大气逆温的罪与罚
冬春时节的早晨或傍晚,特别是在无风的天气里,在城市常常可以见到烟雾上升到一定高度之后,就向水平方向漂浮起来,弥漫四方,整个视野很快就变得模糊起来,随着烟雾的袭来,天气阴沉,太阳无光,压得人透不过气来,同时也便会闻到煤烟味和其它难闻的气味。身体抵抗能力较差的人,便会出现胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐、呼吸困难等症状。
当我们站在城郊的高处,向城区眺望,便会发现有一层薄雾,像个大锅盖似的,盖在城市的上空。为什么会是这样呢?原因就是“逆温”在作怪。一般情况下,在低层大气中,通常气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层次可能出现相反的情况,气温随高度的增加而升高,这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。逆温产生原因 一般情况下,大气温度随着高度增加而下降,每上升100米,温度降低0、6℃左右。即是说在数千米以下,总是低层大气温度高、密度小,高层大气温度低、密度大,显得“头重脚轻”。这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流”运动,可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散,从而使城市上空污染程度减轻。因而在通常情况下,城市上空为轻度污染,对人体健康影响不大。可是在某些天气条件下,一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象,从而导致大气层结“脚重头轻”,气家学家称之为“逆温”,发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空,上下层空气减少了流动,近地面层大气污染物“无路可走”,只好原地不动,越积越多,空气污染势必加重。
导致“逆温”现象的原因有多种。对于我国冬季来说,主要是地面辐射冷却作用而导致近地面层气温迅速下降。当寒流袭击过后,地面受冷气团控制,天晴风小气温低,特别到了晚上,地面热量大量地向高空散发(辐射),使近地面气温迅速下降,而上层大气温度下降较慢,从而出现上暖下冷的所谓“逆温”“现象”。有时,白天日照不足,地面增温缓慢,还会使“逆温”长期维持,大气污染日趋加剧。
冬季为什么逆温现象较多呢? 太阳短波辐射能穿过大气层到达地球表面,一部分被地球吸收,一部分被反射回太空去。地球吸收太阳短波辐射能后,地球变暖,温度升高。它一方面以长波形式向大气辐射热量,一方面又以对流、传导方式把热量传送给大气。可见,大气的热量是地球供给的,而不是直接来自于太阳。所以,通常大气温度是下层高,上层低,即大气层温度是由下向上逐渐降低的。大气探测资料表明,在自由大气中,每垂直升高100米,气温约下降0.6℃。这就使得大气下层温度高,上层温度低,与此相应的,下层空气密度小而轻,上层空气密度大而重,形成“头重脚轻”的不稳定状态。这种不稳定状态易使空气上下对流交换,有利于大气底层水汽、污染物向太空扩散,不易雾的形成和污染物积聚。 但到了冬季,北半球太阳辐射大大地减弱,地表长波辐射大于吸收的太阳辐射,出现入不敷出的情况,地表温度就越来越低,尤其是晴朗无风的夜晚。在这种情况下,大气层温度结构就容易出现下层温度低、上层温度高的反常现象,即气象上所说的“逆温”现象。这就意味着大气层“头轻脚重”,稳定得很。逆温层就像个大锅盖盖在大气层上面,使低层的水汽和污染物无法向太空扩散出去,十分有利于雾的形成和污染物的积聚。这就是冬季为什么逆温现象多,而污染加重的原因。
逆温分类: 根据成因逆温可分以下几种:
辐射逆温 因地面强烈辐射而形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无风或微风的夜晚,地面因辐射冷却而降温,与地面接近的气层冷却降温最强烈,而上层的空气冷却降温缓慢,因此使低层大气产生逆温现象。辐射逆温一般日出后,逆温就逐渐消失了。
平流逆温 由于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。平流逆温的强度,主要决定于暖空气与冷地面之间的温差。温差愈大,逆温愈强。
湍流逆温 因低层空气的湍流混合作用而形成的逆温称为湍流逆温。当气层的气温直减率小于干绝热直减率时,经湍流混合后,气层的温度分布逐渐接近干绝热直减率。因湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度。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,使上层气温降低;空气下沉时,情况相反,致使下层气温升高。这样就在湍流减弱层,出现逆温。
下沉逆温 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,以及由于气层向水平方向扩散,使气层厚度减小。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(图中H>H′)。因此,当气层下沉到某一高度时,气层顶部的气温高于底部,而形成逆温。下沉逆温多出现在高压控制的地区,其范围广,逆温层厚度大,逆温持续时间长。
锋面逆温 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,便形成逆温。
在自然界,逆温的形成常常是几种原因共同作用的结果。无论逆温是怎样形成的,只要逆温出现,对天气均有一定影响。逆温层能阻碍空气的垂直运动;大量烟尘、水汽等聚集在逆温层下面,使能见度变坏,也易造成大气污染。逆温的危害:
冬天里“逆温”现象时有发生,在“逆温”造成大雾茫茫或污染严重时,人们应减少晨练及室外活动时间,尽力避免“逆温”带来的危害。 即使是在平时,由于植物经历了一晚上的无氧呼吸,清早空气的二氧化碳浓度一天最高,其实也不利于运动,正确的运动时间应在日出后就是早上的八\九点.上世纪,曾发生过数次震惊世界的大气污染事件,造成数十万人死伤。例如:1930年12月,比利时马斯河谷在浓雾弥漫的3天里,造成数千居民呼吸道发病,60多人死亡;1948年10月,美国多诺拉镇发生了轰动一时的烟雾事件,致使5900多人发病,17人死亡;1952年12月5-8日,英国伦敦上空连续四五天烟雾弥漫,煤烟粉尘蓄积不散,造成4000人死亡。而同期在美国洛杉矶等城市还发生了由汽车尾气引起的光化学烟雾污染事件。这些事件都发生在冬季,且都有逆温层存在的情况下。 因此可以说,凶手是大气中的污染物,帮凶则是逆温。