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來源：互聯網

中間層（Mesosphere）又稱中層、高空對流層或上對流層，是地球大氣層的中間部分，指自平流層頂約50千米到85千米左右的大氣層。

中間層的大氣組成與對流層、平流層基本一致，主要為氧氣（21%）、氮氣（78%）和其他氣體（1%），一般不含臭氧。在中間層里，溫度的變化主要受氧分子和二氧化碳的影響，氧分子能吸收太陽紫外線從而加熱大氣，二氧化碳則能放射出紅外線從而冷卻大氣，二者的平衡決定了中間層的溫度。中間層的溫度隨著高度下降而升高。中間層頂高度變化范圍較大。據觀測，夏季時約為85千米左右；而冬季平均位于95千米左右。雖然中間層也存在氣溫上冷下熱的分布情況，但由于平均氣溫遞減率較小，故氣流運動相對的都較穩定，氣壓約為地表氣壓的1/1000。中間層的大氣環流特征主要為很強的西風和東風氣流、大氣潮汐以及從對流層和平流層垂直上傳的重力波、行星波等大氣波動。

中間層水汽極少，但在地球高緯度地區夏季日出前或黃昏后，在約75~90km高空會出現薄的帶銀白色光亮的夜光云現象。中間層的氣體足夠濃密，可以減緩流星沖入大氣層的速度，因此，每天均有數以百萬計的流星進入地球大氣層后在中間層里被燃燒。中間層的人類活動很少，典型代表有超高空長航時飛行和激光引導星等。

命名

中間層得名于其在地球大氣層中的位置，因為它在大氣層中的位置，處于平流層之上、熱層之下，故稱為“中間層”或“中層大氣”。中間層英語“mesosphere”中的“meso”意思就是“middle（中間）”。中間層因為主要特點是氣溫隨高度下降，有利于對流和湍流混合的發展，故中間層又稱為“高空對流層”或“上對流層”。

定義及范圍

中間層是地球大氣層的中間部分，位于平流層之上，即地球大氣層的第三層。中間層底部與平流層兩個區域之間的邊界通常稱為平流層頂。中間層向上延伸至下一個溫度最低點，即熱層；中間層與熱層兩個區域之間的邊界稱為中間層頂。

中國科學技術名詞審定委員會——中間層屬于高空大氣層，位于平流層頂以上，距地面50km到85km的大氣空間。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）——中間層是從地球表面上方50千米延伸到85千米的氣層。組成這一層的氣體隨著下降繼續變得稠密，溫度會隨著下降而上升。

中間層對應隨高度變化的溫度廓線呈現極小值的位置。中間層頂高度變化范圍較大。觀測研究結果顯示，夏季半球極區中間層頂位于85千米高度，這種情形可以延伸到熱帶緯度；而冬季半球中間層頂平均位于95千米高度，這種位置較高的中間層頂可以跨越赤道擴展到夏季半球熱帶緯度。

主要物質組成

中間層的大氣組成與對流層、平流層基本一致，主要為氧氣（21%）、氮氣（78%）和其他氣體（1%）。主要區別在于，中間層的空氣密度小得多，水蒸氣很少且中間層一般不含臭氧氣體。

氮氣

氮氣（N2），是一種惰性氣體，在常溫、常壓下為無色、無臭、無味的氣體，其不可燃、不助燃，廣泛存在于自然界中。絕大部分以氮氣分子的形式存在于大氣中，還有以化合物的形式存在于礦物和生物體中。氮在常溫、常壓下很穩定，幾乎不與任何物質直接發生反應（除鋰等外），但在特定條件下能與許多物質發生反應。

經科學家研究表明，地球大部分氮或源于內太陽系。實際地球大氣中氮的濃度遠大于計算的地球大氣的氮的濃度。氮氣的化學性質穩定，火山噴發到大氣中的氮能夠保留和積累下來，同時，大氣的高濃度氮也與生命活動，即地球生物圈的作用有關。氮在中間層參與臭氧的消耗，奇數氮和奇數氫物質可催化分解臭氧。

