为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
这是个很有意思的问题。理论上说,离太阳越近,也就是离发热源越近,温度应该会越高才对,但是,事实上,在地球上海拔越高,温度反而越低。这不是互相矛盾吗?其实并不是的。下面我们简单的来探讨一下这个问题。
首先,我们来看一下,是不是离太阳越近,温度就越高?以我们的角度看太阳,太阳是在一直发光的,而且当夏日来袭,给我们滚滚热浪的也是太阳。而太阳之所以会一直发光,并不是在然后,而是太阳内部其实一直都在进行“核聚变”反应。
太阳的主要组成部分中有超过70%的是氢,而太阳的内核温度约为1500万℃,压力则是地球内核压力的340亿倍,在如此高温、高压的环境下,达到了核聚变的发生前提,因此,太阳上的氢开始了热核反应,在这个过程中,4个氢原子核反应为1个氦原子核,而在这个反应过程中,氢和氦的转换并不是无损的,在这个过程中,会有约6/1000质量会转化为能量(热量)释放出来,这就是我们看到的“燃烧”的太阳。
既然是热量的释放,当然离释放源越近,则温度就越高了。那么事实真的如此吗?
在所有的行星中,离太阳最近的就是水星了,两者的距离约为5791万千米。你别看它名字叫水星,但是这颗行星上可是一点水都没有的,不仅如此,它的表面温度还非常的高。由于离太阳最近,所以接受的热量也最多,因此水星的向阳面的表面温度超过了450摄氏度。
而在八大行星中,离太阳第二近的行星为金星,两者的距离约为10820万千米,但是金星的表面温度为460℃左右,比离太阳最近的水星的向阳面的表面温度还要高10℃左右。那么,为什么离太阳距离两倍于水星的金星会比水星上的温度还高呢?
事实上,水星比金星接收到的太阳热量(也就是我们说的太阳辐射)要多,但是,导致金星温度比水星温度高最主要的原因就出在大气层上。水星上没有大气层,当接收到太阳辐射后,它很难保持住太阳给的热量,而金星则不同,它有大气层,而且大气层中的二氧化碳含量高达96%以上。众所周知,二氧化碳是温室效应的“罪魁祸首”,所以在金星的保温能力(大气层)和温室效应(二氧化碳含量高)的作用下,温度竟然比水星的温度还高出了10℃左右。
小结:如果说两个星体没有什么差别,自然是离太阳越近的星体表面温度越高。但是,事实上,星体之间的差异很大(比如大气层、二氧化碳含量等等),这使得即使离太阳较远的星体也可能拥有比离太阳近的星体更高的温度。
就地球而言,是不是离太阳越近温度就越高?答案也是否定的。众所周知,地球是会自转的,而在自转中,会有近日点和远日点。近日点顾名思义就是离太阳最近的点,而近日点通常发生在每年的1月初,此时近日点与太阳的距离为14710万千米,而远日点通常发生在每年的7月初,此时地球与太阳的距离约为15210万千米,两者相差了500万千米。但是,1月初和7月初,哪个时间节点的温度高?显然是远日点时。而造成这个差异的原因就是太阳与地球的角度,在远日点时,太阳光是直射的,而近日点时,则是斜射的。
也就是说,就地球和太阳的距离来看,温度的升高和降低与距离的关系并不大,最起码在500万千米的区间内,是没有什么影响的。而与温度有关系的是角度。
为什么在地球上高度越高,温度反而越低?在地球上最高的地方就是珠峰的峰顶,但是,既然珠峰再高,不过也只有不足9000米,而地球与太阳距离在500万米的区间内温度都不是正比例的,更不用说是不足9000米了。既然在地球上的温度不会因为与太阳近了几千米而改变,那么,随着地面高度的升高,温度反而降低就与另一个因素有关了,那就是大气压。
大气简单的说就是覆盖在地球上空的透明物体,它受地心引力的影响,而海拔越高,地心引力的作用就越小,此时大气压也会随之减小。气压的降低影响的是空气分子的密度,压力越小,空气分子的密度就越小,进而造成空气分子的活动空间增加,这就使得空气分子不容易发生碰撞,于是热量就越小,最后造成了温度的降低。
总结我们在地球上生活之所以能够感受到太阳的热量,其实就是收到了太阳的辐射。由于日地距离很远,所以地球只能接受到太阳辐射的22亿分之一,因此只要在地球上,无论多高,所接收到的太阳辐射差异是很小的。相反的由于大气压的影响,在地球上海拔越高的地方,反而温度越低。
为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
我们生活中都有这样的感受,围着火堆时,距离火堆越近就感觉越热。而太阳就可以看做是一个巨大的“火堆”,那么理论上是不是距离太阳越近就越热呢?
