地理科普‖「逆溫」現象分類及成因

2021-01-15 高中地理學習輔導




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「問是山來是海來,觀如玉帶撫如苔。」

這是詩詞愛好者盧象賢先生所寫的詩歌《泉州平流霧》的一段。

福建泉州是一個美麗的沿海城市。

每年冬春時節,來自臺灣海峽的暖溼空氣平流到較冷的下墊面上,下部冷卻形成霧。濃霧能將城市中的建築物「纏繞」其中,讓身處地面的人們如臨仙境一般。

而當中出現的霧被稱為平流霧,它的形成與我們今天所講的大氣「逆溫」現象有關。

在地球的大氣垂直分層中,近地面的大氣層我們稱之為「對流層」。

如下圖所示:

對流層空氣中存在著大量的固體雜質、二氧化碳、水汽等物質,這些物質主要吸收長波輻射,因為太陽輻射是短波輻射,地面輻射才是長波輻射。

所以,對流層大氣的熱量大部分直接來自地面,離地面越高的大氣,受熱越少,氣溫越低,正所謂「高處不勝寒」,原因就在於此。

一般而言,溫度每升高100米,溫度下降0.6℃。如下圖所示,通過計算可得知A與B的溫度。

那麼,在對流層中,高空氣溫一定會低於近地面氣溫嗎?

答案是否定的!

——因為對流層中有可能出現「逆溫」現象。

 在某些天氣條件下,地面上空的大氣結構會出現氣溫隨高度增加而升高的反常現象,氣象學上稱之為「逆溫」,而發生逆溫現象的大氣層稱為「逆溫層」。

產生逆溫現象的原因很多,一般有以下幾種類型:

1.輻射逆溫

在晴朗無雲或少雲的夜間,地面輻射冷卻很快,貼近地面的氣層也隨之降溫。離地面愈近,降溫愈快,離地面愈遠,降溫愈少,因而形成了自地面開始的逆溫;隨地面輻射冷卻的加劇,逆溫層逐漸向上擴展,黎明時達最強;日出後,太陽輻射逐漸增強,逆溫便逐漸自下而上地消失,如下圖所示:

關於輻射逆溫的經典命題如下:

下圖為春分日某地某時氣溫垂直分布圖。回答1-3題。

1.若該地終年乾燥,則其氣候類型可能是

A.熱帶沙漠氣候       B.地中海氣候     

C.溫帶大陸性氣候   D.極地氣候

2.若該地為利馬(12°S,77°W),則其近地面逆溫層最厚時約在北京時間

A.6時前後              B.11時前後        

C.14時前後            D.19時前後

3.假設此逆溫層常年存在,此地附近有座山,山頂有終年積雪,則高山海拔估計至少在

A.3000米以上     B.4000米以上      

C.5000米以上     D.6000米以上

附答案和解析如下:

1、A。該地春分日的近地面氣溫都在18℃左右,應為熱帶。而且材料顯示該地終年少雨,綜合考慮下,應為熱帶沙漠氣候。

2、D。該地為熱帶沙漠氣候,大陸性強,地面降溫速度快,地面輻射的快速減弱,導致近地面空氣降溫速度高於高空,產生輻射逆溫。而一天中,日出前後近地面大氣溫度是最低的,此時逆溫層厚度應該最大。春分日,日出地方時應為6點。因為當地為西五區,與東八區有13小時的時差,北京時間應為19時。

3、C。從圖中可以看到,因為逆溫層的存在,海拔1000米的大氣層的溫度為24℃。根據1000米上升,溫度下降6℃規律計算,山地0℃等溫線應該在海拔5000米處。為保證終年積雪,山地高度應該大於5000米。

 2.平流逆溫

暖空氣水平移動到冷的地面或氣層上,由於暖空氣的下層受到冷地面或氣層的影響而迅速降溫,上層受影響較少,降溫較慢,從而形成逆溫。平流逆溫主要出現在中緯度沿海地區,該地區冷暖氣流相遇機率更高。

