Температурная инверсия

Температурная инверсия озера Лох-Торридон, Шотландия

Температу́рная инве́рсия (лат. inversio — перестановка) — повышение температуры воздуха с высотой в относительно тонком слое атмосферы, вместо нормального падения температуры (тёплый воздух оказывается над более холодным слоем). Образует стабильные профили, без конвективных движений. Встречается в приземном слое воздуха и свободной атмосфере.

Область распространения

Температурные инверсии встречаются в приземном слое воздуха, начиная от поверхности почвы (приземная инверсия) и в свободной атмосфере (инверсия свободной атмосферы), особенно в двух нижних километрах. Кроме того инверсия температуры может встретиться при переходе от тропосферы к стратосфере.

Приземные инверсии образуются в безветренные ночи (зимой иногда и днём) в результате интенсивного излучения тепла земной поверхностью. Это приводит к охлаждению как её самой, так и прилегающего слоя воздуха. Кроме того приземная температурная инверсия возникает при ночном выхолаживании воздуха над почвой, снежным и ледяным покровом, из-за скопления холодного воздуха в котловинах и долинах.

Характеристика

Основными характеристиками температурной инверсии являются:

• нижняя граница (основание) слоя инверсии — высота, с которой начинается повышение температуры;
• верхняя граница;
• вертикальная мощность слоя инверсии;
• величина инверсии, или скачок температуры в слое инверсии (разность температур на верхней и нижней границах слоя инверсии).

Мощность приземных инверсий обычно составляет десятки метров, а в особых условиях, например, в Антарктиде — сотен метров. Инверсии в свободной атмосфере могут иметь вертикальную мощность в сотню метров, иногда свыше 1000 м. Прирост температуры в слое инверсии может достигать 10—15°.

Типология

Приземные инверсии

Радиационная инверсия возникает в ночное время над поверхностями почвы, её при­чи­ной яв­ля­ет­ся ра­ди­аци­он­ное вы­хо­ла­жи­ва­ние (те­п­ло­вое из­лу­че­ние зем­ной по­верх­но­сти). Для образования приземных инверсий особенно благоприятны ясные ночи со слабым ветром. С восходом Солнца приземная инверсия радиационного типа разрушается, так как ночное охлаждение почвы сменяется прогреванием.

Рельеф местности может усиливать инверсию. Охлаждение воздуха в ясную погоду особенно велико в котловинах, откуда выхоложенный воздух не находит выхода.

Снежные или весенние инверсии также довольно распространены и формируются над снежным покровом при положительных температурах воздуха. Когда теплый воздух проходит над снегом, он теряет тепло, так как часть энергии уходит на процесс таяния снега. Если ветер обладает достаточной силой, то из-за турбулентности инверсия может наблюдаться не на уровне земли, а на определенной высоте. В летний период приземные инверсии часто встречаются и над полярными льдами, где они возникают из-за охлаждения воздуха над участками тающего льда.

Приподнятые инверсии

В тропосфере, на высоте над приземным уровнем, температурные инверсии возникают в условиях антициклонов, где воздух оседает, что приводит к его сжатию и, соответственно, нагреву. Такие инверсии, называемые инверсиями оседания, связаны с нисходящими потоками воздуха. В этом процессе значительное влияние может оказывать излучение, исходящее от поверхности облаков или тумана.

Инверсии оседания покрывают обширные территории в соответствии с размерами антициклонов, в которых они возникают. Особенно велики инверсии оседания в зимних устойчивых антициклонах над материками умеренных широт.

Температурная инверсия в океане

В океа­не по­вы­ше­ние температуры с глу­би­ной вме­сто её по­ни­же­ния, ха­рак­тер­но­ для боль­шей час­ти Ми­ро­во­го океана. Температурная инверсия в раз­ных сло­ях океа­на воз­ни­ка­ет под влия­ни­ем различных фи­зических про­цес­сов: у по­верх­но­сти это тепло­мас­со­об­мен океа­на и атмосферы, в тол­ще стра­ти­фи­ци­ро­ван­ных вод — адвекция, в при­дон­ном слое — гео­тер­маль­ные про­цессы.

Вер­ти­каль­ный мас­штаб ин­вер­си­он­ных сло­ёв из­ме­ня­ет­ся от не­сколь­ких мил­ли­мет­ров (вбли­зи гра­ни­цы с ат­мо­сфе­рой) до не­сколь­ких со­тен мет­ров и бо­лее в тол­ще океа­на. Ин­вер­си­он­ные слои вбли­зи поверх­но­сти и дна час­то име­ют не­ус­той­чи­вое рас­пре­де­ле­ние плот­но­сти, что по­рож­да­ет кон­век­тив­ное пе­ре­ме­ши­ва­ние вод. В тол­ще океа­на эти слои, как пра­ви­ло, ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ус­той­чи­вым распределени­ем плот­но­сти, свя­зан­ным с уве­ли­че­ни­ем со­лё­но­сти вод с глу­би­ной.

Температурные инверсии, дос­ти­гаю­щие не­сколь­ких гра­ду­сов Цель­сия, обу­слов­ле­ны во­до­об­ме­ном от­кры­то­го океа­на с мо­ря­ми. Например, сток бо­лее тё­п­лых и со­лё­ных вод из Средиземного моря в Атлантический океан или из Красного моря в Индийский океан вы­зы­ва­ют круп­но­мас­штаб­ные температурные ин­вер­сии.

Влияние температурной инверсии на экологию и хозяйственную деятельность

Ин­вер­си­он­ные слои воздух пре­пят­ст­ву­ют раз­ви­тию вер­ти­каль­ных дви­же­ний, образуя очень стабильные профили, без их перемешивания. В результате выбросы не перемещаются вверх, а загрязнения могут оставаться около поверхности Земли. Это спо­соб­ст­ву­ют на­ко­п­ле­нию га­зо­вых и аэ­ро­золь­ных при­ме­сей, об­ра­зо­ва­нию ды­мок и ту­ма­нов, воз­ник­но­ве­нию верх­них ми­ра­жей.

Температурные инверсии влия­ют на рас­про­стра­не­ние внутренних гравитационных волн в атмосфере и ра­дио­волн. Весной и осенью приземные инверсии могут привести к ночным заморозкам.