干绝热递减率(dry adiabatic lapse rate; DALR)是指空气块
绝热上升时,会因周围气压的减少而
体积膨胀,用内能反抗外力,因此,它的温度就下降;空气块下降时,外压力增大,对其作
压缩功,转化为
内能,使其温度上升。这种空气块的运动,会使大气形成不同的
温度层结。干空气块(或在升降过程中未发生
水蒸汽相变的湿空气块)温度变化的数值叫干绝热递减率。
一个区域的大气污染程度取决于该区域内
排放污染物的源参数、
气象条件和近地区下垫面的状况。其中气象条件和
下垫面状况决定了大气对污染物的稀释、扩散的速率和迁移转化的途径。因此,在源参数一定的情况下,气象条件和下垫面状况是影响大气污染的重要因素,其中对干绝热递减率的影响最为明显。
对流层中,气温垂直变化的总趋势是,气温随高度的增加而逐渐降低,表示气温随高度的变化用
气温垂直递减率r。气温垂直递减率:温度在垂直方向上随高度升高而降低的数值。对流层内每升高100米气温平均约降低0.6℃。实际上大气中
气温直减率随时在变化,其大小是由季节和
天气系统等因素决定的。用r表示。
假定空气块在
垂直运动中与外界不发生热量交换,既无热量输入,也无热量输出,叫
绝热过程。由于空气的
导热率很小,垂直运动中经历各气层的时间又很短,所以,运动
气块与周围空气的热量
交换作用极微弱,可看作空气作绝热运动,大气中的
干空气和未饱和的
湿空气块在作垂直的绝热运动时,气温会发生变化。如从地面
绝热上升时,会因周围气压的减少而
体积膨胀,用内能反抗外力,因此,它的温度就下降;空气块下降时,外压力增大,对其作
压缩功,转化为内能,使其温度上升。这种空气块的运动,会使大气形成不同的
温度层结。干空气或未饱和的湿空气在作绝热升降运动时,每升高或降低100米,温度变化的数值叫干绝热递减率,记作rd。而这个温度变化的数值是固定的,为1k(
热力学温度)。
干绝热
递减率rd与垂直递减率r概念完全不同,r有不同的数值,rd是一个常数,为1℃/100m。 气温沿垂直高度的分布可用曲线表示,称为
温度层结曲线,有如下几种情况:
①r>0,气温随高度的增加而递减,出现在风速不大的晴朗的
白天,有利于污染物的扩散(垂直升降)。
为等温层结,出现在
阴天,风速较大情况下,下层空气温合较好,气温分布均匀。
大气温度的垂直递减率越大于干绝热递减率,大气越不稳定,这种情况下越有利于大气中污染物的扩散和稀释;相反,r越小,大气越稳定,如果r很小,甚至等于零,或为负值(r<0)时,大气便非常稳定,这种情况对空气垂直对流运动的发展是巨大的障碍,如同一个盖子,起阻挡作用。所以习惯上常把
逆温、等温以及
气温垂直递减率r很小的气层叫阻档层,它严重地阻碍地面气流的
上升运动,使
大气污染物停滞积聚在近地面空气中,从而加速大气污染的程度。国外多次大气污染事件几乎都发生在上述气象条件下。
在山区,有时会产生一种奇怪的
天气现象,由于干
绝热递减率在高山背风坡的山麓地带形成一股干燥而炎热的
下沉气流,使农作物干枯或者死亡,甚至还能引起
森林火灾,气象上称这种气流为
焚风,称这种现象为焚风现象。 于比较潮湿的空气在迎风山坡上升时,水汽凝结成云雨,到山顶后已变得比较干燥,然后沿着
背风坡下沉增温,此时空气便变得更加干燥和炎热,这股又干又炎热的气流便是焚风。有一潮湿气团在山的
迎风坡上升时温度为15℃,越过一座
相对高度为4000米的山脉。如果水汽的
凝结高度为1000米,在凝结高度以下,气流上升其温度逐渐降低,每上升100米,约下降1℃(
气象学上称之为干绝热递减),当气流升到1000米时,这时
空气温度只有5.0℃。以后再上升,因水汽凝结要放出
潜热能,上升气流温度降低将减慢,每上升100米,温度约降低0.6℃(湿绝热递减)。这样气流升到了4000米处,其温度降为-13.0℃。当上升气流中水汽大部分或全部凝结并降落在山的迎风面以后,便成为比较干的空气,它在山脊的背风面按干绝热递增率下沉增温,即每下降100米大约要升高1.0℃。所以当气流下沉到山谷时,它的温度可达27℃(即-13.0℃+40.0℃=27.0℃)。它比迎风面上同一高度处的温度增高了12.0℃,加之此时
空气干燥,气流就变成了干热气流,这种干热气流也称为焚风效应。
我国境内高山峻岭很多,不少地方会出现
焚风现象,例如
河北省
石家庄地区,位于
太行山东麓,海拨高度相差1000米以上,当气流越过太行山下降时,石家庄地区常出现焚风效应,
日平均气温比正常时偏高10.0℃以上,有时比离山麓较远的东南部市县(无焚风效应地区)要高出10多度。