海拔越高离太阳越近,为何温度越来越低?太阳内部时时刻刻都在进行着核聚变反应,为包括地球在内的太阳系所有星体提供能量来源,地球依靠...
海拔越高离太阳越近,为何温度越来越低?
太阳内部时时刻刻都在进行着核聚变反应,为包括地球在内的太阳系所有星体提供能量来源,地球依靠温暖的阳光滋养着万物,迎来了生命的诞生,推动了生物的繁荣和发展。在我们的印象中,距离热源越近,那么我们所感受到的温度就会越高,比如围着火炉烤火。太阳是一个质量非常巨大的热源,那么,在地球海拔较高的地方距离太阳就近,为何温度不是越来越高,而是要比低海拔地区的低呢?
我们先来看一下热量的几种传递方式
我们日常生活中,用温度计测量或者用身体直接感受到温度的变化,其实就是发生了热量的传递过程,如果从系统来看,热量从一个系统传递到另外一个系统,或者从这个系统内的一个部分转移到另外一个部分,那么就实现了热量的传递过程。我们日常生活中看到的热量传递和引起的温度变化,这其实只是一种热量传递的方式。
热传导。主要通过固体或者固体、液体共同作为传导媒介完成的热量传递方式。发生热传导的原因是由于物体内部中的微观粒子,在发生热运动的基础上,通过相互之间的碰撞,实现热量从高温部分向低温部分、或者从高温物体向低温物体转移。热传导转移的是热量,而不是温度,温度只是一种表明物体微观粒子平均动能的标量;热传导更不是转移的“冷”,当手里抓住冰块,一会手冷了,有人说是冷发生了转移,这是不正确的,转移的只是热量,热量从手传导到冰上,引起手温度下降,冰温度上升。
热对流。与热传导一样,热对流也需要特定的物质作为热量传输的媒介,只不过热传导需要的是固体,热对流是液体和气体。通过具有流动性质的媒介,热量从一个物体转移到另外一个物体,或者从物体的一部分转移到另一个部分。这种热量传输过程,我们生活中也是经常遇到的,比如烧开水,既有水壶的热传导、水分子之间的热传导,也有作为液体的水的热对流作用;再比如大气运动中的空气对流,也是典型的热对流现象,热空气密度小向上升,冷空气密度大向下降,从而产生降雨、降雪等天气。
热辐射。这种热量传输过程与以上两种都完全不一样,它不需要任何媒介物质的参与,而是物体本身所固有的一种性质,就是组成物体的微观粒子时时刻刻都处于不断运动之中,就会拥有比绝对温度要高的温度,从而以电磁波的方式携带着能量向外释放,温度越高,那么这种热辐射强度就会越大,电磁波的波长就越短;温度越低,热辐射强度就越小,对应的波长就越小。热辐射是宇宙中最常见的一种热量传输方式,它可以使从恒星中发出的热量,穿过物质极其稀少的宇宙传输空间到达很远的地方。
再看一下热量从太阳到达地球的过程
从太阳释放的能量,穿过茫茫宇宙空间到达地球,其中分为几个不同的阶段,其占据主导地位的热量传输方式也不一样。主要包括:
第一阶段:从太阳表面到达地球大气层的外围。这个过程中热辐射占据绝对的主导,因为空间中的物质密度极低,热量基本不能以热传导和热对流的形式传递。理论上在真空中通过电磁波的方式可以将热量带到无限远的地方,但是宇宙空间不是真正意义上的真空,其中还含有微量的气体分子和星际尘埃,对电磁波具有一定的反射和吸引作用,因此在宏观距离的尺度上看,距离恒星越远的地方热量也会发生逐渐的递减。
第二阶段:进入大气层散逸层之后。这层的空气虽然密度较低,但是在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,大部分的气体分子发生电离,质子和氦核的含量很高。太阳辐射中通过电磁波携带的能量,转化为电离气体内能的效率很高,因此散逸层的温度急剧升高,可以达到上千度,是地球大气层中温度最高的部分。不过,随着散逸层高度的下降,电离气体的含量越来越低,温度下降得很迅速,到达散逸层底部时温度已经降到-50多度。
第三阶段:进入平流层之后。这里气体分子仍然稀薄,不过臭氧含量逐渐增多起来,臭氧可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线,从而使内能增加,温度升高,在平流层距离地面60公里左右的区域,又达到一个温度的峰值,只不过这个峰值的绝对温度较低,是相对于其它区域而言的。
第四阶段:进入对流层之后。这部分的大气层因为距离地面较近,因此获取的热量,主要取决于来自地面的长波辐射,而非太阳的热辐射,因此距离地面越高,地面长波辐射的作用就相对减弱,温度下降,一般每升高100米,温度就下降0.6摄氏度。
决定温度高低的主要因素
