引言

在对流层大气中，平均情况下温度随高度的升高是降低的。但也经常在某些层次出现气温不随高度变化或随高度的升高反而增高的现象即逆温，温度随高度的升高而增高的大气层称为逆温层。从热力学的角度看，无论是等温层还是逆温层都表示大气层结是稳定的，如果它们出现在地面附近时，则会限制近地面层强烈乱流运动的发生，如果它们形成在对流层中某一高度上，则又会阻碍下方垂直运动的发展。逆温层的厚度可从几十米到几百米，它就像一层厚厚的被子盖在地面上空，空气不能向上扩散，阻碍空气的垂直运动，使大量烟尘、水汽等聚集在逆温层下面，不仅使能见度变坏，而且直接影响大气污染物的扩散，从而造成或加重大气污染^[1-3]，这种现象在北方冬季表现得更为突出，而且也十分不利于燃煤民房烟道排烟^[4]。本文从分析冬季逆温的天气特征入手，其分析结果不仅加深对逆温的了解，同时为一氧化碳中毒预报预警及空气质量预报奠定基础，并对逆温预报可提供一定的背景和参考。

吉林省有3个探空站即长春、临江、延吉，它们分别位于该省的中部平原、南部山区和东部山区的盆地之中，其逆温情况分别可以代表平原、山区和盆地不同地理环境的逆温状况。文中使用临江、延吉1996—2007年冬季(当年11月至次年2月，其中11月和2月称冬初、冬末，12月和1月称严冬)逆温资料，长春为2000—2007年冬季逆温资料，对逆温的时空分布特征、逆温的统计特征、逆温属性以及逆温的天气气候特征等方面进行分析。

1 冬季逆温天气时空分布特征 1.1 逆温发生的时间分布和地理分布特征

分析08时和20时年均出现逆温的情况(见图 1a, b)可见，一是无论平原、山区还是盆地，08时发生逆温的次数均多于20时，08时三地年均逆温发生次数依次为104.1、88.7、59.1，20时年均发生逆温次数依次为86.0、66.7、48.8；二是无论08时还是20时，逆温发生次数均以平原最多，山区次之，盆地最少。

从逆温持续(本文将当天20时发生逆温，第二天08时也有逆温的情况称之为逆温持续)发生的情况看，平原最多，山区次之，且多发生在12月和1月；盆地较少且多发生在11月和2月(见图 2)。逆温持续最长时间山区9天，盆地5天，而平原则多达26天。

1.2 冬季逆温的月分布特征

08时、20时平原和山区均以严冬即12月和1月发生逆温次数稍多，盆地08时则以冬初、冬末即11月和2月居多(见表 1)。

2 逆温强度特征分析

为了便于描述和分析讨论，用逆温值(即某逆温层的温差)来表示逆温强度，设逆温层底部的温度为T₀，逆温层顶部的温度为T₁，T₁-T₀＞0为逆温，该值越大，逆温越强。将逆温强度分为四个级别，即：

0级：逆温值＜4℃

Ⅰ级：4℃≤逆温值＜6℃

Ⅱ级：6℃≤逆温值＜8℃

Ⅲ级：逆温值≥8℃

2.1 逆温强度的地区分布特征

冬季08时0级和Ⅰ级逆温强度发生的概率平原最多，山区次之，盆地最少，其中Ⅰ级平原和山区发生的概率明显多于盆地；Ⅲ级逆温强度发生的概率与Ⅰ级恰好相反，即盆地最多，山区次之，平原最少。平原和山区逆温强度随级别升高递减，其中平原递减迅速(见表 2)。20时0级逆温强度发生的概率平原最多，山区次之，盆地最少，Ⅰ级，Ⅱ级和Ⅲ级逆温强度发生的概率与0级恰好相反，即盆地最多，山区次之，平原最少。无论平原、山区、盆地，其逆温强度随级别升高递减，其递减率都高于08时(见表 3)。

