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□河北日报采访人员 王璐丹
苏东坡的《水旋律前奏曲》中写道 , “乘着风 , 我会飞到那里 , 然而 , 我担心水晶宫对我来说又高又冷 , 海拔越高 , 天气越冷——如果一个人太突出 , 很可能会感到荒凉” , 这里有一点科学知识——海拔越高 , 温度越低 。 我们在生活中确实有这样的经历 , 例如 , 许多高山的山顶覆盖着终年不融化的积雪 。
“海拔越高 , 天气越冷——如果一个人太突出 , 很可能会感到荒凉”表示高温 , 它指的是空气、大气温度 。 关于高处温度低的现象有一个直观的说法 , 也就是每次高度上升1000米 , 气温会下降6大约摄氏30度 。 但是热空气不是在上升吗 , 为什么上面还是这么冷?是不是越高的地方就一定越冷?
当热量上升时 , 空气会膨胀并冷却
物理学中有一种现象:空气向上流动 , 冷空气向下移动 。 这种现象的原理是热胀冷缩 , 空气的热膨胀密度变小 , 冷空气密度高 , 吹牛“浮”了上去 。 就像在寒冷的冬天 , 我们在房子里放了一个加热器 , 靠近屋顶的部分比底部升温快 。
【高处不胜寒是什么意思胜的读音 高处不胜寒中胜的读音和意思】但是在生活中 , 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 , 它很容易穿透大气层 。 当短波长太阳光到达地面并被吸收时 , 地面会被加热 , 加上地球自身产生的热量 , 地球表面成为新的热源 , 导致靠近地面的地方更温暖 , 而且越高的地方会越冷 。
为什么地球大气看上去并不符合空气向上流动的原理呢?
“因为地球的引力 , 随着高度的增加 , 空气会变得越来越稀薄 , 所以气压越高越小 , 从下面上升的空气密度太大 , 当它上升到高空时 , 会在空气的压力下膨胀 。 ”河北师范大学资源与环境学院教师张曼说 , 为了空气 , 这种膨胀发生在气体状态 , 没有其他热源可以加热它 , 会降温变冷 。 所以 , 地表附近的热空气确实在上升 , 但是在上升过程中它会膨胀和冷却 , 所以上层的空气温度不会上升 。
也有可能极高“不胜热”
“每一次高度上升1000米 , 气温下降6大约摄氏30度”大约适用的高度是3000米以下 , 而我们描述的上冷下热的工艺高度 , 基本不超过1万米 。 飞机到处都在飞1一万米以上的高度 , 在这个高度 , 情况会再次不同吗?
事实上 , 地球表面从1在一万到几万米的高度 , 大气中有很多空气成分 , 例如 , 臭氧层可以吸收阳光中的紫外线 , 所以这个区域的高度越高 , 温度就会变得越高 。 “因为加热这个区域的主要是太阳光 , 不是地面 。 ”张曼说 。
这里的空气忽冷忽热 , 另外 , 客观规律是热气密度小 , 上升 , 冷空气的密度变大并减小 , 所以这里的空气又热又轻 , 底部又冷又重 , 除了一些扰动过程 , 基本不发生上下空气交换 , 所以气流非常稳定 , 被称为“平流层” , 所以飞机主要选择在平流层底部附近飞行 。
“离平流层几万米以内的区域称为中间层 , 这个地区几乎没有臭氧 , 被氮气和氧气等气体吸收的太阳辐射大部分被高层大气吸收 , 平流层起着热源的作用 。 ”张曼介绍道 , 所以这里又出现了下面的热度、上面很冷 。
从中间楼层往高处走 , 长达数千公里 , 这里的空气会暴露在阳光中波长极短的极紫外线下、X等温加热 , 所以在这个范围内 , 下面很冷、上面热 。
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