В метеорологии инверсия (или «температурная инверсия») — это слой более теплого воздуха, удерживаемый над более холодным воздухом . Обычно температура воздуха постепенно снижается с увеличением высоты, но при инверсии эта зависимость меняется на противоположную. [2]
Инверсия удерживает загрязнения воздуха , такие как смог , близко к земле. Инверсия также может подавлять конвекцию, действуя как «шапка». Если эта крышка сломана по какой-либо из нескольких причин, конвекция любой присутствующей влаги может перерасти в сильные грозы . Температурная инверсия может вызвать ледяной дождь в холодном климате.
Обычно в нижних слоях атмосферы (тропосфере ) воздух у поверхности Земли теплее , чем воздух над ней, главным образом потому, что атмосфера нагревается снизу, поскольку солнечная радиация нагревает поверхность Земли, которая, в свою очередь, затем нагревает слой атмосферы. атмосферу непосредственно над ней, например, за счет термиков ( конвективный теплообмен ). [3] Температура воздуха также снижается с увеличением высоты, поскольку более высокий воздух находится при более низком давлении, а более низкое давление приводит к более низкой температуре в соответствии с законом идеального газа и адиабатическим градиентом .
При правильных условиях нормальный вертикальный градиент температуры инвертируется, и воздух у поверхности Земли становится холоднее. Это может произойти, например, когда более теплая и менее плотная воздушная масса движется над более прохладной и плотной воздушной массой. Этот тип инверсии происходит вблизи теплых фронтов , а также в районах океанического апвеллинга , например, вдоль побережья Калифорнии в США. При достаточной влажности в более холодном слое под инверсионной крышкой обычно присутствует туман . Инверсия также производится всякий раз, когда радиация от поверхности Земли превышает количество радиации, получаемой от Солнца, что обычно происходит ночью, или зимой, когда солнце находится очень низко в небе. Этот эффект практически ограничивается сушей, поскольку океан сохраняет тепло гораздо дольше. В полярных регионах зимой над сушей почти всегда присутствуют инверсии.
Более теплая воздушная масса, движущаяся над более холодной, может «отключить» любую конвекцию, которая может присутствовать в более холодной воздушной массе: это известно как закрывающая инверсия . Однако, если эта шапка сломана, либо из-за сильной конвекции, преодолевающей шапку, либо из-за подъемного эффекта фронта или горного хребта, внезапное высвобождение сдерживаемой конвекционной энергии - например, взрыв воздушного шара - может привести к сильным грозам. . Такие инверсии обычно предшествуют развитию торнадо на Среднем Западе США . В этом случае «более холодный» слой довольно теплый, но все же более плотный и обычно холоднее, чем нижняя часть перекрывающего его инверсионного слоя. [4]
Инверсия может развиваться наверху в результате постепенного опускания воздуха на обширной территории и нагревания за счет адиабатического сжатия, обычно связанного с субтропическими областями высокого давления . [5] В результате над океаном может образоваться устойчивый морской слой . Однако по мере того, как этот слой движется над все более теплыми водами, турбулентность внутри морского слоя может постепенно поднять инверсионный слой на большую высоту и в конечном итоге даже пробить его, вызывая грозы, а при определенных обстоятельствах - тропические циклоны . Накопившийся смог и пыль под инверсией быстро окрашивают небо в красноватый цвет, который хорошо виден в солнечные дни.
Температурные инверсии предотвращают атмосферную конвекцию (которая обычно присутствует) в зоне воздействия и могут привести к высоким концентрациям атмосферных загрязнителей. Города особенно страдают от последствий температурных инверсий, поскольку они производят больше загрязнителей атмосферы и имеют более высокие тепловые массы, чем сельские районы, что приводит к более частым инверсиям с более высокими концентрациями загрязняющих веществ. Эффект еще более выражен, когда город окружен холмами или горами, поскольку они образуют дополнительный барьер для циркуляции воздуха. Во время серьезной инверсии захваченные загрязнители воздуха образуют коричневатую дымку , которая может вызвать проблемы с дыханием. Великий смог 1952 года в Лондоне (Англия) является одним из наиболее серьезных примеров такой инверсии. На него возложили ответственность примерно за 10 000–12 000 смертей. [6]
Иногда инверсионный слой находится на достаточно большой высоте, чтобы кучевые облака могли конденсироваться, но могли распространяться только под инверсионным слоем. Это уменьшает количество солнечного света, достигающего земли, и предотвращает образование новых термиков . По мере того как облака рассеиваются, солнечная погода сменяет облачность в цикле, который может происходить более одного раза в день.
По мере повышения температуры воздуха показатель преломления воздуха уменьшается, побочный эффект более горячего воздуха становится менее плотным. Обычно это приводит к тому, что удаленные объекты укорачиваются по вертикали — эффект, который легко увидеть на закате, когда солнце видно в виде овала. При инверсии нормальная картина меняется на противоположную: удаленные объекты вместо этого вытягиваются или кажутся выше горизонта, что приводит к явлению , известному как Фата Моргана или мираж .
Инверсии могут усилить так называемую « зеленую вспышку » — явление, происходящее на восходе или закате солнца, обычно видимое в течение нескольких секунд, при котором зеленый свет Солнца изолируется из-за дисперсии. [7] Более короткая длина волны преломляется больше всего, при этом синий компонент солнечного света «полностью рассеивается в результате рэлеевского рассеяния », в результате чего зеленый свет становится первым или последним видимым светом от верхнего края солнечного диска. [8]
Радиоволны очень высокой частоты могут преломляться путем инверсии, что позволяет слушать FM-радио или смотреть телевизионные передачи в низкочастотном диапазоне УКВ с больших расстояний в туманные ночи. Сигнал , который обычно преломляется вверх и в космос, вместо этого преломляется вниз к Земле пограничным слоем температурной инверсии. Это явление называется тропосферным короблением . Вдоль береговой линии осенью и весной из-за одновременного присутствия нескольких станций из-за меньших потерь при распространении многие FM-радиостанции страдают от серьезного ухудшения сигнала, нарушающего прием. На более высоких частотах, таких как микроволны , такое преломление вызывает многолучевое распространение и замирание .
При наличии инверсионного слоя, если звук или взрыв происходит на уровне земли, звуковая волна преломляется градиентом температуры (который влияет на скорость звука) и возвращается на землю. Таким образом, звук распространяется намного лучше, чем обычно. Это заметно в районах вокруг аэропортов, где звук взлетающих и приземляющихся самолетов часто можно услышать на рассвете на большем расстоянии, чем в другое время суток, а также инверсионный гром, который значительно громче и распространяется дальше, чем когда он производится молнией. удары в нормальных условиях. [9]
Ударная волна от взрыва может отражаться инверсионным слоем почти так же, как она отскакивает от земли при воздушном взрыве, и в результате может нанести дополнительный ущерб. Это явление привело к гибели двух человек в ходе советского ядерного испытания РДС-37, когда обрушилось здание. [10] [11]
Словарное определение температурной инверсии в Викисловаре.
