.5km（1,000メートル）の低下である。,

環境経過率（高さとともに温度が低下する実際の速度、d T/d z{\displaystyle dT/dz}）は、通常、断熱経過率（またはそれに対応してd S/d z≤0{\displaystyle dS/dz\neq0}）と等しくない。 上層の空気が断熱的経過率によって予測されるよりも暖かい場合（d S/d z>0{\displaystyle dS/dz>0}）、空気の塊が上昇して膨張すると、周囲よりも低い温度で新しい高さに到着する。, この場合、航空小包は周囲よりも密度が高いので、元の高さに戻り、空気は持ち上げられることに対して安定しています。 逆に、上部空気が断熱経過率によって予測されるよりも涼しい場合、航空小包が新しい高さに上昇すると、周囲よりも高い温度と低い密度を有し、上

対流圏は潜熱、長波放射、顕熱によって下から加熱されます。 対流圏の余剰加熱と垂直expansion張は熱帯地方で起こる。, 中緯度では、対流圏の気温は海面で平均15°C(59°F)から対流圏界面で約-55°C(-67°F)に低下する。 極では、対流圏の温度は、海面での平均0°C(32°F)から対流圏界面での約-45°C(-49°F)に低下するだけです。 赤道では、対流圏の気温は海面で平均20°C(68°F)から対流圏界面で約-70°Cから-75°C(-94から-103°F)に低下する。 対流圏は極では薄く、赤道では厚くなっています。, 熱帯対流圏の平均厚さは、極での平均対流圏の厚さよりもおよそ7キロメートル大きい。

対流圏Eedit

対流圏界面は、対流圏と成層圏の境界領域です。

対流圏および成層圏を通る高さによる温度変化を測定すると、対流圏界面の位置が特定されます。 対流圏では、高度とともに温度が低下します。 しかし、成層圏では、しばらくの間、温度は一定のままであり、高度とともに増加する。, 大気のこの最も冷たい層は、経過速度が正（対流圏）から負（成層圏）に変化する場合、対流圏界面として定義されます。 したがって、対流圏界面は反転層であり、大気の二つの層の間にはほとんど混合がありません。