珠穆朗瑪峰是地球上的最高點,離太陽應該也是最近,可為什麼氣溫卻比地面低?
如題,想問問各位大神這是什麼原理?
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以下引用題主原文,題主是很認真的在問這個問題:
鏈接:珠穆朗瑪峰是地球上的最高點,離太陽應該也是最近,可為什麼氣溫卻比地面低? - 大桃子叔叔的回答
珠穆朗瑪峰峰頂離太陽近卻比地面溫度低,那是因為它還不夠高,或者說是由於臭氧層的高度太高。
一、
高票答案的主要的關注點都在「幾何高度」、「日地距離」等絕對高度,但是我覺得,這是不太合理的。
以下是理由:
1、高度越高溫度越低在對流層以及中層大氣內是成立的,所以中層大氣也有高空對流層的別稱。
2、而在平流層以及熱層中,的確是高度越高溫度越高。而熱層頂在太陽活動期的溫度甚至可以達到2000K(由於熱層的空氣稀薄,分子平均自由程極大,這裡的溫度回歸到了熱力學的定義:反應分子平均動能,而不是人體能感覺到的冷熱)。
3、所以,在平流層中,不論幾何高度如何,不論從平流層底向上升千分之零點零零零零幾的天文單位,只要沒有超過平流層頂(就像珠穆朗瑪峰從對流層底開始算起也沒有突破對流層頂),的確是離太陽越近,溫度就越高。
所以,從絕對高度入手解釋這個現象,是不合理的。
附圖:大氣鉛直分層方法與結構
二、
題主的問題是:珠穆朗瑪峰是地球上的最高點,離太陽應該也是最近,可為什麼氣溫卻比地面低?
我覺得回答這個問題應該從下面兩方面入手,回答這個問題也就是要將下面這兩個問題講清楚。
而我覺得這倆個問題真正可以理解的朋友並不多,所以與其嘲諷題主不如多想想,許多問題的提出與解決都在習以為常的「常識」背後。
許多答主都提到了與下面這張圖類似的圖片(圖上數據來源於 IPCC 的2007報告)
而我覺著,這張圖片並不能完整的解釋第二個問題,這張圖反映了地-氣系統的輻射平衡,從圖的最上方可以看出從進入大氣上界的太陽的輻射的值(342),是等於反射太陽輻射(短波部分)(107)與大氣上界出射的長波輻射(OLR)值(235)的和。可以說這張圖是將地-氣系統看作了一個整體,反映輻射平衡。退一步來說,這張圖裡的確有反映大氣的情況,但是,也僅僅將大氣看做了一個整體,即一層大氣(一層大氣輻射相關內容煩請移步這個回答,即一層雙面大氣+一層單面地面的兩層模式)。是沒有辦法解釋大氣在不同高度上的溫度變化的。
所以,這張圖片是沒有辦法回答題主的問題的。
以上兩點,是我覺得現有答案並不能合理解釋問題的原因所在。
三、回答
經過以上的分析,我分離出來的兩個問題是你中有我,我中有你的關係。所以,我僅需將對流層和平流層的溫度變化原因解釋,就可以說明以上兩個問題了。
1、基礎知識(供參考,關鍵在黑字)
根據普朗克定律(普朗克定律_百度百科)將黑體輻射曲線進行歸一化:
,公式供參考,不影響閱讀(從這裡也可以看出來曲線下面積與溫度無關)。
可以求出放出的黑體輻射隨的變化,根據數值的不同可以得到6000K,300K,250K處的歸一化黑體輻射曲線[1]:
這分別代表著太陽、地表、大氣的平均溫度。
可以看出來約在4 μm處就可以很好的區分兩種輻射了,根據普朗克定律,溫度越高放出的輻射越集中於短波輻射,相應的溫度越低,越向長波輻射處偏移。