并不是这样的。地球上的火堆能温暖的范围非常有限,距离稍微变化就会影响很大,这种变化我们感觉就会非常明显。而由于地球距离太阳达到1.5亿公里,这只是平均距离,地球的远日点和近日点相差在500万公里左右。
如果我告诉你,对于地球的北半球来说,地球在远日点时正好是夏季,也就是说地球在距离太阳最远时恰好是最热的时候,你相信吗?
但事实正是这样!这说明什么?与太阳的距离并非冷热的关键。简单想想,远日点比近日点与太阳的距离远了500万公里也不能影响地球北半球的冷热(甚至恰恰相反),地球上的那点海拔高度就更可以忽略不计了。
地球上海拔最高的珠穆朗玛峰也不到1万米,与500万公里相比几乎可以忽略不计,而与地球太阳距离1.5亿公里更是微不足道!
影响地球冷热程度最关键的因素有两点:太阳直射情况还有热量被地球吸收情况,太阳越是直射,地面温度就越是相对较高,比如赤道地区温度常年较高。而太阳热量照射地球时被地面和大气吸收一部分,其中地面吸收的更多,造成距离地面更近的地方温度相对更高。同时还有一点,随着海拔升高,空气变得比较稀薄,吸收热量和锁定热量的能力也会下降!这也是为什么金星并非距离太阳最近的行星,但却是平均温度最高的行星。
当然,如果你距离太阳足够近,距离的因素就会成为决定性的。比如说你距离太阳只有1万公里,估计会被烤焦!
为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
海拔越高,温度就越低吗?
在日常生活中,我们都知道海拔高度越高,温度就会越低。但这个实际上,这个常识是有问题的,并不完全是高度越高,温度越低的。只有在大气层中的对流层,才是海拔越高,温度越低,其中海拔每升高1000米,温度就会下降6.5度左右。但是,平流层的情况就恰恰反过来,在平流层中是高度越高,温度越高。那具体是咋回事呢?
大气的受热过程我们都知道,太阳是太阳系中唯一的恒星,它会向外辐射能力,主要是以辐射电磁波的形式,这也被我们称为太阳辐射。地球大气能量的根本来源就是来自于太阳辐射。
实际上,科学家发现宇宙中所有的物体只要自身温度高于绝对零度,就要向外辐射电磁波。我们日常生活中看到的光就是电磁波中的可见光波段。
可见光有七种颜色就是因为波长不一样,红光的波长是最长的,紫光的波长是最短的,比红光的波长更长的叫做红外线,比红外线的波长还要长的还有微波,FM,手机辐射等等。比紫外波长更短的叫做紫外线,比紫外线再长一些的电磁波辐射还有X射线和伽马射线。
物体的温度越高,放出的电磁波辐射的波长就会越短,电磁波的能量也就越强。反之,物体的温度越低,放出的电磁波的波长就会越长,电磁波的能量也就越弱。
太阳的表面温度很高,放出电磁波辐射主要是短波辐射(其中主要是可见光和紫外线)。
人体的温度很低,放出的电磁波辐射主要是长波辐射,人的肉眼只能看到可见光,所以我们只能看到太阳光,但是看不到自己在发光。如果在红外线探测器下就可以看到人在发光。
太阳距离地球的距离大概是1.5亿公里,当太阳发出辐射时,太阳的辐射大概需要8分20秒才能从太阳表面到达地球。不过,太阳辐射实际上会先抵达到地球的大气层。而地球的大气层对太阳辐射有削弱作用。这个削弱作用主要体现在三个方面分别是:吸收、反射和散射。
大气层的吸收作用是具有选择性的,并不是什么都吸的。大气层中的二氧化碳可以吸收红外线辐射,而大气层中的臭氧可以吸收紫外线。但我们知道的是太阳主要以可见光和紫外线为主,因此,只吸收了很小的一部分。
除此之外,大气层还会反射和散射太阳辐射,其中蓝紫光更容易被散射。大气层大概能够能削弱太阳辐射的一半,这主要得益于反射和散射。剩余的太阳辐射会透过大气层,然后到达地球表面,这些太阳辐射都会被地面所吸收,这使得地面会升温。于是,地面也会向外辐射电磁波。但由于地面的表面温度比较低,因此,主要向外辐射的是长波辐射。这些长波辐射的85%会被大气所吸收,吸收这些辐射主要是大气中的二氧化碳和水汽。于是,大气层也会升温,大气也会向外发出辐射,一部分辐射进入宇宙,另外一部分回到地面,也被称为大气逆辐射。所以,我们会发现,大气吸收地面的辐射和大气的逆辐射实际上对地球起到保温作用。
对流层和平流层上文我们说到,在对流层中,随着高度的上升,温度下降。这是因为地面是对流层大气的直接热源,换句话说,地球的大气并不是被太阳晒热的,而是被地面烤热的。对流层是吸收地面的辐射出来的电磁波而升温。这会就导致靠近地面的热空气膨胀上升,高空的冷空气收缩下降,于是产生了对流运动,这也是这一层被叫做对流层的原因。所有的天气现象都是在对流层发生的,比如:下雨,下雪等等。
