衆所周知，在一般情況下，氣溫是隨着海拔高度的增加而降低的平均每上升100米，溫度約降低0.6攝氏度，這樣大氣低層溫度高、空氣密度小；高層溫度低，空氣密度相對較大，造成了“頭重腳輕”的現象，這樣大氣層結就不穩定，容易上下翻滾而形成對流，就會使低層特別是近地面層空氣中的污染物和粉塵向高空移散，從而減輕在大氣低層污染程度。
但我國屬季風氣候，冬季冷空氣活動頻繁。當冷空氣入侵某地時，近地層空氣溫度就會很低，這樣便容易出現氣溫隨高度增加而升高的現象，導致空氣“腳重頭輕”。氣象學稱這種現象叫“逆溫”，發生逆溫的大氣層叫“逆溫層”。逆溫層的厚度可從幾十米到幾百米，它就像一層厚厚的被子蓋在地面上，攜帶污染物的空氣向上擴散時“無路可走”，只好向下蔓延，從而加重了大氣污染。
冬季出現逆溫層時，近地層空氣中含有大量的污染微粒（工礦城市尤其如此），對人體健康非常有害。例如，當近地層二氧化硫濃度（單位：ppM）達到1.0時，人的胸部就略略有壓迫感；達到10.0時，鼻腔就會有刺激感；達到30.0時，就會不由自主地咳嗽；達到100.0時，就會打噴嚏、流眼淚；達到400.0時，人就會出現呼吸困難。事實上，近地層的二氧化硫常常和其他污染物並存。如果二氧化硫與顆粒物氣溶膠同時被人吸入，會在呼吸道里形成一種硫酸霧，造成的生理反應可比單純的二氧化硫大4－20倍。此外，近地層的煙塵和粉塵，如果吸入肺泡，不僅容易造成塵肺，也易引起血液中毒；而高濃度的氮氧化物，可使人的中樞神經發生病變，也容易引起或誘發肺水腫和慢性支氣管炎。氮氧化物和碳氫化合物在一定的陽光照耀下，還會形成光化學煙霧，對人的眼晴和呼吸道危害極大。
逆溫中的煙霧常常會誘發災難性的事故。1948年10月下旬，美國匹茲堡附近的多諾拉鎮發生一起嚴重的煙霧災難，由於鎮上的許多工廠大量排出二氧化硫氣體，偏逢10月27日－28日出現了逆溫層，煙霧中的化合物使7000多人病倒，20人死亡。震驚一時的倫敦煙霧事件，除了燃煤是直接原因外，也與逆溫有關。1952年12月5日至9日，冷空氣入侵倫敦，貼近地面的空氣形成了逆溫。一連幾天，空氣幾乎靜止不動。時值隆冬季節，從家庭和工廠的煙囪裏排出的煙塵無法向空中擴散，越積越多，空氣中瀰漫着濃濃的“毒霧”，直接導致4000多人死亡。在毒霧過後的兩個月中，又陸續有8000多人斃命。
一般來說，我國冬季常會出現逆溫天氣；而對城市而言，由逆溫造成空氣污染的高峯時間一般在清晨日出前後或傍晚以後，因此提醒城市居民：
（1）留心當地氣象變化，關注天氣預報，如預報本地有霧、靜風或微風，氣溫突然升高，就預示着逆溫天氣的來臨。
（2）當有逆溫層天氣時，醫院、家庭病房要打開空氣淨化器；同時，在早晨或傍晚“煙霧茫茫”的時段，要儘可能地避免外出活動。
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