在“热力环流”中，为什么高空空气比近地面空气先开始水平运动？

在我们的地球周围包裹着一层厚厚的大气层，地球大气层的厚度可以达到2000至3000千米左右。当然地球并不是唯一拥有大气层的行星，太阳系中的类地行星，如金星和火星都拥有大气层。虽然金星、地球和火星都拥有大气层，但是大气压差异极大，金星大气压差不多是地球大气压的92倍，而火星大气压则不足地球大气压的1%，地球适当的体积和质量，形成了适宜的大气层。

“热力环流”中的空气运动

根据地球大气层的温度及其他物理性状的变化，我们可以划分成若干层，最简单的划分是三层，从地面到高空分别是对流层、平流层和高层大气。我们人类就生活在对流层底部，对流层集中了几乎整个大气质量的75%，以及几乎全部的水汽和尘埃，我们所能见到的雨雪等天气现象几乎都发生在对流层中。地球的大气层并不是一潭死水静止不动的，而是处在不停的运动之中，“热力环流”是大气运动的最简单形式。

全球年太阳辐射总量分布图

热力环流是指由于地表冷热不均而形成的空气环流，在一个完整的热力环流中，包括空气的上升运动、空气的下沉运动、高空空气的水平运动和近地面空气的水平运动等四类运动形式。我们发现，在热力环流中总是高空空气比近地面空气先开始水平运动，这是为什么呢？为了探究这个问题，我们需要从热力环流是怎么产生的开始讲起。

热力环流示意图一

我们可以假设一个地表状况完全均一的陆地表面，这个区域中近地面各处的气温完全相同，那么此时区域内各个高度的气压都是相同的，空气处于相对静止的状态，我们可以理解为空气没有运动。我们在区域内近地面设定A和B两个地点，那么此时A、B两地的气压相同，也就是压在A、B两地上方的空气柱质量相同，同时从A、B两地往高空，各个海拔高度两地的气压也是相同的，我们取高空的某一位置，设置A1和B1，此时A1、B1两地的气压也是相同的。

热力环流示意图二

接下来，我们假设A地受热，而B地受冷，那么A地上方的空气就会由于受热膨胀，而作上升运动；B地上方的空气就会由于受冷冷却，而作下沉运动。此时我们再来比较A、B两地的近地面气压，压在它们上方的空气柱质量，并不会因为上升或下沉运动而变化，也就是说A、B两地的气压是相同的，所以近地面不会产生空气水平运动。而A、B两地高空，很明显A1处由于下方空气上升，在其上方的空气柱质量会增加，气压会增大，B1处由于上方空气下沉，在其上方的空气柱质量会减少，气压会减小。

热力环流示意图三

这样一来，高空A1气压会大于B1气压，从而使得空气从A1流向B1，而一旦空气从A地上空流出，而流入到B地上空，那么在近地面B处气压就会大于A处气压，从而促使近地面空气从B地流向A地。至此，就形成了热力环流，空气循环运动，首尾就难以寻找了。“热力环流”现象在日常生活中十分常见，比如海陆风、山谷风和城市风，都是由于地表冷热不均而形成的热力环流。

热力环流示意图四