科學解釋 全面理解“高處不勝寒”

〔關鍵詞〕 “高處不勝寒”；大氣分層；太陽輻射；長波輻射；太陽紫外線

〔中圖分類號〕 G633.55

〔文獻標識碼〕 B

〔文章編號〕 1004—0463（2007）07（B）—0035—01

古人云：學貴質疑。疑是啟動思維活動的鑰匙。教師若在教學中能抓住時機，設疑導學，就能激發學生的自學興趣和求知欲望。為此，教師要善于創設條理清晰、合乎邏輯和符合學生認知心理特點的問題情境，在學生與問題之間架起一座橋梁，引導學生由淺入深、從具體到抽象、由抽象到本質，一步步地深入思考和探究，作出科學的推理和正確的判斷，最終抓住事物屬性，培養學生的思維能力。

例如，在學習高一地理《大氣的垂直分布》一節時，可創設這樣一組問題情境：

情境導入——問：哪位同學能背誦宋代大詩人蘇東坡的《水調歌頭·中秋詞》?（原詞：明月幾時有？把酒問青天。不知天上宮闕，今夕是何年。我欲乘風歸去，又恐瓊樓玉宇，高處不勝寒。起舞弄倩影，何似在人間……）

追問：為什么“高處不勝寒”?是不是越往高處越不勝寒呢?請大家在課文中找答案。

探究性學習，分組討論——在學生仔細閱讀課文之后，將以上大問題繼續分解成下列小問題逐步深入討論，最終得出答案。

問1：大氣的最低一層對流層的物理狀況是怎樣的？

答：科學家根據氣象要素的分布特征，把地球周圍的大氣分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層等層次，各層次的熱狀況也不大相同。

大氣的最低層是對流層，這一層的高度在赤道附近和近極地是不一致的，赤道附近約17—18千米，近極地僅8—9千米，平均高度約11千米。這一層里的空氣占了整個空氣質量的75％以上，風、云、雨、雪等現象幾乎都發生在這一層，它對人類生產生活的影響也比較直接，人們對它的了解也多一些。在對流層里，其溫度是隨高度的增加而降低的，且氣溫的垂直遞減率約為6℃／千米左右。就是說，如果到了3000米的山頂，溫度就大約低于地面20℃左右。

問2：地面的冷暖取決于獲得的太陽輻射能，那么山頂離太陽近，為什么反比山腳冷呢？

答：這是因為地球離太陽約1．5億千米，地面上的高度變化與其相比實在是微乎其微，因此地球、大氣系統中由于與太陽距離改變而造成的輻射差完全可以不考慮。更重要的是，空氣溫度不是靠太陽照射的，而是靠地面“烘熱”的。太陽溫度非常高，它主要以短波的形式向外輻射能量，而純潔的大氣對這種輻射能幾乎不吸收。太陽輻射穿過大氣到達地面后，被地面所吸收，地面溫度比起太陽來低得多了，所以它只能主要以長波的形式把從太陽那里得來的能量輻射出去。近地面大氣層，由于灰塵、水汽、雜質含量高，強烈地吸收地面長波輻射，得到的能量多，溫度就高。而地面向外放射的長波輻射能量一路上被吸收、衰減，越到上面，越來越小，加之越到上面，水汽、雜質含量也越低，吸收的長波輻射就少得多了，氣溫就很低。

問3：這一層空氣是作對流運動的，空氣在對流過程中，熱空氣上升，冷空氣下降，為什么高空仍然氣溫低，熱量跑到哪兒去了？

答：山頂上由于空氣的水平運動，熱量向周圍的其他空間散失；又由于空氣的垂直運動，熱量繼續向高層散失，乃至射向宇宙空間，使得山頂的溫度與同海拔高度的周圍空氣溫度一致。因此，山頂也就比山腳冷了。

問4：對于大氣的其他層，是否也是“高處不勝寒”呢？

答：對于對流層頂到50—55千米高度的平流層來說，由于該層存在大量臭氧，強烈吸收太陽紫外線，對大氣起增溫作用，因此氣溫隨高度顯著增高。

再說“高層大氣”，從平流層頂到85千米左右高度是“中間層”，該層由于缺乏臭氧，氣溫隨高度上升普遍下降。中間層頂到500千米高度稱為“熱層”。這一層里由于大氣物質(主要是氧原子和臭氧)吸收波長小于0．175微米的太陽紫外線，溫度又隨高度增加迅速上升，到300千米高度，溫度已達到1000℃以上。“熱層”頂以上的大氣稱“外層”，這里因受地球引力場的束縛很弱，空氣質點經常散逸到星際空間去，所以又叫散逸層。這里的溫度也隨高度的增加而增加，這主要是太陽紫外線輻射及太陽微粒流的加熱作用所造成的。

得出結論——綜上所述，對整個大氣層來說，由于各分層的熱量來源不同，因此其氣溫亦有差異，還不能籠統地說成是“高處不勝寒”。