当前位置: 首页 > 十万个为什么 > 高空为什么冷(高处一定会更寒冷吗?)

高空为什么冷(高处一定会更寒冷吗?)

时间:2023-12-16 16:25:11阅读:

高空为什么冷(高处一定会更寒冷吗?)

苏东坡的《水调歌头》中写道,“我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒”,这里点明了一个科学小常识——海拔越高气温越低。我们生活中也确实有这样的体会,例如很多高山的顶端被终年不化的积雪覆盖。

“高处不胜寒”所说的高处的温度,是指空气、大气的温度。对于高处温度低的现象有一个直观的说法,即高度每上升1000米,气温就要下降6摄氏度左右。但热空气不是会向上走吗,为什么高处还是那么冷?越高的地方就一定越寒冷吗?

热空气上升途中会膨胀冷却。

在物理学中有一个现象:热空气向上运动,冷空气向下运动。这种现象的原理在于热胀冷缩,热空气膨胀密度变小,冷空气密度较大,热空气就“浮”了上去。好比在寒冷的冬天,我们在屋里放上暖炉,接近房顶的部分就比下边更快热起来。

但在生活中,我们也能直观感受到另一个现象:自然光以较短的波长为主,很容易穿透大气。当短波长的太阳光到达地面被吸收后,地面就会被加热,再加上地球本身产生的热量,地球表面就变成了新的热源,导致离地面近的地方更加温暖,而越高的地方就会越冷。

为什么地球大气看上去并不符合热空气向上运动的原理呢?

“因为在地球引力的吸引下,空气会呈现越往高处越稀薄的情况,因此较高的空中气压较小,从下边升上来的空气反而因为密度太大,升上高空后会在气压作用下发生膨胀。”河北师范大学资源与环境科学学院教师张曼说,对空气来说,在气体状态下发生这样的膨胀,又没有其他的热源能加热它,就会降温而变冷。所以,地表附近的热空气的确在上升,但在上升中发生了膨胀和冷却,所以并不会使上层的空气温度升高。

极高处也可能“不胜热”

“高度每上升1000米,气温就下降6摄氏度左右”大概适用的高度在3000米以下,而我们所描绘的上冷下热的过程所处高度基本也不超过1万米。飞机普遍飞行都在1万米以上的高度,在这种高度下,情况是否又会有所不同呢?

事实上,地球表面从1万米到几万米高度区域的大气存在很多空气成分,例如臭氧层可以吸收太阳光当中的紫外线等,所以这个区域内的高度越高,温度也会变得越高。“因为加热这一区域的主要是来自太阳发出的光,而不是地面。”张曼说。

这里的空气上热下冷,加上客观规律是热气密度较小而上升,冷气密度较大而下降,所以在这里的空气上边热而轻,下边冷而重,除了一些扰动过程外,基本不会发生上下空气交换,故而气流是非常稳定的,被称为“平流层”,飞机也因此主要选择在平流层靠近底部的位置飞行。

“从平流层再向上几万米以内的区域叫做中间层,这个区域几乎没有臭氧,而氮气和氧气等气体可吸收的太阳辐射又大部分被上层大气所吸收,主要靠平流层承担起热源的角色。”张曼介绍,因此这里再次出现下面热、上面冷的状态。

从中间层再往高处去,直到再向上数千公里范围内,这里的空气会被太阳光中波长特别短的极紫外射线、X射线等加热,所以在这个范围内,都是下边冷、上面热。

而最“高处”,也就是进入到距离地球上千公里的宇宙中,对那里温度的描述往往取决于宇宙带电粒子的能量。航天器在宇宙中飞行,接受阳光照射的地方温度可能达到上百摄氏度,而背向太阳的一侧则可能达到零下百摄氏度。张曼介绍,在已经能够飞向宇宙的今天,科学技术的发展已经说明高处不一定就会更寒冷。

相关推荐

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文仅代表作者本人观点。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至120143424@qq.com举报,一经查实,本站将立刻删除。