太阳作为一个炽热的球形体，表面温度约为5727摄氏度，它不断以电磁波方式向外辐射 能量。太阳辐射的波长大致可分为四个波段：短于0.1微米的波段，其能量主要来自太阳的 色球层和日冕部分，该波段主要对大气起光致电离作用；大于0.1微米的三个波段，其能量 主要来自太阳的光球层，其中0.1～0.2微米的辐射占太阳总辐射能的万分之一，有使氧分子 光致离解的作用；0.2～0.3微米的辐射占太阳总辐射能的1.75％，有使臭氧发生光致离解的 作用；波长大于0.3微米的能量，占太阳总辐射能量的98％，易被水汽和地面所吸收，有照 明和转化为热能的作用。太阳辐射中波长短于0.1微米的部分可深入大气到距地表约90公里 以上，白天为约60公里以上，能使大气中的氮和氧等成分电离。在距地表100公里以下，分 子氧离子很多，原子氧离子很少。但在距地表200公里到500～1000公里之间，原子氧离子 比分子氧离子多。太阳的热核辐射波长0.15-4um之间，被地面吸收，又以3-120um波长向大 气辐射，大气中的水汽、二氧化碳吸收长波辐射的能力很强。低层大气吸收了地面辐射后， 又以辐射的方式传给上部气层，地面的热量以长波辐射方式一层一层地向上传递，致使大气 自下而上增热。大气是由多种成分组成的混合气体，除去水汽和杂质的空气称为干燥清洁空 气。大气层中空气质量的分布不均匀，随高度的增加，空气密度逐渐变小。在超过1000～ 1400km的高空，气体非常稀薄。根据大气在垂直方向上的温度、组成与物理性质、太阳辐射 进入大气后产生热效应以及大气圈由于太阳辐射的光致电离，在结构上整个大气从上到下大 致分为五层：散逸层、热成层(电离层)、中间层、平流层和对流层。
散逸层的大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快，高速运动的粒子能克服地球引力的 作用而逃逸到太空中去。热成层(电离层)从距地表60公里到距地表500～1000公里之间， 这一层空气更加稀薄，气体在宇宙射线作用下处于电离状态，受光致电离较盛，形成了电离 层。在电离层中，中性分子的数密度较大，离子运动受中性分子运动的干扰较大，难以受地 磁场的控制。但在太阳辐射中短于0.1微米的电磁波，从大气顶深入到距地表约90公里，白 天约60公里的过程中，使大气光致电离的同时，也被大气吸收而不断削弱，从而难以透入到 距地表60公里以下的大气中，致使60公里以下的大气几乎无光致电离过程，大气保持了中 性，形成了温度随高度增加而递减的中间层。在距地表12公里和50公里高度之间，气温随 高度而升高，形成了平流层。平流层内空气干燥，几乎没有水汽和尘埃，大气透明度好。平 流层的空气无垂直对流运动，主要是平流运动。自地面向上到约12公里处，温度随高度而递 减，形成了对流层。对流层是大气圈中最接近地面的一层。对流层集中了占大气总质量75％ 的空气和几乎全部的水蒸气，是天气变化最复杂的层次。
对流层和中间层都是下热上冷的温度结构，所以对流较盛，其间夹有一个下冷上热的较 稳定的平流层，但平流层温度向上递增的现象不及其上下层的温度向上递减现象显著，综合 分析对流层、平流层和中间层，可知湍流混和作用是主要的。
对流层是大气层中的最底层，由于上升气流的不均匀性而形成许多涡旋气团，使温度、 湿度不断变化，在涡旋气团内部及其周围的介电系数由随机的小尺度起伏，形成了不均匀的 介质团。在对流层中除了有规则的空气流动外，经常存在着湍流运动。一般说来，和液体一 样，气体的运动可以是片流，也可以是湍流。片流的特征是有规则性，一层相对于另一层， 以一定的速度运动，而湍流是及不规则的，在任何时刻，空间任一点出的气流速度都是以随 机方式，在某平均值附近脉动，并且这种脉动速度可以和平均速度向比拟。
