Инверсия. Мифы и не только

Погода в данной местности оказывает сильное влияние на жизнедеятельность человека, поэтому информация о состоянии земной атмосферы всегда является полезной с экономических позиций и с точки зрения безопасности для здоровья. Температурная инверсия - это один из видов состояния нижних слоев атмосферы. Что она собой представляет и где проявляется, рассматривается в статье.

Что такое температурная инверсия?

Под этим понятием подразумевают рост температуры воздуха по мере увеличения высоты от земной поверхности. Это, казалось бы, безобидное определение влечет за собой достаточно серьезные последствия. Дело в том, что воздух можно считать идеальным газом, для которого давление при фиксированном объеме находится в обратной зависимости от температуры. Поскольку при температурной инверсии с увеличением высоты температура возрастает, значит, давление воздуха снижается и уменьшается его плотность.

Из школьного курса физики известно, что конвекционные процессы, которые обусловливают вертикальное перемешивание в объеме текучей субстанции, находящейся в гравитационном поле, происходят, если нижние слои являются менее плотными, чем верхние (горячий воздух всегда поднимается вверх). Таким образом, температурная инверсия препятствует конвекции в нижних слоях атмосферы.

Нормальные атмосферные условия

В результате многочисленных наблюдений и измерений было установлено, что в умеренной климатической зоне нашей планеты температура воздуха уменьшается на 6,5 °C на каждый километр высоты, то есть на 1 °C при увеличении высоты на 155 метров. Этот факт связан с тем, что нагрев атмосферы происходит не в результате прохождения через нее солнечных лучей (для видимого спектра электромагнитного излучения воздух является прозрачным), а в результате поглощения ею переизлученной энергии в инфракрасном диапазоне от поверхности земли и воды. Поэтому чем ближе воздушные слои к земле, тем они сильнее прогреваются в солнечный день.

В области тропической климатической зоны воздух с увеличением высоты охлаждается медленнее, чем указанные цифры (приблизительно на 1 °C за 180 м). Связано это с наличием в этих широтах ветров пассатов, которые переносят тепло из экваториальных областей в тропики. При этом тепло поступает из верхних слоев (1-1,5 км) в нижние, что препятствует быстрому падению температуры воздуха с увеличением высоты. Кроме того, толщина атмосферы в тропической зоне больше, чем в умеренной.

Таким образом, нормальное состояние атмосферных слоев заключается в их охлаждении с ростом высоты над уровнем моря. Такое состояние благоприятствует перемешиванию и циркуляции воздуха в вертикальном направлении за счет конвекционных процессов.

Почему верхние воздушные слои могут оказаться теплее нижних?

Иными словами, почему проявляется температурная инверсия? Происходит это по той же причине, что и существование нормальных атмосферных условий. Земля имеет большее значение теплопроводности, чем воздух. Это означает, что в ночное время суток, когда на небе нет туч и облаков, она быстро остывает и те атмосферные слои, которые находятся в непосредственном контакте с земной поверхностью, также охлаждаются. В результате получается следующая картина: холодная поверхность земли, холодный слой воздуха в непосредственной близости от нее и теплая атмосфера на некоторой высоте.

Что такое температурная инверсия и где она проявляется? Возникает описанная ситуация часто в низинах, в совершенно любой местности и любых широтах в утренние часы. Низменная местность защищена от горизонтальных перемещений воздушных масс, то есть от ветра, поэтому охлажденный за ночь воздух в ней создает локально стабильную атмосферу. Явление температурной инверсии можно наблюдать в горных долинах. Помимо описанного процесса ночного охлаждения, в горах ее образованию способствует также "сползание" холодного воздуха со склонов в равнины.

Время существования температурной инверсии может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Нормальные атмосферные условия устанавливаются, как только земная поверхность нагревается.

Чем опасно рассматриваемое явление?

Состояние атмосферы, при котором существует температурная инверсия, является стабильным и безветренным. Это означает, что если на данной территории происходят какие-либо выбросы в атмосферу или испарение токсичных веществ, то они никуда не деваются, а остаются в воздухе над рассматриваемой местностью. Иными словами, явление температурной инверсии в атмосфере способствует многократному увеличению в ней концентрации отравляющих веществ, что представляет огромную опасность для здоровья человека.

Описанная ситуация часто возникает над крупными городами и мегаполисами. Например, от последствий температурной инверсии часто страдают такие города, как Токио, Нью-Йорк, Афины, Пекин, Лима, Куала-Лумпур, Лондон, Лос-Анджелес, Бомбей, столица Чили - Сантьяго и многие другие города по всему миру. Из-за большой концентрации людей промышленные выбросы в этих городах являются гигантскими, что приводит к появлению смога в воздухе, нарушающего видимость и создающего угрозу не только для здоровья, но и для жизни человека.

Так, в 1952 году в Лондоне и в 1962 году в Рурской долине (Германия) погибло несколько тысяч человек в результате длительного времени существования температурной инверсии и значительных выбросов в атмосферу оксидов серы.

