既然熱氣上升，為什麼還會“高處不勝寒”？

在蘇東坡的《水調歌頭》中有一句寫道“我欲乘風歸去，又恐瓊樓玉宇，高處不勝寒”，這裏點明瞭一個科學小常識——海拔越高氣温越低。

我們生活中也確實有這樣的體會，例如許多避暑勝地都在高山上，還有很多高山的頂端被終年不化的積雪覆蓋。

“高處不勝寒”所説的高處的温度，是指空氣、大氣的温度。對於高處温度低的現象有一個直觀的説法，即高度每上升1000米，氣温就要下降6攝氏度左右，因此我們坐飛機的時候，飛機艙外面的温度能達到零下50攝氏度之低。

熱空氣不是會向上走嗎，為什麼高處還是那麼冷？

熱空氣上升途中會膨脹冷卻

生活中我們能直觀感受的一點，就是太陽光能帶來熱量。

自然的陽光以較短的波長為主，它們很容易穿透大氣。當短波長的太陽光到達地面被地面吸收後，地面就會被加熱，再加上地球本身產生的熱量，使得地球表面成了新的熱源。就像在空氣底部點燃了一把火，離地面近的地方更加温暖，離這個熱源遠也就是越高的地方就會越冷。

不過物理學中還有另外一個現象：熱空氣向上運動，冷空氣向下運動。這種現象的原理在於熱脹冷縮，熱空氣膨脹密度變小，冷空氣密度較大，熱空氣就“浮”了上去。熱氣球就是利用了這一原理飛起來的。

為什麼地球大氣看上去不符合這個原理呢？

這是因為在地球引力的吸引下，空氣會呈現越往高處越稀薄的情況，因此較高的空中氣壓較小，從下邊升上來的空氣反而因為密度太大，升上高空後會在氣壓作用下發生膨脹。

對空氣來説，在氣體狀態下發生這樣的膨脹，又沒有其他的熱源能加熱它，就會降温而變冷。所以，地表附近的熱空氣的確在上升，但在上升中發生了膨脹和冷卻，所以並不會使上層的空氣温度升高。

極高處也可能“不勝熱”

文章開始提到的“高度每上升1000米，氣温就下降6攝氏度左右”，適用的高度大約在3000米以下，而地表上冷下熱狀態的空氣所處高度基本也不超過1萬米。1萬米之上，情況是否又會有所不同呢？

事實上，地球表面從1萬米到幾萬米高度區域的大氣存在很多空氣成分，例如臭氧層可以吸收太陽光當中的紫外線等，所以這個區域內的高度越高，温度也會變得越高。因為加熱這一區域的主要是來自更高處的太陽發出的光，而不是地面。

這裏的空氣上熱下冷，加上客觀規律是熱氣密度較小而上升，冷氣密度較大而下降，所以在這裏的空氣上邊熱而輕，下邊冷而重，除了一些擾動過程外，基本不會發生上下空氣交換，故而氣流是非常穩定的，被稱為“平流層”，飛機也因此主要選擇在平流層靠近底部的位置飛行。

從平流層再向上幾萬米以內的區域叫做中間層，這個區域幾乎沒有臭氧，而氮氣和氧氣等氣體可吸收的太陽輻射又大部分被上層大氣所吸收，主要靠平流層承擔起熱源的角色，所以這裏再次出現了下面熱、上面冷的狀態。

從中間層再往高處去，直到再向上數千公里範圍內，這裏的空氣會被太陽光當中波長特別短的極紫外射線、X射線等加熱，所以在這超大的上千公里範圍內，都是呈現下邊冷，上面熱的狀態。

而最“高處”，也就是進入到距離地球上千公里的宇宙中，對那裏温度的描述往往取決於宇宙帶電粒子的能量。航天器在宇宙中飛行，接受陽光照射的地方温度可能達到上百攝氏度，而背向太陽的一側則可能達到零下百攝氏度，這裏“寒”還是“不寒”，主要還是看加熱源，也就是太陽。如果未來人類有幸能前往到太陽的“勢力範圍”，會發現那裏的帶電粒子的温度可高達上百萬攝氏度。（來源：科普中國）