气温逆增temperature inversion

指大气垂直温度变化与正常大气温度递减率相反的现象。大气温度，通常在地表向上10～11km的范围内，每升高100m下降0.6℃，此称温度递减。但有时出现温度随高度增加而上升，则称气温逆增。在气温逆增的情况下，烟囱冒的烟不易垂直扩散而流向水平方向，污染物聚集于地面而使浓度增加。该现象，是造成大气污染的条件之一。

气温逆增

气温随高度而变化的情况称为空气的温度层结，也称气温的垂直分布。正常情况下，在对流层内气温随高度的增加而减低，如出现气温随高度的增加反而升高的现象称为气温逆增。气温逆增不利于大气中污染物的扩散，持续的强气温逆增层是引起煤烟型和光化学烟雾型大气污染事件的一个重要条件。
在对流层内，各高度气层的气温垂直变化因时因地而不同，近地的底层更是复杂，随地面性质、季节、昼夜、天气条件等变化而变化。通常气温的垂直分布有三种情况：
❶气温随高度增加而逐渐减低。空气增温主要靠吸收地面的长波辐射，所以气温垂直变化的总趋势是随高度的增加而气温逐渐减低。气温垂直减温率r>0，平均为0.65℃/100m〔下层(2km以下)为0.3～0.4℃，中层为0.5～0.6℃，上层为0.65～0.75℃〕。
❷高度增加而气温不变，即r=0。这种气层称等温气层。
❸气温随高度增加而增高。在一定条件(地面辐射冷却，空气下沉，空气乱流混合等)，出现气温随高度增加而增高的现象，称为气温逆增（逆温），即r<0。这种气层称逆温层，其下限称逆温高度，上下限的温差称逆温强度。
逆温分类 根据逆温层出现的高度可分为近地逆温层(64～2m高处，冬季多见)，中层逆温层(103～64m处)和上层逆温层(221～103m处，多见)。根据逆温的成因可分为辐射逆温、地形逆温、下沉逆温、锋面逆温和乱流逆温等。
(1) 辐射逆温： 晴天无风夜晚，地面强烈辐射冷却，近地的气层随之降温，而离地愈高降温愈少，形成自地面开始的逆温。随着地面辐射冷却加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强。日出后，地面逐渐增热，逆温逐渐自下而上地消失。这种逆温层厚度由几米到数百米 (200～300m)。大陆上常年可出现，以冬季最强。
(2) 地形逆温： 也属辐射逆温，由于地形特征（山谷与盆地）在日落后山坡的辐射散热快，近坡面被冷却的空气沿斜坡下滑，在谷地内聚积成“冷湖”，较暖的空气被抬到上层形成逆温。这种逆温层常有二、三层，最下层是强逆温层，逆温高度在离地50m左右处，其上限高度有较大变化，这层内每升高10m，增温1.0～1.5℃。其上是次强逆温层，高度在离地100m左右处，每升高10m，增温0.5～1.0℃。最上一层是弱逆温层，高度在离地200～300m处，每上升10m，增温0.1～0.5℃。由于地形不同，逆温层次、强弱、高度都不同。
(3) 下沉逆温： 高空某一气层的空气发生大规模下沉运动时，因气压逐渐增高和气层向水平方向辐散，使其厚度减少 (如图1中h>h′)。在下沉运动终止的高度上，气层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大 (如图1中H>H′)，所以顶部空气的干绝热增温(每下沉100m，温度升高1℃) 比底部多而形成逆温。这类逆温多见于高气压区内 （副热带反气旋区），在离地数百米到数千米的高空上都可能出现，范围大厚度也大。冬季，下沉逆温常与辐射逆温结合在一起，形成非常深厚的逆温层。

图1 下沉逆温的形成

(4) 锋面逆温： 当冷、暖气团相遇时，暖气团密度小，爬到冷气团上面，形成一个倾斜的过渡区锋面。在锋面上，如果冷、暖空气的温差显著，就可出现逆温。
(5) 乱流逆温： 在低层空气中，原来的气温垂直减温率(r)(如图2中AB所示) 比某运动气团的干绝热垂直减温率(rd)(如图2中CD所示)小。但经乱流混合后，该层的r渐近于rd，气团升到混合层上部时，温度比周围气温低，混合后使空气降温。这样，在乱流减弱层（乱流混合层与未发生乱流的上层空气间的过渡层） 出现逆温(如图2中DE所示)。

图2 乱流逆温的形成

大气温度层结状况和风速的不同，影响烟体扩散，烟体可呈不同形状。因此可利用烟囱排出的烟体形状扩散类型，来判断某地某时上空的温度层结。烟体排出后的扩散类型，一般可分为五种：
❶波浪型。当气温垂直减温率大于干绝热减温率时，(r>rd)大气处于很不稳定状态，烟波上下波动呈波浪形向主导风向的下风向迅速流动扩散。由于上下波动大，烟气在排出后不久也可有一部分烟气下沉到达局部地面。波浪型烟波常发生在地面受到强阳光加热，风速不很大的晴天中午和午后。
❷锥型。当大气垂直减温率略小于干绝热减温率(r❸扇型。当气温自下向上增，一从地面到上空出现一个深厚的逆温层时，工厂排出来的烟既不能向上扩散，也不能向下扩散，只能靠水平方向的风进行水平扩散，即从高处下望，烟呈扇形散开。当遇到山或高建筑物阻挡时，烟气下沉，在该地区可造成严重污染。这种烟型多发生在晴天夜间或清晨。
❹上扬型。当从地面到烟囱顶端有一层逆温，再往上则空气温度又逐渐降低，因而使烟型下部平直，而上部有一定程度的扩散。此种烟型在傍晚时多见。
❺下扩型。此种烟型与上扬型相反，从地面开始到烟囱顶端温度逐渐递减，但在烟囱顶部以上有逆温层存在，因此从烟囱排出的烟气不能向上扩散，反而在烟囱高度以下的一层空间扩散，出现下风向地面的严重污染，许多烟雾事件多在此种条件下形成。此种烟型多发生在冬季日出前后(图3)。由于从日出至日落，大气热状况经常在变化，上述烟型也可随之发生变化。

图3 受气温垂直减温率影响产生的烟波形状

❸扇型。当气温自下向上增，一从地面到上空出现一个深厚的逆温层时，工厂排出来的烟既不能向上扩散，也不能向下扩散，只能靠水平方向的风进行水平扩散，即从高处下望，烟呈扇形散开。当遇到山或高建筑物阻挡时，烟气下沉，在该地区可造成严重污染。这种烟型多发生在晴天夜间或清晨。
❹上扬型。当从地面到烟囱顶端有一层逆温，再往上则空气温度又逐渐降低，因而使烟型下部平直，而上部有一定程度的扩散。此种烟型在傍晚时多见。
❺下扩型。此种烟型与上扬型相反，从地面开始到烟囱顶端温度逐渐递减，但在烟囱顶部以上有逆温层存在，因此从烟囱排出的烟气不能向上扩散，反而在烟囱高度以下的一层空间扩散，出现下风向地面的严重污染，许多烟雾事件多在此种条件下形成。此种烟型多发生在冬季日出前后(图3)。由于从日出至日落，大气热状况经常在变化，上述烟型也可随之发生变化。>