Účinky teplotných inverzií v atmosfére sa pohybujú od miernych po extrémne. Podmienky inverzie môžu spôsobiť zaujímavé poveternostné vzorce, ako je hmla alebo mrznúci dážď, alebo môžu viesť k smrteľným koncentráciám smogu.
Najväčšia teplotná inverzná vrstva atmosféry stabilizuje troposféru Zeme.
Čo je teplotná inverzia?
Za normálnych okolností atmosférická teplota klesá so zvyšovaním nadmorskej výšky. Energia zo Slnka ohrieva zemský povrch a toto teplo sa prenáša do atmosféry v kontakte so Zemou. Tepelná energia sa pohybuje nahor vo vzdušnom stĺpci, ale šíri sa so zväčšujúcou sa nadmorskou výškou a atmosférou sa riedi.
Meteorológovia, vedci, ktorí skúmajú počasie, definujú inverziu ako „vrstvu atmosféry v ktorá teplota vzduchu sa zvyšuje s výškou. “To platí, či už na povrchu alebo nad úrovňou povrch.
Definícia inverzie tiež vysvetľuje, že keď základňa inverznej vrstvy leží na povrchu, inverzia sa nazýva povrchová teplotná inverzia. Keď je základňa inverznej vrstvy nad povrchom, inverzná vrstva sa nazýva inverzia so zvýšenou teplotou.
Cirkulácia konvekčných buniek
Za jasných pokojných rán energia Slnka postupne ohrieva povrch. Zahriaty povrch ohrieva vzduch v priamom kontakte. Teplejší, menej hustý vzduch stúpa a na jeho miesto klesá hustejší studený vzduch. Chladnejší vzduch sa ohrieva a stúpa, pričom chladnejší vzduch klesá až k zemi a postupne sa ohrieva. Keď slnko vychádza, vyvíja sa cyklický vzostupný a klesajúci vzduchový vzorec nazývaný konvekčné bunky.
Keď teplota pôdy stále rastie, konvekčné bunky stúpajú vyššie a do skorého popoludnia môžu dosiahnuť 5 000 a viac stôp. Do neskorého rána môže pohyb vzduchu v konvekčných bunkách spôsobiť kupu oblaky formovať a fúkať ľahké, nárazové vetry premenlivej rýchlosti a smeru.
Neskôr v priebehu dňa, keď energia Slnka klesá a povrch sa ochladzuje, konvekčné bunky sa zmenšujú. Vodné kvapôčky tvoriace oblaky sa odparujú a vánky postupne klesajú.
Po celý deň je teplota vzduchu na povrchu najvyššia a s nadmorskou výškou klesá. Po západe slnka sa však môže vyvinúť povrchová teplotná inverzia, najmä ak je vzduch pokojný, obloha jasná a noc dlhá.
Nočné inverzné vrstvy
Ako Slnko zapadá, povrch sa ochladzuje. Vzduch v kontakte s povrchom sa tiež ochladzuje. Vzduch neprenáša ľahko teplo a teplejší vzduch hore neohrieva chladnejší vzduch dole. Bez vetra, ktorý mieša vzduch, zostáva chladnejší vzduch na povrchu.
Bez oblakov povrchové teplo uniká rýchlejšie. Čím dlhšia je noc, tým je povrch chladnejší. Ak povrchová teplota klesne pod rosný bod (teplota, na ktorú sa musí vzduch ochladiť, aby sa nasýtil), môže sa vytvoriť prízemná hmla.
Keď sa povrchový vzduch ochladí a vzduch nad ním zostane teplejší, vytvorí sa povrchová teplotná inverzia. Čím väčší je teplotný rozdiel, tým silnejšia je inverzia. V zime sa vytvárajú silnejšie povrchové inverzie, pretože noci sú dlhšie. Ak poveternostné podmienky zostanú rovnaké, povrchová teplotná inverzia sa rozpadne, keď vyjde slnko, a povrch znova zohreje.
Vysokotlakové systémy a inverzné počasie
Ak sa však nasaje vysokotlakový systém, inverzia môže zostať na svojom mieste niekoľko dní (a nocí). Keď sa vrstva chladnejšieho vzduchu stane silnejšou, inverzia sa stane vyvýšenou inverznou vrstvou. Vzduch zachytený pod inverziou obsahuje vlhkosť, dym a znečisťujúce látky uvoľňované do vzduchovej hmoty. Kvalita vzduchu pod inverznou vrstvou sa zhoršuje pri hromadení znečisťujúcich látok.
Keď sa dym a chemikálie zmiešajú s vodnou parou, vytvorí sa smog. Zákal zo smogu znižuje energiu Slnka a zem nezíska toľko energie. Povrch a vzduchová hmota medzi povrchom a inverznou vrstvou zostávajú studené a môžu byť ešte chladnejšie.
Začarovaný kruh sa môže vyvinúť, keď ľudia používajú viac tepla, či už z krbov alebo z elektrární spaľujúcich fosílne palivá, uvoľňovaním väčšieho množstva dymu a chemikálií do zachytenej hmoty studeného vzduchu a zvyšovaním smogového oparu, ktorý redukuje slnečné žiarenie energie. Závažné smogové udalosti v roku 1948 v Donore v Pensylvánii (USA) a v roku 1952 v Londýne v Anglicku vyplynuli zo zvýšených teplotných inverzných vrstiev.
Inverzné vrstvy a mrznúci dážď
Keď je inverzná vrstva so zvýšenou teplotou nad bodom mrazu a teplota podkladového studeného vzduchu je na úrovni alebo pod bodom mrazu, objaví sa mrznúci dážď.
Dážď padá ako kvapalina cez relatívne teplejšiu vzduchovú hmotu inverznej vrstvy. Keď tekutý dážď vnikne do chladnejšej vzduchovej hmoty pod inverznou vrstvou, dažďové kvapky zmrznú a vytvoria mrznúci dážď.
Topografické a inverzné vrstvy
Topografia hrá dôležitú úlohu pri vývoji a udržiavaní inverzných vrstiev na danom mieste. Studený vzduch z vyšších nadmorských výšok klesá a bazény v údoliach a nízkych oblastiach, ako sú pobrežia.
Studený vzduch ochladzuje povrch a oddeľuje povrch od teplejšieho vzduchu. Okolité vyvýšeniny a kopce chránia údolia pred vetrom, ktorý by mohol miešať vzdušné hmoty a narušiť inverzný vzorec.
Najväčšia teplotná inverzia Zeme
Poveternostné vzorce sa vyskytujú v spodnej vrstve atmosféry, troposfére. Nad troposférou leží stratosféra. V stratosfére energia Slnka reaguje s atmosférou a vytvára globálnu ozónovú vrstvu.
Táto ozónová vrstva absorbuje časť slnečnej energie, čo vedie k globálnej vyvýšenej inverznej vrstve nad troposférou. Táto inverzná vrstva pomáha udržiavať povrchové teplo Zeme v troposfére.
