ผลกระทบของอุณหภูมิผกผัน

ผลกระทบของการผกผันของอุณหภูมิในบรรยากาศมีตั้งแต่เล็กน้อยไปจนถึงสุดขั้ว สภาพผกผันอาจทำให้เกิดรูปแบบสภาพอากาศที่น่าสนใจ เช่น หมอกหรือฝนเยือกแข็ง หรืออาจส่งผลให้เกิดความเข้มข้นของหมอกควันพิษร้ายแรง

ชั้นผกผันของอุณหภูมิที่ใหญ่ที่สุดของชั้นบรรยากาศทำให้ชั้นโทรโพสเฟียร์ของโลกมีเสถียรภาพ

โดยปกติ อุณหภูมิบรรยากาศจะลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น พลังงานจากดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกร้อนและความร้อนนั้นถ่ายเทไปยังชั้นบรรยากาศเมื่อสัมผัสกับโลก พลังงานความร้อนจะเคลื่อนขึ้นไปในคอลัมน์อากาศ แต่จะกระจายออกไปเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นและบรรยากาศบางลง

นักอุตุนิยมวิทยาซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสภาพอากาศ นิยามผกผันว่าเป็น "ชั้นบรรยากาศใน ซึ่งอุณหภูมิของอากาศจะเพิ่มขึ้นตามความสูง" นี่เป็นความจริงไม่ว่าจะอยู่บนพื้นผิวหรือสูงกว่า พื้นผิว

คำจำกัดความการผกผันยังอธิบายว่าเมื่อฐานของชั้นผกผันอยู่บนพื้นผิว การผกผันจะเรียกว่าการผกผันของอุณหภูมิตามพื้นผิว เมื่อฐานของชั้นผกผันอยู่เหนือพื้นผิว ชั้นผกผันจะเรียกว่าการผกผันของอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ในช่วงเช้าที่อากาศปลอดโปร่ง พลังงานของดวงอาทิตย์จะค่อยๆ ทำให้พื้นผิวร้อนขึ้น พื้นผิวที่อุ่นจะทำให้อากาศร้อนเมื่อสัมผัสโดยตรง อากาศที่อุ่นกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าจะลอยตัวและอากาศเย็นที่หนาแน่นกว่าจะจมลงสู่ที่ อากาศที่เย็นกว่าจะอุ่นขึ้นและสูงขึ้น โดยอากาศที่เย็นกว่าจะไหลลงสู่พื้นเพื่อให้ความร้อนในทางกลับกัน เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้น รูปแบบอากาศเป็นวัฏจักรขึ้นและลงที่เรียกว่าเซลล์การพาความร้อนจะพัฒนาขึ้น

ในขณะที่อุณหภูมิพื้นดินยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เซลล์พาความร้อนจะสูงขึ้นและสามารถสูงถึง 5,000 ฟุตหรือมากกว่านั้นในตอนบ่าย ในตอนสายๆ การเคลื่อนที่ของอากาศในเซลล์พาความร้อนอาจก่อให้เกิดคิวมูลัส เมฆ เกิดลมกระโชกแรงด้วยความเร็วแปรผันและทิศทางที่จะพัด

ในเวลาต่อมา เมื่อพลังงานของดวงอาทิตย์ลดลงและพื้นผิวเย็นลง เซลล์พาความร้อนก็จะเล็กลง หยดน้ำที่ก่อตัวเป็นเมฆจะระเหยและลมค่อยๆ ลดลง

ตลอดทั้งวัน อุณหภูมิอากาศจะสูงสุดที่พื้นผิวและลดลงตามระดับความสูง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่ผกผันตามพื้นผิวอาจเกิดขึ้นหลังจากพระอาทิตย์ตกดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากอากาศสงบ ท้องฟ้าแจ่มใส และกลางคืนจะยาวนาน

เมื่อดวงอาทิตย์ตก พื้นผิวจะเย็นลง อากาศที่สัมผัสกับพื้นผิวก็เย็นลงเช่นกัน อากาศไม่สามารถถ่ายเทความร้อนได้ง่าย และอากาศที่อุ่นกว่านั้นไม่ได้ทำให้อากาศที่เย็นกว่าด้านล่างอุ่นขึ้น หากไม่มีลมพัด อากาศที่เย็นกว่าจะเกาะอยู่บนผิวน้ำ

หากไม่มีเมฆ ความอบอุ่นที่พื้นผิวจะหลบหนีเร็วขึ้น ยิ่งกลางคืนนานเท่าไหร่ ผิวก็จะยิ่งเย็นลงเท่านั้น หากอุณหภูมิพื้นผิวลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้าง (อุณหภูมิที่อากาศจะต้องเย็นลงเพื่อให้ถึงความอิ่มตัว) หมอกบนพื้นดินอาจก่อตัวขึ้น

