[討論] 為何90~100km和 >100km的大氣增溫率不同?

[ckchi (飄)]

其實應該算是問題，只是沒有這個分類...

我目前是在高中代課的地科老師，
由於是地質專長，大氣相關的背景知識較薄弱。

最近有學生拿著課本中的大氣分層圖片
(溫度變化與 http://ppt.cc/iaO7 繪製的相同)
詢問
「為什麼增溫層中 90~100km 的溫度增加率和 100km 以上的溫度增加率不一樣？」

我在google時沒有找到類似的資料，因此到本板詢問。
不知是否有板友能為我解惑？
或是有相關的資料可以提供給我閱讀呢？
非常感謝。


補充：
我自己在找相關資料時，有一個猜測，但不確定對不對。

http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/intro/compo02.htm

此篇文中提到：
「在一百公里以上的高度，大氣的組成成分所佔的容積比例在不同的高度就不相同。
　因此我們稱之為異質層Heterosphere）。」

http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmslds/intro/compo04.gif

從圖中可以看到 100km 以上 N2 和 O2 佔的比例開始逐漸減少，
100km以上和以下的溫度線斜率不同是否和此有關呢？

可是上面的想法會有一點矛盾的地方：
會吸收短波輻射導致增溫層溫度上升的氣體應該是 N2 和 O2 吧？
若是，當 N2 和 O2 比例逐漸降低時，增溫率不是應該變小嗎？
但圖中 100km 以上的增溫率卻比 100km 以下低，
所以我自己感覺好像不是這個因素造成的，
或著有什麼我沒考慮到的是嗎？


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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 163.32.66.190
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/TY_Research/M.1429702145.A.333.html
推 rainww25    : 我還是不能理解 為何我們所在對流層
→ rainww25    : 離地表越遠 溫度就會越低 是反射量少嗎?
→ ckchi       : 因為對流層的熱量主要來自溫室氣體吸收地表紅外線
→ uuwb        : 現在的高中課本是用簡體字?
現在課本不是簡字，我只是說課本圖所畫的溫度變化與這張圖一樣。

推 WuCH1022    : 先給個觀念 中氣層之上的氣溫概念 要從近地表的平均
→ WuCH1022    : 動能 轉換到個別氣體分子的運動
謝謝。
但還是不懂為什麼 100km 以上與以下個別分子運動的動能增加率會不一樣呢？

推 rainww25    : 所以就是高原地形溫度低 主因就是空氣稀薄?
推 jasonnn     : 對流層內會進行對流調整 #1GYDWorN (TY_Research)
這個問題已有答案。
為了避免混亂，我把問題與答案的推文排一起，並把我亂猜的刪掉了。

※ 編輯: ckchi (163.32.66.190), 04/23/2015 08:04:31
※ 編輯: ckchi (163.32.66.190), 04/23/2015 08:43:56

推 jasonnn     : 我必須說 原PO問的問題並不容易 即便是大四氣候學
→ jasonnn     : 或大氣輻射學的課程也不會講這麼細的溫度變化
→ jasonnn     : 但是在哪邊吸收短波的不是O2 N2 而是氧原子
謝謝，如果吸收短波輻射的是 O，
那也許可以從 O 的含量變化思考，我會再找找看相關資料。

另外，因為這個問題我對各層的溫度重新思考，
結果我對平流層的增溫也產生了一點疑惑。

在平流層中， O2 會被紫外線分解成兩個 O，O 再和 O2 結合成 O3；
O3 吸收紫外線後再變成 O2 和 0。
不斷重複上面的過程將紫外線的能量使周圍空氣增溫。

其中 O3 濃度最高的臭氧層(約20~30km)與溫度最高的平流層頂(約50km)並不相同，
主要原因是紫外線來自太陽，在平流層頂的紫外線強度較高，
到了臭氧層剩下的紫外線強度較低。

這部分我的問題是：

既然紫外線來自太陽，越高層的 O2 越容易被分解成 O，
就會有越多的 O 可以和 O2 結合成 O3，
同時越高的地方也有更多的紫外線可以被 O3 吸收，
那麼為什麼平流層頂是在 50km 的高度，而不是在更高地方呢？

※ 編輯: ckchi (163.32.66.190), 04/23/2015 11:12:00
推 liuoldtwo   : 上網搜尋平均自由徑
推 liuoldtwo   : 你就可以知道氧原子跟氧分子的碰撞機率
推 liuoldtwo   : 去得到反應速率，得到不同高度的能量吸收
→ liuoldtwo   : 主要還是粒子密度決定的碰撞機率跟UV吸收量