热气上升为什么越高越冷「为什么高处不胜寒大气解释」

来源：科技日报

在苏东坡的《水调歌头》中有一句写道“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”，这里点明了一个科学小常识——海拔越高气温越低。

我们生活中也确实有这样的体会，例如许多避暑胜地都在高山上，还有很多高山的顶端被终年不化的积雪覆盖。

“高处不胜寒”所说的高处的温度，是指空气、大气的温度。对于高处温度低的现象有一个直观的说法，即高度每上升1000米，气温就要下降6摄氏度左右，因此我们坐飞机的时候，飞机舱外面的温度能达到零下50摄氏度之低。

热空气不是会向上走吗，为什么高处还是那么冷？

热空气上升途中会膨胀冷却

生活中我们能直观感受的一点，就是太阳光能带来热量。

自然的阳光以较短的波长为主，它们很容易穿透大气。当短波长的太阳光到达地面被地面吸收后，地面就会被加热，再加上地球本身产生的热量，使得地球表面成了新的热源。就像在空气底部点燃了一把火，离地面近的地方更加温暖，离这个热源远也就是越高的地方就会越冷。

不过物理学中还有另外一个现象：热空气向上运动，冷空气向下运动。这种现象的原理在于热胀冷缩，热空气膨胀密度变小，冷空气密度较大，热空气就“浮”了上去。热气球就是利用了这一原理飞起来的。

为什么地球大气看上去不符合这个原理呢？

这是因为在地球引力的吸引下，空气会呈现越往高处越稀薄的情况，因此较高的空中气压较小，从下边升上来的空气反而因为密度太大，升上高空后会在气压作用下发生膨胀。

对空气来说，在气体状态下发生这样的膨胀，又没有其他的热源能加热它，就会降温而变冷。所以，地表附近的热空气的确在上升，但在上升中发生了膨胀和冷却，所以并不会使上层的空气温度升高。

极高处也可能“不胜热”

文章开始提到的“高度每上升1000米，气温就下降6摄氏度左右”，适用的高度大约在3000米以下，而地表上冷下热状态的空气所处高度基本也不超过1万米。1万米之上，情况是否又会有所不同呢？

事实上，地球表面从1万米到几万米高度区域的大气存在很多空气成分，例如臭氧层可以吸收太阳光当中的紫外线等，所以这个区域内的高度越高，温度也会变得越高。因为加热这一区域的主要是来自更高处的太阳发出的光，而不是地面。

这里的空气上热下冷，加上客观规律是热气密度较小而上升，冷气密度较大而下降，所以在这里的空气上边热而轻，下边冷而重，除了一些扰动过程外，基本不会发生上下空气交换，故而气流是非常稳定的，被称为“平流层”，飞机也因此主要选择在平流层靠近底部的位置飞行。

从平流层再向上几万米以内的区域叫做中间层，这个区域几乎没有臭氧，而氮气和氧气等气体可吸收的太阳辐射又大部分被上层大气所吸收，主要靠平流层承担起热源的角色，所以这里再次出现了下面热、上面冷的状态。

从中间层再往高处去，直到再向上数千公里范围内，这里的空气会被太阳光当中波长特别短的极紫外射线、X射线等加热，所以在这超大的上千公里范围内，都是呈现下边冷，上面热的状态。

而最“高处”，也就是进入到距离地球上千公里的宇宙中，对那里温度的描述往往取决于宇宙带电粒子的能量。航天器在宇宙中飞行，接受阳光照射的地方温度可能达到上百摄氏度，而背向太阳的一侧则可能达到零下百摄氏度，这里“寒”还是“不寒”，主要还是看加热源，也就是太阳。如果未来人类有幸能前往到太阳的“势力范围”，会发现那里的带电粒子的温度可高达上百万摄氏度。（来源：科普中国）

热空气上升，但为什么又高处不胜寒呢？

高处不胜寒，也就是山上气温相对于山下偏冷。其原因主要是取决于两大因素：

1）高处大气稀薄，导致保温作用差。

2）高处大地距离热源远。

首先，地球表面覆盖着大气，大气可以保存热量，像衣服一样发挥保温作用。但大气厚薄不一：离地面越近就越厚，也越暖和；离地面越远就越薄，因此越冷。

其次，大气的热源主要来自于大地辐射（而不是阳光）。高层大气离地面比底层大气远，所以温度更低。两大原因结合起来，就可以解释高处不胜寒。

扩展资料：    

温度梯度不仅随季节变化，而且随地形具体情况也有很大差异，例如，在秦岭北坡就小于南坡，北坡年平均温度梯度-0.45℃/100米，南坡却有-0.54℃/100米。主要原因是在冬季，北坡有冷空气经常聚集，减少了盆地与高山的温度差值。

北坡冬季月温度梯度只有-0.34℃/100米，而南坡处在冷气流的北风位置，1月仍有-0.54℃/100米，但在夏季这种情况并不存在，南北坡温度梯度都是-0.55℃/100米。

另外，由于自由大气的调节作用，高山上的温度年变化和日变化也是随高度的增加而减少的，用最热月温度减去最冷月的温度的差值表示年变化，称为年较差。九江的年较差为25.2℃，到庐山就降到22.7℃，年较差不仅随高度减少也可因坡向不同而有差别。

秦岭以北的西安年较差达27.6℃，到华山降到24.2℃，可是在秦岭以南的安康年较差只有24.2℃，与华山几乎没有差别。当然，这与安康纬度偏南，云、雾及降水较多的也有很大关系。

热气不断向高空走，可为何高空还那么冷？

越高风越大，越高气压越低，这是常识。气压越低水汽挥发得越快，这应该是个吸热反应。在高空，水汽进一步挥发成雪？

正常情况下，人的体温高于环境温度。

通风条件好人体散热就快、气压越低人体散热就越快。故有“高处不胜寒”一说。

我的前面的回答并不完全。补充一下：

一般来说，地面吸收太阳光的能力远大于“空气”。尤其是夏天中午时分，地面或地面附属物的温度与附近空气温度的差别就十分明显。因此，在辐射及空气对流的作用下，地面附近的气温一般就会高于高空的空气气温。

虽然地面气温升高后热空气会向上升，但由于高空大气的量值过大，散热又快，所以，近地热气对高空大气的增温作用就不太明显。高空大气的温度还是要低于地面附近的气温。

当然，由于海洋的存在，海洋也会一直与大气进行热量交换，以维持大气的基本温度。

题外话：海水平均温度的升降应该直接影响地球大气平均温度的升降。这可不是“温室气体排放”所能够替代的。

从小就说空气受热上升，但是真正学习大气垂直温度结构的时候发现，对流层温度通常是近地面温度高，高空温度低。这也就有了“高处不胜寒”的说法。看到这你是不是觉得这很矛盾？不是说暖空气上升么？为啥还是高出冷，低处热呢？对于这个问题就是先从本质上，空气是否上升的绝对条件是密度，密度小上升，密度大下沉。

如果其他条件相同，温度高通常密度小，所以说空气受热上升。但对于对流程来说，温度不同，气压也不同，你虽然温度高，但是分子多，所以密度大，我虽然温度低，但是气压小，分子少，所以密度小，所以我在上面。另一方面就是程度问题，归根到底，就是底层的温度还不够高，如果温度足够高（气象上说，外强迫加热作用足够强），那还是会上升，典型的例子就是“热雷雨”“台风”。这两个现象有兴趣可以去百度。