从以上的分析可以看出,对于任何一个系统来说,决定着其温度高低的因素,主要取决于它所接收到的转移热量数值。而这个数值的多少,则是热辐射、热对流、热传导3种热量传递方式的综合作用,因此,热源辐射强度的高低、距离的远近、系统物质组成这3个方面是决定物体温度高低最关键的因素。对于地球来说:
太阳辐射强度的变化可以忽略不计,在现有时间尺度衡量下,太阳本身所释放的热量几乎不变。
与太阳的距离有微弱的变化,比如不同区域的海拔、近日点和远日点的距离差异,都会使被测量温度的地区与太阳的距离有所差异,但这个差异与地球与太阳的平均距离(14960万公里)相比,又可以忽略不计。
地球系统物质组成影响地球温度,主要来自于地球大气层的分布和组成的差异,这是决定地球温度垂直方向上变化最直接和最主要的原因。而推动垂直方向上温度变化,主要依靠两个方面的辐射强度,一个是太阳的短波辐射,另一个是地面的长波辐射。其中近地面的对流层,主要以吸收来自地面的长波辐射为主,靠气体分子吸收长波辐射,转换成分子的内能实现升温和保持温度的目的。
总结一下
之所以地球海拔越高的地区温度越低,主要原因在于大气层的分层结构,地面上的高山即使海拔再高,也是处于对流层之内,这里越往上,气体分子越稀薄,那么接收热辐射转化为内能的总量就越低。同时,对流层之内的气体分子,所能接收到的热辐射来源,主要来自于地球的长波辐射,因此造成了在对流层之内越往上,所接收到的长波辐射效率越低、温度也相应下降的现象。
海拔越高离太阳越近,为什么高原气温却比平原更冷?
原来,太阳传递热量的形式并不是阳光,而是电磁辐射,太阳光抵达地球后会和大气发生作用,这时就产生了温度。阳光分为不同的波长,大气中不同的气体对阳光也有不同的作用,这其中包括反射、折射、吸收等等。
在对流层的大气中,氧气、氢气和二氧化碳都不能直接吸收波长较短的太阳辐射,而会产生反射和折射。因为海拔越高的地方,空气就越稀薄,最终地面会吸收绝大部分太阳的能量。地面在吸收能量后温度会升高,会对大气产生“地面辐射”,发射出红外线等能量,使大气的温度升高,这时候主要影响大气温度的不是太阳,而是地面。但是因为空气稀薄,大气透明度好,所以对地面的保温作用很弱,地面从太阳处获得的热量无法长时间保存,也就不能持续的给大气加热,所以高原的温度比平原更低。
不过在平流层中,海拔的温度越高,温度也就越高。这是因为平流层上方有臭氧层,可以吸收长波的阳光和紫外线,从而提高了大气的温度。地球上的温度和大气层、臭氧层息息相关,如果没有大气层隔绝各种宇宙射线和紫外线,地球就会和水星一样,是一颗环境极端恶劣、温差极高的星球,就无法孕育生命了。
海拔越高离太阳越近,为什么温度却越低?
这个和太阳的距离没有关系,毕竟地球离太阳太远了,海拔高一点,其实对于和太阳的距离来说起不到任何作用,但是因为海拔高的地方空气就比较稀薄,所以说很难吸收阳光的热量,因为阳光往往是地面上最先吸收的,所以平原上的温度往往是最高的,海拔越高温度也就越低,因为它受到的热量辐射也就越少。
相信大家都知道在青藏高原地区,海拔都是比较高的,往往都是几千米以上,所以说这里的气候也比较低,如果是夏天来到青海或者是西藏,会感觉这里的温度非常的凉快,最高温度也就十几二十几度,早晚的温差也是非常大的,而很多人却感到奇怪,按道理海拔越高说明离太阳也就越近,应该光线越强烈,为什么这里的气温却越来越低呢,原因就是气温之所以升高,是依靠了地球表面才会吸收到了太阳的辐射。
因此平原上的温度往往比高原上高很多,因为这些温度都是从地球表面散发出来的,但是要知道高原离地球表面最远,所以海拔越来越高的话,就越远离地表,它的温度自然也就越来越低了,而实际上,和太阳之间的距离问题,对于地球的海拔来说起不到任何作用,因为太阳离地球距离实在是太远了,而且海拔上的空气比起地面上来说要稀薄很多,因此无法吸收太阳的热量,但是海拔上的紫外线强这个是真的。
在同样纬度的情况下,海拔越高气温就越低,即使是地处赤道一带的乞力马扎罗山,虽然非洲的地面温度非常的高,经常可以达到40度以上,但是乞力马扎罗山顶上,却还能经常下雪,并且是终年白雪覆盖,这也是一道奇观,包括云南也是一样,云南的西双版纳,气候是终年炎热和东南亚地区气候比较接近,但是到了香格里拉的雪山,这里却是终年严寒。
明明离太阳更近,为什么海拔越高反而温度越低?
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