Ефектите от температурни инверсии в атмосферата варират от леки до екстремни. Условията на инверсия могат да причинят интересни метеорологични модели като мъгла или леден дъжд или да доведат до смъртоносни концентрации на смог.
Най-големият температурен инверсионен слой в атмосферата стабилизира тропосферата на Земята.
Какво представлява температурна инверсия?
Обикновено атмосферната температура намалява с увеличаване на надморската височина. Енергията от Слънцето загрява повърхността на Земята и тази топлина се пренася в атмосферата в контакт със Земята. Топлинната енергия се движи нагоре във въздушната колона, но се разпространява, когато височината се увеличава и атмосферата се разрежда.
Метеоролозите, които са учени, които изучават времето, определят инверсията като "слой от атмосферата в която температурата на въздуха се увеличава с височината. "Това е вярно, независимо дали на повърхността или повишена над повърхност.
Дефиницията на инверсията също обяснява, че когато основата на инверсионния слой лежи върху повърхността, инверсията се нарича инверсия на температурата на базата на повърхността. Когато основата на инверсионния слой е над повърхността, инверсионният слой се нарича инверсия с повишена температура.
Циркулация на конвекционна клетка
В ясни спокойни утрини слънчевата енергия постепенно загрява повърхността. Затоплената повърхност загрява въздуха при директен контакт. По-топлият, по-малко плътен въздух се издига и по-плътният студен въздух потъва на мястото му. По-студеният въздух се затопля и издига, като по-хладният въздух потъва надолу към земята, за да се нагрее на свой ред. Когато Слънцето изгрява, се развива цикличният издигащ се и падащ въздушен модел, наречен конвективни клетки.
Тъй като температурата на земята продължава да се повишава, конвекционните клетки се повишават и могат да достигнат 5000 или повече фута до ранния следобед. До късно сутринта движението на въздуха в конвекционните клетки може да причини кумулус облаци да се образуват и да духат поривисти ветрове с променлива скорост и посока.
По-късно през деня, когато енергията на Слънцето намалява и повърхността се охлажда, конвекционните клетки стават по-малки. Водните капчици, образуващи облаците, се изпаряват и бризът постепенно намалява.
През целия ден температурата на въздуха е най-висока на повърхността и намалява с надморска височина. Въпреки това, може да се развие повърхностна температурна инверсия след залеза на Слънцето, особено ако въздухът е спокоен, небето е ясно и нощта е дълга.
Нощни инверсионни слоеве
Когато Слънцето залязва, повърхността се охлажда. Въздухът в контакт с повърхността също се охлажда. Въздухът не пренася лесно топлината и топлия въздух отгоре не затопля по-студения въздух отдолу. Без вятър, който да разбърква въздуха, по-студеният въздух остава на повърхността.
Без облаци повърхностната топлина излиза по-бързо. Колкото по-дълга е нощта, толкова по-студена става повърхността. Ако повърхностната температура падне под точката на оросяване (температурата, до която въздухът трябва да се охлади, за да достигне насищане), може да се образува земна мъгла.
Тъй като повърхностният въздух се охлажда и въздухът отгоре остава по-топъл, се образува инверсия на температурата на базата на повърхността. Колкото по-голяма е температурната разлика, толкова по-силна е инверсията. През зимата се образуват по-силни инверсии на повърхността, защото нощите са по-дълги. Ако метеорологичните условия останат същите, температурната инверсия на повърхността се разрушава, когато Слънцето изгрее и отново затопли повърхността.
Системи с високо налягане и инверсионно време
Ако обаче се задейства система с високо налягане, инверсията може да остане на място няколко дни (и нощи). Тъй като слоят по-студен въздух става по-дебел, инверсията се превръща в повишен инверсионен слой. Въздухът, попаднал под инверсията, включва влагата, дима и замърсителите, отделяни във въздушната маса. Качеството на въздуха под инверсионен слой се влошава с натрупването на замърсителите.
Тъй като димът и химикалите се смесват с водни пари, се образува смог. Мътността от смог намалява слънчевата енергия и земята не печели толкова много енергия. Повърхността и въздушната маса между повърхността и инверсионния слой остават студени и могат да станат още по-студени.
Порочен кръг може да се развие, когато хората използват повече топлина, независимо дали от камини или електроцентрали, изгарящи изкопаеми горива, освобождаване на повече дим и химикали в уловената студена въздушна маса и увеличаване на мъглата, която намалява слънчевите лъчи енергия. Силни събития на смога през 1948 г. в Донора, Пенсилвания (САЩ) и през 1952 г. в Лондон, Англия, са резултат от инверсионни слоеве с повишена температура.
Инверсионни слоеве и леден дъжд
Когато инверсионният слой с повишена температура е над температурата на замръзване и основната температура на студения въздух е на или под температурата на замръзване, настъпва леден дъжд.
Дъждът пада като течност през относително по-топлата въздушна маса на инверсионния слой. Когато течният дъжд навлезе в по-студената въздушна маса под инверсионния слой, дъждовните капки замръзват, образувайки леден дъжд.
Топография и инверсионни слоеве
Топография играе важна роля при разработването и задържането на инверсионните слоеве на място. Студеният въздух от по-високи мивки и басейни в долини и ниски райони като брегови линии.
Студеният въздух охлажда повърхността и отделя повърхността от по-топлия въздух. Околните хребети и хълмове предпазват долините от ветрове, които могат да смесят въздушните маси и да нарушат обратния модел.
Най-голямата температурна инверсия на Земята
Схемите на времето се появяват в долния слой на атмосферата, тропосферата. Над тропосферата се намира стратосферата. В стратосферата енергията на Слънцето реагира с атмосферата, образувайки глобален озонов слой.
Този озонов слой абсорбира част от енергията на Слънцето, което води до глобален повишен инверсионен слой над тропосферата. Този инверсионен слой помага да се задържи повърхностната топлина на Земята в тропосферата.