所以,我們常常將太陽發出的輻射稱之為短波輻射(能量集中在可見光波段和近紅外波段),而地面和大氣放出的輻射稱之為長波輻射(能量集中在紅外輻射,所以也稱熱紅外輻射)。
而大氣中不同的氣體成分對長波短波輻射選擇性吸收情況以及氣體的分布,決定了大氣的溫度結構。
2、吸收輻射的氣體
:水汽是105°O-H鍵張角的三角極性分子。由於轉動帶和振動帶的結合使得水汽的吸收譜十分的複雜。在6.3 μm處由於扭曲振動而存在的振動-轉動帶是最強、最寬的。其次是由於對稱拉伸和反對稱拉伸在2.7 μm處也有一個混合吸收區。所以,從上面的分類(4μm為長短分界)可以看出來,水汽既可以吸收太陽短波輻射又可以吸收長波輻射,而且吸收長波輻射區幾乎覆蓋了整個地-氣系統的長波輻射,這也使得水汽成為了一種重要的溫室氣體(然而水汽在大氣中的含量短期局地多變,長期全球保持穩定,但如果持續上升可能存在正反饋機制使得水汽含量增加)。
:氧氣的吸收主要在小於0.26μm的短波輻射區,0.20-0.26μm的赫茲堡帶,0.175-0.2μm的舒曼-榮格帶,0.13-0.175μm的舒曼-榮格連續吸收帶(最重要的吸收譜)。但由於吸收帶主要位於紫外光區,太陽輻射能量很少(上面提到主要在可見光和近紅外),所以吸收到的能量並不多。
的吸收主要在0.2-0.36μm處的哈金斯帶,0.44-1.18μm有一個微弱的吸收區稱為查普斯帶。臭氧的吸收主要在短波輻射,而長波輻射有弱的吸收,所以常說也是一種溫室氣體。
:二氧化碳主要的吸收帶是在12-18μm的反對稱拉伸振動帶,雖然二氧化碳分子還有對稱拉伸振動,但由於電荷中心重合,所以沒有吸收產生。二氧化碳吸收了長波輻射,使得相關波段的太陽輻射能量在高空就被吸收殆盡,而也會接受大部分的地面短波輻射,所以也是一種重要的溫室氣體。
總結來說:
吸收短波輻射的氣體:、(比長波吸收弱)、(吸收能量很少)
吸收長波輻射的氣體:、、
3、對流層大氣與平流層大氣
在對流層大氣中,到達地面的短波輻射能量主要被地面吸收,大氣吸收僅佔一部分(第二張圖IPCC那張圖,地面吸收168,大氣吸收67),所以熱源是地面,地面放出了紅外輻射,而水汽、將紅外輻射吸收是上層大氣冷卻的主因(紅外冷卻),越向上紅外輻射的能量被吸收的越多,剩下的熱輻射也就越少,所以越靠近的地面的氣層溫度越高。
在平流層大氣中,由於臭氧層與整個平流層相重合(最開始的大氣分層圖),所以平流層的熱源主要是臭氧吸收的太陽短波輻射。離太陽越近,溫度越高。
四、最後
所以,回到題主的問題,從上面的解釋來看,我們可以這麼說:珠穆朗瑪峰峰頂離太陽近卻比地面溫度低,那是因為它還不夠高,或者說是由於臭氧層的高度太高。
換句話來說,由於珠峰在對流層內,對流層內的大氣吸收的主要是來自地面的長波輻射,越向高處熱輻射能越少,所以珠峰峰頂比地面溫度要低。
如果臭氧層的高度降低,甚至貼近地面,或者氧氣可以大量吸收短波輻射。那麼對流層和平流層的位置將會倒轉,那時候的地球又是另一幅模樣了。
通常大眾聽到的原因是 對流層的熱源是地面,越靠近地面溫度越高。
這也是許多人覺得這是常識的原因,殊不知常識的背後的原因是複雜和深遠的,甚至為常識加上一句話,都要耗費很多的紙張去闡明背後的機理。
[1] 《大氣物理(熱力學與輻射部分)》--
在摺疊區嘲諷題主的朋友:
這篇文章
共勉
稍微看了下大部分答案,中肯的說,有相當一部分沒有什麼意義。看起來題主可能還沒有初中畢業,希望各位知友不要嘲諷題主。正如其他答主說的,人家只是抱著一顆求知的心來提這個問題的。
