Effekterna av temperaturinversioner i atmosfären varierar från mild till extrem. Inversionsförhållanden kan orsaka intressanta vädermönster som dimma eller frysregn eller kan leda till dödliga smogkoncentrationer.
Atmosfärens största temperaturinversionsskikt stabiliserar jordens troposfär.
Vad är en temperaturinversion?
Normalt sjunker atmosfärstemperaturen när höjden ökar. Energi från solen värmer upp jordens yta och den värme överförs till atmosfären i kontakt med jorden. Värmeenergin rör sig uppåt i luftpelaren men sprider sig när höjden ökar och atmosfären tunnas.
Meteorologer, som är forskare som studerar väder, definierar inversion som "ett lager av atmosfären i vilken lufttemperatur ökar med höjden. "Detta gäller oavsett om det är på ytan eller upphöjt över yta.
Inversionsdefinitionen förklarar också att när inversionsskiktets bas ligger på ytan kallas inversionen en ytbaserad temperaturinversion. När basen av inversionsskiktet är ovanför ytan kallas inversionslagret en förhöjd temperaturinversion.
Konvektioncellscirkulation
På klara lugna morgnar värmer solens energi gradvis upp ytan. Den uppvärmda ytan värmer upp luften i direktkontakt. Den varmare, mindre täta luften stiger och tätare kall luft sjunker på plats. Den kallare luften värms upp och stiger, med svalare luft som sjunker ner till marken för att värmas upp i tur och ordning. När solen stiger utvecklas det cykliska stigande och fallande luftmönstret som kallas konvektionsceller.
När marktemperaturen fortsätter att öka ökar konvektionscellerna högre och kan nå 5000 eller fler meter tidigt på eftermiddagen. Sen på morgonen kan luftens rörelse i konvektionsceller orsaka kumulus moln att bilda och ljusa, vindiga vindar med varierande hastighet och riktning att blåsa.
Senare på dagen, när solens energi minskar och ytan svalnar, blir konvektionscellerna mindre. Vattendropparna som bildar molnen avdunstar och vinden minskar gradvis.
Under dagen är lufttemperaturen högst vid ytan och sjunker med höjd. En ytbaserad temperaturinversion kan dock utvecklas efter solnedgången, särskilt om luften är lugn, himlen är klar och natten är lång.
Nattliga inversionslager
När solen går ner svalnar ytan. Luften i kontakt med ytan svalnar också. Luft överför inte lätt värme och den varmare luften ovanför värmer inte den kallare luften under. Utan vind för att röra luften förblir den kallare luften på ytan.
Utan moln rymmer ytvärmen snabbare. Ju längre natten desto kallare blir ytan. Om yttemperaturen sjunker under daggpunkten (den temperatur till vilken luft måste kylas för att nå mättnad) kan det bildas markdimma.
När ytluften svalnar och luften ovan förblir varmare bildas den ytbaserade temperaturinversionen. Ju större temperaturskillnad, desto starkare är inversionen. Starkare ytvändningar bildas på vintern eftersom nätterna är längre. Om väderförhållandena är desamma bryts den ytbaserade temperaturinversionen ner när solen kommer upp och värmer upp ytan igen.
Högtryckssystem och inversionsväder
Om dock ett högtryckssystem rör sig in kan inversionen stanna kvar i flera dagar (och nätter). När lagret med kallare luft blir tjockare blir inversionen ett förhöjt inversionsskikt. Luften som fångats under inversionen inkluderar fukt, rök och föroreningar som släpps ut i luftmassan. Luftkvaliteten under ett inversionsskikt försämras när föroreningarna ackumuleras.
När rök och kemikalier blandas med vattenånga bildas smog. Disen från smog minskar solens energi och marken får inte lika mycket energi. Ytan och luftmassan mellan ytan och inversionsskiktet förblir kalla och kan bli ännu kallare.
En ond cirkel kan utvecklas när människor använder mer värme, oavsett om det är eldstäder eller kraftverk som bränner fossila bränslen, släpper ut mer rök och kemikalier i den fångade kalla luftmassan och ökar rökdimmet som minskar solens energi. Svåra smoghändelser 1948 i Donora, Pennsylvania, (USA) och 1952 i London, England, berodde på förhöjda temperaturinversionsskikt.
Inversionslager och iskallt regn
När det inversionsskikt med förhöjd temperatur ligger över frystemperaturen och den underliggande kalla lufttemperaturen är vid eller under frysningstemperatur, uppstår frysregn.
Regn faller som en vätska genom inversionskiktets relativt varmare luftmassa. När det flytande regnet kommer in i den kallare luftmassan under inversionsskiktet fryser regndropparna för att bilda frysregn.
Topografi och inversionslager
Topografi spelar en viktig roll för att utveckla och hålla inversionskikt på plats. Kall luft från högre höjd sjunker och bassänger i dalar och låga områden som kustlinjer.
Den kalla luften kyler ytan och separerar ytan från den varmare luften. Omgivande åsar och kullar skyddar dalar från vindar som kan blanda luftmassorna och störa inversionsmönstret.
Jordens största temperaturinversion
Vädermönster förekommer i det undre lagret av atmosfären, troposfären. Ovanför troposfären ligger stratosfären. I stratosfären reagerar solens energi med atmosfären och bildar ett globalt ozonskikt.
Detta ozonskikt absorberar en del av solens energi vilket resulterar i ett globalt förhöjt inversionsskikt ovanför troposfären. Detta inversionsskikt hjälper till att hålla jordens ytavärme i troposfären.