逍遥学能 2017-09-16 15:31
暑假去泰山玩，出发时穿的是短袖，到南天门就得加衣服，晨起看日出时必须披大衣了，这说明，高度越高，气温越低。这种现象古人早有察觉。白居易有诗佐证：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”民谚云：“一山有四季，十里不同天”。宋朝才子苏东坡振臂高呼：“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”。
东坡这一声“高处不胜寒”经得起科学推敲吗？答案是否定的。
一、“高处不胜寒”的“高”是有限度的
我们的地球被一层厚厚的气体所包围，这就是大气层，上界可到距地面2000～3000千米的高空。
大气层根据高度可以粗略的分成三层。
1.贴近地面的是对流层。低纬地区对流层高度17～18 km,高纬地区距海面8～9 km。对流层大气温度随高度增加而递减；
2.中间的是平流层。平流层是自对流层顶至50～55 km范围的大气。在平流层中30km以下范围，气温几乎保持在一个很低的温度，不随高度的增加而变化。而在30km以上范围，气温反而随高度的增加迅速上升。
3.在距地80～500km的高空，因受太阳辐射和宇宙射线的作用，气体分子电离成离子，整体处于高度电离状态，愈高这些作用愈强，于是在地球周围形成了能够导电、能够反射无线电波的电离层。高层大气温度随高度增加先是降低，一定高度后又上升很快。?
二、对流层中为何“高处不胜寒”
1.气体的物理性质决定“高处不胜寒”
大家知道，底层近地面空气由于受到地面辐射、太阳辐射和大气逆辐射的共同作用，温度上升、体积膨胀、密度变小，因而上升。大气压强随着高度的增加递减，上升气流由于周围气压逐渐减小，导致体积膨胀，排挤周围大气，对外做功，致使自身内能减少。由于上升气流多呈现为体积很大的气团状，气团与外部空气之间的热传递对整个气团的温度没有明显的影响，粗略的考虑可以忽略不计。在这种情况下，气体内能的变化就只取决于整个气团与外界之间相互做功的多少。由于气体在上升的过程中，气压一直是逐渐降低的，因此气团总是在对外界做功，它的内能也随之不断减少，温度不断降低。这种不与外界进行热交换，仅由于空气本身体积变化而引起的块空气温度的变化称之为绝热变化。在近地面，大约高度每增加1千米，气温降低6～7℃。
2.辐射特点、下垫面性质、海拔高低的不同会创造出不同的“高处不胜寒”
①太阳辐射作为地球的能量源泉，尽管先经过大气层，但大气直接吸收的能量仅占太阳辐射能量的19%，地面吸收了将近一半的太阳辐射能量（47%）。而地面辐射有75～95%的能量以红外线长波辐射形式被大气吸收，相当于大气直接吸收太阳辐射能量的两倍。所以说对流层大气热量主要来自地面。
因此，地面是对流层大气主要的直接热源，所以离地面越高，空气所得到的热量就越少，温度也就越低，温度随高度的增加而递减。
②由于下垫面性质不同，同纬度海拔相同的海洋上空和陆地上空气温也不一样。
陆地吸热快，放热也快，海洋吸热慢，放热也慢，所以，单位时间内陆地升温快。因此，夏季，同纬度的陆地地区要比海洋气温高，冬季则相反。
③同纬度地区海拔高处地面得到的太阳辐射能量大于海拔低处。
陆地上的平原是地面，山脉的山麓和山顶都是地面，不同海拔的地面产生的地面辐射也不同。
海拔高的地区，太阳辐射到达地面前通过大气层的光程较短；大气密度较小（空气稀薄），大气中的水汽、固体杂质含量较少，云量少，大气透明度好。上述原因，使得太阳辐射的折射、散射和吸收作用大大减弱，从而使太阳辐射增强；夏季时也比其他地区晴天多，日照时间长。所以，世界屋脊青藏高原地区虽然气温低，但却是我国太阳年总辐射最高的地区，也是我国夏季太阳辐射强烈的地区。