地球大気における対流圏界面の構造と定義

対流圏界面（たいりゅうけんかいめん、英: tropopause）は、地球の大気圏内における対流圏と成層圏の境界領域である。大気の垂直方向の構造や気象現象のメカニズムを理解する上で重要な境界として位置づけられている。

大気構造における位置づけ

対流圏は地球の大気層の最下層であり、さまざまな気象現象が起こる領域である。地表から始まり、その高さの範囲は平均して高緯度地域（両極付近）で約6km、赤道付近で約17kmほどとなる。一方、成層圏は赤道上空のおよそ17kmから始まり、上空約50kmまで広がる層であり、オゾン層が存在していることでも知られている。

対流圏界面の高度は均一ではなく、赤道上空で最も高く、極域の上空で最も低くなる特徴がある。この高さの違いに伴い、大気圏で最も気温が低くなる極小点は赤道上空の高度約17km付近に位置している。対流圏界面には、大きく分けて赤道対流圏界面と極対流圏界面の2つのタイプが存在する。

定義と判定方法

対流圏界面の位置は、対流圏から成層圏にかけての気温減率を測定することによって特定される。一般に、対流圏内では高度が上がるにつれて気温が低下する（平均的な気温減率は1kmあたり約6.5℃）。しかし、成層圏に達すると高度とともに気温が上昇に転じる。

このため、気温減率がプラス（対流圏）からマイナス（成層圏）へ転じる、すなわち高度上昇に伴う気温の低下が止まり上昇し始める領域が対流圏界面として識別される。世界気象機関（WMO）および気象庁では、こうした温度変化の特性に基づいた厳密な定義を採用している。

また、温度に基づく定義のほか、鉛直温度勾配の代わりに渦位（Potential Vorticity）を用いた力学的な定義が用いられることもある。一般的な閾値としては、北半球では2PVU（または1.5PVU）、南半球では-2PVUの面を対流圏界面の目安とする手法がある。

境界の性質

対流圏界面は物理的に完全に固定された「堅い」境界ではない。例えば、熱帯域などで発達した強力な積乱雲は、対流圏界面を突破して成層圏の下部領域にまで達することがある。このような現象に伴って生じる大気の垂直方向の変動は、周辺の気流に影響を与える要因となる。