逆温

逆温（英文名：Temperature Inversion）是指在近地球表面对流层，随高度的增高气温增高或随高度增加降温率变化小于0.6℃/100m（甚至几乎无变化）的现象。^[1][2]发生逆温的空气层被称为逆温层。^[3]

按逆温的形成过程，可分为近地面层逆温和自由大气层逆温。其中，近地面层逆温常见类型有辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温等。自由大气层逆温则主要包括乱流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。^[4]逆温的形成与影响因素包括地理位置、时间因素、天气因素和地形情况等。^[5]

逆温不仅可抑制沙尘暴发生，减少飞行颠簸、提升能见度，有利于航空安全，还能在农业方面发挥积极作用，如新疆伊犁谷地、四川盆地等地冬季逆温带增温明显，利于果树越冬、减少冻害、提高果蔬品质、降低热能投入并提升经济效益。但其最突出的负面影响则是加剧大气污染。^[6]

逆温的形成过程多种多样，由于过程的不同，可分为近地面层逆温和自由大气层逆温两大类。近地面层逆温主要包括辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温等；自由大气层逆温则主要有乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温等类型。^[4]

逆温的形式有很多种，最常见的就是辐射逆温，它是由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温。辐射逆温有明显的日变化规律：白天，太阳辐射强，地面升温快，近地面大气温度随着高度的增加而降低，大气不稳定，有利于污染物的扩散；到了傍晚，太阳落山了，地面的热容量小、降温快，导致靠近地面的大气层一起降温，所以靠近地面的大气层温度随着高度的增加而增加，形成自地面开始的逆温层，层内大气稳定，不容易发生对流，不利于污染物的扩散；随着地面冷却程度的加剧，逆温层的高度逐渐增加，一直持续到黎明前，此时逆温层高度达到最大值。日出后，地面逐渐增温，使逆温层自地面开始自上而下逐渐消失。随着太阳辐射强度的加大，上午10点以后逆温层全部消失，大气垂直温度分布正常，此时大气不稳定，有利于污染物的扩散。^[5]

辐射逆温中高纬度地区大陆常发生，且经常出现在沙漠地区，冬季最强，逆温层较厚，可达数百米，消失也较慢；夏季最弱，厚度也较薄，消失较快。在山谷和盆地，由于冷却的空气会沿斜坡流入低谷和盆地，因此常常会使低谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不消失。我国一些地区冬季大陆被高压控制，由于长时间辐射冷却，地面和近地层空气的温度显著下降，可形成冬季辐射逆温，这种逆温在白天也不消失，逆温层厚度可达几百米到几千米，其上下界的温度差达15~25℃，有时候可持续若干天不消失。^[5]

暖空气流到冷的地面上而形成的逆温称为平流逆温。当暖空气流到冷的地面上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换，暖空气下层受冷地面影响最大，气温降低最强烈，上层降温缓慢，从而形成逆温。^[5]

平流过程具有一定的风速，从而产生空气的湍流，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接，而且湍流的垂直混合作用会使逆温层底部气温降得更低，逆温愈加明显。^[5]

平流逆温主要出现在中纬度沿海地区。平流逆温的形成是由地面开始逐渐向上扩展的，其强弱由暖空气和冷地面间温差的大小决定，温差越大，逆温越强。它可以在一天中的任何时刻出现，有的还可以持续好几个昼夜。单纯的平流逆温没有明显的日变化。夜间地面的辐射冷却作用可使平流逆温加强，白天辐射增温作用则使平流逆温减弱。^[5]

冬季在中纬度的沿海地区因海陆温差甚大，当海上暖湿空气流到大陆上时常会出现较强的平流逆温。这种逆温常伴随着平流雾的形成，与辐射逆温不同，平流雾不但不要求晴朗少云，而且风速也可以较大。暖空气流经冰、雪表面产生融冰、融雪现象，吸收一部分热量，使得平流逆温得到加强，这种逆温又称为雪面逆温。^[5]

因低层空气的湍流混合作用而形成的逆温称为乱流逆温，又称为湍流逆温。当气层的气温直减率小于绝热直减率时，经湍流混合后，气层的温度分布逐渐接近于绝热直减率。湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度，当空气上升到混合层顶部时，它的温度比周围的气温低，混合的结果是使上层气温降低；空气下沉时情况相反，使下层气温升高。^[5]

