太陽內(nèi)部時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，為包括地球在內(nèi)的太陽系所有星體提供能量來源，地球依靠溫暖的陽光滋養(yǎng)著萬物，迎來了生命的誕生，推動(dòng)了生物的繁榮和發(fā)展。在我們的印象中，距離熱源越近，那么我們所感受到的溫度就會(huì)越高，比如圍著火爐烤火。太陽是一個(gè)質(zhì)量巨大的熱源，那么，在地球海拔較高的地方距離太陽就近，為何溫度不是越來越高，而是要比低海拔地區(qū)的低呢？
我們先來看一下熱量的幾種傳遞方式
我們?nèi)粘Ｉ钪?，用溫度?jì)測量或者用身體直接感受到溫度的變化，其實(shí)就是發(fā)生了熱量的傳遞過程，如果從系統(tǒng)來看，熱量從一個(gè)系統(tǒng)傳遞到另外一個(gè)系統(tǒng)，或者從這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)部分，那么就實(shí)現(xiàn)了熱量的傳遞過程。我們?nèi)粘Ｉ钪锌吹降臒崃總鬟f和引起的溫度變化，這其實(shí)只是一種熱量傳遞的方式。
熱傳導(dǎo)。主要通過固體或者固體、液體共同作為傳導(dǎo)媒介完成的熱量傳遞方式。發(fā)生熱傳導(dǎo)的原因是由于物體內(nèi)部中的微觀粒子，在發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，通過相互之間的碰撞，實(shí)現(xiàn)熱量從高溫部分向低溫部分、或者從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移。熱傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移的是熱量，而不是溫度，溫度只是一種表明物體微觀粒子平均動(dòng)能的標(biāo)量；熱傳導(dǎo)更不是轉(zhuǎn)移的“冷”，當(dāng)手里抓住冰塊，一會(huì)手冷了，有人說是冷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，這是不正確的，轉(zhuǎn)移的只是熱量，熱量從手傳導(dǎo)到冰上，引起手溫度下降，冰溫度上升。
熱對(duì)流。與熱傳導(dǎo)一樣，熱對(duì)流也需要特定的物質(zhì)作為熱量傳輸?shù)拿浇椋徊贿^熱傳導(dǎo)需要的是固體，熱對(duì)流是液體和氣體。通過具有流動(dòng)性質(zhì)的媒介，熱量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部分。這種熱量傳輸過程，我們生活中也是經(jīng)常遇到的，比如燒開水，既有水壺的熱傳導(dǎo)、水分子之間的熱傳導(dǎo)，也有作為液體的水的熱對(duì)流作用；再比如大氣運(yùn)動(dòng)中的空氣對(duì)流，也是典型的熱對(duì)流現(xiàn)象，熱空氣密度小向上升，冷空氣密度大向下降，從而產(chǎn)生降雨、降雪等天氣。
熱輻射。這種熱量傳輸過程與以上兩種都完全不一樣，它不需要任何媒介物質(zhì)的參與，而是物體本身所固有的一種性質(zhì)，就是組成物體的微觀粒子時(shí)時(shí)刻刻都處于不斷運(yùn)動(dòng)之中，就會(huì)擁有比絕對(duì)溫度要高的溫度，從而以電磁波的方式攜帶著能量向外釋放，溫度越高，那么這種熱輻射強(qiáng)度就會(huì)越大，電磁波的波長就越短；溫度越低，熱輻射強(qiáng)度就越小，對(duì)應(yīng)的波長就越小。熱輻射是宇宙中最常見的一種熱量傳輸方式，它可以使從恒星中發(fā)出的熱量，穿過物質(zhì)極其稀少的宇宙?zhèn)鬏斂臻g到達(dá)很遠(yuǎn)的地方。
再看一下熱量從太陽到達(dá)地球的過程
從太陽釋放的能量，穿過茫茫宇宙空間到達(dá)地球，其中分為幾個(gè)不同的階段，其占據(jù)主導(dǎo)地位的熱量傳輸方式也不一樣。主要包括：
