在一般情况下，气温是随着海拔高度的增加而降低的。海拔平均每上升100米，温度降低约0.6℃。这样，在近地层，大气低层温度高，空气密度小；高层温度低，空气密度相对较大，造成了“头重脚轻”的现象。这种大气密度的不平衡，容易上下翻滚而形成对流，就会使低层特别是近地面层空气中的污染物和粉尘向高空移散，从而减轻大气低层的污染程度。
我国属季风气候，冬季冷空气活动频繁。当冷空气入侵某地时，近地层空气温度就会很低，这样便容易出现气温随大气高度增加而升高的现象，导致空气“脚重头轻”，气象学称这种现象叫“逆温”，发生逆温的大气层叫“逆温层”。逆温层的厚度可从几十米到几百米，它就像一层厚厚的被子盖在地面上，携带污染物的空气向上扩散时“无路可走”，只好向下蔓延，从而加重了大气污染。
冬季出现逆温层时，近地层空气中含有大量的颗粒物(工业城市尤其如此)，对人体健康非常有害。例如，当近地层二氧化硫浓度(单位为PPM)达到1时，人的胸部就略有压迫感；达到10时，鼻腔就会有刺激感；达到30时，就会不由自主地咳嗽；达到100时，就会打喷嚏、流眼泪；达到400时，人就会出现呼吸困难。
逆温中的烟雾常常会诱发灾难性的事故。1948年10月下旬，美国匹兹堡附近的多诺拉镇发生了一起严重的烟雾灾难。由于镇上的许多工厂大量排出二氧化硫气体，偏逢此时出现了逆温层，烟雾中的化合物使7000多人病倒，20人死亡。
震惊一时的伦敦烟雾事件，除了燃煤是直接原因外，也与逆温有关。1952年12月5日至9日，冷空气入侵伦敦，贴近地面的空气形成了逆温。一连几天，空气几乎静止不动。时值隆冬季节，从家庭和工厂的烟囱里排出的烟尘无法向空中扩散，越积越多，空气中弥漫着浓浓的“毒雾”，直接导致4000多人死亡。在毒雾过后的两个月中，又陆续有8000多人丧生。
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