对流层厚度约10km，是主要天气过程发生的地带。对流层与地面进行物质和能量交换的 部分是与大气污染直接相关的大气层，其厚度一般是几百米，有时可高达上千米，有时仅有 几十米。影响其厚度的主要因子是阳光的强度和风力的大小。对流层大气的热量主要直接来 自地面的长波辐射，离地面越远，气温越低，气温随高度增加而递减，一般情况下，气温和 气压随着海拔高度的增加而递减，简称“垂直递减率”，即距地面海拔每升高100m，气温降低 约0.6度。越近地面空气温度越高，由于热空气比重比冷空气轻，下层的空气会自然上升， 由此形成上下对流。对流层中存在着极其复杂的天气现象，如雨、雪、霜、雹、云、雾等， 人类活动排放的污染物主要是在对流层聚集，大气污染主要是在这一层发生。
在对流层中，平均情况下温度随高度的升高而降低的，但在某些条件下，大气对流层内的 气温不是随高度呈递减关系，高层气温反而高于低层气温，出现下层空气温度低于上层的状 态，这种气温逆转的现象就是逆温，严重时形成逆温层，有时会在不同高度上出现几个逆温 层。逆温层是一种稳定状态的云层，空气较为稳定，没有湍流使各高度不同成分的气体加强 混合，密度较小，即使在强太阳辐射作用下，也难以发生化学变化，主要发生的只是电离等 物理反应，对于污染散发极为不利，是严重污染天气的直接气象因子。
逆温层的类型及形成原因为：
1、辐射逆温：多发生在对流层的接地层：由于空气愈靠近地面，受地面的影响愈大，离 地面愈近，降温愈多；离地面愈远，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温。随着地面辐 射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强。冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。由 于在晴空无云(或少云)的夜间，当风速较小时，地面因强烈辐射而很快冷却，近地面气层冷 却最为强烈，较高的气层冷却较慢，因此，使低层大气内产生逆温。一般是在日落前后由地 面开始形成，夜间随着辐射冷却的加强，逆温层逐渐加厚，黎明前达到最大厚度，日出后， 地面温度升高，逆温层逐渐消失；夏季夜短，逆温层较薄，消失也快，冬季夜长，逆温层厚， 消失较慢。在低洼地区(谷地、盆地)由于冷却的空气还沿斜坡流人低谷和盆地，使逆温得到 加强，往往能维持数天而得不到消失。
2、下沉逆温：当某一层空气发生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及因气层向水平方 向辐射，使其厚度减小。如果气层下沉过程是绝热的，而且气层内各部分空气的相对位置不 发生改变，这样空气层顶部下沉的距离要比底部下沉的距离大，所以，其顶部的绝热增温要 比底部多，当下沉到某一高度上，空气层顶部的温度高于底部温度，而形成逆温。下沉气 流一般达到某一高度就停止，所以下沉逆温多发生在高空大气中。下沉的空气来自高空，水 汽含量本来就不多，加上在下沉以后，温度升高，因此，在有下沉逆温时，天气总是晴好的。
3、平流逆温：由于暖空气平流到冷的下垫面上而形成的逆温为平流逆温。这是由于低 层空气受地表面影响大、降温多，上层空气降温少所形成的。暖空气与地面之间温差越大， 逆温越强。冬半年，在中纬度沿海地区，因海陆温差显著，当海上暖温空气流到大陆上时， 常出较强的平流逆温
4、湍流逆温：低层空气湍流混合形成的逆温，称为湍流逆温。湍流运动中，上升空气 在上升过程中温度降低，空气升到混合层上部时，它的温度比周围的空气温度低，混合结果， 使上层空气降温；空气下沉时，情况相反，会使下层空气增温。所以空气经过充分混合后， 气层的气温降温幅度比湍流前要大，混合层与未发生湍流的上层空气之间的过渡层就出现逆 温。因湍流逆温出现在湍流混合层的顶部，所以其离地的高度随湍流层的厚薄而定，湍流逆 温的厚度不大，一般不超过几十米。
