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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    為何高處不勝寒

                    2012-12-28 10:07:28

                    /上海市公共氣象服務中心

                     

                    當我們爬山登高時,越是行至高處,則越是寒冷,這是再簡單不過的常識。不過,仔細一想,它卻有悖常理:太陽是地球的熱源,距離熱源越近,溫度理應越高。這其中究竟有何奧妙呢?

                     

                    太陽短波輻射

                     

                    太陽是個巨大灼熱的氣體球,不停地進行著熱核反應,不斷地將自身的質量轉化為能量,并將這些能量以電磁波的形式向外輻射。太陽就是通過輻射的方式將熱量傳遞給了地球。太陽輻射的波長范圍大約在0.154微米之間,我們習慣稱之為短波輻射。在這段波長范圍內,又可分為3個主要區域,即波長較短的紫外線區、波長較長的紅外線區和介于兩者之間的可見光區。在波長0.48微米的地方,太陽輻射的能力達到最高值。

                     

                    大氣中的主要氣體是氮和氧,只有氧能微弱地吸收太陽短波輻射。在波長小于0.2微米處有一個寬吸收帶,吸收能力較強;在0.690.76微米附近,各有一個窄吸收帶,吸收能力較弱。

                     

                    而大氣中的水汽、二氧化碳對太陽短波輻射的吸收作用也比較弱。其中,水汽在可見光區和紅外區都有不少吸收帶。不過,吸收最強的波段是從0.932.85微米之間的幾個吸收帶,因此,水汽從總的太陽短波輻射能里所吸收的能量不多。二氧化碳對太陽短波輻射的吸收更是微弱,僅對紅外區4.3微米附近的輻射吸收較強,而這一區域的太陽短波輻射極其微弱。

                     

                    另外,懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質,也能吸收一部分太陽短波輻射,但吸收量甚微。因此,大氣(特別是對于對流層大氣而言)對太陽短波輻射的吸收作用很小,太陽短波輻射并不是大氣主要的直接熱源。

                     

                    地表長波輻射

                     

                    既然不是太陽,那么究竟是什么熱源直接“加熱”了大氣呢?大家可能沒有想到,其實就是地球表面。雖然大氣“拒絕”了太陽的熱量,不過,地球表面可是來者不拒。太陽短波輻射通過大氣后,直接被地表吸收。地表在吸收太陽短波輻射后,又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送出去。 由于地表溫度比太陽低得多,因而地表輻射的主要能量集中在130微米之間,其最大輻射的平均波長為10微米,我們習慣稱之為長波輻射。地表放出的長波輻射,除部分透過大氣奔向宇宙外,大部分被大氣中的水汽和二氧化碳所吸收。其中,水汽對長波輻射的吸收更為顯著。所以,大氣,尤其是對流層中的大氣,主要是靠吸收地表長波輻射而增熱的。

                     

                    海拔越高,大氣接受到的地表長波輻射越少,氣溫也就越低。所以,“高處不勝寒”是有道理可言的。海拔不同,氣溫不同,風景自然迥異。正所謂,“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開?!碧拼娙税拙右自凇洞罅炙绿一ā分悬c出了氣候因海拔不同所產生的差異——初夏時節,山下已是春去夏來、芳菲已盡,而在高山古寺中,桃花正在盛開。

                     

                    一般來說,在對流層中(對流層在中緯度地區平均高度為1012千米),平均每升高100米,溫度下降0.6攝氏度。詩中描寫的大林寺位于現今的廬山“花徑風景區”,海拔高度約1400米,比山下平原高出1100余米,氣溫較山下的九江市一帶低67攝氏度;加之山上云霧彌漫,日照不足,溫度愈發的低,風景自然與山下有所不同。

                     

                    【延伸閱讀】

                     

                    海拔越高氣溫越低,并非絕對

                     

                    是否大氣越到高層,溫度就越低呢?答案只能是部分正確。氣溫的垂直分布在不同大氣層中是不一樣的。

                     

                    平流層距離地表很高,地表長波輻射的熱量已經無法送到這層大氣了,它是通過平流層大氣中的臭氧吸收太陽輻射而增溫的。臭氧對太陽輻射的吸收能力很強。0.20.3微米為一強吸收帶,使小于0.29微米的太陽輻射不能到達地面。在0.6微米附近又有一寬吸收帶,吸收能力雖然不強,但因這一輻射帶能量最強,所以,吸收的太陽輻射還是相當多的。在平流層中,臭氧的數量隨著高度的增加而增加,所以,平流層中的氣溫是越高越熱的。另外,大氣最外界是高層大氣,它也是靠直接吸收太陽輻射而增溫的。

                     

                    嚴格來說,海拔越高,氣溫越低,這里的氣溫指的是對流層大氣的溫度。

                     

                    一天之中的最低氣溫通常出現在清晨

                     

                    受到輻射降溫的影響,今早上海的最低氣溫降至”在日常天氣預報中,我們經常能聽到輻射降溫這個詞,它指的就是從夜間到早晨,地表不斷向外放出長波輻射,氣溫下降的過程。實際上,輻射降溫每時每刻都存在,只是白天地表接受到的太陽短波輻射大于地表長波輻射。夜間地表接受不到太陽短波輻射,盡管仍在放出長波輻射,但輻射能力不如白天,所以,氣溫不斷下降。在太陽初升之前,氣溫一直在下降,這就解釋了為何一天之中的最低氣溫通常出現在清晨。當然,這種輻射降溫過程還會受到天空狀況的影響:天空云系較多時,就像是給地面蓋了床被子,起到“保暖”的作用,輻射降溫作用較弱;而天氣晴朗時,輻射降溫作用較強,因此,冬季夜間如果晴朗無云,第二天早晨人們會感覺格外的冷。

                     

                    另外,秋冬季早晨由于輻射降溫,氣溫降得比較低,這時飽和水汽壓降低,空氣中的水汽容易凝結,從而形成霧、霜、露。其中,由于輻射降溫而產生的霧被稱為輻射霧,這也是秋冬季早晨容易出霧的原因。

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