Stratosferze jest druga warstwa atmosfery ziemskiej , pomiędzy troposferze (poniżej) i mezosferze (powyżej).
Stratosfera znajduje się między sześcioma a szesnastoma kilometrami wysokości w przypadku jej dolnej granicy ( tropopauza ) i pięćdziesięciu kilometrów wysokości w przypadku jej górnej granicy ( stratopauza ) w stosunku do powierzchni Ziemi i zgodnie z jej szerokością geograficzną na kuli ziemskiej (między dwunastą a pięćdziesiątką średnio kilometrów wysokości).
Temperatura w stratosferze naturalnie zmienia się w zależności od wysokości (i zgodnie z cyklem sezonowym i dniem / nocą), ponieważ ta jest ogrzewana przez pochłanianie promieni ultrafioletowych pochodzących ze Słońca :
W tej kolumnie d powietrze, temperatura wzrasta gdy wznosi się wysokość (patrz artykuł o warstwie inwersji ). W najwyższym punkcie stratosfery temperatura wynosi około 270 K ( -3 ° C ), co jest zbliżone do punktu zamarzania wody. Ta część warstwy nazywana jest stratopauzą , w której temperatura zaczyna ponownie spadać wraz ze wzrostem.
To pionowe rozwarstwienie oznacza, że stratosfera jest dynamicznie stabilna: poza lokalną penetracją atmosfery przez spadający meteor lub przelot rakiety, nie ma regularnej konwekcji ani turbulencji związanych z tą częścią atmosfery morza. ”.
Niższa stratosfera charakteryzuje się względną równowagą między ciepłem przenoszonym z warstwy ozonowej przez przewodzenie i ciepłem przenoszonym z troposfery (przez konwekcję ).
Oznacza to, że stratosfera zaczyna się na niższej wysokości w pobliżu biegunów , ponieważ temperatura jest tam zawsze niższa. Dostęp balonów pogodowych do stratosfery jest zatem łatwiejszy, bezpieczniejszy i szybszy na biegunach, ale ma on specyficzne cechy w tych regionach.
Jedna z obserwacji, oparta na pomiarach w podczerwieni wykonanych przez niektóre satelity, jest taka, że stratosfera ma tendencję do ochładzania się przez kilka dziesięcioleci.
Zjawisko to ma dwa znane wyjaśnienia:
Czasami źródła wulkaniczne (bardzo wysokie smugi bogate w cząstki), takie jak Pinatubo, mogą również zakłócać temperaturę stratosfery i jedenastoletnie cykle słoneczne (które we wszystkich przypadkach mają większy wpływ na strefę równikową). Udział tych zjawisk w stratosferze zmiany temperatury staje się lepszy i bardziej bezpośrednio obserwowane i lepiej zrozumiałe na podstawie pomiarów satelity mają coraz większe znaczenie, ponieważ koniec XX p wieku badać stratosferze, pokazujący ogólną skłonność do chłodzenia górnej warstwy podczas gdy dolne warstwy rozgrzewały się
Stratosfera to region, w którym zachodzą intensywne procesy radiacyjne, dynamiczne i chemiczne. Poziome mieszanie składników gazowych zachodzi tam znacznie szybciej niż w pionowej osi atmosfery. Cząsteczki są szybko przenoszone w płaszczyźnie poziomej przez wiatry zwane strumieniami strumieniowymi . Jednak stratosfera charakteryzuje się bardzo odmiennym systemem wiatrowym niż troposfera. Ponadto zimą na półkuli północnej, w strefie borealnej, czasami dochodzi do nagłego ocieplenia stratosfery, spowodowanego absorpcją fal Rossby'ego w stratosferze.
Regularne oscylacje: quasi-dwuletnie oscylacje (OQB) odkryli geofizycy w 1961 r. (Na podstawie obserwacji wykonanych od 1953 r. Przez stratosferyczne balony pogodowe). Te regularne okresowe oscylacje dotyczą tylko tropikalnych szerokości geograficznych. Opisują go wiatry wschodnie, które zastępują wiatry zachodnie i odwrotnie, z dużą regularnością. Uważa się, że jest indukowany konwekcyjnymi falami grawitacyjnymi wytwarzanymi w troposferze. Jest to jedna z głównych cech cyrkulacji mas powietrza i pary wodnej w stratosferze. Jest źródłem wtórnej cyrkulacji, która determinuje globalny transport ozonu w stratosferze (którego tempo na równiku zmienia się o około 10% między szczytami dwóch faz wschód-zachód) i pary wodnej . OQB przyczynia się do mieszania górnych warstw stratosfery, a także wpływa na tempo zubożenia warstwy ozonowej nad regionami polarnymi.
Cykl trwa około dwudziestu ośmiu miesięcy (w dwóch półcyklach po czternastu miesięcy) i zaczyna się od silnych i regularnych zachodnich wiatrów, które otaczają równik, ale po nieco ponad roku (około czternastu miesiącach) zachodnie wiatry słabną i niepokoją niższa wysokość. Są one następnie zastępowane przez wiatry wschodnie, które schodzą z górnych warstw stratosfery, zyskując większą siłę, a 14 miesięcy później te wschodnie wiatry z kolei słabną (i jest to początek nowego cyklu) ponownie zastępowane przez coraz silniejsze zachodnie wiatry. wiatry itp.