氧氣

氧氣（O2）由氧分子組成，每個分子由兩個氧原子組成，而這兩個氧原子借助于化學鍵結合在一起。氧在常溫、常壓下為無色、無臭、無味的氣體，它的密度稍大于空氣，在標準狀態下，1L氧氣的質量是1.43g。

地球上的氧氣主要是植物的光合作用產生的，正是生物圈的作用導致了地球天氣的進一步演化。30億年前，地球處于一個無氧環境中，或者只有由水汽光解作用產生的極少量氧氣。光合作用放出的氧，大約10%儲存在大氣中。氧氣是人類和動植物維持生命的極為重要的氣體。氧氣在中間層可參與化學反應，如甲烷進入高層大氣后，經歷復雜的光分解并最終能和氧原子結合成為水汽，使得高空水汽增多。這些額外產生的水汽會成為夜光云中冰晶的來源。同時，氧分子還能在中間層吸收太陽紫外線從而加熱大氣調節溫度。

二氧化碳

二氧化碳為無色、無臭的氣體，有微酸味，約比空氣重1.5倍。在通常情況下，二氧化碳穩定，不活潑，無毒性，可溶于水，水溶液呈酸性。二氧化碳在地球環境中起重要作用。它是大氣的一部分，參與動物的呼吸循環和植物的光合作用。動物吸入氧氣，排出二氧化碳；植物利用二氧化碳和水在光和葉綠素作用下合成淀粉等有機物。

估計在45億年前或晚些時候，地球上是沒有大氣的。地球逐漸冷卻以后，由于造山運動、火山噴發和從地幔中釋放出地殼內原來吸附的氣體，形成了次生大氣，其主要成分含有二氧化碳。二氧化碳能在中間層放射出紅外線冷卻大氣調節溫度。

其他

由于大多數的流星燒蝕都發生在中間層，這導致來自流星的相關物質在中間層中也會停留很長時間。正因為如此，中間層與其他大氣層相比，其中的鈉、鐵和其他金屬原子/離子的濃度相對較高。在中間層頂的下面，由于受到大氣中湍流的影響，不同粒子組成的氣體被充分的混雜在一起。

主要特征

溫度

中間層底部靠近平流層高濃度的臭氧氣體會使中間層底部大氣溫度高，而缺少臭氧的中間層頂層（氣壓約為0.1百帕），溫度下降到-100~-80℃，是地球大氣中最冷的部分。中間層底部的空氣通過熱傳導接受平流層傳遞的熱量，因而溫度最高。隨著高度下降，構成這一層的氣體密度不斷增大。因此，溫度隨著高度下降而升高，在該層底部附近上升至約-15°C。

中間層內臭氧已很稀少，太陽輻射中能被氮、氧分子吸收的波長極短的紫外輻射（0.18微米）也已被其上面的熱層大氣吸收了，而且還存在二氧化碳在15微米的紅外輻射散熱，所以這一層大氣的溫度隨高度很快降低，平均氣溫遞減率約為3℃/千米。中間層頂的溫度隨緯度和季節變化，低緯地區溫度年變化的幅度很小，高緯地區年變化可達40℃。

氣壓

由于中間層相對的都較穩定，很少發生高低氣壓的現象。在中間層每立方厘米的分子數降低到1000個，壓強僅為地表大氣壓的1/1000，即從50公里的1毫巴左右減為頂層的0.01毫巴。

大氣環流

中間層大氣的大氣環流特征主要為很強的西風和東風氣流、大氣潮汐以及從對流層和平流層垂直上傳的重力波、行星波等大氣波動。在北半球，中間層內冬季盛行西風，風速隨高度減小；夏季則盛行東風，風速隨高度先減小，后迅速增加。大氣環流的主要表現形式包括全球行星風系、三圈環流、定常分布的平均槽脊和高空急流、西風帶中的大型擾動、季風環流。其構成全球大氣運行的基本形勢，是全球氣候特征和大范圍形勢的主導因素與各種尺度天氣系統活動的背景條件。