5、锋面逆温：在对流层中的冷气团与暖气团相遇时，暖气团因其密度小就会爬到冷空 气上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为锋面。在锋面上，如果冷暖空气的温差较大，也可 以出现逆温，这种逆温称为锋面逆温。锋面逆温仅在冷空气一边可以看到。
一般情况下，直接接触地面的逆温层称为接地逆温层，它的出现会造成近地面空气的静 止和比重较大的污染物的沉积；离地半空的逆温层会阻止其下面的空气的继续抬升，并将上 升的空气连同其携带的污染物反射回去，大大加重了大气污染的程度。国内外许多实例表明， 有许多大气污染事件发生在逆温层条件下，截至今日，在全球各地发生的与逆温层现象有密 切联系的各类严重大气污染事件包括：
1.1930年12月1日到5日，拥挤着许多炼油厂、金属厂、玻璃厂的比利时马斯工业区 狭窄的河谷上空出现了很强的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散，大量有害气体 积累在近地大气层，对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生，其中心脏病、肺病患者死 亡率最高，许多牲畜死亡。
2.1943年9月8日，美国洛杉矶城区被烟雾笼罩了整整一天，使上千人中毒，最后有 400多人死亡，一夜之间，草木枯黄，使当时的洛杉矶失去了优美的环境。调查表明，是日 益增多的汽车燃烧汽油后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅 蓝色烟雾，加之由于洛杉矶上空，一年中约有三百天出现逆温，使烟雾形成之后，久聚不散。 一旦形成逆温，由于空气不易对流上升，导致污染物不易扩散，使近地面冷空气的密度增大， 空气中的污染物增多，很难越过上部较轻的热空气。使该市大多市民患了眼红、头疼病。后 来人们称这种污染为光化学烟雾。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件，前 者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。
3.美国的宾夕法尼亚州多诺拉城有许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂，1948年10月26 日清晨，大雾弥漫，受反气旋和逆温控制，工厂排出的有害气体扩散不出去，全城14000人 中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻。17人死亡。
4.自1952年以来，伦敦发生过12次大的烟雾事件，祸首是燃煤排放的粉尘和二氧化硫。 烟雾逼迫所有飞机停飞，汽车白天开灯行驶，行人走路都困难，烟雾事件使呼吸疾病患者猛 增。1952年12月5至9日发生的震惊全球的伦敦烟雾事件，除了燃煤污染严重外，与“逆温” 有关。那几天伦敦处于冷高压控制之下，静风，近地面层空气温度低于高空气温；家庭取暖 燃煤猛增，加之工厂烟囱林立、黑龙滚滚，城市上空的烟雾越积越浓。结果，整个城市笼罩 在一片浓烟之中，酿成了一万多人死亡的“世纪悲剧”。
5.在1984年～1985年冬季，德国煤田丰富的鲁尔山谷长久的逆温现象造成大气污染， 许多学校和工厂被迫关闭，私人汽车也被禁止使用。
6.2001年2月22日从午夜开始，沈阳、锦州、辽阳、鞍山、营口、抚顺、铁岭、阜 新等市地纷纷发生变电所停电和线路跳闸故障。因污闪造成的辽宁电网大动荡事故持续时间 长达14个小时。其原因在于由于地面有大量积雪未化，从夜间到天明受冷辐射影响，地面附 近温度下降，低于雾层以上高空气流的温度，形成了逆温层，污染物积聚到很高的浓度，造 成辽宁中部电网大面积污闪事故。