湍流逆温是由于湍流混合而形成的气温随垂直高度增加而增加的现象，常出现在大气中非湍流层与其下面紧贴的湍流层之间，在地面摩擦层顶部亦多见。逆温离地面的高度依赖于湍流混合层的厚度，通常在1500m以下，厚度一般为数十米。^[5]

因整层空气下沉而形成的逆温称为下沉逆温。当某气层产生下沉运动时，因气压逐渐增大及气层向水平方向扩散，气层厚度会减小。若气层下沉过程是绝热过程，且气层内各部分空气的相对位置不变，这时空气层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大，致使其顶部绝热增温的幅度大于底部。因此，当气层下沉到某一高度时，气层顶部的气温会高于底部，从而形成逆温。^[5]

下沉逆温多出现在离地面100m以上的高空，厚度可达数百米，多见于副热带反气旋区和高压控制地区，其特点是范围大。逆温层厚度大、逆温持续时间长，不接地而出现在某一高度上。这种逆温有时会像盖子一样阻止向上的湍流扩散，如果延续时间较长，对污染物的扩散会造成很不利的影响。逆温层对空气对流有强烈的抑制作用，所以极其不利于大气污染物的扩散。由于大量气溶胶粒子和水汽积聚在逆温层下面，因此近地面层极易形成烟雾。^[5]

下沉的空气来自高层，水汽含量本来就不多，加上下沉以后温度升高，相对湿度显著减小，空气干燥，不利于云的形成，即使原来有云也会趋于消散，因此下沉逆温时天气一般晴好。^[5]

锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面之上，冷气团在下。在冷暖气团之间的过渡带上便会形成锋面逆温。^[5]

锋面逆温的逆温层随锋面的倾斜而呈倾斜状态。由于锋面是从地面向冷空气方向倾斜的，因此，锋面逆温只能在冷气团所控制的地区内观测到。锋面逆温的离地高度及观测点与其相对于锋线的位置有关：距地面锋线越近，逆温层的高度越低；反之则越高。^[5]

锋面上暖气团中的温度露点差一般比锋面下冷气团中的要小些，当锋面上有凝结现象时，逆温层以上的温度露点差可以为零。^[5]

锋面逆温多发生于暖锋过境时，且出现在锋面附近。但暖锋过境前后都是单一的气团控制，暖锋过境前受冷气团控制，暖锋过境后受暖气团控制，都不会出现锋面逆温。^[5]

中纬度地区更容易产生下沉逆温现象。在纬线±30°地区，干燥空气下沉，压缩并自热，晴天多，雨水少。自热后气温比下层的空气高，较易导致逆温现象的出现。^[5]

逆温层的分布随时间产生变化，如夏至时阳光直射在赤道上，中纬度地区更容易产生逆温现象。^[5]

夜间少云时，地面热量散发较快，温度下降速度也随之增加，使地面温度和上部空气温度的差值降低，第二日早上出现辐射逆温的可能性也随之降低；降水天气会减少逆温的出现概率；大雾天气将增加逆温的出现概率。^[5]

在多山谷多丘陵处，夜间冷空气会停滞在山谷中，不随上层热气流通过，局部地形满足逆温形成条件，更易导致逆温的出现。临海地区由于海面冷空气吹入内陆而导致逆温层变窄，随后也会在沿岸地面产生逆温。^[5]

大气污染越重，逆温层厚度越高，逆温现象越严重。^[5]

逆温可抑制沙尘暴发生，因其削弱强对流运动与大风条件；高空逆温层使大气稳定，减少飞行颠簸，提升能见度，有利于航空安全。^[6]此外，在某些山坡或河谷地区，逆温现象也可被视为一种气候资源加以利用。例如，在中国新疆伊犁谷地，每年10月至次年3月会出现长达半年的逆温现象。1月份时，坡地逆温层厚度可达400米，逆温强度达5℃。逆温带有效提高了谷地冬季的温度水平，使多年生果树能够安全越冬而无需埋土，冻害得以减轻或避免，同时果实硬度更高、品质更好；在该地区发展蔬菜种植可降低热能投入，提高经济效益；逆温层所在的坡地也是当地牲畜避寒越冬的理想场所。从逆温资源开发利用的角度来看，逆温带下部光热条件适中，一般适合发展喜温作物和蔬菜；逆温带中部逆温效应显著，冬暖夏凉，适宜发展果树和冬季蔬菜种植；逆温带上部降水相对充沛，则适合发展林业、牧草和药材种植。^[7]