中間層溫度分布下高上低的特點，使得該層空氣再次出現強熱的垂直對流運動。由于對中間層大氣的有效觀測資料有限，對中間層大氣的大氣運動仍有待進一步揭示。

常見現象

夜光云

中間層內水汽雖然極少，但在南、北半球高緯地區夏季的日出前或黃昏后，在75~90千米高空有時會出現薄而帶銀白色光亮的波紋狀云，這是地球大氣中最高的云。夏季有大量的水汽上升進入高空，夏季又是地球高層大氣最寒冷的時候，水汽與這里的隕星碎屑構成的“云核”相結合，形成有眾多細小冰晶的云。這些云很高，云質點又太小，所以極為罕見。只有在日出前或日落后，太陽在地平線以下6°~15°，低層大氣已見不到陽光，而中間層還被太陽照射時，因冰晶反射陽光發亮而被觀測到，故稱“夜光云”。

夜光云的現象有擴展的趨勢，不但在兩極地區，在緯度比較低一點的地方也可以見到。一些研究者認為，這是全球氣候變化的一項表現，值得關注。這是因為，19世紀以來地球大氣中溫室氣體甲烷的含量顯著上升。甲烷進入高層大氣后，經歷復雜的光分解并最終能和氧原子結合成為水汽，使得高空水汽增多。這些額外產生的水汽會成為夜光云中冰晶的來源。對夜光云的研究，有助于揭示中間層頂的大氣結構、大氣波動和化學過程等的規律。

流星

每天均有數以百萬計的流星進入地球大氣層后在中間層里被燃燒。流星可以輕松穿過外層大氣層和熱層，因為這些大氣層沒有太多空氣，但當它們撞擊到中間層時，中間層的氣體足夠濃密，可以減緩流星沖入大氣層的速度，流星體進入中間層后，會與中間層的氣態粒子相撞，導致鐵或其他金屬原子的高度集中。這種相撞大多會產生足夠熱力，使這些下墜物在到達地表前燃盡。

極光和氣輝

大氣中的一些成分在太陽電磁輻射和來自外空的帶電粒子的作用下發生分解、電離、復合及其他一些光化反應，發生各種發光現象，從地面上能觀測到的氣輝和極光即來自中間層。氣輝是地球高層大氣中由光化過程造成的彌漫性微弱發光現象。極光是由于太陽活動爆發出的高能帶電粒子受地球極地磁場影響偏向兩極，并經大氣中的分子、原子激發而形成的彩色發光現象。有帶狀、扇狀等多種形態，顏色也不盡相同，綠、白、黃、藍居多。

人類活動

從航空航天工程對資源利用的角度來講，大氣層從低到高可分為航空層（20km以下）、臨近空間層（20~100km）和空間層（100km以上）。其中臨近空間是高于一般飛機的飛行高度，又低于衛星的運行軌道，是人類尚未很好開發利用的空間。臨近空間縱跨平流層、中間層和部分熱層，空氣比較穩定，大氣以水平運動為主，平均速度10 m/s，層內干燥，水汽、雜質較少，濕度接近于零，溫度幾乎不變，適合超高空長航時飛行平臺（如超高空氣球、飛艇）等以及采用吸氣式動力的飛行器平穩飛行。但紫外線的影響以及較低的空氣密度和高度電離的空氣也給飛行器帶來了新的挑戰。隨著科學技術水平的不斷發展，臨近空間平穩規律的風場、高的太陽能利用效率、新的通信資源等均為臨近空間飛行器的發展創造了有利條件。

激光引導星是在地面發射的一束激光的激發下，大氣中間層的鈉原子所形成的狹小光斑。1982年，美國星球大戰項目發明了鈉激光星，鈉激光星的波長是589.2nm。在激光的激發下，大氣層中間層的鈉原子再次激發產生了鈉光，形成一個人造激光星。鈉激光星亮度低，不如瑞麗星亮，但是它的高度很高。

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