ההשפעות של היפוך טמפרטורה

ההשפעות של היפוך הטמפרטורה באטמוספירה נעות בין קלות לקיצוניות. תנאי היפוך עלולים לגרום לדפוסי מזג אוויר מעניינים כמו ערפל או גשם קפוא או לגרום לריכוזי ערפיח קטלניים.

שכבת ההיפוך הטמפרטורה הגדולה ביותר של האטמוספירה מייצבת את הטרופוספירה של כדור הארץ.

בדרך כלל, הטמפרטורה האטמוספרית פוחתת ככל שגובה הגובה. אנרגיה מהשמש מחממת את פני כדור הארץ וחום זה מועבר לאטמוספירה במגע עם כדור הארץ. אנרגיית החום נעה כלפי מעלה בעמוד האוויר אך מתפשטת ככל שגובהה עולה והאווירה מתדלדלת.

מטאורולוגים, שהם מדענים שחוקרים מזג אוויר, מגדירים את ההיפוך כ"שכבה של האטמוספירה בתוך אשר טמפרטורת האוויר עולה עם הגובה. "זה נכון בין אם על פני השטח ובין אם הוא מוגבה מעל משטח.

הגדרת ההיפוך מסבירה גם שכאשר בסיס שכבת ההיפוך מונח על פני השטח ההיפוך נקרא היפוך טמפרטורה על פני השטח. כאשר בסיס שכבת ההיפוך נמצא מעל לפני השטח, שכבת ההיפוך נקראת היפוך טמפרטורה מוגבה.

בבקרים רגועים וברורים אנרגיית השמש מחממת את פני השטח בהדרגה. המשטח המחומם מחמם את האוויר במגע ישיר. האוויר החם והפחות צפוף עולה ואוויר קר צפוף יותר שוקע למקומו. האוויר הקר מתחמם ועולה, כאשר אוויר קריר יותר שוקע לקרקע כדי לחמם בתורו. עם עליית השמש מתפתח דפוס אוויר בעלייה ויורדת מחזורית הנקראת תאי הסעה.

ככל שטמפרטורת הקרקע ממשיכה לעלות, תאי הסעה עולים גבוהים יותר ויכולים להגיע עד 5,000 רגל או יותר עד אחר הצהריים המוקדמים. בשעות הבוקר המאוחרות תנועת האוויר בתאי הסעה עלולה לגרום להצטברות עננים להיווצר ורוחות קלות, סוערות במהירות משתנה וכיוון לנשוף.

בהמשך היום, ככל שאנרגיית השמש פוחתת ומשטח המתקרר, תאי הסעה הולכים וקטנים. טיפות המים היוצרות את העננים מתאדות והרוחות יורדות בהדרגה.

לאורך כל היום, טמפרטורת האוויר היא הגבוהה ביותר על פני השטח ויורדת עם הגובה. עם זאת, היפוך טמפרטורה על פני השטח עשוי להתפתח לאחר שקיעת השמש, במיוחד אם האוויר רגוע, השמים בהירים והלילה ארוך.

כאשר השמש שוקעת, פני השטח מתקררים. גם האוויר במגע עם המשטח מתקרר. האוויר לא מעביר חום בקלות והאוויר החם מעל לא מחמם את האוויר הקר למטה. בלי רוח שתסעיר את האוויר, האוויר הקר יותר נשאר על פני השטח.

ללא עננים, חום פני השטח בורח מהר יותר. ככל שהלילה ארוך יותר, כך פני השטח קרים יותר. אם טמפרטורת פני השטח יורדת מתחת לנקודת הטל (הטמפרטורה אליה יש לקרר אוויר כדי להגיע לרוויה), עלול להיווצר ערפל קרקעי.

כאשר האוויר על פני השטח מתקרר והאוויר מעל נשאר חם יותר, נוצרת היפוך הטמפרטורה על פני השטח. ככל שהפרש הטמפרטורות גדול יותר, כך ההיפוך חזק יותר. היפוך משטח חזק יותר נוצר בחורף מכיוון שהלילות ארוכים יותר. אם תנאי מזג האוויר נשארים זהים, היפוך הטמפרטורה על פני השטח מתפרק כאשר השמש עולה ומחממת את פני השטח שוב.

אם, לעומת זאת, מערכת בלחץ גבוה עוברת פנימה, ההיפוך עלול להישאר במקום מספר ימים (ולילות). ככל ששכבת האוויר הקר הופכת עבה יותר ההיפוך הופך לשכבת היפוך מוגבהת. האוויר שנלכד תחת ההיפוך כולל את הלחות, העשן והמזהמים המשתחררים למסת האוויר. איכות האוויר מתחת לשכבת היפוך מתדרדרת ככל שמצטברים המזהמים.

כאשר העשן והכימיקלים מתערבבים עם אדי מים, נוצר ערפיח. הערפל מהערפיח מפחית את האנרגיה של השמש והקרקע לא צוברת הרבה יותר אנרגיה. פני השטח ומסת האוויר בין פני השטח לשכבת ההיפוך נשארים קרים ועלולים להיות קרים עוד יותר.

מעגל קסמים יכול להתפתח ככל שאנשים משתמשים בחום רב יותר, בין אם מקמינים או מתחנות כוח דלקות מאובנים, לשחרר יותר עשן וכימיקלים למסת האוויר הקר הלכוד ולהגדיל את ערפל הערפיח שמפחית את השמש אֵנֶרְגִיָה. אירועי ערפיח קשים בשנת 1948 בדונורה, פנסילבניה, (ארה"ב) ובשנת 1952 בלונדון, אנגליה, נבעו משכבות היפוך טמפרטורות גבוהות.

כאשר שכבת היפוך הטמפרטורה הגבוהה היא מעל לטמפרטורת הקפאה וטמפרטורת האוויר הקר הבסיסית היא בטמפרטורה או מתחת לטמפרטורת הקפאה, מתרחש גשם מקפיא.

גשם יורד כנוזל דרך מסת האוויר החמה יחסית של שכבת ההיפוך. כאשר הגשם הנוזלי נכנס למסת האוויר הקרה מתחת לשכבת ההיפוך, טיפות הגשם קופאות ויוצרות גשם מקפיא.

טוֹפּוֹגרַפִיָה ממלא תפקיד חשוב בפיתוח והחזקת שכבות היפוך במקום. אוויר קר מגובה גבוה יותר שוקע ובריכות בעמקים ובאזורים נמוכים כמו קו חוף.

האוויר הקר מצנן את פני השטח ומפריד את פני השטח מהאוויר החם יותר. רכסים וגבעות מסביב מגנים על העמקים מפני רוחות העלולות לערבב את המוני האוויר ולשבש את דפוס ההיפוך.

דפוסי מזג האוויר מתרחשים בשכבה התחתונה של האטמוספירה, הטרופוספירה. מעל הטרופוספירה שוכנת הסטרטוספירה. בסטרטוספירה אנרגיית השמש מגיבה עם האטמוספירה ויוצרת שכבת אוזון גלובלית.

שכבת אוזון זו סופגת חלק מאנרגיית השמש וכתוצאה מכך שכבת היפוך מוגבהת עולמית מעל הטרופוספירה. שכבת היפוך זו עוזרת להחזיק את חום פני כדור הארץ בטרופוספירה.