7.2006年初近半个多月，吉林省多次出现近地层逆温，冬季当冷空气入侵，近地层空 气温度降得很低，容易出现气温随地层高度增加而升高的现象，形成了230米厚的逆温层， 再加上风力较小，空气中一氧化碳等污染物不易扩散，1月2日，吉林省气象局发布了一氧 化碳中毒黄色预警信号，预警信号中提示：依据气象信息，长春、辽源、吉林、通化、白山、 延边地区部分地方风力较小，近地层可能出现逆温，气象条件不利于燃煤民房烟道排烟和空 气污染物扩散，需提高警惕。但是2月13日以来，由于气压偏低，频繁出现逆温层，风力又 小，延边朝鲜族自治州所辖的延吉、龙井、图们、和龙、汪清、安图六县(市)部分居住在 平房、火炕楼的居民发生一氧化碳中毒。延边州部分市(县)居民一氧化碳中毒住院人员为 32人，其中延吉市13人，图们市6人，汪清县5人，龙井市3人，安图县3人，和龙市2 人。截止到15日21时30分，延边州部分县(市)中毒患者陆续到医院就诊277人， 累计死亡12人。2006年2月14号，合肥市发生多起因使用煤球炉不当导致一氧化碳中 毒的病例，先后有87人入院接受治疗，3人不幸死亡。2006年2月11日山东省青岛市六 家医院也接诊了30多名一氧化碳中毒患者。2006年2月中旬，黑龙江、吉林、安徽、山东 等省发生了多起一氧化碳中毒事件。
8.2008年初，在中国南方地区持续存在逆温层，造成了严重冻雨灾害。受连日罕见雨雪， 冰冻天气影响，1月26日京珠高速公路湖南段滞留车辆超过两万，滞留司乘人员超过6万；持续 的雨雪天气导致湖南、湖北、江苏、江西、安徽等省共计21个机场关闭。1月30日，受南方 雪灾的影响，京广线段和沪昆线部分区段受阻，致使广州地区滞留旅客达近80万人。由于时值 春运，涉及人群非常多，影响面更广，酿成了全局性的事件。
9.目前许多城市由于逆温层的存在，始终面临着大气污染的困扰。例如新疆首府乌鲁 木齐市三面环山，冬季经常出现逆温层，厚度有时达800米。首府冬季6个月采暖期，采暖 用煤400万吨，2007年全市用煤1196万吨，人均耗煤将近全国4倍，排出的烟尘大量滞留 在逆温层下。逆温层的空气非常稳定，不易上下流通，像“大锅盖”一样，扣在乌鲁木齐市上 空。下面的水汽、烟尘以及各种有害气体“上天无路，入地无门”，只能在逆温层下面的空气 中飘浮。又例如，兰州处于河谷盆地，特殊的地形、地貌和气象条件不利于大气污染物稀释 扩散。特别是冬季，逆温层厚，强度大，大气层结构稳定，分布在市区的上千台燃煤供暖锅 炉全部启动，加之近20万居民小火炉，城区空气污染十分严重。其三，山西省的临汾平川地 带处于海拔200多米的条形盆地中，空气流通缓慢，一方面易形成温暖湿润的气候，另一方 面污染物也不易扩散。特别是每年进入11月份以后，极易形成大气逆温层，使盆地上空温度 比地面的温度还高，大气对流消失，气体污染物产生多少、聚积多少，空气可见度极低，污 染加重。
迄今为止，针对逆温层造出大气污染危害的治理技术与思路为：
1.兰州市计划让环城生态圈与城区园林规划中的绿色资源实现对接，在周边天然森林 与兰州城区园林之间，选择有条件的地方，以15公里的宽幅架设“绿桥”，让天然森林的生 态效应流进城区，从而改变城区的大气环境应用生态环境绿化措施，扩大南部山区森林覆盖 面积，加强“冷湖效应”，加大南北区域之间的温度场差，强化风场，有效地解决兰州市上 空的逆温层，加快城市污染物的扩散速度“绿桥”工程的建立形成，在改变“桥内”生态系 统的同时，有效地改善兰州城区的人居环境，降低大气的污染。
2.新疆乌鲁木齐市环保局面向社会公开征集金点子，许多市民针对治理大气污染等提 出了建议和意见。截至1月11日，环保局已经收到了200多条建议，这些建议整理后将作为 治理大气污染的重要参考，其中有建议提出由于三面环山，冬季容易产生逆温层，可在雅山 等高处放置引风机，通过人工造风把悬浮在空中的污染物吹散，解决多年来解决不了的问题。
