大气温度垂直分布规律及原因 最新修订.doc

大气温度垂直分布规律及原因 各层的特点及原因：层次特 点原 因对流层①气温随高度增加而递减，每上升100米降低0.6℃②对流动动显著（低纬17~18、中纬10~12、高纬8~9千米）③天气现象复杂多变热量绝大部分来自地面，上冷下热，差异大，对流强，水汽杂质多、对流运动显著平流层起初气温变化小，30千米以上气温迅速上升大气以水平运动为主大气平稳天气晴朗有利高空飞行臭氧吸收紫外线上热下冷水汽杂质少、水平运动高层大气存在若干电离层，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用[自下而上分三层：中间层、暖层（电离层）、逃逸层]太阳紫外线和宇宙射线作用大气温度随高度变化曲线：逆温现象：对流层由于热量主要直接来自地面辐射，所以海拔越高，气温越低一般情况下，海拔每上升1000米，气温下降6C有时候出现下列情况：①海拔上升，气温升高；②海拔上升1000米，气温下降幅度小于6C这就是逆温现象逆温现象往往出现在近地面气温较低的时候，如冬季的早晨逆温现象使空气对流运动减弱，大气中的污染物不易扩散，大气环境较差对流层中温度的垂直分布：在对流层中，总的情况是气温随高度而降低，这首先是因为对流层空气的增温主要依靠吸收地面的长波辐射，因此离地面愈近获得地面长波辐射的热能愈多，气温乃愈高。

离地面愈远，气温愈低其次，愈近地面空气密度愈大，水汽和固体杂质愈多，因而吸收地面辐射的效能愈大，气温愈高愈向上空气密度愈小，能够吸收地面辐射的物质——水汽、微尘愈少，因此气温乃愈低整个对流层的气温直减率平均为0.65℃/100m实际上，在对流层内各高度的气温垂直变化是因时因地而不同的对流层的中层和上层受地表的影响较小，气温直减率的变化比下层小得多在中层气温直减率平均为0.5—0.6℃/100m，上层平均为0.65—0.75℃/100m对流层下层（由地面至2km）的气温直减率平均为0.3—0.4℃/100m但由于气层受地面增热和冷却的影响很大，气温直减率随地面性质、季节、昼夜和天气条件的变化亦很大例如，夏季白昼，在大陆上，当晴空无云时，地面剧烈地增热，底层（自地面至300—500m高度）气温直减率可大于干绝热率（可达1.2—1.5℃/100m）但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增高而升高的逆温现象造成逆温的条件是，地面辐射冷却、空气平流冷却、空气下沉增温、空气湍流混合等但无论那种条件造成的逆温，都对天气有一定的影响例如，它可以阻碍空气垂直运动的发展，使大量烟、尘、水汽凝结物聚集在其下面，使能见度变坏等等。

下面分别讨论各种逆温的形成过程一）辐射逆温由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温图235表明辐射逆温的生消过程图中a为辐射逆温形成前的气温垂直分布情形；在晴朗无云或少云的夜间，地面很快辐射冷却，贴近地面的气层也随之降温由于空气愈靠近地面，受地表的影响愈大，所以，离地面愈近，降温愈多，离地面愈远，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温（图235b）；随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强（图235中c）；日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上地消失（图235中d、e）辐射逆温厚度从数十米到数百米，在大陆上常年都可出现，以冬季最强夏季夜短，逆温层较薄，消失也快冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢在山谷与盆地区域，由于冷却的空气还会沿斜坡流入低谷和盆地，因而常使低谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不会消失二）湍流逆温由于低层空气的湍流混合而形成的逆温，称为湍流逆温其形成过程可用图236来说明图中AB为气层原来的气温分布，气温直减率（γ）比干绝热直减率（γd）小，经过湍流混合以后，气层的温度分布将逐渐接近于干绝热直减率这是因为湍流运动中，上升空气的温度是按干绝热直减率变化的，空气升到混合层上部时，它的温度比周围的空气温度低，混合的结果，使上层空气降温。

空气下沉时，情况相反，会使下层空气增温所以，空气经过充分的湍流混合后，气层的温度直减率就逐渐趋近干绝热直减率图中CD是经过湍流混合后的气温分布这样，在湍流减弱层（湍流混合层与未发生湍流的上层空气之间的过渡层）就出现了逆温层DE三）平流逆温暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，会发生接触冷却作用，愈近地表面的空气降温愈多，而上层空气受冷地表面的影响小，降温较少，于是产生逆温现象这种因空气的平流而产生的逆温，称平流逆温（图237）但是平流逆温的形成仍和湍流及辐射作用分不开因为既是平流，就具有一定风速，这就产生了空气的湍流，较强的湍流作用常使平流逆温的近地面部分遭到破坏，使逆温层不能与地面相联，而且湍流的垂直混合作用使逆温层底部气温降得更低，逆温也愈加明显另外，夜间地面辐射冷却作用，可使平流逆温加强，而白天地面辐射增温作用，则使平流逆温减弱，从而使平流逆温的强度具有日变化四）下沉逆温如图238所示，当某一层空气发生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及因气层向水平方向的辐散，使其厚度减小（h＇＜h）如果气层下沉过程是绝热的，而且气层内各部分空气的相对位置不发生改变，这样空气层顶部下沉的距离要比底部下沉的距离大，其顶部空气的绝热增温要比底部多。

于是可能有这样的情况：当下沉到某一高度上，空气层顶部的温度高于底部的温度，而形成逆温例如，设某气层从空中下沉，起始时顶部为3500m，底部为3000m（厚度500m），它们的温度分别为－12℃和－10℃，下沉后顶部和底部的高度分别为1700m和1500m（厚度200m）假定下沉是按干绝热变化的，则它们的温度分别增高到6℃和5℃，这样逆温就形成了这种因整层空气下沉而造成的逆温，称为下沉逆温下沉逆温多出现在高气压区内，范围很广，厚度也较大，在离地数百米至数千米的高空都可能出现冬季，下沉逆温常与辐射逆温结合在一起，形成一个从地面开始有着数百米的深厚的逆温层由于下沉的空气层来自高空，水汽含量本来就不多，加上在下沉以后温度升高，相对湿度显著减小，空气显得很干燥，不利于云的生成，原来有云也会趋于消散，因此在有下沉逆温的时候，天气总是晴好的此外还有冷暖空气团相遇时，较轻的暖空气爬到冷空气上方，在界面附近也会出现逆温，称之为锋面逆温上面分别讨论了各种逆温的形成过程实际上，大气中出现的逆温常常是由几种原因共同形成的因此，在分析逆温的成因时，必须注意到当时的具体条件。