海拔越高为啥反而温度越低,不是离太阳更近了吗?
珠穆朗玛峰是世界之巅,也是很多探险者和游客梦寐以求抵达的圣地,因为攀上峰顶就可以俯瞰大地壮丽河山的地方。珠穆朗玛峰海拔8844.48千米。
在地理常识中我们都知道珠峰上面空气稀薄、风大,而且顶部的温度也非常低。那么问题就来了。为什么海拔越高所拥有的气温就越低呢?按理说海拔越高距离太远不就越近吗?
我们观测到地球是太阳系的八大行星中离太阳第三近的行星,而且地球是处于太阳系内一个合适的位置,所以不至于像金星一样,与太阳距离过近而成为“一片火海”。
也不至于火星一样,与太阳的距离相对较远,拥有较大的昼夜温差,表面也缺乏大气层的保护,至今只有一片死寂。
离太阳越近温度越高吗?
地球由于受到自转和公转的影响,在一年之中总会有一天会离太阳非常近,但相对于日地距离来说,地球的大小可以忽略,因此地球上的高度变化并不会引起多大的温度变化。
我们都知道地球是呈一个椭圆形的轨道而围绕着太阳旋转的,在我们地球离太阳最近的时候也就是近日点,距离太阳也是有一亿四千四百多万公里的距离的。
但是到了夏季,这个数字会再加上五百万,于是就有了夏季,太阳有大小的一个说法了。但其实我们地球上的温度与日地距离是没有太大的关系,主要是和太阳与地球之间的所形成的角度存在着很大的关系。
由于太阳并不是直接通过介质来将自己的热量传播到地球的,所以,地球距离太阳的远近,并不会直接影响地球上的温度。
那到底是什么在影响地球的冷热呢?
其实地球上的一天之中冷暖变化,一般与日地距离的远近无关,只与太阳光线与地平面的夹角有关。
举个例子给大家讲解一下吧,或许大家都会疑惑为什么一天之中正午12点的时候温度是最高的,其实是因为这个时候太阳高度角是最大的,而等量太阳的辐射经过的大气路程最短和散布的面积也最小,那么到达地面的太阳辐射自然也就是最多的。
而地球上的四季变替是由于地球绕太阳公转,众所周知,地球是自西向东自转,同时还绕太阳公转,再加上地球公转的轨道又是一个椭圆的形状,因此太阳始终位于一个焦点上,再加上地球始终是斜着绕太阳公转,导致太阳直射点在地球表面发生变化。
而地轴又是地球自转的假想轴,它是透过地心连接南北两极,那么地球每天围绕地轴转一圈,也就形成了昼夜交替。
为什么海拔越高温度越低呢?
其实温度随着海拔的升高而降低,这只适用于对流层,在平流层的大气温度却是会随着海拔的升高而逐渐升高。
在地球上,海拔越高的地方温度就会越低,虽然海拔高离太阳近,但是我们感受的温度并不是直接来源于太阳是,而是来源于大地上的空气,也就是大气温度。
而大气温度是主要来自于地面辐射的,因此空气是自上而下逐渐变暖的,那么肯定就是离地面越近的地方,温度会越高啦!就比如山下总会比山顶热,而海拔越高的地方,海拔高云层少,所以空气越稀薄,那么受到地面的辐射就越少,因而温度就越低。
在晚上对逆辐射的作用也比较弱,大气的保温作用也差,温度自然就要比海拔低的地方低的多,这就是为什么海拔越高温度越低的原因。如果是1万米的高空,那么理论上来说就会下降60℃。
为什么对流层海拔越高,温度越低,而平流层海拔越高温度也就越高?
对流层是地球大气层中靠近地面的一层,同时还是地球大气层里中密度最高的一层,可以说它蕴含了整个大气层约75%的质量,以及几乎所有的水蒸气及气溶胶。
由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射,所以说离地面越高,受热越少,气温也就越低,当然在一定的条件下,对流层中也会出现气温随高度增加而上升的情况。
平流层又被称为同温层,是在地球大气层中上热下冷的一层,其中高温层和低温层分别在顶部和低部,所以说它与对流层上冷下热刚好相反。
由于离地面比较远,因此地面辐射对它的影响可以基本忽略,它的热量主要是来自臭氧吸收的太阳紫外辐射,所以下冷上热,大气以水平流动为主。
2024-04-15 广告
这个问题可能是我们小时候都会考虑的一个问题,因为我们很早就听说过“高处不胜寒”,而且也亲眼或者在照片上看到过山顶上常年积雪的景象。但是那时并没有人为我们解释这个现象为何会这样,因为我们觉得太阳为地球提供了光和热,那么根据我们以往生活中的经验,我们肯定会认为只要离热源更近,温度肯定会越高,这一点确实没有问题,但是为何离太阳更近的山顶却比地面温度更低呢?
