太阳是地球上的主要热源,生物生存所需的能量,直接的或间接的都源自于太阳,地球内部的热量只占极其微小的一部分。我们考虑气温变化时,除了要考虑太阳作为放热源和路程之外,还需要考虑接收情况,就像老师讲课虽然讲得好,但是还是有同学考试考不好。
事实上,赤道的问题和山上积雪的问题,跟距离太阳远近关系并不大。
温度不取决于远近
角度是关键
赤道相对于其他地区更热跟远近没有多大关系,而是阳光“分得多”而已。地球为球体,当太阳照射会使地球半个球处于光明,我们如果把阳光分隔成一份份大小相等的光柱,你会发现这些光柱,在地球不同的位置聚焦的区域大小不同,并且与地面之间有角度。
如果用手电筒代替阳光,B为高纬度的地区(阳光斜射),A为低纬度地区(太阳直射)。可见两个地区太阳能相同,B地区因为地方大,单个空气分到的热量少,气温上升就少。而赤道A地方小,单个空气分得多,气温就高,所以赤道是因为接受直射的阳光,所以更热。
太阳加热地球
太阳非常热,但它不能以热量的形式传播,而是以辐射的形式,太阳辐射是地球接收太阳的能量,和有效传递的热量间存在损耗。
太阳辐射中的大部分穿过上层和下层大气,然后撞击地面,将辐射以热能的形式传递给地面上岩石、沙土和水吸收等物质。物质再把这些热量反射到大气底部14-18公里的对流层当中,这里是我们生活的地方,也是天气变化的地方。
高空拦截者
因为阳光需要穿越大气,所以穿越时产生的能量损耗也是关键。阳光穿越时会被大气吸收和散射。吸收或散射的程度跟接触的气体、微小粒子的数量和浓度有很大的关系。通常情况下,阳光在通过高纬度地区的上方大气时,阳光被吸收和散射的程度较大。这是也因为阳光进入角度的问题,使得阳光通过大气走的是斜线,路径较长,会遇到较多空气分子和微粒,所以损耗更高。
其他因素
因为地球升温是靠太阳辐射转变为热能传递给地球表面的物质,物质再把热能传递给空气,所以温度和地面的物质也有很大的关系。比如:大海中海水蒸发吸热;沙漠沙子比热小,易吸易放,昼夜温差大等等。
路程不是问题
正相反的是太阳的远近对于地球来说不是问题。地球离太阳平均约为1.496*10^8千米。而珠峰是8.844千米。珠峰向太阳迈出的这一步实在是太太太小了,而且珠峰并非在赤道上,说明这一步还是斜着迈的。这就像两人从海南走路去漠河(最北),在没喊开始前,你提前往前迈了一条腿,这条腿并不会对谁先到达终点有太大的影响,所以温度跟距离太阳远近没关系。
山上积雪、外形
高山积雪、气温低,首先从表面上看,山没有地面那么平整,存在阴面和阳面,阴面接收不到阳光,所以直射面积减小了。
地方大,也不挤,所以凉快
空气并非直接从阳光中吸热,上面说到过,热量是由下面的物质传递而上的,所以距离地球表面越远,热量传递不过去,空气就越凉。
虽然热胀冷缩,热空气密度小,高会上升,但是这是在同一海拔才会发生的事情。不同海拔,越高空气越稀薄,气压越低。当底部空气受热膨胀后,自以为密度小,刚刚往上飘几步后,瞅了一眼身旁,发现其他人跟自己密度都差不多,只能老实眯着,所以低海拔的热胀冷缩无法改变高海拔的温度。
温度
气温这个物理量本身就是表述空气分子运动的平均动能的大小。因为在高处,地方大,分子数量小,所以不会发生剧烈运动、剧烈碰撞,自然温度就低了,压力也小了。一般来说,对流层中每上升1000米,气温会下降4度,所以在珠峰顶上会比在低处低24度,这也是为什么要上山需要冲锋衣,还要备氧气瓶的原因。
积雪不化
除了高处不胜之外,雪本身是一种反射能力特别强的物质,能反射大约75%-95%的阳光。太阳辐射大量的被反射,只有少部分被吸收,周围温度无法升高,无法对积雪构成威胁,于是积雪常年融化。