高い所が涼しい（寒い）理由（わけ）

Question

先日、息子がこんな質問をしてきました。

「どうして、高い所は涼しいの…？」

東京より、軽井沢のほうが涼しいのはナゼ？

という質問です。
私は半ば常識だと思って深く考えてみたことも
ありませんでしたが、いざ説明しようとすると、
よく分かりません。

どなたか、小学生にも分かるような説明を
していただける方、いらっしゃいませんか？

ticky · Accepted Answer

空気は小さな粒(分子)で出来ていて、この粒が飛び回っています。

温度が高いとき、空気の粒はたくさん、速く飛んでいます。
このため、勢いよくいっぱい物にぶつかって、これが暑く感じます。
一方、温度が低いときは、空気の粒が遅く、数も少ないです。
このため、あまり物にぶつからなく、ぶつかる勢いも弱いので、暑くありません。

ところで、高いところの方が、空気が薄いです。
空気が濃い、薄いというのは、空気の粒がたくさんあるか、少ないかの違いです。
空気が薄くなると、物にぶつかる"空気の粒"の数が減りますし、ぶつかる勢いも小さくなり、暑くなくなります。

例を挙げて説明してみましょうか。
正露丸や百草丸の瓶はありませんか。
これを振ってみると、音がするでしょう？

この瓶に、薬の玉がたくさん入っている場合を考えてください。(といっても、薬丸が多すぎると、音はあまり出ませんが)
これを勢い良く振ると、中で粒が大きな音でたくさんぶつかって、たくさん音がするでしょう。これが温度が高いと言うことで、空気の粒がたくさんあって、勢いよく飛んでいるのと同じです。

逆に、薬の玉が少ない場合を考えてみましょう。
軽く振ったときは、さっきほどはあまり音がしません。
粒の数が少なく、勢いも小さい、これが温度が低い状態です。

...って、中学生や高校生はともかく、小学生には難しいかなぁ。

jun1038 · Answer

回答に対する補足を頂いたので再回答をしようと思ったら
すでに質問が締め切られてしまったので、失礼ですが
教えてｇｏｏ！の管理者様に連絡して再回答をさせて頂くことにしました。

まず補足に対する回答ですが、
軽井沢のような標高の高いところでも東京でも地面があるのに、
気温の差がある（標高の高いほうが気温が低い）のは、
空気が横方向（水平方向）にどんどん移動するからです。
私の前の回答に示した参考ＵＲＬの中の私の回答の中に、
　「山は、上の方の冷たい空気の中に突きだした、
　　「槍・ヤリ」みたいなものです。」
とあると思います。
地球の大気（特に対流圏と呼ばれる地表面に近い範囲）は、
基本的に、地表面に近いほど温かい温度構造をしており、
標高の高いところは、その気温が低い部分に頭を突っ込んでいるということです。

ご指摘のように、
確かに山でも地面がありますから気温は多少は上がります。
標高がかなり高い場所でも、たとえば空気の動きにくい盆地などでは、
日射によってかなり気温が上がることがあります。

「上空は空気が薄いから気温が低い」というのは少しマズイかな、
と思います。
単純に空気が薄いから気温が低いというのでは、
成層圏での気温上昇を説明できません。
やはりポイントは、
・地球大気が基本的に地表面から熱を受けて温まっていること
・空気塊が上昇しても膨張（断熱膨張）により気温が下がること
の２つです。

ちなみに、成層圏ではオゾンが存在し、
そのオゾンが紫外線に対して透明でない（吸収する）ことにより、
気温が上昇するのです。

私の拙い文章では信用度がイマイチと思いますので、
下に、「気象庁」と「森田さん」の、
この問題に関連するｗｅｂページの
ＵＲＬを載せておきます。

http://www.kishou.go.jp/know/whitep/1-1-1.html

http://www.tbs.co.jp/morita/qa_kion/faq_020220.html

それでは。

jun1038 · Answer

こんばんは。

以前に同じような質問があり、私だけでなく多くの人が回答しています。参考ＵＲＬを見て下さい。この参考ＵＲＬにはさらに参考ＵＲＬがついていますので、できればそれも見て下さい。

さて、「小学生にも分かるような説明」ですが、
私ならこんな感じでしょうか。

「高いところが涼しいって言うけれど、それじゃあ
　低いところは何で暖かいのかな。

　空気が暖かいのは、
　最近は少しは人間が出す熱も関係しているけれど、
　ほとんどは太陽の光が熱になっているんだよ。
　空気の厚さは１００ｋｍ以上もあるけれど、
　僕たちは太陽を見ることができるよね。
　つまり太陽の光は厚い空気を通り抜けて
　地面まで来ているんだ。通り抜けるということは
　空気に吸収されない、つまり空気を暖めずに
　地面まで来るということなんだ。
　地面はさすがに太陽の光で温められるので、
　その暖まった地面から熱をもらって
　はじめて空気が暖まるんだ。
　つまり空気は地面の熱で暖まるので、
　地面に近い低いほうが暖かいのさ。

　それともう一つ大きな理由がある。
　暖まった空気はふくらんで軽くなるんだ。
　軽くなった空気は上の方に動いていく。
　このときに、上のほうに行けば行くほど
　空気がうすくなるので、あがってきた空気はさらに
　ふくらむ。このふくらむときに、
　空気は温度が下がるという性質がある。
　これは、暖まって軽くなって上に行くときだけでなく、
　風が山の地面にそって吹いて上がっていくときでも、
　同じように上に行くと空気がうすいのでふくらんで
　温度が下がってしまうんだ。
　東京で暖まった空気が風に乗り軽井沢まで上がっても、
　やっぱり温度が下がってしまうんだ。

　もう一度いうと、
　空気はもともと地面から熱をもらって暖まるので、
　下の方が暖かい。つまり上の方は涼しい。
　さらに、暖まった空気が上の方に上がっても、
　ふくらんで温度が下がってしまうので、
　やっぱり上の方は涼しい。
　こんなふうにして、高いところのほうが
　涼しくなっているんだよ。」

長くなってすみません。では。

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=507876

whitepepper · Answer

そもそも空気は熱を伝えにくい物質です。もっぱら対流することによって熱が伝わります。
　ある空気塊が上昇したときのことを考えます。空気は上空ほど気圧が低くなっていますから、空気塊が上昇するとその圧力は周りの気圧よりも高いため空気塊は膨張します。この空気塊と周りの大気との間に熱交換がない場合、空気塊の温度は下がります。（ボイル・シャルルの法則）
　逆に、空気塊が下降するときは、空気塊の圧力が周りよりも小さくなるため圧縮されます。その結果、空気塊の温度は上がります。自転車に手押しポンプで空気を入れると、ポンプの下の方が熱くなることを経験している方もいるかと思います。
　したがって、高いところのほうが涼しいということになります。

》どなたか、小学生にも分かるような説明を
》していただける方、いらっしゃいませんか？

　適当にわかるような言葉に代えて説明してあげてください。

高い所が涼しい（寒い）理由（わけ）

空気は小さな粒(分子)で出来ていて、この粒が飛び回っています。

回答に対する補足を頂いたので再回答をしようと思ったら

こんばんは。

この回答への補足

そもそも空気は熱を伝えにくい物質です。

この回答への補足

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