[科普中国]-大气层结

释义

大气层结atmospheric stratification 大气中温度、湿度等气象要素的垂直分布。1不同的大气层结对天气、大气物理情况有不同的影响。一般用稳定度来度量，不同的稳定度影响到湍流的产生，也会影响到多种天气现象的形成。要了解实际大气的层结状况，往往借助于探空气球携带的无线电探空仪或其他高空气象探测手段，测得实际的气温、湿度、气压的铅直分布。因气压与高度的关系可通过压一高公式求得，故常以温度、湿度随气压的变化代替随高度的变化，并将此种变化关系连成折线以图形表示，称为大气层结曲线，根据大气层结曲线可以很方便地判断大气静力稳定度。

稳定度大气温度和湿度在垂直方向上的分布称为大气层结。2大气层结的特性对于对流的发展有重要的影响，层结稳定度则表征这一影响的趋势和程度。层结稳定度也称为静力稳定度，表示重力和垂直气压梯度力对空气垂直位移的影响。大气层结稳定度不表示大气中已经存在的对流运动，而只是描述大气层结的状态，这种状态所能产生的作用只有当空气发生扰动后才能体现出来。3

许多天气现象的发生，都和大气稳定度有密切的关系。大气稳定度是表征大气层稳定程度的物理量。它表示在大气层中的某个空气团是否稳定在原来所在的位置，是否易于发生对流。当空气团受到垂直方向扰动后，大气层结(温度和湿度的垂直分布)使它具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度，叫大气稳定度。

假如有一团空气受到外力的作用，产生向上或向下的运动，那么就有三种情况发生：

①如果空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原高度的趋势，这时的气层对于该空气团而言是稳定的；

②如果空气团一离开原位就逐渐加速运动，并有远离原高度的趋势，这时的气层对于该空气团而言是不稳定的；

③如果空气团被推到某一高度后，既不加速也不减速，停留于此高度，这时的气层对于该团空气而言是中性气层。

常用的稳定度判据之一有位温梯度ɚQ/ɚZ，(Q为位温，Z为垂直向上的座标)：ɚQ/ɚZ>0 稳定；ɚQ/ɚZ=0中性；ɚQ/ɚZγ>γs。以上γ、γd、γs分别为气温直减率、干绝热直减率、湿绝热直减率。

大气温度层结由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度的差异，使得描述大气状态的温度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。4人们通常把静大气的温度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结。

大气温度层结曲线有三种基本类型：5

(1)递减层结。气温沿高度增加而降低，由于地面吸收太阳辐射温度升高，近地空气得以加热。此时上升空气团的降温速度比周围慢，空气团处于加速上升运动，大气为不稳定状态。递减层结属于正常分布．一般出现在晴朗的白天，风力较小的天气。

(2)等温层结。气温沿高度增加不变，等温层结多出现于阴天、多云或大风时，此时上升空气团的降温速度比周同气温快，上升运动将减速并转而返回，大气趋于稳定状态。

(3)逆温层结。气温沿高度增加而升高，逆温层结简称逆温，其形成有多种机理。通常，按逆温层的形成过程可分为辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆温、锋面逆温等类型。当出现逆温时，大气在竖直方向的运动基本停滞，处于强稳定状态。

稳定度与天气的关系大气稳定度直接影响大气中对流发展的强弱，进而影响到各种天气现象的发生和发展：6

绝对不稳定当大气处于绝对不稳定情形时，有利于对流的发展，产生积状云，出现不稳定性天气，如阵雨、雷阵雨、阵性大风，甚至产生冰雹、龙卷风等。

绝对不稳定情形多发生于夏季的局部地区，因太阳辐射强烈，近地层急剧增温，使上下层空气间的温差加大，达到ϒ>ϒd的程度。夏季大陆午后的热雷雨多因此而产生。而海上的热雷雨往往发生于夜间，这是因为夜间的长波辐射，下层空气从海面上获得热量，而上层空气失去较多的热量，气温降低多，上下层空气温差大，形成了ϒ>ϒd的绝对不稳定层结。

绝对稳定当大气处于绝对稳定情形时，能有效地抑制对流的发展，产生稳定性天气现象，如层云、雾、毛毛雨等。绝对稳定情形多发生于逆温层附近，在这种情况下，大气的对流及上升运动受到阻碍，云体将在稳定层的下方平衍，伸展为层状云，在近地面则有利于雾的形成。

条件性不稳定条件性不稳定是较常见的，在这种情况下，气层稳定与否取决于水汽含量少。条件性不稳定情况下，对流发展的重要条件之一就是要湿度足够大。夏季气温高、湿度大容易形成条件性不稳定的大气层结，因此，经常出现局部雷雨大风天气。