Эффекты температурных инверсий в атмосфере варьируются от умеренных до экстремальных. Условия инверсии могут вызвать интересные погодные условия, такие как туман или ледяной дождь, или могут привести к смертельной концентрации смога.
Самый большой слой температурной инверсии атмосферы стабилизирует тропосферу Земли.
Что такое температурная инверсия?
Обычно температура воздуха снижается с увеличением высоты. Энергия Солнца нагревает поверхность Земли, и это тепло передается в атмосферу при контакте с Землей. Тепловая энергия движется вверх в столбе воздуха, но распространяется по мере увеличения высоты и разжижения атмосферы.
Метеорологи, ученые, изучающие погоду, определяют инверсию как «слой атмосферы в температура воздуха увеличивается с высотой ». Это верно как на поверхности, так и над уровнем моря. поверхность.
Определение инверсии также объясняет, что, когда основание инверсионного слоя лежит на поверхности, инверсия называется поверхностной температурной инверсией. Когда основание инверсионного слоя находится над поверхностью, инверсионный слой называется инверсией повышенной температуры.
Циркуляция конвекционных клеток
Ясным безветренным утром энергия Солнца постепенно нагревает поверхность. Нагретая поверхность нагревает воздух при прямом контакте. Более теплый и менее плотный воздух поднимается вверх, а более плотный холодный воздух опускается на его место. Более холодный воздух нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается на землю и, в свою очередь, нагревается. По мере восхода Солнца возникает циклический восходящий и падающий воздушный режим, называемый конвекционными ячейками.
По мере того, как температура земли продолжает повышаться, конвекционные ячейки поднимаются выше и к полудню могут достигнуть 5000 или более футов. Поздним утром движение воздуха в конвекционных камерах может вызвать кучевые облака. облака формировать и дуть легкий порывистый ветер переменной скорости и направления.
Позже днем, когда энергия Солнца уменьшается, а поверхность остывает, конвективные ячейки становятся меньше. Капли воды, образующие облака, испаряются, и ветер постепенно утихает.
В течение дня температура воздуха самая высокая у поверхности и уменьшается с высотой. Однако после захода Солнца может развиться поверхностная температурная инверсия, особенно если воздух спокойный, небо чистое и ночь длинная.
Ночные инверсионные слои
С заходом солнца поверхность остывает. Воздух, соприкасающийся с поверхностью, также охлаждается. Воздух с трудом передает тепло, и более теплый воздух наверху не согревает более холодный воздух внизу. Если ветер не перемешивает воздух, более холодный воздух остается на поверхности.
Без облаков тепло с поверхности уходит быстрее. Чем длиннее ночь, тем холоднее становится поверхность. Если температура поверхности опускается ниже точки росы (температуры, до которой воздух должен быть охлажден для достижения насыщения), может образоваться наземный туман.
По мере того как приземный воздух охлаждается, а воздух над ним остается более теплым, формируется поверхностная температурная инверсия. Чем больше разница температур, тем сильнее инверсия. Зимой образуются более сильные поверхностные инверсии, потому что ночи длиннее. Если погодные условия остаются прежними, поверхностная температурная инверсия нарушается, когда восходит Солнце, и снова нагревает поверхность.
Системы высокого давления и инверсионная погода
Однако, если система высокого давления перемещается, инверсия может оставаться на месте в течение нескольких дней (и ночей). По мере того, как слой более холодного воздуха становится толще, инверсия становится повышенным инверсионным слоем. Воздух, захваченный при инверсии, включает влагу, дым и загрязняющие вещества, попадающие в воздушную массу. Качество воздуха под инверсионным слоем ухудшается по мере накопления загрязняющих веществ.
Когда дым и химические вещества смешиваются с водяным паром, образуется смог. Туман от смога снижает энергию Солнца, и земля не получает столько энергии. Поверхность и воздушная масса между поверхностью и инверсионным слоем остаются холодными и могут стать еще холоднее.
Порочный круг может развиться по мере того, как люди будут использовать больше тепла, будь то камины или электростанции, работающие на ископаемом топливе. выпуская больше дыма и химикатов в захваченную холодную воздушную массу и увеличивая дымку смога, уменьшающую солнечную энергия. Сильный смог в 1948 году в Доноре, штат Пенсильвания (США) и в 1952 году в Лондоне, Англия, был вызван повышенными слоями инверсии температуры.
Инверсионные слои и ледяной дождь
Когда инверсионный слой с повышенной температурой выше температуры замерзания, а нижележащая температура холодного воздуха равна или ниже температуры замерзания, возникает ледяной дождь.
Дождь в виде жидкости падает через относительно более теплую воздушную массу инверсионного слоя. Когда жидкий дождь попадает в более холодную воздушную массу ниже инверсионного слоя, капли дождя замерзают, образуя ледяной дождь.
Топография и инверсионные слои
Топография играет важную роль в разработке и удержании инверсионных слоев на месте. Холодный воздух из высокогорных раковин и бассейнов в долинах и низких местах, например на побережье.
Холодный воздух охлаждает поверхность и отделяет ее от более теплого воздуха. Окружающие гребни и холмы защищают долины от ветров, которые могут перемешивать воздушные массы и нарушать инверсию.
Самая большая температурная инверсия Земли
Погодные явления происходят в нижнем слое атмосферы, тропосфере. Выше тропосферы находится стратосфера. В стратосфере энергия Солнца вступает в реакцию с атмосферой, образуя глобальный озоновый слой.
Этот озоновый слой поглощает часть солнечной энергии, в результате чего над тропосферой образуется повышенный глобальный инверсионный слой. Этот инверсионный слой помогает удерживать тепло поверхности Земли в тропосфере.