《科学画报》
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为何高处不胜寒
2012-12-28 10:07:28文/上海市公共气象服务中心
当我们爬山登高时，越是行至高处，则越是寒冷，这是再简单不过的常识。不过，仔细一想，它却有悖常理：太阳是地球的热源，距离热源越近，温度理应越高。这其中究竟有何奥妙呢？
太阳短波辐射
太阳是个巨大灼热的气体球，不停地进行着热核反应，不断地将自身的质量转化为能量，并将这些能量以电磁波的形式向外辐射。太阳就是通过辐射的方式将热量传递给了地球。太阳辐射的波长范围大约在0.15～4微米之间，我们习惯称之为短波辐射。在这段波长范围内，又可分为3个主要区域，即波长较短的紫外线区、波长较长的红外线区和介于两者之间的可见光区。在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值。
大气中的主要气体是氮和氧，只有氧能微弱地吸收太阳短波辐射。在波长小于0.2微米处有一个宽吸收带，吸收能力较强；在0.69和0.76微米附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。
而大气中的水汽、二氧化碳对太阳短波辐射的吸收作用也比较弱。其中，水汽在可见光区和红外区都有不少吸收带。不过，吸收最强的波段是从0.93～2.85微米之间的几个吸收带，因此，水汽从总的太阳短波辐射能里所吸收的能量不多。二氧化碳对太阳短波辐射的吸收更是微弱，仅对红外区4.3微米附近的辐射吸收较强，而这一区域的太阳短波辐射极其微弱。
另外，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质，也能吸收一部分太阳短波辐射，但吸收量甚微。因此，大气（特别是对于对流层大气而言）对太阳短波辐射的吸收作用很小，太阳短波辐射并不是大气主要的直接热源。
地表长波辐射
既然不是太阳，那么究竟是什么热源直接“加热”了大气呢？大家可能没有想到，其实就是地球表面。虽然大气“拒绝”了太阳的热量，不过，地球表面可是来者不拒。太阳短波辐射通过大气后，直接被地表吸收。地表在吸收太阳短波辐射后，又将其中的大部分能量以辐射的方式传送出去。 由于地表温度比太阳低得多，因而地表辐射的主要能量集中在1～30微米之间，其最大辐射的平均波长为10微米，我们习惯称之为长波辐射。地表放出的长波辐射，除部分透过大气奔向宇宙外，大部分被大气中的水汽和二氧化碳所吸收。其中，水汽对长波辐射的吸收更为显著。所以，大气，尤其是对流层中的大气，主要是靠吸收地表长波辐射而增热的。
海拔越高，大气接受到的地表长波辐射越少，气温也就越低。所以，“高处不胜寒”是有道理可言的。海拔不同，气温不同，风景自然迥异。正所谓，“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”唐代诗人白居易在《大林寺桃花》中点出了气候因海拔不同所产生的差异——初夏时节，山下已是春去夏来、芳菲已尽，而在高山古寺中，桃花正在盛开。
一般来说，在对流层中（对流层在中纬度地区平均高度为10～12千米），平均每升高100米，温度下降0.6摄氏度。诗中描写的大林寺位于现今的庐山“花径风景区”，海拔高度约1400米，比山下平原高出1100余米，气温较山下的九江市一带低6～7摄氏度；加之山上云雾弥漫，日照不足，温度愈发的低，风景自然与山下有所不同。
【延伸阅读】
海拔越高气温越低，并非绝对
是否大气越到高层，温度就越低呢？答案只能是部分正确。气温的垂直分布在不同大气层中是不一样的。
平流层距离地表很高，地表长波辐射的热量已经无法送到这层大气了，它是通过平流层大气中的臭氧吸收太阳辐射而增温的。臭氧对太阳辐射的吸收能力很强。0.2～0.3微米为一强吸收带，使小于0.29微米的太阳辐射不能到达地面。在0.6微米附近又有一宽吸收带，吸收能力虽然不强，但因这一辐射带能量最强，所以，吸收的太阳辐射还是相当多的。在平流层中，臭氧的数量随着高度的增加而增加，所以，平流层中的气温是越高越热的。另外，大气最外界是高层大气，它也是靠直接吸收太阳辐射而增温的。
严格来说，海拔越高，气温越低，这里的气温指的是对流层大气的温度。
一天之中的最低气温通常出现在清晨
“受到辐射降温的影响，今早上海的最低气温降至”在日常天气预报中，我们经常能听到辐射降温这个词，它指的就是从夜间到早晨，地表不断向外放出长波辐射，气温下降的过程。实际上，辐射降温每时每刻都存在，只是白天地表接受到的太阳短波辐射大于地表长波辐射。夜间地表接受不到太阳短波辐射，尽管仍在放出长波辐射，但辐射能力不如白天，所以，气温不断下降。在太阳初升之前，气温一直在下降，这就解释了为何一天之中的最低气温通常出现在清晨。当然，这种辐射降温过程还会受到天空状况的影响：天空云系较多时，就像是给地面盖了床被子，起到“保暖”的作用，辐射降温作用较弱；而天气晴朗时，辐射降温作用较强，因此，冬季夜间如果晴朗无云，第二天早晨人们会感觉格外的冷。
另外，秋冬季早晨由于辐射降温，气温降得比较低，这时饱和水汽压降低，空气中的水汽容易凝结，从而形成雾、霜、露。其中，由于辐射降温而产生的雾被称为辐射雾，这也是秋冬季早晨容易出雾的原因。
