Инверсия. Мифы и не только К чему приводит явление температурной инверсии

С увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии , то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения (см. атмосфера Земли).

Различают два типа инверсии:

приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии - десятки метров)
инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки , тумана , смога , облаков , миражей . Инверсия сильно зависит от местных особенностей рельефа. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15-20 °C и более. Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде в зимний период.

Нормальные атмосферные условия

Как правило, в нижних слоях атмосферы (тропосфера) воздух около поверхности Земли теплее чем воздух, расположенный выше, поскольку атмосфера в основном нагревается от солнечного излучения через земную поверхность. С изменением высоты температура воздуха понижается, средняя скорость уменьшения составляет 1 °C на каждые 160 м.

Причины и механизмы возникновения инверсии

Последствия температурной инверсии

Инверсия в метеорологии означает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения.

Различают два типа инверсии:

Приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии - десятки метров)

Инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков, миражей. Инверсия сильно зависит от местных особенностей рельефа. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15-20 °C и более. Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде в зимний период.

Нормальные атмосферные условия

Причины и механизмы возникновения инверсии

При определённых условиях нормальный вертикальный градиент температуры изменяется таким образом, что более холодный воздух оказывается у поверхности Земли. Это может произойти, например, при движении тёплой, менее плотной воздушной массы над холодным, более плотным слоем. Этот тип инверсии возникает в близости тёплых фронтов, а также в областях океанического апвеллинга (Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём - это процесс, при котором глубинные воды океана поднимаются к поверхности), например у берегов Калифорнии. При достаточной влажности более холодного слоя, типично образование тумана под инверсионной «крышкой».
Ясной, тихой ночью при антициклоне холодный воздух может спускаться по склонам гор и собираться в долинах, где в результате температура воздуха будет ниже, чем на 100 или 200 м выше. Над холодным слоем там будет более тёплый воздух, который, вероятно, образует облако или лёгкий туман. Температурная инверсия наглядно демонстрируется на примере дыма от костра. Дым будет подниматься вертикально, а затем, когда достигнет «слоя инверсии», изогнётся горизонтально. Если эта ситуация создаётся в больших масштабах, пыль и грязь (смог), поднимающиеся в атмосферу, остаются там и, накапливаясь, приводят к серьёзному загрязнению.

Инверсия опускания

Инверсия температуры может возникнуть в свободной атмосфере при опускании широкого слоя воздуха, и нагреве его вследствие адиабатического сжатия, что обычно связывается с субтропическими областями высокого давления. Турбулентность может постепенно поднять инверсионный слой на большую высоту и «проколоть» его, в результате чего образуются грозы и даже (при определённых обстоятельствах) тропические циклоны.

Последствия температурной инверсии

При прекращении нормального процесса конвекции происходит загрязнение нижнего слоя атмосферы. Это вызывает проблемы в городах с большими объёмами выбросов. Инверсионные эффекты часто возникают в таких больших городах, как Мумбаи (Индия), Лос-Анджелес (США), Мехико (Мексика), Сан-Паулу (Бразилия), Сантьяго (Чили) и Тегеран (Иран). Небольшие города, такие как Осло (Норвегия) и Солт-Лейк-Сити (США), расположенные в долинах холмов и гор, также испытывают влияние запирающего инверсионного слоя. При сильной инверсии загрязнения воздуха могут стать причиной респираторных заболеваний. Великий смог в 1952 году в Лондоне является одним из самых серьёзных подобных событий - из-за него умерло более 10 тысяч человек.
Температурная инверсия представляет опасность для взлетающих самолётов, так как при входе воздушного судна в вышележащие слои более теплого воздуха снижается тяга двигателей.
Зимой инверсия может привести к опасным явлениям природы. Очень сильным морозам в антициклоне. Ледяному дождю при выходе атлантических и южных циклонов(особенно при прохождение их тёплых фронтов).

В самом общем смысле инверсия – это нарушение привычного хода вещей или порядка. Инверсия температуры – это повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения.

Известно, что плавное убывание температур с высотой следует считать только общим свойством тропосферы. Очень часто наблюдается такая стратификация воздуха, при которой в направлении вверх температура или не понижается, или даже повышается. Возрастание температуры с высотой над земной поверхностью называется его инверсией.

По мощности слоя воздуха, в котором наблюдается повышение температуры, различают а) инверсии приземные , захватывающие несколько метров, и б) инверсии свободной атмосферы , простирающиеся до трех километров.