第一階段：從太陽表面到達(dá)地球大氣層的外圍。這個(gè)過程中熱輻射占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)，因?yàn)榭臻g中的物質(zhì)密度極低，熱量基本不能以熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的形式傳遞。理論上在真空中通過電磁波的方式可以將熱量帶到無限遠(yuǎn)的地方，但是宇宙空間不是真正意義上的真空，其中還含有微量的氣體分子和星際塵埃，對(duì)電磁波具有一定的反射和吸引作用，因此在宏觀距離的尺度上看，距離恒星越遠(yuǎn)的地方熱量也會(huì)逐漸遞減。
第二階段：進(jìn)入大氣層散逸層之后。這里的空氣雖然密度較低，但是在太陽紫外線和宇宙射線的作用下，大部分的氣體分子發(fā)生電離，質(zhì)子和氦核的含量很高。太陽輻射中通過電磁波攜帶的能量，轉(zhuǎn)化為電離氣體內(nèi)能的效率很高，因此散逸層的溫度急劇升高，可以達(dá)到上千度，是地球大氣層中溫度最高的部分。不過，隨著散逸層高度的下降，電離氣體的含量越來越低，溫度下降得很迅速，到達(dá)散逸層底部時(shí)溫度已經(jīng)降到－50多度。
第三階段：進(jìn)入平流層之后。這里氣體分子仍然稀薄，不過臭氧含量逐漸增多起來，臭氧可以強(qiáng)烈吸收太陽輻射中的紫外線，從而使內(nèi)能增加，溫度升高，在平流層距離地面60公里左右的區(qū)域，又達(dá)到一個(gè)溫度的峰值，只不過這個(gè)峰值的絕對(duì)溫度較低，是相對(duì)于其它區(qū)域而言的。第四階段：進(jìn)入對(duì)流層之后。這部分的大氣層因?yàn)榫嚯x地面較近，因此獲取的熱量，主要取決于來自地面的長波輻射，而非太陽的熱輻射，因此距離地面越高，地面長波輻射的作用就相對(duì)減弱，溫度下降，一般每升高100米，溫度就下降0.6攝氏度。
決定溫度高低的主要因素
從以上的分析可以看出，對(duì)于任何一個(gè)系統(tǒng)來說，決定著其溫度高低的因素，主要取決于它所接收到的轉(zhuǎn)移熱量數(shù)值。而這個(gè)數(shù)值的多少，則是熱輻射、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)3種熱量傳遞方式的綜合作用，因此，熱源輻射強(qiáng)度的高低、距離的遠(yuǎn)近、系統(tǒng)物質(zhì)組成這3個(gè)方面是決定物體溫度高低最關(guān)鍵的因素。對(duì)于地球來說：
太陽輻射強(qiáng)度的變化可以忽略不計(jì)，在現(xiàn)有時(shí)間尺度衡量下，太陽本身所釋放的熱量幾乎不變。
與太陽的距離有微弱的變化，比如不同區(qū)域的海拔、近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)的距離差異，都會(huì)使被測量溫度的地區(qū)與太陽的距離有所差異，但這個(gè)差異與地球與太陽的平均距離（14960萬公里）相比，又可以忽略不計(jì)。
地球系統(tǒng)物質(zhì)組成影響地球溫度，主要來自地球大氣層的分布和組成的差異，這是決定地球溫度垂直方向上變化最直接和最主要的原因。而推動(dòng)垂直方向上溫度變化，主要依靠兩個(gè)方面的輻射強(qiáng)度，一個(gè)是太陽的短波輻射，另一個(gè)是地面的長波輻射。其中近地面的對(duì)流層，主要以吸收來自地面的長波輻射為主，靠氣體分子吸收長波輻射，轉(zhuǎn)換成分子的內(nèi)能實(shí)現(xiàn)升溫和保持溫度的目的。
總結(jié)一下
之所以地球海拔越高的地區(qū)溫度越低，主要原因在于大氣層的分層結(jié)構(gòu)，地面上的高山即使海拔再高，也是處于對(duì)流層之內(nèi)，這里越往上，氣體分子越稀薄，那么接收熱輻射轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的總量就越低。同時(shí)，對(duì)流層之內(nèi)的氣體分子，所能接收到的熱輻射來源，主要來自地球的長波輻射，因此造成了在對(duì)流層之內(nèi)越往上，所接收到的長波輻射效率越低、溫度也相應(yīng)下降的現(xiàn)象。
聯(lián)系客服
