太陽是個大火爐，離太陽近應該更熱些，為什麼高山反而比地面冷

太陽是個大火爐，它是地球表面最主要的熱源，連續不斷地以電磁波的形式向地表放射巨大的能量，科學家們把這種能量傳遞的方式稱為太陽輻射。

我們冬天在屋裡烤火，站得距離火爐近就熱些，離得遠就不熱，這是任何人都知道的生活常識。按一般人的想象，地球上海拔愈高的地方，比如高山山頂，距離太陽相對要近一些，接受太陽的輻射也應多一些。按理說，海拔越高，氣溫也必然會相應地增高，事實卻並非如此。

白雪皚皚的高山山頂

說一些連小學生都知道的科學常識：

世界第一高山喜馬拉雅山的山腳下是一派枝葉繁茂的熱帶和亞熱帶森林的景色，山頂則是一片冰雪覆蓋的寒帶景色。

夏季去安徽黃山旅遊，山麓暑氣逼人，到了山頂卻寒氣襲人。

位於赤道附近的非洲海拔最高的乞力馬扎羅山，在山麓地帶是一派鬱鬱蔥蔥，枝繁葉茂的熱帶雨林景色，但山頂卻是冰雪覆蓋的極地風光。

懶洋洋的豹子背後就是乞力馬扎羅山，山頂白雪皚皚，山下綠樹聰聰

這些生活常識都說明，山頂高處的溫度要比山腳下低很多，這種反常現象是為什麼呢？

是距離的關係嗎？

讓我們先一起來考慮這樣一個科學問題，離一個燒得很旺的爐子比如5公里遠和6公里遠，兩者有沒有什麼區別呢？當然不會有多少區別，因為距離那麼遠，幾乎都不會感覺到爐子的暖烘烘啦！

熱乎乎的火爐是冬日裡的最佳伴侶

同樣道理，太陽離我們居住的地球距離大約15000萬千米，而地球上最高的地方是世界第一高峰——珠穆朗瑪峰，高9千米不到一點。這9千米相對於15000萬千米來說，簡直算不了什麼。近了那麼一點點距離，是不會影響到氣候冷熱的。可見高山反比平地冷，是另有原因的。

熱量到了地球會發生什麼？

對於大氣層的溫度問題，物理學家和氣象學家都做了很多的研究，取得了眾多成果。

地球外部的大氣層

氣象學家發現，太陽輻射在到達地面的過程中，受到環繞地球周圍的大氣的反射、散射、吸收作用而削弱。在這三種方式中，以反射作用最為重要，散射作用次之，吸收作用最小。從全球平均狀況看，太陽輻射約有34％因反射和散射回到宇宙空間，19％被大氣吸收，47％直接到達地面。

大氣中吸收太陽輻射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固體塵埃等物質，被大氣吸收太陽輻射的這部分能量即轉變成熱能。從這一情況說明，直接由大氣吸收的太陽輻射的熱能佔比不高。由此可見，太陽輻射並非大氣增溫最主要的熱源。

地球低層大氣中含有較多的二氧化碳、水氣等易吸熱物質，這些物質對太陽的短波輻射幾乎是透明的，即能讓太陽的短波輻射直接到達地面。地面在接受太陽輻射的同時，再自地面向外進行地面輻射。地面輻射是長波輻射。低層大氣中的吸熱物質對長波輻射有很強的吸收能力，因而地面輻射幾乎都能被大氣所吸收。由此可見，地面輻射才是低層大氣的主要熱源。

大氣層的輻射示意圖

這中間還有個對流作用。地面把吸收到的熱散射出來，把地面附近的空氣 “烘“ 熱。緊挨地面的這一層空氣“烘“熱了，就膨脹上升，由另一層比較冷的空氣來接替，這一層空氣又被“烘“熱以後，接著又上升。這是冷熱空氣的對流。

大氣中由此而增加的熱能，一部分又以長波輻射的方式重新傳回地面，稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射，補償了地面輻射損失的一部分地球熱量，對地面起了保溫作用。這種作用和溫室的作用類似，所以稱為大氣的溫室效應。

當我們瞭解太陽輻射、大氣輻射、地面輻射三者的關係後，就會懂得，隨著海拔的增高，雖然太陽輻射增強了，但是由於空氣變得愈來愈稀薄，吸收太陽輻射和水汽、塵埃和二氧化碳等不斷減少。所以大氣吸收太陽短波輻射和地面輻射的能力逐步減弱，大氣保溫條件不斷變得差。

這樣一來，海拔增高，地面以長波輻射的方式放出的大量的熱能，就會因保溫條件變差，而愈來愈多的散失在空中，並且散失的熱能也愈來愈多地超過從太陽直接輻射中吸收的熱能。因而，就形成隨地勢增高，氣溫越低的狀況。科學家發現，海拔每升高1千米，氣溫就下降約6攝氏度。所以，從乞力馬扎羅山山麓到山頂能見到從赤道到兩極的自然景色就不足為怪了。

阿爾卑斯山的美麗風光

關於山地隨著地勢的增高，地表透過地面輻射向空中散失的熱能，大大地超過太陽直接輻射的情況，可以從實地觀測資料中得到證實。某科學團隊對歐洲阿爾卑斯山的觀測結果表明：3100米處的太陽輻射比300米處增加20％，而地面輻射則增加40%。這樣就必然導致向空氣散失的熱量，隨高度增加，使氣溫不斷降低。

那麼，距離地面高度越高，氣溫一定越低嗎？

不一定。大氣層的氣溫是否都是隨著離地面高度的增加而降低呢？

不，因為大氣從下往上可分為5個層，它們是對流層、平流層、中間層、暖層、散逸層。對流層的氣溫隨著離地面高度增加而降低。對流層頂到平流層的氣溫卻隨離地面高度的增加而上升，這是因為平流層中含有大量的臭氧，臭氧能大量吸收太陽光中的紫外線，高度越高，離太陽越近，得到的紫外線也就越多，因而溫度升高。平流層的這種上熱下冷的氣溫使大氣比較穩定，水氣含量較少，有利於高空飛行。現在飛機的飛行大多在這一層中進行。

地球大氣的垂直分層及各層的溫度變化

氣溫隨著離地面高度的增加而升高的大氣層還有暖層，離地面的高度為85—800千米。暖層的主要物質是氧原子，它直接吸收從太陽輻射出來的紫外線，上部溫度會超過1000攝氏度。在太陽紫外線的強烈照射下，暖層處於高度的電離狀態，因而能反射無線電波，使我們聽到很遠地方電臺的廣播