本人大四氣象專業學生,稍微就本專業知識回答一下這個問題吧,也算是稍微複習一下自己的知識。不足之處,還請各位大神指正。還希望有更多了解此類知識的,也可以私信我推薦參考書。
先問是什麼,然後問為什麼。不感興趣或者看不懂的自行跳到底部。
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基本概念:
1. 地面溫度的來源:太陽直接輻射(主要為短波輻射,重要),大氣對地面的逆輻射(主要為長波輻射,重要)地下溫度的熱傳導(傳導,不重要),大氣邊界層(可以理解為大氣近地面的部分)對地面的湍流換熱(對流,不太重要),潛熱的吸收與釋放(也就是水汽的蒸發和凝結,不太重要),地面自身的輻射(主要為長波輻射,失去熱量,重要);
2. 大氣邊界層與對流層的溫度來源:吸收地面輻射(主要為長波輻射),地面湍流換熱,潛熱釋放(水汽的凝結放熱);
3. 大氣平流層的溫度來源:與對流層的熱交換(可能很小,不太重要),對太陽短波輻射(尤其是紫外線)的吸收(主要靠臭氧)
4. 高空風與地面風速的大小對比:由於摩擦力等因素(我就不展開了)的影響,地面風速遠遠小於高空風速。
氣象學裡面比較公認的機理:
1. 珠峰海拔八千米,與平流層無關。平流層在極地大約為十公里的高度,在赤道可以有將近二十公里(沒看書,依稀記得的概念,輕噴);
2. 有人提到對流層平均溫度直減率0.65度/100米,和這個關係不大。這個只是經驗性的描述。在青藏高原上,由於高原對空氣的加熱(主要為湍流換熱,長波輻射加熱的比例比較小,見第三條),導致該地區氣溫與同海拔的其它地區相比,該地區氣溫較高。由於這個原因,氣象學上還有一個名詞,叫青藏高壓,氣象學專業大二以上的同學應該明白;
3. 近地面大氣的主要熱源來自於地面的長波輻射加熱和湍流換熱。前者取決於雲量和大氣中的水汽含量,水汽含量越高,其吸收熱量的效率就越高。其機理你可以自行查閱參考書。對於後者,我了解不多,其機理要說明白也可以出篇博士論文了2333333;
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答主自行分析:
青藏高原海拔高,空氣稀薄,水汽含量少
=》其能有效截留地面長波輻射的能力弱,吸收效率低
=》大氣吸收的熱量少
=》氣溫低
=》氣溫低反過來也會減少大氣逆輻射,從而使地溫下降更快
(這條可靠性比較高)
高空風速大
=》其周圍溫度低於該地區的冷空氣往往能較快的與該地區溫度較高的熱空氣混合,導致氣溫低
(這個不一定正確,求輕噴)
先到這裡吧,參考書不在手邊,以後有時間再翻翻書,看看還有沒有別的機理。
順帶說一句,題主不要被知乎上那些沒什麼真才實學又惡意抖機靈、嘲諷別人的風氣影響了。那些人敬而遠之即可。
也請你在提問的時候註明自己的學歷,以方便別人盡量用你聽得懂的語言回答。我只糾正題主第一句話,珠穆朗瑪峰只是地球的海拔最高點,並不是幾何最高點。因為地球自轉的原因所以是一個兩極略扁,赤道略鼓的橢圓形球體,所以赤道地區的地面距離地心更遠一點。地球的幾何最高點是在厄瓜多的欽博拉索山(Mount Chimborazo)。雖然海拔高度只有6267米,但是要是從地心算起它比珠穆朗瑪峰還要高2400米左右。
