A légkör hőmérsékleti inverzióinak hatása enyhétől a szélsőségig terjed. Az inverziós körülmények érdekes időjárási mintákat okozhatnak, például ködöt vagy fagyos esőt, vagy halálos szmogkoncentrációt eredményezhetnek.
A légkör legnagyobb hőmérsékleti inverziós rétege stabilizálja a Föld troposzféráját.
Mi az a hőmérsékleti inverzió?
Normális esetben a légköri hőmérséklet csökken, ha a magasság növekszik. A Napból származó energia felmelegíti a Föld felszínét, és ez a hő a Földdel érintkezve átjut a légkörbe. A hőenergia felfelé mozog a légoszlopban, de a magasság növekedésével és a légkör elvékonyodásával szétterjed.
A meteorológusok, akik az időjárást tanulmányozó tudósok, az inverziót "a légkör egyik rétegének" definiálják amely a levegő hőmérséklete a magassággal növekszik. "Ez igaz akár a felszínen, akár a felület.
Az inverzió definíciója azt is megmagyarázza, hogy amikor az inverziós réteg alapja a felszínen fekszik, az inverziót felszíni hőmérséklet-inverziónak nevezzük. Ha az inverziós réteg alapja a felület felett van, akkor az inverziós réteget megemelt hőmérsékletű inverziónak nevezzük.
Konvekciós sejtek keringése
Tiszta, nyugodt reggeleken a Nap energiája fokozatosan felmelegíti a felszínt. A felmelegedett felület felmelegíti a levegőt közvetlen érintkezésben. A melegebb, kevésbé sűrű levegő felemelkedik, és sűrűbb hideg levegő süllyed a helyére. A hidegebb levegő felmelegszik és felemelkedik, a hűvösebb levegő pedig a földre süllyed, hogy sorban felmelegedjen. Amint a Nap felemelkedik, a konvekciós sejteknek nevezett ciklikusan növekvő és csökkenő légminta alakul ki.
Amint a talaj hőmérséklete folyamatosan növekszik, a konvekciós sejtek magasabbra emelkednek, és kora délutánra elérhetik az 5000 vagy több lábat. Késő reggelre a levegő mozgása a konvekciós sejtekben gomolyfelhőt okozhat felhők kialakulni és enyhe, fújható, változó sebességű és irányú szél.
A nap későbbi szakaszában, amikor a Nap energiája csökken és a felület lehűl, a konvekciós sejtek kisebbek lesznek. A felhőket képező vízcseppek elpárolognak és a szellők fokozatosan csökkennek.
A nap folyamán a levegő hőmérséklete a felszínen a legmagasabb, és a magassággal csökken. Felszínalapú hőmérsékleti inverzió azonban kialakulhat a Nap lenyugvása után, különösen, ha a levegő nyugodt, az ég tiszta és az éjszaka hosszú.
Éjszakai inverziós rétegek
Amint a Nap lemegy, a felület lehűl. A felülettel érintkező levegő is lehűl. A levegő nem adja át könnyen a hőt, és a fenti melegebb levegő nem melegíti az alatta lévő hidegebb levegőt. A levegő keverésére szolgáló szél nélkül a hidegebb levegő a felszínen marad.
Felhők nélkül a felszíni melegség gyorsabban elszökik. Minél hosszabb az éjszaka, annál hidegebb lesz a felszín. Ha a felületi hőmérséklet a harmatpont alá csökken (az a hőmérséklet, amelyre a levegőt ki kell hűteni a telítettség elérése érdekében), talajköd képződhet.
Amint a felszíni levegő lehűl és a levegő melegebb marad, kialakul a felületi hőmérséklet-inverzió. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, annál erősebb az inverzió. Télen erősebb felszíni inverziók alakulnak ki, mert az éjszakák hosszabbak. Ha az időjárási körülmények változatlanok maradnak, akkor a felszínalapú hőmérsékleti inverzió megszakad, amikor a Nap feljön, és ismét felmelegíti a felszínt.
Nagynyomású rendszerek és inverziós időjárás
Ha azonban nagynyomású rendszer mozog, az inverzió több napig (és éjszakáig) a helyén maradhat. Amint a hidegebb levegő réteg vastagabbá válik, az inverzió emelkedett inverziós réteggé válik. Az inverzió alatt rekedt levegő magában foglalja a nedvességet, a füstöt és a légtömegbe juttatott szennyező anyagokat. Az inverziós réteg alatti levegőminőség romlik, amikor a szennyező anyagok felhalmozódnak.
Amint a füst és a vegyi anyagok keverednek a vízgőzzel, szmog képződik. A szmog köd csökkenti a Nap energiáját, és a föld nem nyer annyi energiát. A felület és a felület és az inverziós réteg közötti légtömeg hideg marad, és még hidegebbé válhat.
Ördögi kör alakulhat ki, amikor az emberek több hőt használnak, akár kandallókból, akár fosszilis tüzelőanyaggal működő erőművekből, több füst és vegyszer szabadul fel a csapdába eső hideg légtömegben, és fokozza a szmogködet, amely csökkenti a Nap fényét energia. Súlyos szmogesemények 1948-ban Donorában (Pennsylvania, USA) és 1952-ben Londonban (Anglia) az emelkedett hőmérsékletű inverziós rétegek következményei voltak.
Inverziós rétegek és fagyos eső
Amikor a megemelkedett hőmérsékletű inverziós réteg fagypont felett van, és a mögöttes hideg levegő hőmérséklete fagypont alatti vagy alacsonyabb hőmérsékleten van, fagyos eső lép fel.
Az eső folyadékként esik az inverziós réteg viszonylag melegebb légtömegén keresztül. Amikor a folyékony eső az inverziós réteg alatti hidegebb légtömegbe jut, az esőcseppek fagyos esőt alkotnak.
Topográfiai és inverziós rétegek
Topográfia fontos szerepet játszik az inverziós rétegek kialakításában és helyben tartásában. A magasabb magasságból származó hideg levegő a völgyekben és az alacsony területeken, például a partvonalakon süllyed el és medencékből származik.
A hideg levegő lehűti a felületet, és elválasztja a felületet a melegebb levegőtől. A környező hegygerincek és dombok védik a völgyeket a széltől, amely összekeverheti a légtömegeket és megzavarhatja az inverziós mintázatot.
A Föld legnagyobb hőmérsékleti inverziója
Az időjárási mintázatok a légkör alsó rétegében, a troposzférában fordulnak elő. A troposzféra felett fekszik a sztratoszféra. A sztratoszférában a Nap energiája a légkörrel reagálva globális ózonréteget képez.
Ez az ózonréteg elnyeli a Nap energiájának egy részét, aminek következtében a troposzféra felett globálisan megemelkedett inverziós réteg keletkezik. Ez az inverziós réteg segít megtartani a Föld felszínének melegét a troposzférában.