対流圏：地球大気の最下層における構造と特性

対流圏（たいりゅうけん、英: troposphere）は、地球の大気を鉛直方向に区分した際、最も地表に近い層を指します。地表から対流圏界面までの領域であり、地球上の気象現象のほとんどがこの層で発生します。「tropos」という名称は、ギリシャ語で「混ざること」や「混合」を意味し、その名の通り大気の上下攪拌が活発に行われていることが特徴です。

気温の鉛直分布

対流圏の顕著な特徴は、高度が上昇するにつれて気温が低下する「気温減率」です。平均的な気温減率は、高度100メートルにつき約0.65℃とされています。地表付近で暖められた空気塊が上昇すると、周囲の気圧低下に伴い断熱膨張を起こし、気温が低下します。この過程で大気中の水蒸気が飽和・凝結して雲が形成される際、潜熱が放出され、大気の運動にエネルギーを供給します。

大気の層構造

対流圏は、地表との摩擦の影響度合いによって大きく二つに分類されます。

大気境界層

地表に近い層であり、摩擦の影響を強く受けます。さらに以下の二つに細分化されます。

• 接地境界層：地表から高度約100メートルまでの層。地面との摩擦により乱流が活発で、運動が不規則です。
• エクマン境界層：接地境界層の上部から高度約1キロメートルまでの層。気圧傾度力、コリオリの力、摩擦力の三つの力が釣り合って運動しています。

自由大気

大気境界層の上部から対流圏界面までの領域です。地表との摩擦の影響をほとんど受けず、大規模な気流が支配的です。上層部ではジェット気流が流れ、水平方向の運動が特に活発です。

対流圏界面

対流圏とその上層である成層圏との境界を対流圏界面と呼びます。この界面の高さは緯度や季節によって変動し、赤道付近では約17キロメートル、極付近では約9キロメートル、中緯度では約11キロメートルに達します。一般に気温が高いほど大気が膨張するため、夏や日中の方が界面の高度は高くなる傾向があります。