3.目前治理逆温层导致的光化学烟雾污染的方法有：控制和减少汽车尾气中氮氧化物的 排放；提高能源利用率；改善能源结构，用电能、太阳能、氢气等清洁能源替代石油燃料。
由此可见，在大多数天气状况和特定的地形下，对大范围逆温现象造出的危害，特别对 大范围的光化学烟雾污染和一氧化碳污染，除了等待逆温现象自行消失外，别无办法。由于 大范围地区产生逆温层现象，会使大气污染更加严重，影响人们的生产和生活，甚至威胁人 类的生存和发展，因此期许寻找新的技术方法，以解决逆温层导致严重的大气污染问题。本 发明依据大气环流与太阳辐射的基本规律，依据微波的特性，专门针对逆温层产生的大气污 染问题，提出一个全新、实用、独创的技术解决方案。

本发明解决的技术问题是防止逆温层造成的大气污染。由于逆温层的出现，使得对流层内 下层空气温度低于上层，并构成稳定状态的云层，没有湍流使各高度不同成分的气体进行混 合，密度较小，构成了严重污染天气的直接气象因子，为此本发明提出的技术方案是：
1.根据气象卫星预报的区域气象资料，派遣小型无人驾驶气象飞机，进入对流层、特别是 逆温层、平流层和中间层，专门监测与预报逆温层危害，测量出各层的温度、温差，测量出 各层的风速和风向；
2.用多台车载可移动式超高功率微波逆温层发射器，集中照射对流层中聚集逆温层的目 标区，增加直接来自地面的热辐射。超高功率微波逆温层发射器由初级能源、能量转换装置、 脉冲调制装置、高功率微波源和发射天线构成。其能源系统采用电能，使用普通电源，能量 转换由磁通压缩发生器完成；脉冲调制装置的作用是将电脉冲调制成上升前沿、波形和脉宽 都较为理想的脉冲，从而有效地激励高功率微波源器件产生高功率微波；最后由高增益的定 向发射天线集中反复向目标逆温层照射。利用对流层和中间层都是下热上冷的温度结构，通 过调节逆温层的温度与密度，增高目标区气温，加速热空气的浮升。随着逆温层的热空气猛 烈上升，能量不断地聚集，产生上升气流。当上升气流的风速达到每小时200千米时，逆温 层目标区中央形成真空地带，对流层上部乃至中间层下部的冷空气急速下降。上升气流到达 高空时，将遇到高速水平方向的风，迫使上升气流向下旋转运动，逐渐形成一个呈水平方向 的空气旋转柱。当目标区内空间的环状流动达到一定的程度，上升空气就能穿破逆温层顶， 使得太阳射线透射到逆温层目标区，并进一步加速了气流环状运动的势头。由于高空中的气 温低至60摄氏度，源源不断地从地面吸取热空气，使湍流扩散的范围迅速扩大，最终导致目 标区逆温层消散，气体污染物消失。
3.本发明采取的超高功率微波逆温层发射器利用高功率微波束波长通常在30—3厘米、 频率为1～30吉赫、输出脉冲功率在吉瓦级，用高功率波源产生的微波经增益定向天线向空 间发射出去，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束。其电磁波功率极强，向目标 区集中辐射微波，可使该区逆温层大气发生剧烈理化反应，在瞬间以1000-10000瓦/平方厘 米的强度将气温提高到3000—5000℃。超高功率微波逆温层发射器基础部件是脉冲功率源， 采用磁流体发电机或磁通压缩发生器，有2级磁通量压缩发生器。第1级产生爆炸的启动电 流，当爆炸启动后，爆炸将使电枢管膨胀变形，使之与线圈形成短路，将会压缩电磁场并减少线圈 的电感，使线圈中的电流直线上升，直到发生器崩溃为止，并产生巨大的电磁脉冲。可根据不同 需要进行选择和参数调整，以便利用常规的电能产生高功率的电脉冲，提供给高功率微波系 统作为能源。高功率脉冲开关的作用是使脉冲的峰值、上升前沿和脉宽更为理想，使其能有 效地激励微波源器件，并在一定程度上实现整个线路的阻抗匹配，提高能量转换效率。高功 率微波源利用高功率电脉冲产生高能电子束流，通过在特殊设计的结构内与电磁场相互作用， 产生高功率的微波脉冲，可采用回旋管振荡器、自由电子激光器、相对论磁控管振荡器、虚 阴极振荡器等离子体振荡器、返波振荡器、速调管振荡器、固体功率源等。高功率天线实现 高增益，提高微波能力，具有较强的耐压性能。
