De effecten van temperatuurinversies in de atmosfeer variëren van mild tot extreem. Inversiecondities kunnen interessante weerpatronen zoals mist of ijsregen veroorzaken of kunnen leiden tot dodelijke smogconcentraties.
De grootste temperatuurinversielaag van de atmosfeer stabiliseert de troposfeer van de aarde.
Wat is een temperatuurinversie?
Normaal gesproken neemt de atmosferische temperatuur af naarmate de hoogte toeneemt. Energie van de zon verwarmt het aardoppervlak en die warmte wordt overgedragen aan de atmosfeer in contact met de aarde. De warmte-energie beweegt omhoog in de luchtkolom, maar verspreidt zich naarmate de hoogte toeneemt en de atmosfeer dunner wordt.
Meteorologen, wetenschappers die het weer bestuderen, definiëren inversie als 'een laag van de atmosfeer in' welke luchttemperatuur met de hoogte toeneemt." Dit geldt zowel aan de oppervlakte als verheven boven de oppervlakte.
De inversiedefinitie legt ook uit dat wanneer de basis van de inversielaag op het oppervlak ligt, de inversie een oppervlaktegebaseerde temperatuurinversie wordt genoemd. Wanneer de basis van de inversielaag zich boven het oppervlak bevindt, wordt de inversielaag een verhoogde temperatuurinversie genoemd.
Convectiecelcirculatie
Op heldere, rustige ochtenden verwarmt de energie van de zon geleidelijk het oppervlak. Het verwarmde oppervlak verwarmt de lucht in direct contact. De warmere, minder dichte lucht stijgt en dichtere koude lucht zakt op zijn plaats. De koudere lucht warmt op en stijgt op, waarbij koelere lucht naar de grond zakt om op zijn beurt te worden verwarmd. Terwijl de zon opkomt, ontwikkelt zich het cyclische stijgende en dalende luchtpatroon dat convectiecellen worden genoemd.
Naarmate de grondtemperatuur blijft stijgen, stijgen de convectiecellen hoger en kunnen tegen het begin van de middag 5.000 of meer voet bereiken. Tegen het einde van de ochtend kan de beweging van lucht in convectiecellen cumulus veroorzaken wolken te vormen en lichte, windvlagen met variabele snelheid en richting te blazen.
Later op de dag, als de energie van de zon afneemt en het oppervlak afkoelt, worden de convectiecellen kleiner. De waterdruppels die de wolken vormen, verdampen en de wind neemt geleidelijk af.
Gedurende de dag is de luchttemperatuur het hoogst aan de oppervlakte en neemt af met de hoogte. Er kan zich echter een op het oppervlak gebaseerde temperatuurinversie ontwikkelen nadat de zon ondergaat, vooral als de lucht kalm is, de lucht helder is en de nacht lang is.
Nachtelijke inversielagen
Als de zon ondergaat, koelt het oppervlak af. De lucht in contact met het oppervlak koelt ook af. Lucht draagt niet gemakkelijk warmte over en de warmere lucht erboven verwarmt de koudere lucht eronder niet. Zonder wind om de lucht te roeren, blijft de koudere lucht aan de oppervlakte.
Zonder wolken ontsnapt de oppervlaktewarmte sneller. Hoe langer de nacht, hoe kouder het oppervlak wordt. Als de oppervlaktetemperatuur onder het dauwpunt daalt (de temperatuur tot waar de lucht moet worden afgekoeld om verzadiging te bereiken), kan er grondmist ontstaan.
Naarmate de oppervlaktelucht afkoelt en de lucht erboven warmer blijft, vormt zich de op het oppervlak gebaseerde temperatuurinversie. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe sterker de inversie. In de winter ontstaan sterkere oppervlakte-inversies omdat de nachten langer zijn. Als de weersomstandigheden hetzelfde blijven, breekt de op het oppervlak gebaseerde temperatuurinversie af wanneer de zon opkomt en het oppervlak weer opwarmt.
Hogedruksystemen en inversieweer
Als er echter een hogedruksysteem intrekt, kan de inversie enkele dagen (en nachten) blijven zitten. Naarmate de koudere luchtlaag dikker wordt, wordt de inversie een verhoogde inversielaag. De lucht die onder de inversie opgesloten zit, omvat het vocht, de rook en de verontreinigende stoffen die in de luchtmassa vrijkomen. De luchtkwaliteit onder een inversielaag verslechtert naarmate de verontreinigende stoffen zich ophopen.
Terwijl de rook en chemicaliën zich vermengen met waterdamp, vormt zich smog. De nevel van smog vermindert de energie van de zon en de grond krijgt niet zoveel energie. Het oppervlak en de luchtmassa tussen het oppervlak en de inversielaag blijven koud en kunnen nog kouder worden.
Er kan zich een vicieuze cirkel ontwikkelen naarmate mensen meer warmte gebruiken, of het nu gaat om open haarden of energiecentrales die op fossiele brandstoffen branden, het vrijgeven van meer rook en chemicaliën in de ingesloten koude luchtmassa en het vergroten van de smogwaas die de zonnestraling vermindert energie. Ernstige smoggebeurtenissen in 1948 in Donora, Pennsylvania, (VS) en in 1952 in Londen, Engeland, waren het gevolg van inversielagen met verhoogde temperatuur.
Inversielagen en ijskoude regen
Wanneer de inversielaag met verhoogde temperatuur boven het vriespunt ligt en de onderliggende koude luchttemperatuur op of onder het vriespunt ligt, treedt ijsregen op.
Regen valt als vloeistof door de relatief warmere luchtmassa van de inversielaag. Wanneer de vloeibare regen de koudere luchtmassa onder de inversielaag binnendringt, bevriezen de regendruppels om ijsregen te vormen.
Topografie en inversielagen
Topografie speelt een belangrijke rol bij het ontwikkelen en op zijn plaats houden van inversielagen. Koude lucht van grotere hoogte zinkt en poelen in valleien en lage gebieden zoals kustlijnen.
De koude lucht koelt het oppervlak af en scheidt het oppervlak van de warmere lucht. Omliggende richels en heuvels beschermen valleien tegen wind die de luchtmassa's zou kunnen mengen en het inversiepatroon zou kunnen verstoren.
De grootste temperatuurinversie op aarde
Weerpatronen komen voor in de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer. Boven de troposfeer ligt de stratosfeer. In de stratosfeer reageert de energie van de zon met de atmosfeer om een wereldwijde ozonlaag te vormen.
Deze ozonlaag absorbeert een deel van de energie van de zon, wat resulteert in een wereldwijde verhoogde inversielaag boven de troposfeer. Deze inversielaag helpt de warmte van het aardoppervlak in de troposfeer vast te houden.
