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。
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)。
②r=rd,气温直减率等于或近似等于干绝热直减率。中性层结。
③r=0,气温不随高度变化。
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。④r<0,气温随高度增加而增加,称为逆温,风速较小的晴朗的夜间,不利于大气污染物的扩散。
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。
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。