2.2 逆温强度的时间分布

0级逆温强度发生的概率无论是平原、山区还是盆地，20时均明显大于08时，Ⅰ级逆温强度发生的概率20时盆地略多于08时，Ⅱ级和Ⅲ级均以08时明显偏多。强逆温08时发生的几率远远高于20时，逆温越强越明显(见表 2和表 3)。

2.3 逆温强度月分布特征

08时Ⅰ级逆温出现频率在平原地区以冬初、冬末居多，山区以严冬居多，盆地则冬末稍多。Ⅱ级逆温强度平原和山区主要发生在1月和2月，盆地主要发生在冬初、冬末。Ⅲ级逆温强度平原和山区主要发生在1月，盆地除1月略少外，其他各月发生几率差别不大(见表 4，20时表略)。从逆温强度极值来看，平原较山区和盆地小，最大逆温强度出现在山区，1月为18.9℃。

由表 4还可以看出，强逆温(≥8℃)多发生在严冬，这是因为严冬冷空气强且活动频繁，近地面气温较低，当高空有暖平流或暖空气入侵后易形成较大温差。另外严冬季节北方多晴朗少云天气，在静风或微风情况下近地面强烈的辐射降温也是造成强逆温多发生在严冬的原因。

3 逆温底高度分析

由前面对逆温的天气气候特点和逆温强度特征分析可见，08时发生逆温及强逆温的几率远大于20时，因此在下面均以08时资料分析。

逆温底高度与烟道排烟关系十分密切，逆温底高度越低越不利于烟道排烟。分析逆温底高度发现平原近地面出现逆温几率最大，随高度升高出现逆温几率迅速减少，山区逆温底高度多在400m以下，盆地逆温底高度71.3%在200m以下。而最高逆温底高度依次是山区、盆地、平原(见表 5)。

4 逆温厚度分析

无论平原、山区还是盆地随逆温强度增加厚度增大。在各级逆温强度下逆温厚度均为盆地最薄、平原次之、山区最厚(见表 6)。

分析近地面层不同强度逆温下的平均厚度情况可见，一是平原、山区和盆地均随逆温强度增加而厚度增大，二是除Ⅲ级以下逆温强度山区逆温厚度最大，平原次之，盆地最薄。≥8℃时的逆温厚度最大值出现在山区，最小值在盆地(表 7)。

发生在近地面且逆温强度≥8℃的逆温厚度，平原一般多在900~1000 m之间，山区一般多在800~1500 m之间，盆地一般多在200~650 m之间。对于烟道排烟来说，在同样的逆温强度下逆温层顶高度离地面越低，越不利于烟道排烟。所以在相同的气象条件及逆温强度下，盆地发生一氧化碳中毒的可能性最大。

5 强逆温属性与天气特征分析

强逆温是指，近地面层逆温强度≥8℃时逆温层厚度小于1000 m的逆温。有研究^[4-5]指出, 逆温层的存在对大气污染物的扩散, 尤其是在垂直方向上的扩散, 起着重要的抑制作用。而逆温强度的不同, 对污染物浓度的影响亦不同, 强逆温的抑制作用更为明显。

5.1 属性分析原则

逆温按其形成原因分为辐射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温和锋面逆温。分析吉林省不同地理位置发生强逆温的情况可见，逆温的形成常是几种原因共同作用的结果，尤其是下沉逆温和辐射逆温多是同时出现，很难把它们单独分离出来，因此将辐射逆温和下沉逆温归为一类称辐射或下沉逆温，在天气形势分析上将受地面冷高压控制或影响的逆温统计为此类；将地面位于低压前部、850hPa为暖平流的逆温统计为平流逆温；将地面位于冷锋后部、850hPa为暖平流的逆温统计为锋面逆温。除此之外统计为其他类。

5.2 强逆温属性分析结果

表 8是强逆温的逆温属性统计结果，由此可以看出：一是无论山区、平原还是盆地均以辐射或下沉逆温居多，平原和山区尤为突出。二是盆地由于其特定的地理环境各类逆温属性出现的几率都比平原和山区高，且主要以辐射或下沉逆温和平流逆温为主。这种逆温属性的分析结果对逆温预报具有参考作用。

