山頂離太陽近，溫度怎麼越低？科學家：離地球太遠，高處不勝寒

人類生活在地表與大氣層最底層對流層中，即使是珠穆朗瑪峰也沒有穿過對流層，而對流層對太陽光不感冒，它是被地球「捂熱」的，離地表越遠，對流層的氣體溫度就越低，所以高處不勝寒。下面我們具體說說是怎麼回事：

太陽輻射

地球和大氣的熱量來源主要分兩部分，地球的內部能量佔據比例很低，比如溫泉，火山爆發，大部分能量的釋放主要還是作用在板塊的移動上，主要能量還是來自於太陽輻射，但是太陽輻射可不是誰都能接收的，對陽光吸收的能力決定了到底是地球先受熱，還是大氣先受熱。

任何物體高於絕對零度都會向外輻射電磁波，能看見的電磁波叫做可見光，看不見的例如紫外線、紅外線、無線電波、微波等等。電磁波的性質主要取決于波長，物體的溫度越高，波長越短，能量越就越強。例如疫情期間，機場等場所都會有測溫儀器放在入口，你一走一過電腦裡就會顯示出體溫，儀器就是通過接收分析你身體釋放出的電磁波（紅外線）來判斷你的體溫。

大氣吸收的選擇性

圖：波粒二象性

量子力學中描述電磁波具有波粒二象性，因此光還具有粒子性，由一粒粒光子組成，波能量的高低實際上就是指單個光子所具有的能量高低。根據量子力學中泡利不相容原理，不同物質由於自身分子、原子結構不同，只能對特定能量的光子進行吸收。

舉個例子：一幫學生在操場上做課間操，從一年級到六年級，結束後6歲的只會進一年級的教室，7歲的只會二年級教室，而且每個年級還會分好幾個班......簡單理解物質對電磁波是「挑食」的，只對特定光子或者說特定波長的電磁波感興趣，並不是輻射過來什麼光它就吸收什麼光。

圖：陽光三稜鏡散射實驗

太陽表面溫度高達6000攝氏度，陽光能量強，主要為短波輻射，包含了紫外線、七色可見光，還有少量的紅外線。大氣層的主要的氣體對短波輻射並沒有興趣，只有部分紫外線可以被臭氧（O3）吸收，部分紅外線被二氧化碳所吸收，使大氣局部區域出現溫度的變化，而50%的太陽輻射會穿過大氣直射地面，大氣層在地面釋放輻射與太陽輻射的作用下出現了分層，我們叫大氣層。

對流層與平流層

大氣一般來說分為三層由地表往上為對流層，平流層，高空大氣。我們主要生活在對流層之中，偶爾坐飛機起飛到最高的位置才能處於平流層，但也不能把手伸出窗外感受一下。

對流層的定義為空氣會上下流動，飛機起飛和降落實際就是在穿越對流層。只有飛到平流層才可以把餐車推出來發吃的，因為平流層的氣流類似於水平流動，但國內航班飛機的巡航高度一般在萬米高空，處於平流層底，對流層頂，局部局域對流層升高就會出現上下氣流影響，造成顛簸，小車又要推回去，安全帶再次扣好，廁所也不讓上了。

• 對流層氣流運動

當太陽的短波輻射傳遞給地表，地表會升溫並釋放出長波輻射地表的空氣（對流層底部）可以接收長波輻射，高空離地表遠溫度地，地上溫度高。地面熱空氣上升，高空冷空氣下降，例如：熱氣球加熱就能上升。由此不同高度出現了溫差，平均每高一千米，溫度會低6攝氏度。

除此之外下熱上高的空氣溫度會形成循環往復的上下氣體流動，因此對流層不利於飛機飛行。

圖：大氣的分層源於溫度隨高度變化的規律，右側變化曲線。

• 平流層氣流：平流層與對流層交接處為冷空氣，上方由於臭氧的存在吸收了紫外線，因此溫度升高，出現了熱氣上置，冷氣下置的狀態，冷氣無法上升，熱氣無法下降，因此它們各自在自己的水平方向上流動，從下到上的溫度變化為由低到高（上圖第二層曲線）。

陽光被削弱與大地的逆輻射

大氣吸收了一部分紫外線和紅外線，除此之外散射和反射也會削弱大部分太陽輻射。例如：多雲的天氣，雲層遮擋了陽光，把陽光反射回宇宙之中，陰天天空較暗。

圖：日出之前

散射作用是由於大氣各處密度稀薄程度不同，還有大量雜質，光在不均勻介質中無法嚴格地沿直線傳播會向四處散去，作用的效果就是天空呈蔚藍色，因為波長較短的藍紫光更容易被散射，還有太陽未出現天已亮，太陽已下山天還會亮一陣，這些都是散射的作用，如果沒有大氣散射，即使是白天，我們的天空也是一片漆黑，就像下圖月球一樣。

圖：月球上的天空

當剩下的短波輻射來到地面會被地面上的液態水和大量的物質所吸收，大地溫度升高，開始向外釋放長波輻射，進行逆輻射作用。太陽的短波輻射被轉換成長波輻射之後變成了空氣「愛吃」的能量，空氣開始升溫，因此對流層中離地面越近，溫度越高。

圖：珠穆朗瑪峰

對流層厚度平均為12km，由於赤道長期被陽光直射，因此地表更熱，對流更劇烈，對流層更高（約18km），兩極則為8~9km。珠穆朗瑪峰8848米，離兩極太遠，因此也沒有穿過對流層，會比低海拔處低約52度。

總結

我們生活在對流層當中，對流層最直接的熱源是地球。大氣層可以對陽光進行反射與散射，但大部分太陽光中只有紫外線會被對流層之上的平流層臭氧部分吸收，大部分的太陽輻射都會直接到達地表，地表吸收太陽的短波輻射，在逆輻射給離它最近的對流層，從而對流層的底部的溫度由低到高，離地表越遠溫度越低，所以高海拔和山頂溫度更低。