Die Auswirkungen der Temperaturinversion

Die Auswirkungen von Temperaturinversionen in der Atmosphäre reichen von mild bis extrem. Inversionsbedingungen können interessante Wettermuster wie Nebel oder gefrierender Regen verursachen oder zu tödlichen Smogkonzentrationen führen.

Die größte Temperaturinversionsschicht der Atmosphäre stabilisiert die Troposphäre der Erde.

Normalerweise nimmt die atmosphärische Temperatur mit zunehmender Höhe ab. Die Sonnenenergie erwärmt die Erdoberfläche und diese Wärme wird in Kontakt mit der Erde an die Atmosphäre übertragen. Die Wärmeenergie bewegt sich in der Luftsäule nach oben, breitet sich jedoch mit zunehmender Höhe und dünnerer Atmosphäre aus.

Meteorologen, die das Wetter studieren, definieren Inversion als "eine Schicht der Atmosphäre in welche Lufttemperatur mit der Höhe zunimmt." Dies gilt sowohl an der Oberfläche als auch erhöht über dem Oberfläche.

Die Inversionsdefinition erklärt auch, dass, wenn die Basis der Inversionsschicht auf der Oberfläche liegt, die Inversion als oberflächenbasierte Temperaturinversion bezeichnet wird. Wenn sich die Basis der Inversionsschicht über der Oberfläche befindet, wird die Inversionsschicht als Inversion bei erhöhter Temperatur bezeichnet.

An klaren, ruhigen Morgen erwärmt die Energie der Sonne allmählich die Oberfläche. Die erwärmte Oberfläche erwärmt die Luft im direkten Kontakt. Die wärmere, weniger dichte Luft steigt auf und dichtere kalte Luft sinkt an ihren Platz. Die kältere Luft erwärmt sich und steigt auf, wobei kühlere Luft auf den Boden sinkt, um wiederum erwärmt zu werden. Wenn die Sonne aufgeht, entwickelt sich das zyklisch aufsteigende und fallende Luftmuster, das Konvektionszellen genannt wird.

Wenn die Bodentemperatur weiter ansteigt, steigen die Konvektionszellen höher und können am frühen Nachmittag 5.000 oder mehr Fuß erreichen. Am späten Morgen kann die Luftbewegung in den Konvektionszellen Kumulus verursachen Wolken zu bilden und leichte, böige Winde mit variabler Geschwindigkeit und Richtung zu wehen.

Später am Tag, wenn die Energie der Sonne abnimmt und die Oberfläche abkühlt, werden die Konvektionszellen kleiner. Die Wassertropfen, die die Wolken bilden, verdunsten und die Brisen nehmen allmählich ab.

Im Laufe des Tages ist die Lufttemperatur an der Oberfläche am höchsten und nimmt mit der Höhe ab. Nach Sonnenuntergang kann sich jedoch eine oberflächenbasierte Temperaturinversion entwickeln, insbesondere wenn die Luft ruhig, der Himmel klar und die Nacht lang ist.

Wenn die Sonne untergeht, kühlt die Oberfläche ab. Die mit der Oberfläche in Kontakt kommende Luft kühlt ebenfalls ab. Luft überträgt Wärme nicht leicht und die wärmere Luft oben erwärmt die kältere Luft unten nicht. Ohne Wind, der die Luft aufwirbelt, bleibt die kältere Luft an der Oberfläche.

Ohne Wolken entweicht die Oberflächenwärme schneller. Je länger die Nacht, desto kälter wird die Oberfläche. Sinkt die Oberflächentemperatur unter den Taupunkt (die Temperatur, auf die die Luft abgekühlt werden muss, um die Sättigung zu erreichen), kann sich Bodennebel bilden.

Wenn sich die Oberflächenluft abkühlt und die Luft darüber wärmer bleibt, bildet sich die oberflächenbasierte Temperaturinversion. Je größer die Temperaturdifferenz, desto stärker die Inversion. Im Winter bilden sich stärkere Oberflächeninversionen, da die Nächte länger sind. Bei gleichbleibenden Wetterbedingungen bricht die oberflächenbasierte Temperaturinversion bei Sonnenaufgang zusammen und erwärmt die Oberfläche wieder.

Zieht jedoch ein Hochdrucksystem ein, kann die Inversion mehrere Tage (und Nächte) bestehen bleiben. Wenn die kältere Luftschicht dicker wird, wird die Inversion zu einer erhöhten Inversionsschicht. Die unter der Inversion eingeschlossene Luft umfasst die Feuchtigkeit, den Rauch und die Schadstoffe, die in die Luftmasse freigesetzt werden. Die Luftqualität unter einer Inversionsschicht verschlechtert sich mit der Anreicherung der Schadstoffe.

Wenn sich Rauch und Chemikalien mit Wasserdampf vermischen, bildet sich Smog. Der Dunst des Smogs reduziert die Energie der Sonne und der Boden gewinnt nicht so viel Energie. Die Oberfläche und die Luftmasse zwischen der Oberfläche und der Inversionsschicht bleiben kalt und können noch kälter werden.

Ein Teufelskreis kann sich entwickeln, wenn die Menschen mehr Wärme verbrauchen, sei es von Kaminen oder fossil befeuerten Kraftwerken, setzt mehr Rauch und Chemikalien in die eingeschlossene kalte Luftmasse frei und erhöht den Smogdunst, der die Sonnenstrahlung reduziert reduces Energie. Schwere Smog-Ereignisse 1948 in Donora, Pennsylvania, (USA) und 1952 in London, England, resultierten aus erhöhten Temperaturinversionsschichten.

Wenn die Inversionsschicht mit erhöhter Temperatur über der Gefriertemperatur liegt und die darunterliegende Kaltlufttemperatur auf oder unter der Gefriertemperatur liegt, tritt gefrierender Regen auf.

Regen fällt als Flüssigkeit durch die relativ wärmere Luftmasse der Inversionsschicht. Wenn der flüssige Regen in die kältere Luftmasse unterhalb der Inversionsschicht eindringt, gefrieren die Regentropfen zu gefrierendem Regen.

Topographie spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und dem Halten von Inversionsschichten. Kalte Luft aus höheren Lagen sinkt und sammelt sich in Tälern und niedrigen Gebieten wie Küsten.

Die kalte Luft kühlt die Oberfläche und trennt die Oberfläche von der wärmeren Luft. Umliegende Kämme und Hügel schützen Täler vor Winden, die die Luftmassen vermischen und das Inversionsmuster stören könnten.

Wettermuster treten in der untersten Schicht der Atmosphäre, der Troposphäre, auf. Oberhalb der Troposphäre liegt die Stratosphäre. In der Stratosphäre reagiert die Energie der Sonne mit der Atmosphäre, um eine globale Ozonschicht zu bilden.

Diese Ozonschicht absorbiert einen Teil der Sonnenenergie, was zu einer globalen erhöhten Inversionsschicht über der Troposphäre führt. Diese Inversionsschicht trägt dazu bei, die Oberflächenwärme der Erde in der Troposphäre zu halten.