因為地球離太陽太遠,山峰的高度相對於這個距離來說基本可以忽略不計。
而對地球來說,熱量主要是由陽光加熱地表造成的,山峰里地面較遠,享受不到地面被陽光加熱後形成的「暖氣」層的保護,所以溫度低。同時,山峰積雪反射陽光也會進一步降低山峰吸熱的能力。
謝邀。
日地距離(Earth-Sun Distance):其最大值為15,210萬千米(地球處於遠日點);最小值為14,710萬千米(地球處於近日點);平均值為14,960萬千米。
珠穆朗瑪峰海拔應該不需要科普,我小時候還得背,8844.43米(好死不死背的時候還重新測量了,背了兩個數字,很容易搞混)。
所以珠穆朗瑪峰頂端相對海平面而言,距離太陽近了0.000006%。
真是近了好多哦。
太陽輻射進入大氣層時被大氣和地面吸收
大氣吸收然後反射到地面和宇宙空間,
地面吸收後反射到大氣和宇宙空間,同時大氣又反射給地面,這樣一來就形成了一個保溫層。所以地面氣溫較高。
珠穆朗瑪峰海拔高,空氣稀薄,沒有這種保溫條件。它的熱量都反射到了宇宙空間,氣溫也就相對較低了。
對了,這個叫大氣逆輻射。
所以,海拔越高,空氣越稀薄,大氣逆輻射程度越差,氣溫也就越低了。
其實我們生活中也經常用到這種原理,打霜的時候農民為了不凍死莊稼會在邊上點一處煙,其實這就是為了增加空氣密度,使大氣逆輻射的更加充分,從而達到保溫效果。
高中知識答題,希望沒有抖錯機靈
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雖然沒有人看我答,我還是更新說一下
己所不欲 勿施於人。別讓知乎充滿戾氣,
畢竟這裡是為數不多的一片知識交流的凈土。
主要原因就是大家說的,海拔越高大氣越稀薄,對地面長波輻射的吸收越弱,而近地面(對流層)大氣溫度上升主要靠吸收地面長波輻射,所以對流層大氣溫度隨海拔上升而下降。這是決定性因素。
然而有些同志認為在溫度這方面,海拔高度相對日地距離可以忽略不計這是不對的。打個比方,朝50米開外的小兵射箭,人穿的鎧甲也能讓箭減速,然而空氣也能讓箭減速。但你對那小兵說「小同志,你那鎖子甲半厘米不到,比50米厚的空氣不知道薄到哪裡去了,根本沒用,快脫了像真正的兄貴(誤)一樣去戰鬥」,你說這小兵會不會馬上讓你乖乖站好,啊♂?同樣的道理,拋開地球表層的大氣、接受太陽輻射的角度等因素談太陽輻射和氣溫是耍流氓的。要知道地球軌道是橢圓形的,近日點比遠日點近了500萬千米(等於400個左右地球連起來,要想杯子連起來有這麼長,某奶茶得熱賣五十年),然而這並沒有什麼用,到達近日點時,地球離太陽近,北半球反而是冬天,這跟大氣上界面接受太陽輻射的角度有關。
話說回來,在高度影響氣溫這個問題上,大氣層起了決定性的作用,就是小兵身上穿的鎧甲。其實題主的話如果改成「越高離太陽越近被曬得越厲害」在一定程度上是成立了。先看這幅圖(沒看文獻,隨便網上找的,歡迎批評)。
單說地面接收太陽輻射的話,我們首先刨去緯度的影響只看高度(其實也只是主要因素,還受其他因素影響)。喜馬拉雅、岡底斯山比同緯度的長江中下游地區輻射量高了差不多一倍。可見高度通過大氣的作用對太陽輻射的影響之劇烈;可見去西藏旅遊對我們嬌嫩的皮膚影響之劇烈(真人實測,說多是淚)。
再看這張圖
可以看到,如果珠穆拉瑪峰它自己再爭氣一點,多喝點牛奶打打籃球再長高那麼一倍,會符合題主所說的離太陽越近越暖和。所以說認為珠穆朗瑪相對日地距離來說不夠高,說這屆地球不行是本題答案之一,這是不對的。