和对流层不同,平流层,随着高度的上升,温度上升。这主要是因为平流层里有臭氧层,臭氧可以吸收太阳辐射中的紫外线,所以,离太阳越近(海拔越高),就越热。由于平流层是上方热,下方冷,所以没有形成对流,空气是平流运动,这也是为什么这一层被叫做平流层的原因。
平流层由于气流相对稳定,所以,飞机大部分都会选择在平流层当中飞行,由于没有气流的影响,会更加安全。
总结温度并不是随着高度的升高而降低的。在对流层中,确实是随着高度的增加,温度在降低;但是在平流层中,这是随着高度的增加,温度在升高。
为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
这里面有两个知识点:
第一,距离太阳越近,温度确实越高。比如距离太阳更近的水星(距离4600万公里~6980万公里之间)平均地表温度达到了179℃,最高温度甚至高达427℃,远比地球温度要高。
第二,海拔越高,温度越低。例如珠穆朗玛峰山顶的温度远低于山底的温度。
那么,海拔越高,则距离太阳越近,不应该温度越高吗?为什么知识点一和知识点二相悖呢?
地球与太阳的距离叫做日地距离,由于地球绕太阳公转的轨道不是标准的圆,所以这个距离不是固定值,当地球处于远日点的时候这个距离为15210万公里,当地球处于近日点时距离为14710万公里,这个距离是十分遥远的。
再来看一下地球上海拔最高的山峰珠穆朗玛峰的高度是多少呢?8844米,这个距离约为近日点距离的1亿分之6,是完全可以忽略掉的。
所以,地球上的任何高楼也好、山峰也好,在考虑温度时都不用考虑与太阳的距离这一因素。地球上海拔最深的马里亚纳海沟和地球上海拔最高的珠穆朗玛峰,在日地距离这个天文数字面前都是零头,太阳的影响微乎其微。
但是,以珠穆朗玛峰为例,当海拔越高时,空气越稀薄,气压越低,也就是说一定空间内的空气分子越少。那对于空气分子来说,它们的活动空间就越大,与相邻分子发生碰撞的机会就越少,产生的热量则越少,所以温度就越低。
下图是海拔高度与气压大小的关系曲线:
另一方面,海拔越高,空气越稀薄,白天对地面长波辐射的吸收就越少,而晚上对大气的保温作用更差,这就好比一个屋子吸热慢、散热快,温度自然就更低了。
事实上,关于海拔和温度的关系,我们早就得到了一个数值关系:在对流层内,海拔大约每升高100米,则气温约下降0.6度。
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为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
首先我们来了解一下什么叫温度?温度是表示物体冷热程度的物理量,从微观上来讲是指物体分子运动的剧烈程度。
也就是说,物体分子密度越大,分子运动越活跃越剧烈,这个物体表现出来的温度就越高。
太阳当然是带给地球光和热的源头,我们地球表面的温度主要是靠太阳提供的,这个没错。
但太阳照射到地球的温度高低,与距离关系并不大。这是因为在地球上,太阳照射某处的距离变化,与太阳与地球的距离之比太小了。
太阳到地球平均距离约1.5亿公里,而地球最高峰的珠穆朗玛峰也才8844.43米,与海平面到太阳的距离之比,只有约1亿分之6,因此是可以忽略不计的。
在地球上,影响温度高低的主要因素有两个:一个是阳光直射不直射。阳光直射时,同样的热量所照射的面积就小,这样单位面积得到的热能就大,因此太阳直射时温度就高;太阳斜射时同样热量所照射的面积就大,单位平均得到的热量小,因此温度就要低些。
地球近日点约1.47亿公里,远日点约1.52亿公里,这之间相差了500万公里,这可比珠穆朗玛峰和地表之间这点距离大多了。但我们北半球的夏天却是在远日点,而冬天却是在近日点。
这就是因为地球歪着脖子转,有了一个南北回归线,随着太阳公转,太阳直射的地方会在这个回归线之间移动,直射到哪里哪里就是夏天,与近日点远日点毛关系都没有。
太阳直射和斜射还有一个阳光穿越大气层厚度的问题,斜射穿越得更厚些,直射穿越得就薄一些,因此中午直射时温度就高一些,早晨和傍晚斜射时温度就低一些。
二个是大气密度。阳光照射地表与珠穆朗玛峰都在同一角度时,为啥温度不一样呢?
