空気は上昇するのに・・・

質問

友達と話していてフト疑問に思ったのですが、暖かい空気は上昇するのに何故標高が高くなるほど気温が下がるのでしょうか？　書くまでもありませんが、
質問ｈttp://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?qid=81017を読んで思い出したので投稿しました。私は一応何故暖かい空気が上昇するのかは自分なりに分かっているつもりです。

回答No.7

S_Aznable

こんにちは。えーとこの前本で少し読んだんですが・・・自信ないので
参考程度に・・・。

　温度について考える為の予備知識として、
暖めると冷却の二つの作用を考えて下さい。難しくは
エネルギーのやり取りです。次に温度とはナンゾや！という事
も考えて下さい。気体の温度は気体分子の速度の２乗に比例して・・
と言うと難しいので皮膚に一秒間に何回分子が当たるのか（
衝突の激しさ）とイメージしてください。一般的に低圧だと
分子密度も少ないので低温度になり、高圧だと高温になります。
これをふまえて！

　地球上の空気＝大気圏内の温度についてですが、
一番最下位層つまり地上です。ここを対流層というそうです。
ほかの皆さんの回答にもあるように地表付近は太陽光によって
暖められた地表によって空気も温められます。あと気圧が一番
高いので気圧による温度上昇も考えて下さい。
あと質問に有った標高の問題ですが、暖められた空気は高い
所に上ります。が、これを冷やす項目つまり圧力の低下による
冷却を考えると、総合的に後者（冷却効果）分の方が大きいので
標高の高い山などは夏でも涼しいのです。

　蛇足〉
　もっと上空でオゾン層てご存知ですよね。ここでは
オゾンと太陽光中の紫外線との反応で結構（具体的な
数字は忘れた！）高温になってるみたいですよ。
　その上はまた冷めてその上は高温で・・・・てな具合に
何層か重なっていて気流なんかは殆どないらしい・・・・・

おしまい

回答No.6

134

>「結局一番温かいのはどこ？」という疑問が沸いてきました。どこなんでしょうかね。

とのことですので、

　地表または、暖流の海面付近の空気が一番、温かいと思います。

地表は温まりやすく冷めやすいので、冬や夜間は温かい場所になり得ないでしょう。特に砂漠は寒暖の差が大きいですし。

　夏の昼の都会は、室内の冷房により、外気が特に温められます。（「ヒートアイランド現象」といいますが）

　また、火災や事故などがあると局所的に温かいところができるかもしれません。

　というわけで、諸条件により、多少の違いがあるでしょうが、低気圧が発生しているところの地表または海面付近の空気が一番、温かいのではないでしょうか。

お礼

134さんご回答ありがとうございます。これでようやくスッキリしました。本当にありがとうございました。

回答No.5

134

>ただ、熱エネルギーの吸収と密度の関係が今一つ素直には理解できなかったので、もしよろしければその辺りのことを詳しく知りたいと思います。

とのことですので…

　例えば、真空状態に近い宇宙は、絶対０℃に近い温度になります。
これは、熱を伝えるべき分子がきわめて少ないからです。

　密度が高い状態はちょうど、「押しくらまんじゅう」をしている状態。
互いにぶつかりあって、熱を発生させます。

　上空の気体しかなく、しかもその空気もきわめて薄いところより、地面である固体の方が温まりやすく、その付近の空気が暖められるのは、この辺りの事情によるものです。

　温まりやすさについては、理科年表などで「比熱」として、明記されていますので、見比べてみるのもいいかもしれません。

お礼

134さんご回答ありがとうございます。熱エネルギーの吸収と密度の関係は分かったのですが、そうなると「結局一番温かいのはどこ？」という疑問が沸いてきました。どこなんでしょうかね。

回答No.4

134

温かい→分子の運動エネルギーが高い→大きい体積を必要とする→密度が軽くなる→上空に上昇する　というメカニズムになるかと思います。

地球の中心に近いほど圧力がかかり、空気中では地表付近が、海中では深海部の方が気圧、水圧がかかり、その分密度が高くなります。

　熱エネルギーを吸収するためには、密度が高い方が効率的なので、上空のものより地表およびその付近の方が温められ、「暖かい」と感じるわけです。

お礼

134さんご回答ありがとうございます。簡単な言葉で細かく区切って説明してくださっているので、とても分かり易かったです。ただ、熱エネルギーの吸収と密度の関係が今一つ素直には理解できなかったので、もしよろしければその辺りのことを詳しく知りたいと思います。

回答No.3

hiro1001

上昇気流そのものは、上に上がるに従って気圧が下がるというのは判りますよね。
早い話が膨張していると言うことです。
今常温の高圧ボンベから空気を噴出させたとします。
この空気は冷たいですよね。
気体は膨張すると温度が下がります。
ですからある温度を持って上昇した空気も、高度を上げるに従ってその温度を下げていくのです。
だから標高が高くなれば温度が下がるのです。
勿論温度が低い要因は、輻射熱の到達が少ないと言うことも原因の一つでしょう。

お礼

hiro1001さんご回答ありがとうございます。身近な例をとって説明してくださったおかげで、更に私の理解が深まったような気がします。それにしても、科学って凄いですね。ホンの少しではあるけれど、私も自然科学が勉強できて幸せだなぁと思いました。

回答No.2

sesame

太陽光の輻射で最も暖められるのは地表面です。
空気は主に地表面からの赤外線輻射を受けて暖められて上昇します。
上昇するとしだいに気圧が低くなるので、膨張した空気はどんどん冷えていきます（断熱膨張の原理）。
ちなみに空気が冷える分の熱は赤外線として再び宇宙に返されます。

ところで盆地などの閉鎖地形では、風が弱く天気の悪い日には、上空に重い空気の層がふたをして、上空に行くほど気温が上がってしまうことがあります。
逆転層というんですが、これができると空気の対流が起きず、霧やスモッグが発生しやすくなります。

お礼

sesameさんご回答ありがとうございます。より詳しい解説に自然の偉大さ（大袈裟かな？）を改めて感じました。しかも、逆転層の話については初めて知ったので、とても勉強になりました。これからもよろしくお願いします。

回答No.1

inorganicchemist

地球が暖かいのは、地球自身の地熱と太陽からの赤外線のおかげです。
空気に日の光が当たっても、温度は上がりません。空気の主成分である
窒素や酸素が赤外線を吸収しないからです。

日光によって暖められるのは地面だけと考えられます。
その暖まった地面が空気を暖めるので、高いところほど
気温が低いのです。

一日のうちで、地面がもっとも熱くなる時間帯（正午頃）に少し遅れて
気温がもっとも高くなる（１３時頃）と言う現象からも、このことが
確認されるそうです。

お礼

inorganicchemistさんご回答ありがとうございます。暖かい空気は上昇するけれど、上昇するほど地面から離れるから冷たくなるということなのですね。となると、一番暖かい空気はどれくらいの高さにあるのでしょうか？