对照现有解决因逆温层造成的大气污染技术，本发明的有益效果为：
1.积极主动预防性。迄今为止，国内外尚无直接面对逆温层的污染问题提出实际有效主 动的解决方案，多是间接的消极治理方案，效果并不佳，且社会与经济成本巨大。本发明首 先提出利用气象卫星与无人驾驶气象飞机，对逆温层危害进行主动专门的监测与预报。一旦 发现逆温层形成致使大气污染，即可用多台车载可移动超高功率微波逆温层发射器，提高逆 温层温度，制造人工湍流，最终消散逆温层，阻碍大气污染的进一步恶化。
2.经济性。超高功率微波逆温层发射器可以多次反复使用，极大降低了治理大气污染的 社会与经济成本。
3.实用机动性。由于产生逆温层的类型、形成原因、所处的地域各不相同，因此采取气 象卫星、无人驾驶气象飞机预报和车载机动可移动超高功率微波逆温层发射器，可以灵活机 动地预防城市、乡村发生的因逆温层导致的大气污染。

本发明的具体实施方式为首先依据气象卫星预报的区域气象资料，根据不同类型的逆温 层：辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温，派遣小型无人驾驶气象飞机， 进入对流层、特别是逆温层、平流层和中间层，专门监测与预报逆温层危害，测量出各层的 温度、温差，测量出各层的风速和风向；本发明采取的超高功率微波逆温层发射器利用高功 率微波束波长通常在30—3厘米、频率为1～30吉赫、输出脉冲功率在吉瓦级，用高功率波 源产生的微波经增益定向天线向空间发射出去，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波 射束。其电磁波功率极强，向目标区集中辐射微波，可使该区逆温层大气发生剧烈理化反应， 在瞬间以1000-10000瓦/平方厘米的强度将气温提高到3000—5000℃。超高功率微波逆温层 发射器基础部件是脉冲功率源，采用磁流体发电机或磁通压缩发生器，有2级磁通量压缩发 生器。第1级产生爆炸的启动电流，当爆炸启动后，爆炸将使电枢管膨胀变形，使之与线圈形成 短路，将会压缩电磁场并减少线圈的电感，使线圈中的电流直线上升，直到发生器崩溃为止，并 产生巨大的电磁脉冲。可根据不同需要进行选择和参数调整，以便利用常规的电能产生高功 率的电脉冲，提供给高功率微波系统作为能源。高功率脉冲开关的作用是使脉冲的峰值、上 升前沿和脉宽更为理想，使其能有效地激励微波源器件，并在一定程度上实现整个线路的阻 抗匹配，提高能量转换效率。高功率微波源利用高功率电脉冲产生高能电子束流，通过在特 殊设计的结构内与电磁场相互作用，产生高功率的微波脉冲，可采用回旋管振荡器、自由电 子激光器、相对论磁控管振荡器、虚阴极振荡器等离子体振荡器、返波振荡器、速调管振荡 器、固体功率源等。高功率天线实现高增益，提高微波能力，具有较强的耐压性能。本发明 用多台车载可移动式超高功率微波逆温层发射器，集中照射对流层中聚集逆温层的目标区， 增加直接来自地面的热辐射，利用对流层和中间层都是下热上冷的温度结构，通过调节逆温 层的温度与密度，增高目标区气温，加速热空气的浮升。随着逆温层的热空气猛烈上升，能 量不断地聚集，产生上升气流。当上升气流的风速达到每小时200千米时，逆温层目标区中 央形成真空地带，对流层上部乃至中间层下部的冷空气急速下降。上升气流到达高空时，将 遇到高速水平方向的风，迫使上升气流向下旋转运动，逐渐形成一个呈水平方向的空气旋转 柱。当目标区内空间的环状流动达到一定的程度，上升空气就能穿破逆温层顶，使得太阳射 线透射到逆温层目标区，并进一步加速了气流环状运动的势头。由于高空中的气温低至60摄 氏度，源源不断地从地面吸取热空气，使湍流扩散的范围迅速扩大，最终导致目标区逆温层 消散，气体污染物消失。