Приращение температуры (или величина инверсии) может достигать 10 0 С и более. При этом атмосфера оказывается как бы расслоенной: одна масса воздуха от другой массы отделяется слоем инверсии.

По происхождению приземные инверсии разделяются на радиационные, адвективные, орографические и снежные.

Радиационные инверсии возникают летом при тихой и безоблачной погоде. После захода Солнца поверхность, а от нее и нижние слои воздуха охлаждаются, а лежащие выше еще сохраняют дневной запас тепла. Мощность таких инверсий колеблется от 10 до 300 м в зависимости от погоды. Радиационные инверсии бывают над ледяными поверхностями в любое время года при потере ими тепла лучеиспусканием.

Орографические инверсии формируются в пересеченной местности при безветренной погоде, когда холодный воздух стекает вниз, а на холмах и склонах гор удерживается более теплый воздух.

Адвективные инверсии бывают при движении теплого воздуха в холодную местность. Причем нижние слои воздуха охлаждаются от соприкосновения с холодной поверхностью, а верхние на время остаются теплыми.

Снежные (весенние) инверсии наблюдаются ранней весной над снежными поверхностями. Они вызываются затратой воздухом большого количества тепла на таяние снега.

В свободной атмосфере наиболее распространены антициклональные инверсии сжатия и циклонические фронтальные инверсии .

Антициклональные инверсии сжатия образуются в антициклонах зимой и наблюдаются на высоте 1-2 км. Температура опускающегося воздуха в средней тропосфере повышается, но близ земной поверхности, где начинается горизонтальное растекание воздуха, она повышается. Это явление наблюдается на огромных территориях Арктики, Антарктики, Восточной Сибири и т.д.

Циклонические фронтальные инверсии образуются в циклонах вследствие натекания теплого воздуха на холодный.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Различают два типа инверсии:

приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии - десятки метров)
инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Нормальные атмосферные условия

Причины и механизмы возникновения инверсии

Последствия температурной инверсии

Температурная инверсия представляет опасность для взлетающих самолётов, так как при входе воздушного судна в вышележащие слои более теплого воздуха снижается тяга двигателей.

Зимой инверсия может привести к опасным явлениям природы, таким как сильные морозы в антициклоне, ледяному дождю при выходе атлантических и южных циклонов (особенно при прохождении их тёплых фронтов).

См. также

Напишите отзыв о статье "Инверсия (метеорология)"

Примечания

Ссылки

Инверсия температуры // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . - 3-е изд. - М . : Советская энциклопедия, 1969-1978.
Хргиан А. Х. Физика атмосферы М., 1969

Отрывок, характеризующий Инверсия (метеорология)

