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离开地面越高越冷吗?

发布日期:2018年06月14日 08:08  作者:火冰科  文章来源:火冰科幻  [纠错]

  估计多数人还记得课本上学过,离开地面每升高一百米温度降低0.6℃。今天突然想到为何高山离太阳更近却越是寒冷?在人造卫星上太阳照射面和背光面温差可达到200℃以上,阳光能瞬间把暴露的皮肤烧焦的。于是我查阅了些资料发现答案并非是越高越冷!大气层真是不简单。

  答案是这样的:大气由低到高分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。在对流层每升高1000米约下降6℃;直到一万米以上的平流层中部(温度下降到-55℃以下),气温又开始随高度增高而增高,至平流层顶达-3℃左右;到50km-85km的中间层,气温又开始随高度增高而迅速降低,中间层的顶界气温降至-83℃~-113℃,这里是大气垂直结构内最低温的部分;热层顶高度随太阳活动变化很大,通常在300~500千米之间。热层中,气温随高度的增加而迅速增高,层内温度很高,层顶温度可达1500K,昼夜变化很大;散逸层就类似外太空了,朝阳面散逸层的气温极高。下图的黄线表述了温度在大气层垂直方向上的变化规律。

  气温垂直分布图

  那么问题来了,为何温度会如此变化?

  强烈的太阳光照过来,散逸层的高温在原理上与热层相同,大气分子是因为吸收了来自太阳的短波辐射而被加热的。但由于散逸层的大气密度实在太低,所以不会令人感到任何温暖,一台普通的温度计也只会量度到摄氏零度以下。

  阳光继续走到热层,通常在300~500千米之间的热层几乎吸收了波长短于1750埃的全部太阳紫外辐射,成为主要热源,热层温度结构主要受太阳活动的支配。故热层能够如此高温。

  阳光继续走到中间层,自平流层顶到85千米之间的中间层。因臭氧含量低,同时能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收,所以温度垂直递减率很大,上下温差大对流运动强盛。

  阳光再往下走就到了平流层上部的臭氧层,臭氧比空气重为何会漂在这里呢?它是咋来的?这就要明白大气不但分为上述的多个层,还因为其中的氮气,氧气,二氧化碳等分子本身重量不同,会在不同大气层成分结构也大不相同。氧气稍重于氮气故会下沉,二氧化碳更重,会主要徘徊在大气下层,但因为空气对流各层中也会有和自身重量不匹配的气体分子。阳光到达平流层氧气分子密度大增,于是就在强紫外线下发生化学反应变成了臭氧,但臭氧不稳定,离开这个生成区域很快就会分解,故在阳光下形成了一个稳定的臭氧层。臭氧又能大量吸收阳光中残留紫外线,对大气有增温作用,同时保护了地球上的生物免受远紫外辐射的伤害,透过的少量紫外辐射,有杀菌作用,对生物大有裨益。

  阳光再往下走,温度再次降低,直到对流层,就是我们常说的每上升1000米温度下降6℃了。这是为什么?这是因为大气不但有上述分层、有气体成分的分层、还有密度、压强的逐渐变化。对流层是地球大气层靠近地面的一层。它同时是地球大气层里密度最高的一层,它蕴含了整个大气层约75%的质量,以及几乎所有的水蒸气及气溶胶。而且越靠近地表密度越大、压强越大、温度越高;当然这是一方面,还有就是阳光穿过大气层后,能量大大被削减,这就是我们站在高山上不被烧焦的原因。但阳光在大气中被吸收的基本都是穿透能力弱的紫外光,可见光和红外光透过了大气(也正是因为大气放过了可见光,你才能透过空气看到万物),照射到了地面,被大地和海洋吸收了。红外和远红外辐射中含有大量热量,地表温度上升,这时候升温后的地表通过热传导加热近地空气,同时发出红外线和远红外线。因为水汽和二氧化碳作为温室气体吸收红外线且主要弥漫在地表,因此,离地表越远,大气温度越低,也就是海拔越高温度就越低。

【责任编辑:张 东】

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