Столица Перу, Лима

Раскрывая вопрос, что такое температурная инверсия в географии, интересно привести ситуацию в столице Перу. Она расположена на берегу Тихого океана и у подножия гор Анд. Побережье недалеко от города омывается Гумбольдта, что приводит к сильному охлаждению земной поверхности. Последняя, в свою очередь, способствует охлаждению самых нижних воздушных слоев и образованию туманов (при уменьшении температуры воздуха снижается растворимость в нем водяных паров, последнее проявляется в выпадении росы и образовании тумана).

В результате описанных процессов возникает парадоксальная ситуация: побережье Лимы покрыто туманом, который мешает лучам солнца нагревать земную поверхность. Поэтому состояние температурной инверсии является настолько стабильным (горизонтальной циркуляции воздуха мешают горы), что здесь практически никогда не идут дожди. Последний факт объясняет, почему побережье Лимы представляет собой практически пустыню.

Как себя вести в случае получения информации о неблагоприятном состоянии атмосферы?

Если человек живет в крупном городе и он получил информацию о существовании в атмосфере температурной инверсии, то рекомендуется по возможности не выходить на улицу в утренние часы, а подождать, пока земля прогреется. Если же возникает такая необходимость, тогда следует использовать индивидуальные средства защиты дыхательных органов (марлевая повязка, шарф) и не оставаться длительное время на открытом воздухе.

Подобно тому, как в почве или в воде нагревание и охлаждение передаются от поверхности в глубину, так и в воздухе нагревание и охлаждение передаются из нижнего слоя в более высокие слои. Следовательно, суточные колебания температуры должны наблюдаться не только у земной поверхности, но и в высоких слоях атмосферы. При этом, подобно тому как в почве и в воде суточное колебание температуры убывает и запаздывает с глубиной, в атмосфере оно должно убывать и запаздывать с высотой.

Нерадиационная передача тепла в атмосфере происходит, как и в воде, преимущественно путем турбулентной теплопроводности, т. е. при перемешивании воздуха. Но воздух более подвижен, чем вода, и турбулентная теплопроводность в нем значительно больше. В результате суточные колебания температуры в атмосфере распространяются на более мощный слой, чем суточные колебания в океане.

На высоте 300 м над сушей амплитуда суточного хода температуры около 50% амплитуды у земной поверхности, а крайние значения температуры наступают на 1,5--2 часа позже. На высоте 1 км суточная амплитуда температуры над сушей 1--2°, на высоте 2--5 км 0,5--1°, а дневной максимум смещается на вечер. Над морем суточная амплитуда температуры несколько растет с высотой в нижних километрах, но все же остается малой.

Небольшие суточные колебания температуры обнаруживаются даже в верхней тропосфере и в нижней стратосфере. Но там они определяются уже процессами поглощения и излучения радиации воздухом, а не влияниями земной поверхности.

В горах, где влияние подстилающей поверхности больше, чем на соответствующих высотах в свободной атмосфере, суточная амплитуда убывает с высотой медленнее. На отдельных горных вершинах, на высотах 3000 м и больше, суточная амплитуда еще может равняться 3--4°. На высоких обширных плато суточная амплитуда температуры воздуха того же порядка, что и в низинах: поглощенная радиация и эффективное излучение здесь велики, так же как и поверхность соприкосновения воздуха с почвой. Суточная амплитуда температуры воздуха на станции Мургаб на Памире в среднем годовом 15,5°, тогда как в Ташкенте 12°.

Инверсии температуры

В предыдущих параграфах мы неоднократно упоминали об инверсиях температуры. Теперь остановимся на них несколько подробнее, поскольку с ними связаны важные особенности в состоянии атмосферы.

Падение температуры с высотой можно считать нормальным положением вещей для тропосферы, а инверсии температуры -- отклонениями от нормального состояния. Правда, инверсии температуры в тропосфере -- частое, почти повседневное явление. Но они захватывают воздушные слои достаточно тонкие в сравнении со всей толщей тропосферы.

Инверсию температуры можно характеризовать высотой, на которой она наблюдается, толщиной слоя, в котором имеется повышение температуры с высотой, и разностью температур на верхней и нижней границах инверсионного слоя -- скачком температуры. В качестве переходного случая между нормальным падением температуры с высотой и инверсией наблюдается еще явление вертикальной изотермии, когда температура в некотором слое с высотой не меняется.

По высоте все тропосферные инверсии можно разделить на инверсии приземные и инверсии в свободной атмосфере.

Приземная инверсия начинается от самой подстилающей поверхности (почвы, снега или льда). Над открытой водой такие инверсии наблюдаются редко и не так значительны. У подстилающей поверхности температура самая низкая; с высотой она растет, причем этот рост может распространяться на слой в несколько десятков и даже сотен метров. Затем инверсия сменяется нормальным падением температуры с высотой.

Инверсия в свободной атмосфере наблюдается в некотором слое воздуха, лежащем на той или иной высоте над земной поверхностью (рис.5.20). Основание инверсии может находиться на любом уровне в тропосфере; однако наиболее часты инверсии в пределах нижних 2 км (если не говорить об инверсиях на тропопаузе, собственно уже не тропосферных). Толщина инверсионного слоя также может быть самой различной -- от немногих десятков до многих сотен метров. Наконец, скачок температуры на инверсии, т. е. разность температур на верхней и нижней границах инверсионного слоя, может колебаться от 1° и меньше до 10--15° и больше.

