上空の気温が冷たい理由は「地面が

質問

上空の気温が冷たい理由は「地面が温められてから空気を暖めるので上のほうは冷たい」 「重力で空気分子が下がるので上のほうは、下に比べて分子の密度が少ないので冷たい」と聞きましたが どれがただしいですか?

回答No.4

Alpinia120

＞「地面が温められてから空気を暖めるので上のほうは冷たい」
そのとおりです。
太陽から地球に注がれるエネルギーは「放射」によって空気を通り抜けて地面を暖めます。
地面から空気に熱が伝わるときは「伝導」により地面から上空へ伝わるので「地面が温められてから空気を暖めるので上のほうは冷たい」となります。
さらに地面から空気に伝わるエネルギーが閾値（一定の限度とでも行ったらよいでしょうか）を超えて大きくなると「対流」によって熱が上空に伝わります。
このときの温度分布についても一般的には「地面が温められてから空気を暖めるので上のほうは冷たい」となっています。それは既にNO1様が解説されているように空気は上昇するときに自分のエネルギーを消費しながら膨張するので上昇しながら温度が下がります。

＞「重力で空気分子が下がるので上のほうは、下に比べて分子の密度が少ないので冷たい」
根本的に「不自然」です。
上記で説明いたしましたのは地表付近の「対流圏」と呼ばれるところの話です。高度およそ１０ｋｍぐらいまでのところです。
その上空に成層圏、中間圏、熱圏という層があります。「分子の密度」と言ってよいのか自信はありませんが、大まかに言うと中間圏までは大気の密度はほぼ一定です。その上空の熱圏では上空へ行くほど密度がどんどん小さくなっています。
この熱圏での温度分布は上空ほど高温です。
密度が小さくなるとともに「熱容量」が小さくなりほんの少しのエネルギーを受け取っただけでも著しく高温になってしまうからです。
このことから推察しますと「重力で空気分子が下がるので上のほうは、下に比べて分子の密度が少ないので冷たい」はふしぜんではないかな？と思いました。

回答No.3

jun1038

こんばんは。

Ａ「地面が温められて・・・
のほうが正しく、
Ｂ「重力で空気分子が・・・
は間違いです。

Ｂが間違いなのは、
まず、no.2の回答者様が言うような逆転層（下の空気の方が密度が高いのに温度が低い）の例や、
成層圏という遙か上空で温度が上昇する（紫外線のエネルギーの吸収があるから）ということからもわかると思います。

Ａは正しいのですが、それ以外に、
Ｃ「空気は温まって上昇しても断熱膨張により温度が下がってしまう」
ということがあげられます。
これはno.1の回答者様が言っていることです。

つまり、空気は（特に我々が普通に生活していて、普通の気象現象が起こる対流圏と呼ばれる層では）、ＡとＣとの原因が相まって、
上空にいくほど温度が低下しているのです。

ぜひ参考ＵＲＬを、そしてできればそのＵＲＬで紹介しているＵＲＬも、
ご覧になって下さい。

では。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2139111.html

回答No.2

myeyesonly

こんにちは。上空の空気は主に対流によって循環していると考えられるので、「冷たい空気は重いから・・・」の方が大きな比重になるでしょうね。

この事は、逆転層という現象からも考えられます。
逆転層は、普通と反対に上空の方が温度が高くなる温度分布が発生するものですが、この逆転層を挟んで対流が起こらないので、特に地上側の空気は汚れ放題になります。

冬場、地表が冷えると起こりやすいのですが、焚き火の煙などが水平にたなびいてそれ以上上に行かない光景を見たことがないですか？
http://www.ebayama.jp/merumaga/20051002.html
遠景だとこんな風に見えます。
http://www.fitweb.or.jp/~mywing/album/albumday/20040328.htm

ただし、気をつけるのは、「これが原因の１００％ではない」という事です。
全ての事柄にいえますが、純粋にそれだけで起きてる現象というのは非常に珍しいもので、大抵は多くの要因が入り混じってます。
その点は気をつけてください。

お礼

くわしくありがとうございます。

回答No.1

Tomywave

上空は、熱エネルギーが供給されにくい状況で、かつ気圧が低いため、
地上で暖められ上昇していった空気は、熱を与えられないまま強制的に減圧・膨張させられます。そのため膨張のためのエネルギーは、自らがもっていたエネルギーしかありませんので急激に温度が下がるのです。
これを断熱膨張(断熱冷却)といいます。