為何在地球內愈靠近太陽,氣溫愈低？ - 颱風討論

※ 引述《dpFish ()》之銘言：
: （原文刪光光）
: 這個問題過去應該被討論過不少次，也有很多板友幫忙回答了，
: 但似乎好像還是有那麼一點不夠清楚的地方，
: 我試著加上一些我個人的想法，重新整理一次。
: 如果要問最主要原因，或是要給出一個簡潔可以讓小學生懂的版本，
: 但很簡單：
: 「因為大氣幾乎不會吸收太陽光，地表才會吸收太陽光，
: 所以在對流層大氣中，熱源是在地表，
: 太陽先加熱地表，熱量再往上傳遞至高空，這就是隨高度升高氣溫降低的原因。」
: 個人認為這個回答就解釋了主要的原因了，講太多可能反而會混淆重點。

恕刪

在去年陳正平老師所教授的大氣物理化學課程中，
剛好老師也提到這個問題，並問大家原因。

我當時也和原PO的想法是一樣的，所以就舉手回答問題，
並提到在輻射的觀點上，其熱源在地表，所以在對流層內大氣溫度隨高度增加而減少。


老師：這是其中一個原因，但不是主要原因。


我當場覺得我的書都白唸了........不過也很想聽聽老師的想法！
到底答案是什麼，可以把我一直以為的常識完全抹殺！


老師接著笑說：其實答案很簡單，是從靜力平衡(Hydrostatic balance)的觀點出發。
(更多靜力平衡：http://0rz.tw/pTZMn。請看最後一個方程式)
由靜力平衡關係式(dp/dz=-ρg)及理想氣體方程式(p=ρRT)我們可以得到

dp/dz = -pg/RT

上式可推得當氣壓梯度越大，其溫度越高。
氣壓梯度越小，其溫度越低。
而因為地球大氣其密度隨著高度而減少，氣壓梯度也就隨著高度而減少。


雖然靜力平衡關係式是一個大氣系三年級學生都應該要知道的，但我好像也從來沒想過
這可以拿來解釋為什麼對流層溫度隨著高度減少。


老師：另一個主要的原因是對流所造成的絕熱冷卻。
(也就是原PO所提到的概念，氣體的壓力變低或體積膨脹時，溫度會下降。)


不過看過原PO的文章後現在回去想想，討論氣塊溫度變化和討論環境的平均溫度遞減率是
不一樣的，那麼為什麼可以混為一談@@


以上憑印象打的，如果有錯誤或遺漏的地方，請去年也修那門課的同學出來指證我QQ
但其實我還是不了解：

1. 熱源輻射的作用為什麼不重要？

2. 如何去量化及比較上述這些過程的重要性？


JP老師這學期也在台大大氣系教授大氣物理化學，應該快要教到這裡了，有興趣的板友
快去上課問老師問題！


順帶一提，


地球大氣的溫度隨高度變化剖面是W型曲線(將曲線逆時針旋轉90度，對流層、平流層、中
氣層、增溫層)；而如果地球大氣沒有臭氧的話，對流層頂約在60km，此剖面和太陽系其他
星球相同，是為V型曲線。

臭氧的存在可以使平流層(10km至50km)的溫度隨高度增加，
中氣層(50km至80km)的溫度隨高度減少。

有趣的是，臭氧在平流層的極值約在25km附近，但平流層頂卻是在約50km的高度。
這是因為，在平流層以上的高度其空氣密度大幅降低，若空氣質量越少，在吸收同樣熱量
的條件下，空氣溫度會較高。而臭氧量和空氣密度的平衡高度就是在約50km的高度，也就
是平流層頂的地方。


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