太阳能发出耀阳的光芒和巨大的热量,这一点在我们人类历史上早已经被人们认识到了,而且也显而易见。因为我们地球上的生物生存都要依赖太阳所提供的能量,但是关于它如何能在非常长的时间尺度上为地球提供稳定的能量,我们人类也是在大约100年前才了解的。
一开始我们人类肯定会想到太阳的发光发热是通过燃烧燃料的方式进行的,就类似于我们地球上的燃烧反应,但是按照太阳的体积来说,化学反应所能提供的能量总量和时间尺度都不足以解释太阳真实的情况,通过燃烧燃料的话,太阳只能存在几万年的时间。
于是19世纪末开尔文勋爵和亥姆霍兹提出了开尔文-赫尔姆霍兹原理,说的是:太阳的能量来源于引力势能的收缩,虽然这个理论将太阳释放能量的时间提高到了2000万到1亿年之间,但是还是不能解释我们在地球上发现的地质和生物特征,也就是说,我们在地球上通过地质和生物线索发现地球的年龄要比太阳的年龄还要大。
这肯定是不可能得,到了20世纪初,人们对微观世界的研究让我们走进了原子内部,首次发现了原子核,它是由质子和中子组成的联合体。虽然将电子与原子核结合或者从原子中分离出去只会释放几个电子伏的能量,但是将一个质子或中子从原子核分离或者结合所释放的能量高达几百万电子伏。这种控制原子核的力称为强力,它能让原子核中微小的粒子通过结合或者分裂释放出巨大的能量。
核反应的发现也让我们找到了太阳发光发热的方式,在太阳的核心高温、高压将轻元素融合成为重元素并释放出巨大的能量,在太阳内部的聚变反应是将四个质子融合成氦-4的过程,氦-4会比四个质子轻7%,那么损失的质量会通过E=mc^2释放出高达2800万电子伏的能量。
通过核反应太阳可以在缓慢损失质量的过程中,持续不断地为地球提供能量长达120亿年左右。
我们知道热量会从高能量系统转移到低能量系统,这其实就是热传递的过程,那么热传递主要由以下三种方式:
热传导:这种方式的热传递主要是通过介质的互相接触实现的。我们知道,任何物质都有由原子或者分子组成的,而原子和分子的在物质内的随机运动就表现出了热能,当一个物质和两外一个物质表面相互接触时,随机运动剧烈的物质粒子会通过碰撞的方式将动能传递给运动较慢的物质粒子,这种动能的传递就实现了热能的传递。
例如:当我们身体的温度高于外界空气时,冷空气粒子会通过于我们皮肤的频繁碰撞获得更高的动能,并带走热量。反过来也是一样的,热空气中快速运动的粒子会将动能传递给我们皮肤表面的粒子,从而加热我们体表。
热对流:这种传递热的方式主要发生在流体内。例如:烧水的时候,热水从壶底上升,将热量带到上部,冷水下降,在壶底继续被加热,这样有利于流体内部快速达到热平衡状态。还有我们冬天使用的暖气也是同样的道理。
热辐射:这种热量传递的方式不需要任何介质的参与,而是通过释放和吸收能量载体粒子的方式实现的热传递效应。在宇宙中任何高于绝对零度的物体都会发出热辐射来向外释放热量。而我们的太阳和地球之间基本属于真空状态,所以热辐射是唯一在太空中传递热量的方式。
太阳所发出的电磁辐射波谱近似于黑体,是一种连续的波谱。从长波无线电波到可见光,再到x射线,太阳发出的能量分布在整个光谱范围内。但是可见光不断达到了峰值,也就是说太阳发出的电磁辐射中,主要集中在可见光范围。这就是为什么,我们地球上的生物都进化得对可见光波段的光子非常敏感。
而地球的能量来源主要就是接受太阳所发出的电磁辐射。
这一点其实很好理解,我们只需要记住在太阳光中可见光波段的光占了很大的一部分。而我们地球上大气并不能直接吸收可见光的能量。所以可见光就会直接穿透大气层直接达到地球表面。
而地面却可以吸收可见光的能量并被加热,加热后的地面又会释放出波长比较长的红外辐射,这种波段的电磁辐射就可以被大气吸收,来增加温度。所以虽然地球大气温度的主要能量来源是头顶上的太阳,但是直接加热大气的确实地球表面。这一点我们在夏天时候的地面就可以看到一股股的热浪不断地上升,通过热对流的方式加热大气。
