露營中的科學-3 為何山上的溫度比較低

溫度的傳動有三大準則。

一是傳導，例如摸到熱的東西被燙到。
二是對流，例如把熱水倒入冷水中，或是地球上流動的風和洋流。
三是輻射，不須經過任何介質，由熱的地方向冷的地方傳送輻射。

我們所在的地球在面對太陽時，地表會接收由太陽傳來的輻射(陽光)而溫度上昇。

地球的周邊是太空，其溫度為接近0K((-274c)，所以地表隨時都在向太空發射輻射(肉眼不可見的紅外線)而溫度下降，可稱為「輻射冷卻」效應。

是故，在陽光不足(所散失的比接收的多)或是夜晚(散失)的時候，地表的溫度就會下降。

然而地球表面有一圈特殊的構造，稱為大氣層，越底越濃，越高越薄。大氣層會吸收太陽傳進來和地殼傳出去的熱量，造成保溫的效果(溫室效應)。科學家以地球和太陽之間的距離來估計，假如地球沒有大氣層的話，那麼地表平均溫度應該是-18C，而現在的大氣層讓地球蓋棉被，所以地表的平均溫度是15C。

各位小朋友，可以把大氣層想像成「透明的棉被」，山上蓋的棉被薄，平地蓋的棉被厚。當太陽很大的時候，山上的棉被薄，所以山上會受到很強的陽光，而氣溫上昇會比平地快。然而當陽光不足的時候，山上的氣溫也會下降得很快，而平地因為蓋了厚棉被而氣溫下降得慢。有一個公式可以來預估夜晚山上的氣溫，即高度每上昇一百公尺，溫度下降0.6度C。


問題來了，大家想一想，是有雲的晚上比較冷，還是無雲滿天星星的晚上比較冷 ?





答案是: 無雲滿天星星的晚上比較冷 。

可以把雲想成是浮在天空中的「羊毛被」，比棉被(空氣)的阻隔效果好。所以白天有雲時，陽光照不進來，所以溫度上昇慢。夜晚有雲時，地球向太空發射的輻射也被雲擋住了，所以有雲的夜晚，反而地面也比較溫暖。


再問一個問題囉，所有的空氣都有溫度效應的效果嗎?


答案是: 雖然大氣層中最主要的是氮氣(78%)和氧氣(21%)，但是真正會有明顯溫室效應的氣體是水蒸氣(0-4%)、二氧化碳(0.0398%)、甲烷(1.79ppm)和臭氧(0.04ppm)。雖然水蒸氣貢獻的溫室效應最大，但是人類活動造成的溫室效應上升，主要是來自於燃燒化石燃料增加了二氧化碳排放，及大量畜牧業造成甲烷排放(牛屁)。