剛才把所有回答以及答案下的評論又看了一遍,謝謝大家的回答以及懷疑,實在是沒有這方面的知識儲備,在問這個問題之前在知乎搜索了一下,沒有找到我想知道的答案,才有了這個問題。之所以把這個回答重新編輯,是我有了一點其他的感觸,我一直都明白自身的不足,也從沒有停止過對自我提升,因為生活的緣故,我目前沒辦法顧及到這方面知識的學習與積累。等完成目前的既定目標以後會花時間努力去多學習這方面的知識,不為別的,只希望以後要是我有了孩子,而他(她)要是有這方面的疑惑的時候我能夠很好的回答他的問題並讓他理解。謝謝各位。我得到了我想知道的答案,雖說還不能做到為另一個有類似問題的人解惑,但我已經有了積累,很抱歉不能一一回復所有人,在此再說一句謝謝。最後,我想說,我不奢望所有人都理解我的生活,只希望能理解我所理解的生活。
以上
本來地面能吸收的太陽輻射能就不到一半。加上常年積雪覆蓋,山體地面能吸收的太陽輻射量只有47%*0.01(積雪對太陽熱輻射波反射率是90%,紅外波更是高達99%)=0.47%
其實和,晚上氣溫低於白天氣溫,陰天,雨雪天氣溫低于晴天都是同一個原理。
具體可搜索:熱力學中的熱力平衡。
氣溫高低真跟離太陽遠近沒啥太大關係。
北半球冬天離太陽反而是最近的時候,夏天最遠。主要還是看光照情況。
我們生活的大氣的溫度,也就是對流層。是離地越高,溫度越低的。因為主要是靠地面吸熱,然後加熱空氣升高氣溫,叫逆輻射。離地越遠,越冷。與地面吸收的巨大熱量相比,空氣幾乎相當於完全透明的,不吸熱。
當然了,高層大氣,平流層層什麼的。由於離地太遠了,接收不到多少地面傳來的熱量。所以,平流層層是越高越熱的,不過因為空氣的透光率足夠大,這個溫差不是很明顯。
隨便說一句,
你在北半球凍成狗的一月,地球卻是在近日點
熱成狗的七月初,地球在遠日點
一月的時候比七月,離太陽近500萬公里這個問題…感覺類似兩小兒辯日那個時代的問題…
日地距離1.5億公里,珠峰按照九公里算,只有這個距離的大約1千七百萬分之一?
也就是說,你在距離你170公里的地方,放了一個火球,你移動1厘米,你能感受到溫度的差異嗎?這個差距實在是太微不足道了。
至於說什麼地球幾何橢圓球體之類的,怎麼說呢,那點差距也沒什麼。甚至是,地球的軌道還不是圓的呢。一年間距離太陽的距離夏冬兩季差距達到幾百萬公里,但是赤道溫度其實差不多吧(這兩個季節對於赤道來說,太陽照射高度相同)
地球受太陽影響很大,但是在這個較為穩定的軌道上,地球自己對自己的影響更是不容小覷。海拔越高,溫度越低,還是主要是因為太陽光的雲層反射低,初中物理吧。至於其他原因,說的那麼高深也沒什麼用啊……因為它雖然白天離太陽最近,晚上卻離太陽最遠啊
又是這麼正經的題!
(づ ̄ 3 ̄)づ來,題主~咱們放鬆一下
謝邀,開答
我聽說水星離太陽比地球離太陽近
然而水星也有結冰現象哦~
它最大溫度427度,最小-173度。引力偏小。 赤道逃逸速度 4.25 km/sec 平均地表溫度 179°C
就這麼熱還有行星時期留下的冰呢
就好比你在看A
在你的不懈努力下,丁丁噴了點東西,那麼遠在另一端離女藝術家更近的男藝術家~~是不是會變噴泉?
不!人家只是禮貌噴一點!
很多從幾何、數學角度解釋的答案,那麼我就不再贅述相同內容,說說另一個角度。
孔子東遊,見兩小兒辯鬥.問其故.