5.3 强逆温天气形势特征

辐射或下沉逆温在地面图上多表现为受冷高压控制，其冷高压有两种情况，一是受地面强冷高压前部北或西北气流控制。地面冷高压较强，其强中心位于贝加尔湖附近，高压中心强度一般在1055hPa以上，冷高压主体向南或南东南方向移动，吉林省处于强大冷高压的前部(见图 3a)，在高压前部北或西北气流影响下，地面温度持续下降从而形成强逆温；二是受地面冷高压中心控制。地面冷高压位于贝加尔湖东部且自西北向东南方向移入吉林省，冷高压中心多位于吉林省东部的长白山区，常称之为长白山小高压(见图 3b)，冷高压中心强度一般在1040hPa以上，其所控制的地区天空晴朗，风速小，形成的辐射逆温较强。长白山小高压的形成和地形关系密切，由于冷空气南下受长白山阻挡，冷空气因而在盆地堆积造成长白山区盆地较强逆温的出现。

锋面逆温是当冷暖空气相遇，暖空气密度小，爬升到冷空气的上面，造成下冷上暖而形成逆温。因此吉林省锋面逆温在地面天气图上常表现为冷锋过后，且在冷锋后具有较大正变压，而较强的冷高压中心位于贝加尔湖附近，吉林省受地面冷锋后的高压脊控制(见图 4)。

平流逆温是在暖空气流移到冷的地面上时形成的。在850hPa图上表现为有很强的暖平流，地面则处于低压前部，此时天空云量多或有微弱降水，气温较低，当高空有强暖平流移来时形成较强逆温。此类逆温影响的范围较广(见图 5a, b)。

5.4 逆温与大气污染

逆温与大气污染的关系极为密切。大气污染的直接表现就是在大气中有烟、霾或大雾等现象出现^[6-9]。统计表明：吉林省大雾和霾出现时一般在近地面层都有逆温存在，其中霾出现时有67.7%的逆温值≥5℃。例如2007年12月23—27日和2008年2月7—9日吉林省东部和中部分别出现了较为严重的持续时间较长的烟霾天气，从两探空站(延吉站代表东部、长春站代表中部)资料分析可见，在近地面层均有逆温产生(图 6)，东部(延吉)逆温强于中部(长春)，特别是12月25日，延吉出现了10℃的强逆温，12月26、27日两天，逆温强度为6℃。而吉林省96.4%的大雾天气过程(连续两天的大雾天气为一次过程)有逆温存在。

6 小结

通过对吉林省冬季逆温天气气候特征进行分析，初步得出以下结果：

(1) 逆温具有明显的地理分布特征，其中平原发生逆温的次数最多，山区次之，盆地最少。无论平原、山区还是盆地，08时发生逆温的次数多于20时。

(2) 从逆温强度的分布情况看，冬季08时0级、Ⅰ级和20时0级逆温强度发生的概率平原最多，山区次之，盆地最少，尤其是平原发生的概率明显多于山区和盆地；Ⅱ级和Ⅲ级逆温强度发生的概率则恰恰相反，即盆地最多，山区次之，平原最少。

(3) 平原地区70%的逆温发生在近地面层附近，强逆温厚度一般多发生900~1000 m之间；山区逆温底高度在近地面层的仅占39.5%，而92.7%是在400 m以下，近地面强逆温厚度一般多发生在800~1500 m之间；盆地逆温底高度71.3%在200 m以下，强逆温厚度一般多发生在200~650 m之间。对于烟道排烟来说，在同样的逆温强度下逆温层顶高度离地面越低，越不利于烟道排烟。所以在相同的气象条件及逆温强度下，盆地发生一氧化碳中毒的可能性大于平原、平原大于山区。

(4) 逆温属性平原、山区和盆地具有一定差异。其中平原和山区以辐射或下沉逆温为主，地面常表现为冷高压影响；盆地则以辐射或下沉逆温和平流逆温为主，地面常表现为有长白山小高压存在，在850hPa均表现为有明显的暖平流存在，尤其是平流逆温更为明显。另外，对于山区和盆地发生的逆温，地形因素也有一定作用，尤其是盆地地形的作用更明显些。