Заморозки

Важное в практическом отношении явление заморозков связано как с суточным ходом температуры, так и с непериодическими ее понижениями, причем обе эти причины обычно действуют совместно.

Заморозками называют понижения температуры воздуха ночью до нуля градусов и ниже в то время, когда средние суточные температуры уже держатся выше нуля, т. е. весной и осенью.

Весенние и осенние заморозки могут иметь самые неблагоприятные последствия для садовых и огородных культур. При этом необязательно, чтобы температура опускалась ниже нуля в метеорологической будке. Здесь, на высоте 2 м, она может остаться несколько выше нуля; но в самом нижнем, при почвенном слое воздуха она в это же время падает до нуля и ниже, и огородные или ягодные культуры повреждаются. Бывает и так, что температура воздуха даже и на небольшой высоте над почвой остается выше нуля, но сама почва или растения на ней охлаждаются путем излучения до отрицательной температуры и на них появляется иней. Это явление называется заморозком на почве и также может погубить молодые растения.

Заморозки чаще всего бывают, когда в данный район приходит достаточно холодная воздушная масса, например арктического воздуха. Температура в нижних слоях этой массы днем все-таки выше нуля. Ночью же температура воздуха падает в суточном ходе ниже нуля, т. е. наблюдается заморозок.

Для заморозка нужна ясная и тихая ночь, когда эффективное излучение с поверхности почвы велико, а турбулентность мала и воздух, охлаждающийся от почвы, не переносится в более высокие слои, а подвергается длительному охлаждению. Такая ясная и тихая погода обычно наблюдается во внутренних частях областей высокого атмосферного давления, антициклонов.

Сильное ночное охлаждение воздуха у земной поверхности приводит к тому, что с высотой температура повышается. Другими словами, при заморозке имеет место приземная инверсия температуры.

Заморозки чаще происходят в низинах, чем в возвышенных местах или на склонах, так как в вогнутых формах рельефа ночное понижение температуры усилено. В низких местах холодный воздух больше застаивается и длительнее охлаждается.

Поэтому заморозок нередко поражает сады, огороды или виноградники в низкой местности, в то время как на склонах холма они остаются неповрежденными.

Последние весенние заморозки наблюдаются в центральных областях Европейской территории СНГ в конце мая -- начале июня, а уже в начале сентября возможны первые осенние заморозки (карты VII, VIII).

В настоящее время разработаны достаточно эффективные средства для защиты садов и огородов от ночных заморозков. Огород или сад укутывается дымовой завесой, которая понижает эффективное излучение и уменьшает ночное падение температуры. Грелками разного рода можно подогревать нижние слои воздуха, накопляющегося в приземном слое. Участки с садовыми или огородными культурами можно закрывать на ночь особой пленкой, расставлять над ними соломенные или пластикатовые навесы, также уменьшающие эффективное излучение с почвы и растений, и т. д. Все такие меры следует принимать, когда уже с вечера температура достаточно низка и, согласно прогнозу погоды, предстоит ясная и тихая ночь.

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

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°С 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

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

Ссылки

Инверсия температуры - статья из Большой советской энциклопедии
Хргиан А. Х., Физика атмосферы, М., 1969.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Инверсия температуры" в других словарях:

Явление, наблюдаемое в тех случаях, когда температура возрастает с высотой, вместо того чтобы убывать, т. е. когда в атмосфере имеется отрицательный температурный градиент. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь

инверсия температуры - Повышение температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного ее понижения. Syn.: температурная инверсия … Словарь по географии

Большой Энциклопедический словарь

инверсия температуры - 3.37 инверсия температуры: Повышение температуры воздуха с высотой вместо обычного понижения в некотором слое атмосферы. Инверсии температуры встречаются как в приземном слое воздуха, начиная от поверхности почвы (приземная инверсия), так и в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения. Различают приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности, и инверсии температуры в свободной атмосфере; первые чаще… … Энциклопедический словарь

инверсия температуры - temperatūros apgrąža statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. temperature inversion vok. Temperatururmkehr, f rus. инверсия температуры, f pranc. inversion de température, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Повышение темп ры воздуха с высотой в нек ром слое атмосферы вместо обычного понижения. Различают приземные И. т., начинающиеся непосредственно от земной поверхности, и И. т. в свободной атмосфере; первые чаще всего связаны с охлаждением воздуха… … Естествознание. Энциклопедический словарь

У этого термина существуют и другие значения, см. Инверсия. Поднимающийся дым сдерживается вышележащим слоем более тёплого воздуха (Шо … Википедия

- (лат.). Превращение вообще и особенно превр. сахара в глюкозы и фруктозы. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ИНВЕРСИЯ [лат. inversio переворачивание, перестановка] 1) лингв. изменение обычного порядка… … Словарь иностранных слов русского языка

Одно из фундаментальных понятий физики и статистической механики, используемое для описания принципов функционирования лазеров. Содержание 1 Распределение Больцмана и термодинамическое равновесие … Википедия

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

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).