温度和大气运动特征

中间层的气温随高度的上升而下降，升至80 km左右时气温降至160—190 K，在中间层顶部的气温可以低至173 K（−100°C即−146°F）[3]，当中又会因纬度及季节变化而有所不同。在中间层底部，高浓度的臭氧会吸收紫外线使平均气温徘徊在−2.5°C左右，甚至会高达0°C左右。但随着高度增加臭氧浓度会随之减少，所以在中间层顶的平均气温又会降至−92.5°C的低温，这也是大气垂直结构内最低温的部分。

由于气温随高度的上升而下降，中间层会发生较为强烈的垂直方向上的大气运动。但由于中间层的平均气温递减率比对流层的小，虽有少部分的对流活动发生，但相对地都较稳定，甚少发生高气压、低气压的现象。亦因为中间层的大气密度非常之低，所以这层的热力构造主要由氧分子把太阳的紫外线吸收进而把大气加热，与及二氧化碳放射出红外线而冷却两者的平衡去决定。

在中间层比较有趣的是，夏季会比冬季处于一个气温更低的状态。这是因为冬季时，大气重力波破碎在这一层输送向西的动量，如同施加向西的拖曳力。为了平衡这一拖曳力，大气必须朝极地经向运动获得朝东的科氏力。这一由夏极地到冬极地的经向运动造成了夏极地的大气上升，绝热膨胀冷却；冬极地的大气则下沉，绝热压缩加热。这一环流对温度的影响超过了太阳辐射加热，因此中间层顶的温度反而是阳光直射的夏极地最冷，无阳光的冬极地最热。因此，夏季中间层顶的气温可以低至−100°C以下。如此低温之下，像夜光云般的特殊薄云也有可能被观测到。而在中间层顶以上的大气所蕴含的原子・分子因受到太阳的紫外线影响而进行电离，增加了自由电子。这样地大气进行电离的一层称作电离层，而当中最底的一层D层就位于中间层顶附近，即离地面50至90公里的高空，所以中间层顶部的电子密度处于一个比较多的状态。

正如前述一样，中间层不会发生高・低气压。但因为中间层的大气密度非常之小，故像行星波之类的长周期波动，会以一个大的震幅从底层传递上来。根据这样的波动现象，在震幅极端大的地方会形成力学上不稳定的部分。再者，这种波动现象亦同样对其附近的大气循环造成较大影响。

物理化学现象

中间层连同平流层被视为地球大气层的“中层大气”。所以位处于离地80公里上空的中间层顶刚好与地球大气层中最外的第二层－热成层作分隔。这个高度亦同样是湍流顶层的所在，在此之下各种化学物质都会因湍流旋转之下而混和。超越这个高度后，各种化学物质的标高会有所不同。

每天均有数以百万计的流星进入地球大气层后在中间层里被燃烧。流星体进入中间层后，会与中间层的气态粒子相撞，引致铁或其他金属原子的高度集中。这种相撞大多会产生足够热力使这些下坠物会在它们到达地表前被燃尽。

夜光云也出现于中间层。

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