平流逆溫產生的現象就是前文所講的平流霧。

下圖同樣的壯麗景像是美國業餘攝影師彼得·蔡於2014年6月26日拍下的大霧籠罩芝加哥時摩天大樓直入雲端的照片。

圖片中,整座城市消失在濃霧中,包括著名的威利斯大廈在內的幾座摩天大樓直插雲霄,雲層上方在城市燈光的掩映下景色壯麗,如入仙境。

當相對溫暖潮溼的氣團移動至比平時溫度更低的密西根湖上方時,芝加哥出現了被大霧籠罩的奇景。

3.地形逆溫

它主要由地形造成,主要在盆地和谷地中。由於山峰與山坡散熱快,近地面氣溫較低,空氣下沉,相對較冷的空氣循山坡下沉到谷底,谷底原來的較暖空氣被冷空氣抬擠上升,從而出現氣溫的倒置現象。

眾多盆地、谷地城市的大氣汙染事件的發生與地形逆溫有著密切的關係,如四川盆地、洛杉磯谷地地區以及後文涉及到的墨西哥城谷地地區。

4.下沉逆溫

在高壓控制區,高空存在著大規模的下沉氣流,由於氣流下沉的絕熱增溫作用,致使下沉運動的終止高度出現逆溫。這種逆溫多見於副熱帶反氣旋區。

如下圖所示,副熱帶高壓脊線控制下的弱對流的無風悶熱天氣:

前文編者主要給大家講解了逆溫的發生原理和成因分類,接下來再給大家說說逆溫的影響。

1、逆溫產生的不利影響

(1)、逆溫現象不利於空氣對流,導致空氣品質下降、能見度下降、影響人體身體健康和日常交通;

(2)、局部地區如貴陽,冬季因為逆溫的存在會導致凍雨的發生,影響農作物的生存。

(3)、更為嚴重的是,逆溫還會促使光化學汙染現象的發生。

凍雨是常出現的一種天氣現象。當雨滴從空中落下來時,由於近地面的氣溫很低,在地表凍結上一層晶瑩透亮的薄冰,氣象上把這種天氣現象稱為「凍雨」。

下圖是凍雨發生時近地面氣溫垂直變化狀況:

而關於逆溫與光化學汙染問題,編者在這裡也給大家展示一個案例——墨西哥城。

墨西哥城位於19°N,在海拔約2250米的盆地中,該市有2000餘萬人口,3.5萬家工廠,約有300萬輛汽車,大量的汽車廢氣、工業廢氣排放出來,而因為盆地地形,空氣對流較弱,存在嚴重的地形逆溫現象。

墨西哥城每年11月至次年4、5月多發生嚴重光化學煙霧汙染現象,因為該期間天氣晴朗,光照強;且盆地地形,逆溫現象嚴重。

具體發生過程和原理如下圖所示:

2、逆溫產生的有利影響

(1)、可以抑制沙塵暴的發生,因為沙塵暴發生的條件是大風、沙塵、強對流運動。

(2)、逆溫出現在高空,對飛機的飛行極為有利。因為飛機在飛行中不會有大的顛簸,飛行平穩。同時,萬裡晴空提高了能見度,使飛行更加安全。

(3)、可應用於穀物種植,提高產量及質量。逆溫有效地提高了谷地在冬季的溫度水平,多年生果樹越冬可不必埋土,凍害得以避免或減輕,而且果實硬度高,品質好;在這裡發展蔬菜種植,可減少熱能投入,提高經濟效益;逆溫層坡地還是當地牲畜避寒、越冬的理想場所。

在「地形逆溫」類型中,逆溫的下部光熱條件適中,一般以發展喜溫涼的作物和蔬菜為主;逆溫帶的中部逆溫現象強烈,冬暖夏涼,一般以發展果樹和冬季蔬菜基地為主;逆溫上部降水充裕,以發展林、草和藥材為宜。

中國的四川盆地、雲貴高原的壩子都受逆溫的影響而增溫,在特定條件下對農業生產十分有利。

 3、逆溫產生奇妙的地理現象

「海滋」是類似海市蜃樓的一種光學現象,與海市蜃樓、平流霧並稱海上三大奇觀。

當海水與水面的空氣層出現較大溫差和逆溫時,光線通過密度不同的大氣層發生折射,從而形成了島嶼等變幻畫面,這種奇妙的現象就叫「海滋」!

如下圖所示:

我們所說「高處不勝寒」——越往高處溫度越低!但是「逆溫」現象告訴我們一般規律背後還有特殊的存在!

而正是這些特殊的存在才造就大自然的神奇,可以讓我們生活在多姿多彩的自然環境當中。讓我們懷著感恩、客觀的態度,用我們的所學去理解這個世界、最後懂得愛惜這個世界!

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