高海拔更冷的原因 海拔每升高1000米气温下降多少度


高海拔更冷的原因 海拔每升高1000米气温下降多少度

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有一个大部分人都知道常识,海拔每升高1000米,相应的温度会下降6摄氏度 。
不过这种温度模式只适用于海拔10000米左右的地区,到了平流层后由于臭氧的作用,温度实际上会上升 。
但今天我们主要来讨论下,在温度持续下降的高空范围内为什么会这样(海拔升高温度下降)!
太阳放射出大量的阳光,它携带着大量的能量 。但大气层对大部分射入的阳光是“透明的”,特别是可见光和一些红外光 。
这种光穿过空气而不被吸收,所以无论是高空还是低空的空气其实都很难被太阳加热 。

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与空气不同,地球表面很容易吸收阳光 。土地和水吸收阳光并被加热(想象下夏天的马路),并将热量转移到接触地面的空气中 。
然而,空气也不太容易导热,所以它在地面获得的热量不能有效地传递到更高的海拔 。因此,地面附近的空气通常是最温暖的 。
这似乎解释了为什么高海拔的地方总是覆盖着白雪,而低海拔的地方却植被丰富 。
但考虑到,空气本身不断地在运动,而且是暖空气上升,冷空气下沉,那为什么高空还是比较冷呢?

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上升的空气实际会变冷
我们想象一下一个包裹着空气的“气团”往上升,好吧,我觉得“气团”的概念在分析空气的行为时会很有帮助 。
一个气团是一个包含着一定数量的空气包,就像一个没有外表皮的气球,它可以改变大小,向任何方向移动,并且有自己独特的温度 。(由于空气运动速度快,导热性差,我们有理由假设,运动中的空气不会与周围环境交换热量 。)
气团上升的原因很多,它可能在地球表面受热后向上漂浮,因为温暖的空气相对来说是有浮力的 。
无论是一个人,一架飞机,还是一个气团,“向上”飞向天空都会经历同样的事情,随着海拔的升高,施加在身上的大气重量(大气压)会减小 。
这是由于大气也受地球引力的影响,随着远离地心引力作用的减少,你上方的空气密度会逐渐减少 。

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图为:从山上带下来的饮料瓶
当一个气团上升时,它会开始膨胀,因为它遇到的大气压力变小了 。这种现象在日常生活中是可以观察到的 。
例如,我第一次去西藏时,我发过一条朋友圈,内容是我的小馒头包装袋膨胀成鼓鼓的一个,即使本来就知道会这样,但还是觉得很惊奇 。
当一个气团在快速膨胀时(因为它遇到较低的大气压力),它将会显著降温,而这种冷却并不是简单的导热到其它大气,前面我们也已经假设它不和周围大气交换热量了 。
这种冷却原因实际上是在分子水平上,一个气团膨胀时消耗了它的一些内部能量 。从某种意义上说,是气团“膨胀”到环境中需要能量 。

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图为:随着海拔上升,空气密度的变化
热力学能量的减少等于热能的减少,因此,当气体的内能降低时,它的温度也会降低 。
同样,当一个气团遇到更大的大气压力时,它会压缩和变暖 。大气压力的增加压扁了气团,从而把内部能量传递给气团并增加了气团的温度 。
回到主题:暖空气上升却还是冷就很好解释了
暖空气上升是绝对正确的,只要空气比气团周围的空气温度高,气团就会一直上升 。这是因为温暖的空气密度较低,因而浮力更大 。
我们前面已经解释了任何上升的空气都会自然冷却,这是由于遇到较低的大气压力和膨胀造成的 。一个气团升得越高,它的温度下降得就越多 。
因此,尽管暖空气上升,但当它移动到较高的海拔时,很快就会冷却下来 。曾经是“温暖”的空气现在绝对变成了“寒冷” 。

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最后
故事到了这里本来应该结束了,但是我要为自己说的话负责啊 。
我前面说过,陆地可以很有效地吸收太阳的能量,并将热量转移到附近的空气中,那怎么高山上还是白雪皑皑呢?
这个说法肯定是正确的,山脉或高原表面吸收的阳光就会增加当地的温度,山的表面积越大,热效应越强 。