三、大氣溫度層結(jié)
由于地球旋轉(zhuǎn)作用以及距地面不同高度的各層次大氣對太陽輻射吸收程度的差異，使得描述大氣狀態(tài)的溫度等氣象要素在垂直方向上呈不均勻的分布。人們通常把靜大氣的溫度在垂直方向上的分布，稱為大氣溫度層結(jié)。
1．氣溫垂直遞減率
氣溫隨高度的變化特征可以用氣溫垂直遞減率（γ)來表示，它系指單位高差（通常取100m）氣溫變化的負(fù)值。通常用下式表示：
γ＝dT/dZ
式中γ一一熱力學(xué)溫度，K;
Z一一高度，m。
若氣溫隨高度增加是遞減的，則γ為正值，反之，γ為負(fù)值。
上式可以表征大氣的溫度層結(jié)。在對流層中，平均來說來說dT/dZ＜0，且γ=0.6K/100m，即每升高100m,氣溫降低0.6℃。
2．輻射逆溫層
地球表面因接受來自太陽的輻射而升溫，也可因向空中輻射而冷卻。太陽向地球表面的輻射主要是短波輻射，而地面向空中的輻射則主要是長波輻射。大氣吸收短波輻射的能力很弱，而吸收長波輻射的能力卻很強。因此，在大氣邊界層內(nèi)，空氣溫度的變化主要是受地表長波輻射的影響。近地層空氣溫度隨著地面溫度的升高而逐漸升高，而且是自下而上的升高；反之，近地層空氣溫度隨著地表溫度的降低而逐漸降低，也是自下而上的降低。
在對流層中，氣溫一般是隨著高度增加而降低的，即γ>0，稱為遞減層結(jié)。但在一定條件下也會出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，這可由垂直遞減率（γ）的變化情況來判斷。當(dāng)γ=0時，稱為等溫氣層；當(dāng)γ<0時，稱為逆溫氣層。逆溫現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在較低氣層中，這時氣層穩(wěn)定性特別強，對于大氣垂直運動的發(fā)展起著阻礙作用。
逆溫形成的過程是多種多樣的。根據(jù)形成過程的不同，逆溫可分為近地面層逆溫和自由大氣逆溫兩種。近地面層逆溫又可分為輻射逆溫、平流逆溫、融雪逆溫和地形逆溫等；自由大氣逆溫可分為湍流逆溫、下沉逆溫和鋒面逆溫等。與大氣污染關(guān)系密切的是輻射逆溫。
地面因強烈的有效輻射而很快冷卻，近地面氣層冷卻最為強烈，較高的氣層冷卻較慢，因而形成了自地面開始逐漸向上發(fā)展的逆溫層，稱為輻射逆溫。輻射逆溫最可能發(fā)生在夜間的靜止空氣，此時地球不再接受太陽輻射，近地面空氣比高層空氣先冷卻，而高層空氣保持溫暖，密度小。逆溫不利于空氣對流，因而不利于污染物的擴(kuò)散，使污染物滯留在局地，造成局地大氣污染物的集聚。隨著地面輻射的增強，地面迅速冷卻，使近地面氣層由下而上溫度降低，且離地越近，冷卻越強。沿高度方向冷卻作用逐漸減弱形成輻射逆溫。逆溫逐漸向上發(fā)展，黎明時達(dá)到最強；日出后太陽輻射逐漸增強，地面逐漸升溫，空氣也隨之自下而上升溫，逆溫也自下而上逐漸消失；大約在上午10時左右逆溫層完全消失。
輻射逆溫層多發(fā)生在距地面100-150m高度內(nèi)。最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的夜晚，有云和有風(fēng)都能減弱逆溫。如風(fēng)速超過2~3m/s時，輻射逆溫就不易形成了。
3．氣塊的絕熱過程
在大氣中取一個微小容積的氣塊，稱為空氣微團(tuán)，簡稱氣塊。假設(shè)它與周圍的環(huán)境間沒
有發(fā)生熱量交換，那么它的狀態(tài)變化過程就可以認(rèn)為是絕熱過程。由污染源排入大氣的污染氣體，也可視為一個氣塊來研究。
固定質(zhì)量的氣塊所經(jīng)歷的不發(fā)生水相變化的過程，通常稱為干過程。不發(fā)生水相變化，即指氣塊內(nèi)部既不出現(xiàn)液態(tài)水又不出現(xiàn)固態(tài)水。固定質(zhì)量的氣塊在干過程中其內(nèi)部的總質(zhì)量不變，它也是一個絕熱過程，因而也稱為干絕熱過程，這是一種可逆的絕熱過程。干氣塊在絕熱上升過程中，由于外界壓力減小而膨脹，就要抵抗外界壓強而做功，這個功只能依靠消耗本身的內(nèi)能來完成，因而氣塊溫度降低。相反，當(dāng)這干空氣從高處絕熱下降時，由于外界壓強增大，就要對其壓縮而做功，這個功便轉(zhuǎn)化為這塊空氣的內(nèi)能，因而氣塊溫度升高。氣體在干絕熱過程中，其溫度隨高度的變化稱為干絕熱垂直遞減率，用n表示。根據(jù)理論推導(dǎo)，γd=0.98℃/100m≈1℃/l00m。
四、大氣穩(wěn)定度
大氣穩(wěn)定度是指在垂直方向上大氣的穩(wěn)定趨勢，它與風(fēng)速及空氣溫度隨高度的變化有關(guān)。當(dāng)大氣中有一氣塊，由于某種原因受到外力的作用產(chǎn)生了上升或下降的垂直位移。當(dāng)此外力消失后，該氣塊繼續(xù)運動的趨勢將存在三種情況：一是氣塊減速并有返回原來高度的趨勢，則稱這種大氣是穩(wěn)定的；二是氣塊仍按原方向加速運動，稱這種大氣是不穩(wěn)定的；三是氣塊被外力推到哪里就停到哪里或做等速運動，稱這種大氣是中性的。
氣塊在大氣中的穩(wěn)定度與大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率兩者有關(guān)。當(dāng)γ＞γd時，大氣不穩(wěn)定；當(dāng)γ=γd時，大氣為中性；當(dāng)γ<γd時，大氣為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。一般地，大氣溫度垂直遞減率越大，氣塊越不穩(wěn)定；反之，氣塊就越穩(wěn)定。如果垂直遞減率很小甚至形成等溫或逆溫狀態(tài)，這時對大氣垂直對流運動形成巨大障礙，地面氣流不易上升，使地面污染源排放出來的污染物難以借氣流上升而擴(kuò)散。
