一个受到严重污染的城市，就其整个空气质量来说，是污浊的，但也经常会出现空气十分清新的时候．空气质量出现这种周期性波动，并不是该地区污染源发生了巨大变化，而是气象条件发生了较大变化．因此，研究气象动力学的改变对认识与解决空气污染起着十分重要的作用．要了解污染的扩散，先要了解大气是怎样运动的，因为污染物往往是随风漂流的．图6－7所示是大气层高度与温度的变化规律，根据这些规律我们将大气层分为对流层、同温层、中间层与电离层等．其中，对空气污染影响最大的是对流层．
图6－7 大气中空气温度随高度的变化规律
在对流层中，大气温度随高度的分布规律受地面影响很大，温度变化情况复杂．白天地面吸收太阳辐射后将部分热量向上传递，使近地层的空气首先增温，然后通过湍流、对流等传导方式，将热量向上传递，形成气温随高度的递减型分布，此种分布形式以晴天的中午最明显，如图6－8(c)所示．夜间太阳辐射为零，地面因本身辐射冷却降温，使近地层的空气由下而上逐渐降温，形成气温随高度增加的递增型分布，此种分布以秋天的半夜为代表，如图6－8(a)所示．日出后，近地面的空气随着地面的增热很快升温，使低层逆温很快消失，而离地面较高处的空气仍然保持着夜间的分布状态，故形成下层递减、上层递增的清晨转换型分布，此种分布以早晨6时为代表，如图6－8(b)所示．日落前后，由于地面迅速冷却，近地面的气层迅速降温，因而形成下层递增、上层递减的傍晚转换型分布，此种分布以晚上18时为代表，如图6－8(d)所示．
图6－8 日照对近地层大气温度分布的影响
上述温度廓线的日变化规律在阴天、大风时不明显，晴天微风时比较明显．一般情况下，近地层温度的垂直变化比高层大气温度的变化大得多．
下面我们来分析一下对流层内气流是怎样运动的．我们在地表面放一个气球，假设这个气球的球壁很薄，它的张力可忽略不计，从而球内的气体压力总是等于球外当地的大气压;同时球壁又是很保温的，这样球内外就无能量的交换．如果我们将这个理想的气球从地球表面一直上升到高空，由于大气压力的渐渐减低，气球将绝热膨胀，这时气球内的气体温度将随着高度的升高而降低，如图6－9中的虚线所示．注意，此时虚线不一定是大气中的实际温度线，我们称之为绝热线．
再来看一看大气的温度，如图6－9所示，太阳光并不能直接加热大气层，而是从下面靠温暖的地面把热量传给大气层，因而大气层的温度受多方面因素的影响，并且，大气层的温度随高度的变化不一定刚好是绝热的．这个变化规律对大气的运动乃至污染物的扩散起着重要的作用．
图6－9 大气对流层温度对气体扩散影响分析示意
假如大气温度随高度的变化是过绝热的，即大气温度随高度降低的速度比绝热线来得快，如图6－9中所示的虚线Ⅰ．此时，若有一个气球，它开始处在地面①的位置，它的压力为P1，密度为ρ1，温度为T1，根据气体状态方程，有:P1=ρ1 RT1，其中R为普适气体常数．如将该气球绝热地升高h到达水平②的高度，则气球内的压力P2=ρ2 RT2，这里ρ2和T2分别为气球内气体的密度和温度．此时在水平②高度，气球外大气的压力也应满足气体状态方程，即P'2=ρ'2 RT'2，这里ρ'2和T'2分别为大气的密度和温度．因为气球内外气体压力应该是相等的，即:P'2=P2，所以在水平②高度，气球内空气的密度ρ2与大气中空气的密度ρ'2满足:
因为是过绝热状态，所以T'2＜T2，因此ρ2＜ρ'2．这说明气球中的空气密度比大气中的低，气球受到的大气浮力大于自身重量，它将一直往上飞去．这时的大气是不稳定的，表面略微受热的气体就会向上运动，产生对流风．
假如大气是次绝热的，即大气温度随高度降低的速度比绝热线来得慢，如图6－11中的虚线Ⅱ所示．进行类似的分析得到，ρ2＞ρ″2．这说明气球内的气体比大气重，气球重新回到①的位置．此时天气闷热，无对流气流运动，地表面的污染物也就无法扩散出去．更有甚者，如果大气的气温随高度不降低反而升高，称这时的大气层为逆温层，这逆温层就像一个盖子一样把污染物盖在地球表面，时间一长就会造成严重的大气污染．
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