为什么海拔越高离太阳就越近,而气温反而越低呢


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?。?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 。
【为什么海拔越高离太阳就越近,而气温反而越低呢】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?。还粞鹾恐鸾ピ龆嗥鹄矗粞蹩梢郧苛椅仗舴渲械淖贤庀撸?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?。?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 。
公路车48码上管高离地面多少厘米海拔高离太阳近会冷是因为气压低 , 空气稀薄 。海拔高的地区的大气保温较差 , 导致热量大量散失 。海拔高的地方,云层少,晚上对地面的逆辐射作用弱,温度低 。由于海拔高,白天吸收地面辐射少,所以随海拔的升高温度越低 。
通俗地说:我们感受到的温度变化并不是直接来源于太阳的热量 , 而是来源于大地上空的空气 , 大地吸收了太阳的热量,向周围的空气中散发,因此,空气是自下而上逐渐变暖的 。所以,山越高,得到大气中的热量越少 , 自然温度就越低;另外,山越高,空气愈稀?。?保存的热量也越少 。因此,我们登上离太阳较近的高山时,感觉到不是太热,而是太冷 。
根据转化公式,1码=0.9144米,48码=43.8912米 。若上管高离地面40cm,则以下车轮中心为基础高度,含车轮半径为69.5cm,上管离地面高度=40 69.5=109.5cm,但实际上上管高度不是固定值,和车型、车架设计等因素有关,需要具体情况具体分析 。

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