中层大气

高度介于10一100km的大气层

中层大气（middle atmosphere）一般指高度介于10一100km的大气层，其主体部分为平流层和中间层。中层大气内存在着复杂的波流相互作用以及一些有趣的物理现象。中层大气研究是20世纪70年代以来持续得到大气科学界和日地物理界共同关注的研究前沿。

定义

中层大气一般指高度介于10一100km的大气层，包括大气分层中的对流层上部和对流层顶、平流层顶、中间层及中间层顶、以及低热层，其主体部分为平流层和中间层。

性质

对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20 - 30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。

平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”，中间层的温度随高度的增加而减小，在中间层顶部（约80 - 85km高度处）温度下降到大约180k，这是大气中最冷的部分。在这层大气中几乎没有臭氧。中间层以上，到离地球表面500公里，叫做“热层”。在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。人类还借助于热层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们相互沟通信息，因为热层的大气因受太阳辐射，温度较高，气体分子或原子大量电离，复合机率又少，形成电离层，能导电，反射无线电短波。

研究难点

由于观测资料的获取不易和复杂的大气化学过程，中层大气的研究遇到了许多挑战，也存在着众多的不确定性。

例如，人类活动产生的化学物质和太阳的11年周期究竟对大气的热力结构和动力过程产生多大的影响，至今还很受争议；中层大气内水汽的收支和变化趋势以及相关的微物理过程究竟由哪些因子控制；气候变化的背景下中层大气过程和现象有什么变化以及未来的演变趋势是什么；以往的研究已经表明北半球环状模NAM(Northern Annual Mode)从地面到50km的高度呈现了很高的相似性，同时也有证据显示平流层的扰动可以传播到对流层，那么中层大气的变化是如何影响对流层气候的？

上述这些问题以及其它众多的关于中层大气的科学问题中包含了复杂的大气动力、热力、化学及微物理过程之间的相互作用和反馈，仅靠有限的中层大气的观测资料不能对其进行全面和深入的理解，需要借助合适而完备的中层大气模式进行模拟诊断和分析。

研究进展

全球

20世纪70年代中期以前，该层大气的工作主要在依赖于气象探空观测低平流层气象要素的分析、极少数的气象火箭和探空火箭对平流层和中间层的观测、以及立足于地基Dobson光谱仪对平流层臭氧的观测，并未能形成对该层大气整体情况的了解,也难以对其重要性作出判断。

20世纪70年代中期以后，由于MST雷达等新探测技术的出现和应用,同时由于大气动力学、物理学对于对流层大气的研究进展，开始认识到对流层天气气候和环流过程的发展演变迫切需要了解与作为上边界中层大气的耦合。另一方面，电离层和热层的探测研究中也发现了该层特征的变化明显地受到来自下部的对流层和中层大气的作用，特别明显的是声重波特征，因而迫切需要了解中层大气在其中的作用。

对于中层大气本身研究的驱动力则首先来自大气臭氧的变化研究。人们早就知道，大气臭氧由于其强烈吸收UV--B(280一320nm)生物有害紫外辐射，起着地球生物圈保护伞的作用，而大气臭氧的主要部分集中于平流层。20世纪60年代以来，由于担心人类活动和高空飞机对平流层的排放会破坏臭氧层，导致灾难性的后果，因而逐步加强了以臭氧为中心的中层大气成分与状态变化及其自然源、人为源作用的研究。20世纪70年代初，发现了人类生产的氟利昂化合物一旦通过垂直输送进人平流层就会引起破坏臭氧的催化反应，由于近20年以来臭氧已成为全球环境与气候变化研究的前沿，大大推进了大气臭氧层的探测与监测，并深人开展了大气动力—光化学模式研究，在此基础上促成了世界保护臭氧层公约的诞生。

中层大气内存在复杂的波—流和波—波相互作用，即基流、行星波、重力波及湍流之间的相互作用造成了中层大气复杂的动力学图像，成为一个检验和发展动力学理论的巨大天然试验室，吸引了大气科学家和空间物理学家来共同关注这一领域。

20世纪70年代中期开始，以国际日地物理科学委员会SCOSTEP组织的中层大气研究计划MAP和WMO所主持的大气臭氧研究计划为起点，中层大气研究成为地球（大气）科学和日地物理界共同关注的新重点，以Re一MAP、MAP、MAC为代表的中层大气研究获得长足的发展，逐步形成了日地系统整体行为的研究主题。同样，20世纪80年代起WMO的大气臭氧评估工作越来越引起人类的共同关注，南极臭氧洞的发现使这一问题更引起重视。由于臭氧层变化与人类活动排放温室气体的密切关系，气候变化中中层大气的成分与动力过程变化及其对天气气候的影响也得到了十分重视，WCRP于1992年起设立了SPARC(平流层过程与其气候作用)研究计划，进一步推进了大气上下层相互作用的气候预测重要性。

中国

中国的中层大气研究始于国际地球物理年(1957 - 1958)。赵九章等前辈学者预见中上层大气研究在大气科学与航空航天应用中的重要性，积极倡导这一国际合作前沿研究。从那时开始了大气臭氧的观测研究，作为大气动力学研究部分的低平流层研究亦有所进展。

20世纪60年代开展了气象火箭的研制与试验。由于文化大革命中断了10年中层大气研究。

在70年代末期，我国科学界在调研国际学术前沿的基础上确定中层大气研究作为我国大气科学和空间科学的一个新的重点，在观测手段和理论研究方面给予足够的重视。30多年来我国中层大气研究工作已经有了系统的发展。

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