平流层的形成主要源于臭氧对太阳紫外线的选择性吸收和大气成分的垂直分布差异。这一特殊结构使得平流层呈现出温度随高度上升而增加的反常现象，并形成了以水平运动为主的稳定气流特征。

从大气物理学的角度来看，平流层的形成机制可归结为三个关键因素。臭氧的光化学反应是核心驱动力。平流层中约90%的臭氧集中在20-30公里高度，这些臭氧分子通过吸收波长为200-315纳米的紫外线辐射发生分解，当氧原子重新结合为臭氧时会释放大量热能。这种光热转换过程使得平流层上部温度可达270K左右，形成上热下冷的逆温结构。大气成分的垂直分异造就了稳定层结。平流层水汽含量不足对流层的千分之一，尘埃颗粒也极为稀少，缺乏形成对流所需的凝结核和潜热释放条件。第三，地球自转产生的科里奥利力促使大气运动以水平方向为主，在南北半球分别形成稳定的极涡环流和赤道准双年振荡现象。观测数据显示，中纬度地区平流层底部约10公里处的典型风速为20-40米/秒，而垂直风速通常不足0.01米/秒，这种运动特征使得航空器在此层飞行时能获得最佳巡航效率。从气候效应来看，平流层如同地球的"天然空调系统"，其臭氧层可吸收99%的有害紫外线，同时通过温度梯度的调节影响全球大气环流模式。卫星监测表明，平流层温度变化与地表气候存在显著相关性，例如北极平流层突然增温事件往往导致北半球中纬度地区出现持续寒潮。最新的气候模型还揭示，平流层对温室气体增加的响应具有延迟效应，其温度下降趋势比对流层滞后约15年，这种时滞特性使其成为研究长期气候变化的重要指标层。