大氣層結

大氣層結atmospheric stratification 大氣中温度、濕度等氣象要素的垂直分佈。 ^[1]  不同的大氣層結對天氣、大氣物理情況有不同的影響。一般用穩定度來度量，不同的穩定度影響到湍流的產生，也會影響到多種天氣現象的形成。要了解實際大氣的層結狀況，往往藉助於探空氣球攜帶的無線電探空儀或其他高空氣象探測手段，測得實際的氣温、濕度、氣壓的鉛直分佈。因氣壓與高度的關係可通過壓一高公式求得，故常以温度、濕度隨氣壓的變化代替隨高度的變化，並將此種變化關係連成折線以圖形表示，稱為大氣層結曲線，根據大氣層結曲線可以很方便地判斷大氣靜力穩定度。

大氣温度和濕度在垂直方向上的分佈稱為大氣層結。 ^[2]  大氣層結的特性對於對流的發展有重要的影響，層結穩定度則表徵這一影響的趨勢和程度。層結穩定度也稱為靜力穩定度，表示重力和垂直氣壓梯度力對空氣垂直位移的影響。大氣層結穩定度不表示大氣中已經存在的對流運動，而只是描述大氣層結的狀態，這種狀態所能產生的作用只有當空氣發生擾動後才能體現出來。 ^[3] 

許多天氣現象的發生，都和大氣穩定度有密切的關係。大氣穩定度是表徵大氣層穩定程度的物理量。它表示在大氣層中的某個空氣團是否穩定在原來所在的位置，是否易於發生對流。當空氣團受到垂直方向擾動後，大氣層結(温度和濕度的垂直分佈)使它具有返回或遠離原來平衡位置的趨勢和程度，叫大氣穩定度。

假如有一團空氣受到外力的作用，產生向上或向下的運動，那麼就有三種情況發生：

①如果空氣團受力移動後，逐漸減速，並有返回原高度的趨勢，這時的氣層對於該空氣團而言是穩定的；

②如果空氣團一離開原位就逐漸加速運動，並有遠離原高度的趨勢，這時的氣層對於該空氣團而言是不穩定的；

③如果空氣團被推到某一高度後，既不加速也不減速，停留於此高度，這時的氣層對於該團空氣而言是中性氣層。

常用的穩定度判據之一有位温梯度ɚQ/ɚZ，(Q為位温，Z為垂直向上的座標)：ɚQ/ɚZ>0 穩定；ɚQ/ɚZ=0中性；ɚQ/ɚZ<0不穩定。若空氣是未飽和的濕空氣則層結穩定度為下述三種：(1)絕對不穩定，γ<γs；(2)絕對穩定。γ>γd；(3)條件性不穩定，γd>γ>γs。以上γ、γd、γs分別為氣温直減率、幹絕熱直減率、濕絕熱直減率。

由於地球旋轉作用以及距地面不同高度的各層次大氣對太陽輻射吸收程度的差異，使得描述大氣狀態的温度等氣象要素在垂直方向上呈不均勻的分佈。 ^[4]  人們通常把靜大氣的温度在垂直方向上的分佈，稱為大氣温度層結。

大氣温度層結曲線有三種基本類型： ^[5] 

(1)遞減層結。氣温沿高度增加而降低，由於地面吸收太陽輻射温度升高，近地空氣得以加熱。此時上升空氣團的降温速度比周圍慢，空氣團處於加速上升運動，大氣為不穩定狀態。遞減層結屬於正常分佈．一般出現在晴朗的白天，風力較小的天氣。

(2)等温層結。氣温沿高度增加不變，等温層結多出現於陰天、多雲或大風時，此時上升空氣團的降温速度比周同氣温快，上升運動將減速並轉而返回，大氣趨於穩定狀態。

(3)逆温層結。氣温沿高度增加而升高，逆温層結簡稱逆温，其形成有多種機理。通常，按逆温層的形成過程可分為輻射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆温、鋒面逆温等類型。當出現逆温時，大氣在豎直方向的運動基本停滯，處於強穩定狀態。

大氣穩定度直接影響大氣中對流發展的強弱，進而影響到各種天氣現象的發生和發展： ^[6] 

當大氣處於絕對不穩定情形時，有利於對流的發展，產生積狀雲，出現不穩定性天氣，如陣雨、雷陣雨、陣性大風，甚至產生冰雹、龍捲風等。

絕對不穩定情形多發生於夏季的局部地區，因太陽輻射強烈，近地層急劇增温，使上下層空氣間的温差加大，達到ϒ>ϒ_d的程度。夏季大陸午後的熱雷雨多因此而產生。而海上的熱雷雨往往發生於夜間，這是因為夜間的長波輻射，下層空氣從海面上獲得熱量，而上層空氣失去較多的熱量，氣温降低多，上下層空氣温差大，形成了ϒ>ϒ_d的絕對不穩定層結。

當大氣處於絕對穩定情形時，能有效地抑制對流的發展，產生穩定性天氣現象，如層雲、霧、毛毛雨等。絕對穩定情形多發生於逆温層附近，在這種情況下，大氣的對流及上升運動受到阻礙，雲體將在穩定層的下方平衍，伸展為層狀雲，在近地面則有利於霧的形成。

條件性不穩定是較常見的，在這種情況下，氣層穩定與否取決於水汽含量少。條件性不穩定情況下，對流發展的重要條件之一就是要濕度足夠大。夏季氣温高、濕度大容易形成條件性不穩定的大氣層結，因此，經常出現局部雷雨大風天氣。