Sisältö
Maapallon ilmakehässä on neljä erillistä kerrosta, samoin kuin harvinainen ulkokerros, joka voi ulottua 10 000 kilometrin (6 214 mailin) päähän planeetasta ilman aurinkotuulta. Alin ilmakehän kerros on troposfääri, ja juuri sen yläpuolella oleva kerros on stratosfääri. Niitä tekijöitä, jotka määrittelevät nämä kahdeksi erilliseksi kerrokseksi, ovat ilmanpaineen, lämpötilan, lämpötilagradientin, tuulen nopeuden ja tuulen suunnan erot.
Vaihteleva raja
Troposfäärin ja stratosfäärin välistä rajaa kutsutaan tropopauseksi, ja se ei ole vakio. Se on noin 8 km (5 mailia) maanpinnasta pylväiden kohdalla ja noin kaksi kertaa enemmän kuin päiväntasaaja. Tropopaus on isotermi - alueen vakaa lämpötila -, jonka alapuolella kaikkien planeettojen sää tapahtuu. Tropopaus vie tyypillisesti pilvien aktiivisuuden ylimmän rajan; Sen sijaan, että nousisi tämän isotermin yläpuolelle, suuret myrskypilvet leviävät tyypillisesti vaakasuoraan alasin muotoon. Tietyt pilvityypit, nimeltään helmiäishelmiä tai helmiäispilviä, muodostuvat stratosfäärissä, mutta yleensä vain leveysasteilla 60–90 astetta ja vain talvella.
Lämpötilagradientit
Säämalleja esiintyy troposfäärissä, koska maan lähellä oleva ilma on lämpimämpää kuin korkeampien korkeuksien ilma; tämä ilmiö johtuu siitä, että maa imee ja säteilee lämpöä auringosta. Tämän korkeuden suhteen negatiivisen lämpötilagradientin takia lämmin ilma voi nousta ja luoda konvektiovirran, joka tuottaa tuulia ja pilviä. Stratosfäärissä, joka ulottuu noin 50 kilometrin (31 mailin) korkeuteen, lämpötila nousee korkeuden kanssa johtuen siitä, että ylemmän stratosfäärin otsonikerros imee auringonvaloa ja säteilee lämpöä alaspäin. Tropopaus on vakiolämpötilan alue, jolla gradientin suunta muuttuu.
Tuulen toiminta
Lämpimän, kosteudella täytetyn ilman nousu ja viileän ilman lasku troposfäärissä aiheuttaa tuulia, pilviä ja sateita. Lämpötilan ja ilmanpaineen paikallisten vaihteluiden vuoksi nämä tuulet voivat olla epäsäännöllisiä ja toisinaan äärimmäisiä. Stratosfäärissä, jossa ilmanpaine on paljon alhaisempi ja lämpimämmän ilman katto estää konvektiovirtausten muodostumisen, olosuhteet ovat vakaammat. Tässä ei ole käytännössä turbulenssia, joka johtuu pystysuorista ilman liikkeistä, ja olemassa olevat tuulet, vaikkakin voimakkaita, ovat vakaita ja puhaltavat vaakasuunnassa. Kaupalliset lentokoneet lentävät alempaan stratosfääriin turbulenssin välttämiseksi.
Stratosfäärinen ilmanpaine
Troposfääri sisältää noin 75 prosenttia ilmakehän kaasuista ja stratosfääri, jonka tilavuus on suurempi, sisältää noin 19 prosenttia näistä kaasuista. Ilmanpaine stratosfäärissä on vastaavasti alhaisempi: stratosfäärin paine on keskimäärin vain noin 10 prosenttia tai vähemmän merenpinnan paineesta. Stratosfäärin yläosassa oleva otsonikerros on yksi tämän ilmakehän kerroksen tärkeimmistä piirteistä. Sen lisäksi, että luodaan lämpimän ilman katto, joka estää konvektiovirtojen muodostumisen, se suodattaa myös aurinkoon ultraviolettisäteilyn, joka vahingoittaisi pinnan elämää.