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高處不勝寒 高處不勝寒是什么意思

云知道

□河北日?qǐng)?bào)采訪人員 王璐丹
蘇東坡的《水調(diào)歌頭》中寫(xiě)道，“我欲乘風(fēng)歸去，又恐瓊樓玉宇 ， 高處不勝寒”，這里點(diǎn)明了一個(gè)科學(xué)小常識(shí)——海拔越高氣溫越低 。我們生活中也確實(shí)有這樣的體會(huì)，例如很多高山的頂端被終年不化的積雪覆蓋 。
“高處不勝寒”所說(shuō)的高處的溫度，是指空氣、大氣的溫度 。對(duì)于高處溫度低的現(xiàn)象有一個(gè)直觀的說(shuō)法，即高度每上升1000米，氣溫就要下降6攝氏度左右 。但熱空氣不是會(huì)向上走嗎，為什么高處還是那么冷？越高的地方就一定越寒冷嗎？
熱空氣上升途中會(huì)膨脹冷卻
在物理學(xué)中有一個(gè)現(xiàn)象：熱空氣向上運(yùn)動(dòng) ， 冷空氣向下運(yùn)動(dòng) 。這種現(xiàn)象的原理在于熱脹冷縮，熱空氣膨脹密度變小，冷空氣密度較大，熱空氣就“浮”了上去 。好比在寒冷的冬天 ， 我們?cè)谖堇锓派吓癄t，接近房頂?shù)牟糠志捅认逻吀鞜崞饋?lái) 。
但在生活中，我們也能直觀感受到另一個(gè)現(xiàn)象：自然光以較短的波長(zhǎng)為主，很容易穿透大氣 。當(dāng)短波長(zhǎng)的太陽(yáng)光到達(dá)地面被吸收后，地面就會(huì)被加熱，再加上地球本身產(chǎn)生的熱量，地球表面就變成了新的熱源，導(dǎo)致離地面近的地方更加溫暖，而越高的地方就會(huì)越冷 。
為什么地球大氣看上去并不符合熱空氣向上運(yùn)動(dòng)的原理呢？
“因?yàn)樵诘厍蛞Φ奈?，空氣?huì)呈現(xiàn)越往高處越稀薄的情況，因此較高的空中氣壓較小 ， 從下邊升上來(lái)的空氣反而因?yàn)槊芏忍?，升上高空后?huì)在氣壓作用下發(fā)生膨脹 ?！焙颖睅煼洞髮W(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教師張曼說(shuō)，對(duì)空氣來(lái)說(shuō)，在氣體狀態(tài)下發(fā)生這樣的膨脹，又沒(méi)有其他的熱源能加熱它，就會(huì)降溫而變冷 。所以，地表附近的熱空氣的確在上升 ， 但在上升中發(fā)生了膨脹和冷卻，所以并不會(huì)使上層的空氣溫度升高 。
極高處也可能“不勝熱”
“高度每上升1000米，氣溫就下降6攝氏度左右”大概適用的高度在3000米以下，而我們所描繪的上冷下熱的過(guò)程所處高度基本也不超過(guò)1萬(wàn)米 。飛機(jī)普遍飛行都在1萬(wàn)米以上的高度，在這種高度下，情況是否又會(huì)有所不同呢？
事實(shí)上 ， 地球表面從1萬(wàn)米到幾萬(wàn)米高度區(qū)域的大氣存在很多空氣成分，例如臭氧層可以吸收太陽(yáng)光當(dāng)中的紫外線等，所以這個(gè)區(qū)域內(nèi)的高度越高，溫度也會(huì)變得越高 ?！耙?yàn)榧訜徇@一區(qū)域的主要是來(lái)自太陽(yáng)發(fā)出的光，而不是地面 ?！睆埪f(shuō) 。
這里的空氣上熱下冷，加上客觀規(guī)律是熱氣密度較小而上升，冷氣密度較大而下降，所以在這里的空氣上邊熱而輕，下邊冷而重，除了一些擾動(dòng)過(guò)程外 ， 基本不會(huì)發(fā)生上下空氣交換，故而氣流是非常穩(wěn)定的，被稱(chēng)為“平流層”，飛機(jī)也因此主要選擇在平流層靠近底部的位置飛行 。
“從平流層再向上幾萬(wàn)米以?xún)?nèi)的區(qū)域叫做中間層，這個(gè)區(qū)域幾乎沒(méi)有臭氧，而氮?dú)夂脱鯕獾葰怏w可吸收的太陽(yáng)輻射又大部分被上層大氣所吸收，主要靠平流層承擔(dān)起熱源的角色 ?！睆埪榻B，因此這里再次出現(xiàn)下面熱、上面冷的狀態(tài) 。
從中間層再往高處去 ， 直到再向上數(shù)千公里范圍內(nèi)，這里的空氣會(huì)被太陽(yáng)光中波長(zhǎng)特別短的極紫外射線、X射線等加熱，所以在這個(gè)范圍內(nèi)，都是下邊冷、上面熱 。
而最“高處”，也就是進(jìn)入到距離地球上千公里的宇宙中 ， 對(duì)那里溫度的描述往往取決于宇宙帶電粒子的能量 。航天器在宇宙中飛行，接受陽(yáng)光照射的地方溫度可能達(dá)到上百攝氏度 ， 而背向太陽(yáng)的一側(cè)則可能達(dá)到零下百攝氏度 。張曼介紹，在已經(jīng)能夠飛向宇宙的今天 ， 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)說(shuō)明高處不一定就會(huì)更寒冷 。

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