为什么平流层空气的垂直运动会如此微弱

我们知道，民航客机巡航高度一般在一万米左右，这个高度对应着大气的平流层。之所以会选择平流层，其中一个重要的原因是平流层的空气以水平运动为主，垂直运动十分微弱。这意味着平流层的空气比较稳定，不易形成对流和湍流，也不会有复杂的天气现象，如云、雨、雷暴等。这样，飞机在平流层飞行时，可以减少颠簸和风阻，提高舒适度和安全性。

但是，你有没有想过，为什么平流层中空气的垂直运动会如此微弱？为了解答这个问题，我们要先从大气的分层开始说起。那么如何划分大气的不同层次呢？实际上，并没有一个统一且固定的标准，不同的学科和领域可能会根据不同的目的和侧重点采用不同的方法。在这里，我们按照温度随高度的变化特征对大气进行分层。

一般来说，大气按温度分层可以分为五层，分别是对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。这些层次之间的界限高度并不固定，而是随着纬度、季节、日夜等因素变化。如果我们用一条曲线来表示大气温度随高度的变化，就会发现这条曲线并不是平滑的，而是呈现出一些折点，这些折点就是不同层次之间的过渡区域。

那么，为什么会出现这些折点呢？这主要是由于不同层次的大气受到的热源和热传导方式不同所导致的。比如对流层的特点是温度随高度增加而递减，平均每升高100米，温度降低0.65℃。这是因为对流层主要受到地面的加热，地面吸收了太阳辐射后，通过对流和辐射将热量传递给空气。而平流层则是温度随高度增加而增加，因为在平流层上部有一个臭氧层，它会吸收太阳的紫外线而成为平流层的热源。

现在，我们假设在对流层底部有一小团空气，它的温度比周围空气的温度还要高。这样一来，这小团空气就会开始上升。在上升过程中，这小团空气会发生两件事。第一，由于高空温度更低，它会把热量传递给周围而降低自身温度；第二，由于高空气压较低，它会向外膨胀而导致自身温度降低。

但事实上，前者导致的温度降低是微乎其微的，因此我们可以粗略地把整个过程看作是绝热膨胀。当这一小团空气的温度降至与当地环境温度相当时，它就会停留在那里。同样，如果在对流层上部有一小团空气比周围空气温度还低，那么它就会发生与上述相反的过程。也就是说，空气的垂直运动在对流层很常见。

接下来，我们把环境设置在平流层。同样，如果有一小团空气比周围温度略高，那么它就会上升，绝热膨胀而导致自身温度降低。与对流层不同的是，平流层温度随高度增加而增加。所以当这小团空气到达更高的高度时，它会发现自己温度比周围环境还低，于是它又向下回到原处。让它上下运动只是为了方便我们的分析，事实上它几乎是待在原地不动。因此，平流层空气的垂直运动是非常微弱的。

事实上，这种逆温梯度在对流层中也会出现。比如，夜间地面长时间向外辐射热量而又得不到补充，就会导致清晨时近地层的空气温度比上层空气温度更低。此外，地形影响、锋面影响等也会产生这种逆温层。

逆温层就像一个盖子，使得悬浮在大气中的烟尘、杂质、有害气体等难以穿过它向上扩散，使得空气质量下降，能见度恶化。世界上一些严重的大气污染事件，比如洛杉矶的光化学烟雾，就多和逆温层的存在有关。十几年前，雾霾经常出现，并且在清晨是最浓的，也是和逆温层有关。