地球の大気に層があり、そのうちの一つに「成層圏」という層があることをご存知の方は多いと思います。成層とは、物質が層を成し、混ざり合わず、層状に分かれている状態を言います。鉛直方向の大気の対流が起こらない温度構造であり、上下の空気の混合がないと考えられたことからこの名がつきました。
さて、6月8日はこの成層圏が発見された日とされています。発見者は、フランスの気象学者であるレオン・ティスラン・ド・ボール（Leon Philippe Teisserenc de Bort、1855〜1913）です。同時期に、ドイツの気象学者リヒャルト・アスマンも高層大気を研究しており、両者を発見者とする場合もあるようです。
成層圏に対して、地表近くの大気の層を「対流圏」と言い、成層圏と対流圏の境界を対流圏界面と言います。じつは、この対流圏界面、つまりここから上空が成層圏であることが一目でわかる目安があります。
今回は、この成層圏と、大気の層がどういうものか、気象にどう影響しているのかを見ていきたいと思います。
※本記事は、『図解・天気予報入門』、および『図解・気象学入門 改訂版』を再編集・再構成の上、お送りいたします。
地球の大気は層をなしている
山に登ると気圧が低くなり耳鳴りがするような経験から、気圧は地上に近いほど高く、上空では低くなっていることは誰もが知っていることでしょう。気圧および密度は、図「大気の鉛直方向の気圧分布」のグラフに示すように、高度とともに指数関数的に減少していきます。
大気の鉛直方向の気圧分布（『理科年表』の数値から作図）
大気の厚さは500kmくらいですが、地上から高度10kmくらいまでの範囲だけを見ると、1kmごとに80hPaくらいの割合で下がり、高度10kmでは地上での気圧の5分の1ほどになります。高層気象観測の気球は、周囲の気圧の減少とともにふくらむため、余裕をもった大きさのゴム膜でできており、100分の1気圧にもなる高度約30kmに到達したあたりで膨張に耐えきれなくなり、破裂して落下します。
次に、地上から高層にいたる大気の温度分布についても考えましょう。気温は上空ほど冷たいことは、以前から登山などで知られていましたが、それがどこまでも続くのかは観測手段がなかったことから、長い間よくわかりませんでした。
この疑問は、成層圏の発見とともに答えが出されました。
成層圏の発見
成層圏の発見は、フランスの気象学者レオン・ティスラン・ド・ボールによります。彼は、1896年にパリ郊外の小村に私費を投じて高層象観測所を設け、気象観測気球を用いた高空の温度の観測を始めました。
そして1902年、気温は地上約11kmまでは一様に減少するが、その高度を超えると温度が一定になることに気づいたのです。大気は2層に分かれており、下層を対流圏（troposphere）、上層を成層圏（stratosphere）と名付けました。“troposphere” は変化する（tropo-) 圏（sphere）を意味し、“stratosphere” は層を成なす（strato-）圏（sphere）を意味しています。
