文／山羊

阿嬤喜歡暑假去高約800～2000公尺的溪頭避暑，因為均溫只有21℃左右，比平地涼爽許多。

講到這件事，小明一直想不透：水星與金星離太陽近，表面溫度比我們地球高。所以，山頂離太陽近，應該比平地更熱才對。但為什麼海拔愈高，溫度反而愈低？比如玉山主峰高3952公尺，冬天均溫都在-3℃左右，成了台灣最冷的地方？

地面輻射 氣溫遞減

我們都知道太陽是個超級大火球，表面溫度高達5500℃。離它5800萬公里的水星以及1.08億公里的金星，比距離太陽1.5億公里的地球近很多，所以接收到多非常多熱量，表面溫度也就比地球高很多。

問題是，玉山山頂只比地面離太陽近4公里而已，即使地球最高的珠峰也才近9公里不到，跟1.5億公里這麼遙遠的天文數字比起來，根本微不足道，小得幾乎不會對山腳與山頂的溫度產生任何影響。也就是說，不會因為爬到幾千公尺高山上，那裡就會多得到一些太陽光而變得比較熱。

接著要釐清的是，有人以為地球上的空氣是直接被太陽光晒熱的，但其實我們周遭空氣的熱源，是經過一個「間接」的加熱過程。也就是說，大部分陽光穿過大氣層後，照射到我們的土地、海洋等地表。地表吸收了陽光後會開始變熱，接著再藉由「地面輻射」及對流等方式，慢慢把熱傳送給大氣。

明白這個道理後，就能解釋為什麼爬得愈高會變得愈冷。

首先，我們可以把吸收太陽熱能的地表想像成一部超級暖氣機，地面附近（山腳下）的空氣先被加熱，就像靠近暖氣機的出風口能接收較多的熱源一樣，感覺比較溫暖。可是愈往上爬，離地面愈遠，地面輻射散發到高空中的熱氣會遞減、變弱，空氣愈來愈冷，就像我們離暖氣機愈遠，溫度自然就愈低一樣。

一般說來，地表每升高100公尺，氣溫大約會降低0.6℃，這叫做「氣溫垂直遞減率」。所以，玉山山頂比平地低約24℃，珠峰上就終年酷寒，積雪不化。

空氣稀薄 壓力變小

第二個原因是由於地面上的空氣，被上面一層一層的空氣壓著，所以密度比較高，也就是空氣分子很多、很擠，碰撞頻繁，將部分運動能量以熱的形式釋放出來。這就像一群人緊貼在一起站著，可以緊緊困住從地面傳來的熱量，也能很有效率互相傳遞熱量，所以更容易吸收及保留熱能、維持溫暖。

但大氣密度及壓力會隨著海拔升高而遞減，高山上的空氣壓力會降低，空氣較稀薄。也就是那裡的空氣分子少又分散，碰撞次數減少，就像稀稀疏疏的一群人，又站得零零落落的，很難維持足夠熱量。這時，就算從地面接收到一點熱量，也會很快散失到周遭的空間，所以不容易吸熱，也比較難以保溫。

再用個簡單的比喻：地面空氣像一條厚棉被，熱氣不容易跑掉。山上空氣則像一層薄紗，熱氣很容易散掉。

還有一個有趣的科學原理，就是當空氣上升，壓力變小時，它就會「膨脹」，膨脹所需的能量來自空氣本身，導致空氣冷卻、溫度下降。這就像我們在做工一樣，會持續消耗掉身體的能量，讓活動力降低一樣。

小明問，是不是像打開可樂時，罐子裡壓力比較大的氣體「噗」一聲跑出來時，一下子「膨脹」開來，結果就覺得那股氣變得比較涼一樣？

沒錯！而且小明也終於了解，山上較冷是因離地面，也就是我們賴以取暖的「熱源」較遠，再加上大氣壓力低、空氣稀疏保不住熱，以及「膨脹冷卻」的關係，「離太陽近那麼一點點」是不會造成任何影響的。