Атмосфера — это уникальная оболочка Земли, которая играет огромную роль в поддержании жизни на планете. Одно из наиболее важных свойств атмосферы — изменение температуры с увеличением высоты. Наблюдение падения температуры с высотой может быть примечательным фактом для многих, однако его причины малоизвестны. В этой статье мы рассмотрим главные причины падения температуры воздуха с увеличением высоты.
Один из главных факторов, влияющих на изменение температуры воздуха с высотой, — это излучение тепла. Земля получает энергию от Солнца и излучает ее обратно в космос в виде тепла. Теплоизлучение увеличивается с ростом высоты, что приводит к холодному воздуху в высоких слоях атмосферы.
Другим важным фактором, влияющим на изменение температуры с высотой, является атмосферное давление. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается. Почему это важно? Потому что изменение давления влияет на изменение температуры воздуха. Если атмосферное давление уменьшается, то частицы воздуха сталкиваются реже, что приводит к понижению температуры.
Географическое положение
Например, в районах, расположенных близко к экватору, температура воздуха падает медленнее с увеличением высоты. Это связано с тем, что в этих районах воздушные массы нагреваются сильнее и поднимаются выше в атмосферу. Таким образом, регионы с низкими широтами имеют более плавный профиль температуры с высотой.
Наоборот, в более высоких широтах температура воздуха падает быстрее с увеличением высоты. Это связано с тем, что воздушные массы в этих регионах охлаждаются сильнее и имеют более низкие температуры, чем воздух на низких широтах. Кроме того, в данной области происходит формирование мощных атмосферных фронтов, которые приводят к росту вертикального перемешивания и, следовательно, усилению процесса охлаждения воздуха вместе с увеличением высоты.
Эти географические различия в режиме циркуляции в воздушных массах и их температурных характеристиках объясняют, почему температура воздуха падает с увеличением высоты и почему она может варьироваться в зависимости от географического положения.
Атмосферное давление
Атмосферное давление играет важную роль в понимании того, почему температура воздуха падает с увеличением высоты. Давление в атмосфере вызвано весом столба воздуха, находящегося над нами. Чем выше мы поднимаемся, тем меньше становится количество воздуха над нами, а, следовательно, давление уменьшается.
Можно представить себе атмосферу как стопку книг. Внизу стопка толще, и на нее давит больше книг. Верхние книги, находящиеся выше, имеют меньший вес и оказывают меньшее давление на книги, находящиеся ниже. Точно так же в атмосфере давление прямо пропорционально массе столба воздуха, находящегося выше нас.
Примерно на каждые 10000 м высоты давление уменьшается в два раза.
Уменьшение давления с увеличением высоты влечет за собой увеличение объема и расширение воздуха. При расширении газа его температура снижается, что объясняет падение температуры воздуха с высотой.
Разрежение воздуха
Верхние слои атмосферы содержат гораздо меньше молекул воздуха, чем нижние слои. Вследствие этого, на больших высотах доле молекул выпадает значительно меньше на единицу объема, что приводит к разрежению воздуха.
Разрежение воздуха означает, что воздух на высоте более разрежен и менее плотен, тогда как в нижних слоях атмосферы он более плотный из-за наличия большего количества молекул.
Когда воздух разрежен, молекулы воздуха имеют меньшую энергию. Естественно, что энергия определяет температуру тела, в том числе и воздуха. Таким образом, с увеличением высоты, разрежение воздуха приводит к падению его температуры.
Этот процесс разрежения воздуха объясняет почему, когда мы поднимаемся в горы или заходим в самолет, температура воздуха становится все более прохладной. Также это явление главная причина снижения температуры в стратосфере и мезосфере, где разрежение атмосферы наиболее выражено.