一兒曰:「我以日始出時去人近,而日中時遠也.」
一兒曰:「我以日初出遠,而日中時近也.」
一兒曰:「日初出大如車蓋,及日中則如盤盂(yú),此不為遠者小而近者大乎?」
一兒曰:「日初出滄(cāng)滄涼涼,及其日中如探湯,此不為近者熱而遠者涼乎?」
孔子不能決也.兩小兒笑曰:「孰(shú)為汝(rǔ)多知(zhì)乎?」
或者類比成簡單的方法,站在珠穆朗瑪峰山頂的人喊了一句話,那麼站在山腳的人是左耳聽得更清楚還是右耳聽得更清楚,答案是都聽不清楚。
意思就是地球上被太陽照到的地方,影響氣溫的最大因素不是陽光。
還有一點,不知道題主生活的世界是不是天圓地方,大地是平的,太陽是個球繞著我們轉。
但是我可以很認真的告訴題主,在我們這個世界裡地球是個醜醜的扁扁的不規則的球,討論太陽距離與地面溫度的關係時,極晝時的北極南極有話說。
南極and北極:三個月時間不間斷照太陽,肯定我們離太陽最近啊,為毛最冷的還是我們。
孔子東遊,見兩小兒辯日。
廢話少數,太陽到地球的距離,與珠峰到地面的距離根本不在一個數量級上,幾百公里的距離根本不影響太陽輻射對溫度的影響。
影響地球上各地區溫度的因素主要有以下幾種:1.緯度,緯度越高,太陽斜射,接受太陽光照射的強度就越低。而熱帶地區接受太陽直射,終年溫度都比較高。
2.高度,由於溫室氣體如CO2都處於大氣層底部,而且大量的太陽輻射能量被地面吸收或反射。距離地面越近,溫室氣體越多,該區域的溫度就會越高。所以向上隨著高度的增加,氣溫是逐漸降低的。另外,珠峰終年積雪,太陽光都被反射了,其溫度更低。
3.海陸差異,水的比熱容比較大,而且洋流對地球各地氣溫的影響是非常大的,所以即使是在同一緯度上,也會出現溫差較大的現象。比如多雨的英國,比哈爾濱緯度還高。
看到這個問題,思緒萬千。媽的前幾天被老師叫起來回答問題就是和這個相關的!!!
珠峰雖然有八千多米,但還是處於地球大氣最底層對流層,而大氣中二氧化碳、水汽、氣溶膠粒子等保溫物分布海拔較低,它們的濃度隨高度升高而降低,對流層的能量主要得益於地面輻射,下層保溫物質多,吸收的能量多,溫度升高,上層保溫物質和吸收的地面輻射都少,熱量自然就少了,溫度自然就低了啊 我是學渣,跪求勿噴。。。。。。
首先,珠穆朗瑪峰雖然是海拔最高,但不是距離太陽最近,因為地球不是規則球形。
然後,相對於地日這種距離來說,珠穆朗瑪峰的高度對於太陽輻射來說可以忽略不計,影響太小了。
高中地理課中講到,太陽直接輻射一般認為是短波輻射,短波輻射難以被大氣吸收,因此太陽光直接加熱大氣作用不大。太陽光加熱地面之後,地面升溫之後的輻射屬於長波輻射,這個長波輻射才是大氣受熱升溫的主要來源。珠穆朗瑪峰因為海拔高,所受地面輻射少,溫度低。
如果記錯了,請原諒不上地理課已多年。
參見高一地理大氣的熱力作用,就是地球受熱的過程,地面接收來自太陽的短波輻射升溫,後將熱量傳給大氣,大氣受熱後又將熱量傳給地面,因此氣溫升高主要靠大氣逆輻射而非太陽的直接照射,也就是我們通常說的太陽照大地,大地暖大氣,大氣返大地,大氣具有保溫作用,珠穆朗瑪峰海拔高,空氣稀薄,大氣的保溫作用弱,所以氣溫低。海拔每升高1000米,氣溫下降6攝氏度。
高中地理的問題,雖然說大氣層的能量根本來自於太陽輻射,但是太陽輻射在通過大氣層(主要說對流層)的時候大氣能夠直接吸收的太陽輻射(短波輻射)並不多,反而是地面吸收了太陽輻射後增溫從而向外輻射(長波輻射)能夠大部分被對流層大氣吸收,因此大氣的能量是更直接源於地表的,這也是為什麼海拔越高溫度越低的原因。
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