– А чтобы не разорять край, который мы оставляли неприятелю, – злобно насмешливо сказал князь Андрей. – Это очень основательно; нельзя позволять грабить край и приучаться войскам к мародерству. Ну и в Смоленске он тоже правильно рассудил, что французы могут обойти нас и что у них больше сил. Но он не мог понять того, – вдруг как бы вырвавшимся тонким голосом закричал князь Андрей, – но он не мог понять, что мы в первый раз дрались там за русскую землю, что в войсках был такой дух, какого никогда я не видал, что мы два дня сряду отбивали французов и что этот успех удесятерял наши силы. Он велел отступать, и все усилия и потери пропали даром. Он не думал об измене, он старался все сделать как можно лучше, он все обдумал; но от этого то он и не годится. Он не годится теперь именно потому, что он все обдумывает очень основательно и аккуратно, как и следует всякому немцу. Как бы тебе сказать… Ну, у отца твоего немец лакей, и он прекрасный лакей и удовлетворит всем его нуждам лучше тебя, и пускай он служит; но ежели отец при смерти болен, ты прогонишь лакея и своими непривычными, неловкими руками станешь ходить за отцом и лучше успокоишь его, чем искусный, но чужой человек. Так и сделали с Барклаем. Пока Россия была здорова, ей мог служить чужой, и был прекрасный министр, но как только она в опасности; нужен свой, родной человек. А у вас в клубе выдумали, что он изменник! Тем, что его оклеветали изменником, сделают только то, что потом, устыдившись своего ложного нарекания, из изменников сделают вдруг героем или гением, что еще будет несправедливее. Он честный и очень аккуратный немец…
– Однако, говорят, он искусный полководец, – сказал Пьер.
– Я не понимаю, что такое значит искусный полководец, – с насмешкой сказал князь Андрей.
– Искусный полководец, – сказал Пьер, – ну, тот, который предвидел все случайности… ну, угадал мысли противника.
– Да это невозможно, – сказал князь Андрей, как будто про давно решенное дело.
Пьер с удивлением посмотрел на него.
– Однако, – сказал он, – ведь говорят же, что война подобна шахматной игре.
– Да, – сказал князь Андрей, – только с тою маленькою разницей, что в шахматах над каждым шагом ты можешь думать сколько угодно, что ты там вне условий времени, и еще с той разницей, что конь всегда сильнее пешки и две пешки всегда сильнее одной, a на войне один батальон иногда сильнее дивизии, а иногда слабее роты. Относительная сила войск никому не может быть известна. Поверь мне, – сказал он, – что ежели бы что зависело от распоряжений штабов, то я бы был там и делал бы распоряжения, а вместо того я имею честь служить здесь, в полку вот с этими господами, и считаю, что от нас действительно будет зависеть завтрашний день, а не от них… Успех никогда не зависел и не будет зависеть ни от позиции, ни от вооружения, ни даже от числа; а уж меньше всего от позиции.
– А от чего же?
– От того чувства, которое есть во мне, в нем, – он указал на Тимохина, – в каждом солдате.
Князь Андрей взглянул на Тимохина, который испуганно и недоумевая смотрел на своего командира. В противность своей прежней сдержанной молчаливости князь Андрей казался теперь взволнованным. Он, видимо, не мог удержаться от высказывания тех мыслей, которые неожиданно приходили ему.
– Сражение выиграет тот, кто твердо решил его выиграть. Отчего мы под Аустерлицем проиграли сражение? У нас потеря была почти равная с французами, но мы сказали себе очень рано, что мы проиграли сражение, – и проиграли. А сказали мы это потому, что нам там незачем было драться: поскорее хотелось уйти с поля сражения. «Проиграли – ну так бежать!» – мы и побежали. Ежели бы до вечера мы не говорили этого, бог знает что бы было. А завтра мы этого не скажем. Ты говоришь: наша позиция, левый фланг слаб, правый фланг растянут, – продолжал он, – все это вздор, ничего этого нет. А что нам предстоит завтра? Сто миллионов самых разнообразных случайностей, которые будут решаться мгновенно тем, что побежали или побегут они или наши, что убьют того, убьют другого; а то, что делается теперь, – все это забава. Дело в том, что те, с кем ты ездил по позиции, не только не содействуют общему ходу дел, но мешают ему. Они заняты только своими маленькими интересами.
– В такую минуту? – укоризненно сказал Пьер.
– В такую минуту, – повторил князь Андрей, – для них это только такая минута, в которую можно подкопаться под врага и получить лишний крестик или ленточку. Для меня на завтра вот что: стотысячное русское и стотысячное французское войска сошлись драться, и факт в том, что эти двести тысяч дерутся, и кто будет злей драться и себя меньше жалеть, тот победит. И хочешь, я тебе скажу, что, что бы там ни было, что бы ни путали там вверху, мы выиграем сражение завтра. Завтра, что бы там ни было, мы выиграем сражение!

Повышение температуры в тропосфере атмосферы с ростом высоты характеризуется как температурная инверсия (рис. 11.1, в). В этом случае атмосфера оказывается весьма устойчивой. Наличие инверсии в значительной степени замедляет вертикальное перемещение загрязняющих веществ и, как следствие, увеличивает их концентрацию в приземном слое.

Наиболее часто наблюдается инверсия, возникающая при опускании слоя воздуха в воздушную массу с более высоким давлением, либо при радиационной потере тепла земной поверхностью в ночное время. Первый тип инверсии обычно называют инверсией оседания . Инверсионный слой в этом случае обычно располагается на некотором расстоянии от земной поверхности, а формируется инверсия путем адиабатического сжатия и нагревания слоя воздуха в процессе его опускания вниз в область центра высокого давления.

Из уравнения (11.5) получаем:

Значение удельной изобарной теплоемкости С р для воздуха не значительно изменяется от температуры в достаточно большом температурном диапазоне. Однако в связи с изменением барометрического давления плотность на верхней границе слоя инверсии меньше, чем у его основания, т. е.

. (11.11)

Это означает, что верхняя граница слоя нагревается быстрее, чем нижняя. Если опускание продолжается в течение длительного времени, в слое будет создаваться положительный градиент температуры. Таким образом, опускающаяся воздушная масса является как бы гигантской крышкой для атмосферы, расположенной ниже слоя инверсии.