这就是气体分子的密度影响原因了。
气体分子密度越大,吸收的太阳能量就越多,分子运动就越激烈,我们感受到的温度就越高,反之就会越低。
因此温度与空气密度有密切关系,而空气密度又与海报高度和大气压有密切关系。一般来说,海拔越高,重力越小,气压也就越低,空气密度也就越低。
空气密度低,温度就低。
因此空气密度与海拔、气压、温度又有密切关系。海平面空气密度在标准大气压下,也就是0℃、0海拔、1个标准大气压下,空气密度为1.293kg/m³,温度为25℃时,空气密度为1.205kg/m³。
计算气压与高度的对应关系公式为:空气密度ρ=1.293*(实际压力/标准物理大气压)*(273/热力学温度)
热力学温度=摄氏温度+273。
根据计算,海拔每升高1000m,相对气压降低约12%,随着高度降低率会递减;而气压随着高度升高,每1000米会降低约10%;温度则每升高1000米,相对降低约5摄氏度。
珠穆朗玛峰是地球最高峰,按高度8845m计算,比海平面温度要低44℃。
实际上,珠穆朗玛峰比这个温度还要低。这是因为山顶常年被冰雪覆盖,对太阳光反射作用更强,地表吸收热量很少;大气稀薄,只有地表的三分之一,束缚地面长波辐射很少;还有风大,西伯利亚的冷空气吹过来进一步降低了温度。
据推测,珠峰最低温度可达到-60℃,人类监测到的最低温度为-41℃。
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为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?
为什么海拔越高反而温度越低,海拔高距离太阳更近才对呀?很多人都有这样的疑问,因为这是一种理解的误区。我们简单的认为我们感觉暖和是因为太阳光是暖和的,实际上没有这么简单的。
太阳光确实有温度,但是发现没有,早上的太阳光比中午的凉快很多,同样都是太阳光,太阳距离地球的位置变化也不大,这是为什么呢?因为太阳光本来照射到地球上的就没有那么热,我们觉得热是因为地球持续接受了足够的太阳光,地表逐渐升温的过程,在这个过程中,地表的空气被加热到一定温度后我们才会觉得热,空气的温度才是我们感受到的温度。地表的温度在接受热量的同时也在向四周散热,空气就是散热过程中被加热的,空气中的二氧化碳被称为温室气体,因为二氧化碳可以保温,正是这种保温作用,才使得地球温度相对恒定,昼夜温差不大。
在高海拔地区,空气稀薄,因此对太阳光吸收的热量保温效果就差,因此空气升温比较慢。同理,在高海拔地区昼夜温差也是非常大的。此外,高海拔地区风相对大一点,冷风的交换频繁更加降低了空气的保温性能。这就好比是两个体温一样的人,在冬天里一个穿羽绒服,一个穿短袖一样,虽然体温一样的,但是保温效果不一样。
其实高海拔地区太阳确实更加毒辣了,西藏人的高原红就是太阳晒的结果,但是毒辣的太阳也抵不过散热快,因此高原地区比低海拔地区总体要冷。
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