逆温最突出的负面影响是加剧大气污染。^[6]无论哪种条件造成的逆温，都对大气有一定的影响。由于逆温层的存在，造成对流层大气局部上热下冷，大气层结稳定，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、水汽凝结物等聚集在它的下面，易产生大雾天气，能见度变差，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生浓雾天气，有的甚至造成严重大气污染事件，如光化学烟雾等。^[7]

冬季出现逆温层时，近地层空气中含有大量的污染微粒，对人体健康非常有害。例如，当近地层二氧化硫浓度（单位：PPM）达到1.0时，人的胸部就略略有压迫感；达到10.0时，鼻腔就会有刺激感；达到30.0时，就会不由自主地咳嗽；达到100.0时，就会打喷嚏、流眼泪；达到400.0时，人就会出现呼吸困难。事实上，近地层的二氧化硫常常和其他污染物并存。如果二氧化硫与颗粒物气溶胶同时被人吸入，会在呼吸道里形成一种硫酸雾，造成的生理反应可比单纯的二氧化硫大4－20倍。此外，近地层的烟尘和粉尘，如果吸入肺泡，不仅容易造成尘肺，也易引起血液中毒；而高浓度的氮氧化物，可使人的中枢神经发生病变，也容易引起或诱发肺水肿和慢性支气管炎。氮氧化物和碳氢化合物在一定的阳光照耀下，还会形成光化学烟雾，对人的眼晴和呼吸道危害极大。^[8]

逆温中的烟雾常常会诱发灾难性的事故。1948年10月下旬，美国匹兹堡附近的多诺拉镇发生一起严重的烟雾灾难，由于镇上的许多工厂大量排出二氧化硫气体，偏逢10月27日－28日出现了逆温层，烟雾中的化合物使7000多人病倒，20人死亡。震惊一时的伦敦烟雾事件，除了燃煤是直接原因外，也与逆温有关。1952年12月5日至9日，冷空气入侵伦敦，贴近地面的空气形成了逆温。一连几天，空气几乎静止不动。时值隆冬季节，从家庭和工厂的烟囱里排出的烟尘无法向空中扩散，越积越多，空气中弥漫着浓浓的“毒雾”，直接导致4000多人死亡。在毒雾过后的两个月中，又陆续有8000多人毙命。^[8]

优化产业结构，推进能源结构及工业布局的调整。例如，控制和限制能源消耗大、污染环境重的企业发展，扶持并优先发展万元产值排污量小、能源消耗量小的企业；改造锅炉与燃烧设备，加强监督管理，对烟气排放不达标的锅炉实施改造或更新，确保治理措施正常运行，实现烟尘、二氧化硫达标排放；大力发展和推广清洁能源，禁止原煤散烧，通过实施集中供热来优化能源结构。^[9]控制移动源排放，鼓励绿色出行，加强对机动车排气的检测和治理，建立机动车尾气档案，提高尾气净化装置的安装率，提升机动车排放标准，减少碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳的排放量，达到提高机动车尾气排放达标率的目的。^[9][10]加强工业与扬尘管控，对重点行业实施深度治理，规范建筑施工防尘措施。^[9][10]全面提升城市空气质量的监测水平，使空气质量测算更加科学化、规范化。^[9]事先要及时建立健全大气环境污染应急预案，尤其是在“逆温”天气造成空气污染严重的紧急情况下要及时启动大气环境污染应急预案，例如市环保部门应加大对空气自动监测点位、环境敏感地区和重点污染单位的检查和监管力度，通过降低大气污染物负荷来切实改善逆温天气下的环境空气质量。^[9]

了解空气污染发生发展规律。在中国北方城市，一天内有2个高峰时段，第一高峰在上午6时至8时，第二高峰在下午5时以后，前者污染程度大于后者。白天还有两个相对洁净时段，上午10时左右，下午3时左右。冬季无风、静风的天数较多，常常出现逆温天气，加上烧煤取暖污染物排放多，导致污染程度高居四季之首。^[3]留心当地气象变化，关注天气预报，如预报本地有雾、静风或微风，气温突然升高，就预示着逆温天气的来临。^[8]逆温天气时，应尽量选择上午10时至下午3时外出活动和开窗通风。^[3]逆温天气时，居家生煤球取暖者，要预防煤气中毒，检查烟筒、风斗，不时开窗通风对流。^[3]逆温天气时，医院、家庭病房要打开空气净化器；敏感人群如老人、儿童还是应尽量减少户外活动，一般人群也应减少户外的剧烈运动。^[8][11]