Слои инверсии оседания обычно оказываются выше источников выбросов и, таким образом, не оказывают существенного влияния на явления короткопериодного загрязнения атмосферного воздуха. Однако такая инверсия может просуществовать несколько дней, что сказывается на долговременном накоплении загрязняющих веществ. Случаи загрязнения с опасными последствиями для здоровья людей, наблюдавшиеся в городских районах в прошлом, часто были связаны с инверсиями оседания.

Рассмотрим причины, приводящие к возникновению радиационной инверсии . В этом случае слои атмосферы, расположенные над поверхностью Земли, в течение дня получают тепло за счет теплопроводности, конвекции и излучения от земной поверхности и в итоге нагреваются. В результате температурный профиль нижних слоев атмосферы обычно характеризуется отрицательным температурным градиентом. Если затем следует ясная ночь, то земная поверхность излучает тепло и быстро остывает. Слои воздуха, прилегающие к земной поверхности, охлаждаются до температуры расположенных выше слоев. В результате дневной температурный профиль преобразуется в профиль обратного знака, и слои атмосферы, прилегающие к земной поверхности, прикрываются устойчивым инверсионным слоем. Этот тип инверсии наблюдается в ранние часы и характерен для периодов ясного неба и безветренной погоды. Инверсионный слой разрушается восходящими потоками теплого воздуха, возникающими при нагревании поверхности земли лучами утреннего солнца.

Радиационная инверсия играет важную роль в загрязнении атмосферы, так как в этом случае инверсионный слой располагается внутри слоя, который содержит источники загрязнения (в отличие от инверсии оседания). Кроме того, радиационная инверсия наиболее часто происходит в условиях безоблачных и безветренных ночей, когда мала вероятность очищения воздуха от загрязнения осадками или боковыми ветрами.

Интенсивность и продолжительность инверсии зависят от сезона. Осенью и зимой, как правило, имеют место продолжительные инверсии, их число велико. На инверсии оказывает влияние и топография местности. Например, холодный воздух, скопившийся ночью в межгорной котловине, может быть «заперт» там теплым воздухом, оказавшимся над ним.

Возможно и другие типы локальных инверсий, например инверсии, связанные с морским бризом при прохождении теплого воздушного фронта над большим континентальным участком суши. Прохождение холодного фронта, перед которым расположена область теплого воздуха, также приводит к инверсии.

Инверсии – обычное явление для многих районов. Например, на западном побережье США они наблюдаются в течение почти 340 дней в году.

Степень устойчивости атмосферы можно определить по величине градиента «потенциальной» температуры:

. (11.12)

где
– градиент температуры, наблюдаемый в окружающем воздухе.

Отрицательное значение градиента «потенциальной» температуры (Г пот < 0) свидетельствует о сверхадиабатическом характере профиля температуры и неустойчивых условиях в атмосфере. В случае, когдаГ пот > 0, атмосфера устойчива. В случае, если градиент «потенциальной» температуры приближается к нулю (Г пот  0), атмосфера характеризуется как безразличная.

Кроме рассмотренных случаев температурной инверсии, которые носят локальный характер, в атмосфере Земли наблюдаются две инверсионные зоны глобального характера. Первая зона глобальной инверсии от поверхности Земли начинается с нижней границы тропопаузы (11 км для стандартной атмосферы) и заканчивается на верхней границы стратопаузы (примерно 50 км). Эта инверсионная зона препятствует распространению примесей, образовавшихся в тропосфере или выделяющихся с поверхности Земли, в другие области атмосферы. Вторая зона глобальной инверсии, расположенная в термосфере, в определенной степени препятствует рассеянию атмосферы в космическое пространство.

Рассмотрим на примере порядок определения градиента «потенциальной» температуры. Температура у поверхности Земли на высоте 1,6 м составляет –10 °С, на высоте 1800 м – –50 °С, –12 °С, –22 °С.

Целью расчета является оценка состояния атмосферы по величине градиента «потенциальной» температуры.

Для расчета градиента «потенциальной» температуры воспользуемся уравнением (11.12)

Здесь Г = 0,00645 град./м – стандартный, или нормальный адиабатический вертикальный, температурный градиент.

Проанализируем рассчитанные значения градиента «потенциальной» температуры. Характер изменения температуры для рассматриваемых случаев состояния атмосферы представлен на рис. 11.2.

Г пот 1 < 0 свидетельствует о сверхадиабатическом характере профиля температуры и неустойчивых условиях в атмосфере.

Г пот 2 > 0 – атмосфера устойчива.

Г пот 3 ≈ 0 – атмосфера характеризуется как безразличная.