Anomalia 2015-2016: ten bardzo regularny cykl był obserwowany przez sześćdziesiąt lat bez zmian. Ale pod koniec 2015 roku NASA po raz pierwszy zaobserwowała anomalię trwającą około sześciu miesięcy i na dużą skalę (cała strefa tropikalna półkuli północnej): pod koniec półcyklu wiatry zachodnie zamiast osłabić gdy schodzili, aby zrobić miejsce dla nowej korony wschodnich wiatrów, wznosili się wysoko, uniemożliwiając tworzenie się wschodnich wiatrów, jak zwykle, a nigdy wcześniej nie widziane wschodnie wiatry pojawiły się niżej (strefa 40 hPa ) w stratosferze. Ta anomalia trwała około 6 miesięcy . Wlipiec 2016wydawało się, że sytuacja wróciła do normy. NASA bada tę anomalię, aby znaleźć przyczyny (El Niño, który był szczególnie silny w 2016 r. I / lub może mieć wpływ na zmianę klimatu, ale to musi zostać potwierdzone).
Główną przyczyną zubożenia warstwy ozonowej jest obecność chlorofluorowęglowodorów (znanych również pod akronimem CFC —CCl 2 F 2, CCl 3 F.) w stratosferze Ziemi. Chlorofluorowęglowodory składają się z chloru, fluoru i węgla. Ponieważ CFC są stabilne, ekonomiczne, nietoksyczne, niepalne i niekorozyjne, są stosowane jako propelenty, czynniki chłodnicze, rozpuszczalniki itp. Jednak to właśnie ta stabilność powoduje wszechobecność CFC w środowisku. Cząsteczki te ostatecznie docierają do stratosfery, gdzie przechodzą szereg reakcji łańcuchowych, które ostatecznie prowadzą do zniszczenia warstwy ozonowej .
W 1980 r. Rząd USA zakazał stosowania CFC w aerozolu . Globalne wysiłki na rzecz ograniczenia stosowania CFC rozpoczęto w 1987 r. , A międzynarodowy zakaz nastąpił w 1996 r., Aby zapobiec skutkom przemysłowej produkcji CFC. Wysiłki te przyniosły dramatyczne rozczarowanie ze względu na czarne rynki w Chinach i Rosji, gdzie wartość nielegalnie wyprodukowanych CFC wzrosła do 500 mln USD . Ilości CFC w stratosferze rosły do początku 2000 r. I szacuje się, że osiągną akceptowalny poziom do połowy obecnego stulecia.
Samoloty komercyjne zwykle latają na wysokościach bliskich dziesięciu kilometrów w umiarkowanych szerokościach geograficznych, na równi ze stratosferą. Pozwala to uniknąć zawirowań konwekcji występujących w troposferze . „ Turbulencja ” napotykana podczas lotu jest często powodowana przez termiczne prądy wstępne poniżej lub wewnątrz chmur konwekcyjnych ; należy jednak zauważyć, że największe chmury cumulonimbus mogą dotrzeć do niższych części stratosfery. Często wspominamy również o obecności wyraźnych turbulencji powietrza na dużych wysokościach lub nawet w stratosferze. Te „turbulencje” mogą odpowiadać falom orograficznym generowanym w dole rzeki z gór przez silne wiatry; mogą rozprzestrzenić się w stratosferze poza tropopauzą . W ten sposób szybowce były w stanie dotrzeć do stratosfery przy użyciu fal .
W latach 1958-1960, ze względu na rosnącą wysokość samolotów myśliwskich, Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych prowadziły projekt Excelsior w celu eksperymentowania ze skokami na dużej wysokości, w szczególności ze spadochronem wielostopniowym Beaupre. Z tej okazji pilot USAF Joseph Kittinger wystrzelił w swobodny spadek z gondoli znajdującej się w środku stratosfery,16 sierpnia 1960. Wstąpił do wysokości 31,333 metrów , łamiąc rekord 30,942 metrów ustalonych przez Davida Simona w projekcie Man-Wysokiego w 1957 Cały spadek trwał 13 min 45 s . Podczas zejścia Kittinger osiągnął prędkość maksymalną 988 km / h . To skrzyżowane warstwy powietrza (około 10 km wysokości), temperatura osiągnęła -70 ° C .
Plik 14 października 2012misja Red Bull Stratos pozwoliła Félixowi Baumgartnerowi na swobodny skok z gondoli umieszczonej na wysokości 39 km w środku stratosfery. Ten skok uczynił go pierwszym człowiekiem, który przekroczył barierę dźwięku bez pomocy mechanicznej. Austriak 43 jesienią, który trwał 4 min i 19 s , osiągnął maksymalną prędkość 1342 km / h .
Rekord Baumgartnera został pobity przez Alana Eustace'a, który osiągnął24 października 2014skok z wysokości 135 908 stóp lub 41 425 km . Osiągnął prędkość swobodnego spadania 822 mil na godzinę lub 1322 km / h, przekraczając również prędkość dźwięku w powietrzu.