เมื่ออากาศที่พื้นผิวเย็นลงและอากาศด้านบนยังคงอุ่นขึ้น อุณหภูมิผกผันตามพื้นผิวจะก่อตัวขึ้น ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิมากเท่าใด การผกผันก็จะยิ่งแข็งแกร่ง การผกผันของพื้นผิวที่รุนแรงขึ้นในฤดูหนาวเนื่องจากกลางคืนยาวนานกว่า หากสภาพอากาศยังคงเหมือนเดิม การผกผันของอุณหภูมิตามพื้นผิวจะหยุดทำงานเมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นและทำให้พื้นผิวอุ่นขึ้นอีกครั้ง

อย่างไรก็ตาม หากระบบความกดอากาศสูงเคลื่อนเข้ามา การผกผันอาจคงอยู่กับที่เป็นเวลาหลายวัน (และหลายคืน) เมื่อชั้นอากาศเย็นขึ้นจะหนาขึ้น การผกผันจะกลายเป็นชั้นผกผันที่สูงขึ้น อากาศที่ติดอยู่ภายใต้ผกผันรวมถึงความชื้น ควันและสารมลพิษที่ปล่อยสู่มวลอากาศ คุณภาพอากาศภายใต้ชั้นผกผันจะเสื่อมลงเมื่อมลพิษสะสม

เมื่อควันและสารเคมีผสมกับไอน้ำ หมอกควันจะก่อตัวขึ้น หมอกควันจากหมอกควันลดพลังงานของดวงอาทิตย์และพื้นดินไม่ได้รับพลังงานมากนัก พื้นผิวและมวลอากาศระหว่างพื้นผิวกับชั้นผกผันจะเย็นและอาจเย็นลงกว่าเดิม

วงจรอุบาทว์สามารถพัฒนาได้เมื่อผู้คนใช้ความร้อนมากขึ้น ไม่ว่าจะจากเตาผิงหรือโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ปล่อยควันและสารเคมีเข้าไปในมวลอากาศเย็นที่ติดอยู่ และเพิ่มหมอกควันที่ช่วยลดดวงอาทิตย์ พลังงาน. เหตุการณ์หมอกควันรุนแรงในปี 1948 ในเมือง Donora รัฐเพนซิลเวเนีย (สหรัฐอเมริกา) และในปี 1952 ที่ลอนดอน ประเทศอังกฤษ เป็นผลมาจากชั้นอุณหภูมิที่ผกผันสูงขึ้น

เมื่อชั้นผกผันของอุณหภูมิที่สูงขึ้นอยู่เหนืออุณหภูมิเยือกแข็ง และอุณหภูมิของอากาศเย็นที่อยู่ด้านล่างคือที่หรือต่ำกว่าอุณหภูมิเยือกแข็ง ฝนเยือกแข็งจะเกิดขึ้น

ฝนตกลงมาเป็นของเหลวผ่านมวลอากาศที่ค่อนข้างอุ่นกว่าของชั้นผกผัน เมื่อฝนของเหลวเข้าสู่มวลอากาศที่เย็นกว่าใต้ชั้นผกผัน เม็ดฝนจะแข็งตัวกลายเป็นฝนเยือกแข็ง

ภูมิประเทศ มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและยึดชั้นผกผันให้เข้าที่ อากาศเย็นจากอ่างล้างมือและแอ่งน้ำในหุบเขาและพื้นที่ต่ำ เช่น แนวชายฝั่ง

อากาศเย็นทำให้พื้นผิวเย็นลงและแยกพื้นผิวออกจากอากาศที่อุ่นกว่า แนวสันเขาและเนินเขาที่ล้อมรอบปกป้องหุบเขาจากลมที่อาจผสมมวลอากาศและขัดขวางรูปแบบการผกผัน

รูปแบบสภาพอากาศเกิดขึ้นในชั้นล่างสุดของชั้นบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ เหนือชั้นโทรโพสเฟียร์คือชั้นสตราโตสเฟียร์ ในชั้นสตราโตสเฟียร์ พลังงานของดวงอาทิตย์ทำปฏิกิริยากับบรรยากาศเพื่อสร้างชั้นโอโซนทั่วโลก

ชั้นโอโซนนี้ดูดซับพลังงานบางส่วนของดวงอาทิตย์ ส่งผลให้ชั้นผกผันทั่วโลกสูงขึ้นเหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ ชั้นผกผันนี้ช่วยรักษาความอบอุ่นของพื้นผิวโลกในชั้นโทรโพสเฟียร์