所以,地球地面附近的大气是首先被太阳加热得,而高层大气只会通过热对流的方式获得热量。所以越往高处走,温度越低。
因为海拔越高的地方离地面越远,而我们接受到的温度主要来自于太阳的地面辐射。我们人类感受到的直观温度并不是来直接来自于太阳,而是来自于大气中的空气,大地吸收了太阳的热量,向周围的空气中散发出了温度。所以,海拔高的地方离太阳远,温度就比较低。
一、太阳辐射不是主要热源根据科学研究,太阳光照射到地球上有18%左右的辐射被大气层本身吸收掉,有32%左右的辐射被地面反射回了宇宙空间。剩下的约50%左右的辐射才会照到地球表面,被地球上的水、岩石、山吸收。由此可见,太阳光照射到地球,太阳辐射并不是最主要的热源,最主要的是源自于地面的地面辐射。
海拔越高的地方,空气比较稀薄,空气中的分子也比较少,所以空气吸收地面热量的能力就很差。在白天,这些地方对地面长波辐射的吸收很少,温度很低,到了晚上,由于空气稀薄,大气的保温效果就会更差。所以说,在海拔越高的地方温度会越低,即使离太阳很近,也没有用。
三、海拔与温度的具体关系科学研究表明,在对流层内,海拔每升高100米,气温下降约0.6摄氏度。举个例子,在每年的七月,国内大部分地区都处于最热的时候,假如海拔200米的中原地区温度为35℃,则遥远的青海湖区域的温度,就会降低到17℃左右,而且早晚温差特别大。因为这两个地方的海拔相差了有将近三千米的样子,温度就会相差18℃,事实证明确实如此。
亲爱的读者朋友们,关于海拔与温度的关系,现在明白了吗?
太阳是地球上绝大部分能量的来源,最直观的就是太阳为我们提供了光和热。按常理推断,越高的地方,离太阳越近,温度应该越高。就像我们面对一个火堆时,靠火堆越近,就感到越暖和。
但是事实上却不是这样。古诗所说“高处不胜寒”就是越高的地方越寒冷,比如一座高山,从山脚到山顶,气温会逐渐降低的。还有在大气的对流层中,从地面到空中,气温也是会逐渐降低的。正常情况下海拔每升高100米气温下降0.6摄适度。
垂直温差
为什么会出现这种情况呢?
首先,太阳和地球的距离太远了。太阳距地球表面的平均距离大约是1.5亿千米,而地球上最高峰珠穆朗玛峰海拔仅为8848米,也就是说即使是在珠穆朗玛峰顶,相比在海平面,我们离太阳的距离也只是近了0.0000053%,几乎可以忽略不计。
其次,大气密度影响。在照射角度相同的情况下,影响温度的主要因素是空气密度和大气压,气体分子密度越大,吸收的太阳能量越多,分子运动就越激烈,温度就越高。大气是悬浮在地球表面的气体混合物,海平面上大气压力的值约为1千克/平方厘米,海拔越高气压越小,这是由于空气分子的量随着高度的增加而减小,高空的空气要比地面的空气稀薄,空气分子碰撞少,动能降低,因此气温也更低。
再次,地面辐射影响。人类所生活的大气层最底层,也就是对流层中的大气,几乎很少能够直接吸收波长较短的太阳辐射能。太阳光照到地球上,19%的能量被大气吸收,34%被大气及地面反射回去,47%照到地球表面被水体和岩石吸收,所以,在对流层里,相对于太阳,地面才是主要热源。地面吸收了太阳辐射,地面就会向大气层释放能量,而由于地面温度较低,释放的能量波长较长,也就是以红外线为主,我们称为“地面辐射”。 对流层大气中的二氧化碳和水汽吸收地面辐射,从而使大气温度升高。而海拔越高的地方,离地面越远,大气吸收的地面辐射越少,温度越低。
此外,气温也与大气逆辐射密切相关。大气逆辐射是大气吸收地面长波辐射的同时,又以辐射的方式向外放射能量。大气获得热能后依据本身温度向外辐射,一部分外逸到宇宙空间,另一部分向下投向地面,后者即为大气逆辐射。大气逆辐射的存在使地面实际损失热量小于以长波方式放出的热量,因而地面得以保持一定的温度。简单来说,就是大气有保温作用,海拔越高的地区,大气越稀薄,大气逆辐射就越弱,大气的保温作用就越小,所以海拔越高的地方气温越低。
所以,虽然离太阳更近,但是海拔越高的地方气温越低。