通常情况下9-10公里以下的低层大气中，空气的温度随高度增加而逐渐降低，高山顶上的空气要比高山脚下的冷。气温的垂直分布是下层气温高，上层气温低。低层空气热量主要来源两个方面：一是太阳直接照射，加热大气，但被大气直接吸收的很少，绝大部分是“透过”大气到达地面；二是地面在阳光的照耀下，吸收的热量增多温度上升，地面和大气之间存在温差。地面将部分热量辐射出来加热了低层大气，这样离地面愈近的大气获得地面的热量愈多，温度也愈高。相反离地面愈远则温度愈低。
有时候，低层空气也会出现与此相反的情形，即下层气温低，上层气温高。这种气温随高度递增的现象在气象学上称为逆温，出现逆温的大气有一定的厚度，这层大气称为逆温层。
逆温形成的因素很多，根据其成因可分为辐射逆温、平流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。但是常见的是辐射逆温和平流逆温。例如：辐射逆温常发生在晴朗无云或少云的夜间，地面不断向外放出辐射能量而冷却，贴近地面的空气层也随之降温。由于愈*近地面的空气受到地表的影响愈大，所以离地面愈近降温愈多，离地面愈远降温愈少。从而形成了自地面向上，气温随高度增加而升高的逆温现象。这种辐射逆温的厚度一般在几十米到几百米，大陆上常年都可出现，以冬季最强。日出后，地面的温度渐渐上升，逆温层也将消失。
逆温层的存在使空气处于稳定状态，空气中的垂直运动受到抑制。工厂里烟煤燃烧排放的烟尘、汽车尾气和地面上扬起的尘埃等有害气体聚集在空中不易向上扩散和稀释，造成严重的空气污染。有逆温存在时空气质量差，晨炼的朋友要特别注意避开这段时间，以免不清洁的污染物吸体内，没有达到锻炼的目的，反而影响身体健康。
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