Инверсия (метеорология)

редактировать
Отклонение от нормального изменения свойств атмосферы с высотой

Температурная инверсия в Озерном крае Инверсия температуры в Лейк-Дистрикт, Англия, формирует облака на низком уровне под чистым небом. Дым, поднимающийся в Лохкаррон, Шотландия, задерживается слоем более теплого воздуха (2006). Смог в ловушке над городом Алматы, Казахстан во время температурной инверсии. Задымленные каньоны на севере Аризоны, 2019 г. В утренние и вечерние часы часто бывает густой дым оседает в низинных областях и становится захваченным из-за температурных инверсий - когда слой в нижних слоях атмосферы действует как крышка и предотвращает вертикальное перемешивание воздуха. Крутые стены каньона действуют как горизонтальный барьер, концентрируя дым в самых глубоких частях каньона и увеличивая силу инверсии.

В метеорологии инверсия, также известная как температурная инверсия, представляет собой отклонение от нормального изменения свойства атмосферы с высотой. Это почти всегда относится к инверсии теплового градиента. Обычно температура воздуха понижается с увеличением высоты. Во время инверсии более теплый воздух удерживается над более холодным воздухом; нормальный температурный профиль с высотой инвертируется.

Инверсия улавливает загрязнения воздуха, такие как смог, близко к земле. Инверсия также может подавить конвекцию, действуя как «колпачок». Если этот колпачок сломан по любой из нескольких причин, конвекция любой присутствующей влаги может перерасти в сильную грозу. Известно, что инверсия температуры может привести к переохлаждению в холодном климате.

Содержание

  • 1 Нормальные атмосферные условия
  • 2 Причины
  • 3 Инверсия оседания
  • 4 Последствия
    • 4.1 Радиоволны
    • 4.2 Звук
    • 4.3 Ударные волны
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Нормальные атмосферные условия

Обычно в нижних слоях атмосферы (тропосфера ) воздух около поверхности Земли теплее воздуха над ней, в основном потому, что атмосфера нагревается снизу, поскольку солнечное излучение нагревает поверхность Земли, которая, в свою очередь, нагревает слой атмосферы непосредственно над ней, например, термиками (конвективный теплообмен ). Температура воздуха также снижается с увеличением высоты, потому что более высокий воздух имеет более низкое давление, а более низкое давление приводит к более низкой температуре в соответствии с законом идеального газа и адиабатическим градиентом.

Причины

Высота (ось y ) в зависимости от температуры (ось x ) при нормальных атмосферных условиях (черная линия). Когда слой на расстоянии 6–8 километров (4–5 миль) (обозначен AB) опускается сухим адиабатически, результатом является инверсия, наблюдаемая у земли на расстоянии 1–2 км (1–1 миля) (CD Клагенфуртер-Беккен (Австрия ) в декабре 2015 г.: на горе Горичнигкогель есть отчетливая обратная граница изморози.

При правильных условиях нормальный вертикальный градиент температуры перевернут так, что воздух у поверхности Земли холоднее. Это может произойти, когда, например, более теплая и менее плотная воздушная масса движется над более холодной и более плотной воздушной массой. Этот тип инверсии происходит вблизи теплых фронтов, а также в районах океанического апвеллинга, например, вдоль побережья Калифорнии в Соединенных Штатах. При достаточной влажности в более холодном слое туман обычно присутствует ниже инверсионной крышки. Инверсия также возникает всякий раз, когда излучение с поверхности Земли превышает количество излучения, полученного от Солнца, что обычно происходит ночью или зимой, когда угол наклона Солнца к небу очень низкий. Этот эффект практически ограничен сушей, поскольку океан сохраняет тепло намного дольше. В полярных регионах зимой инверсии почти всегда присутствуют над сушей.

Более теплая воздушная масса, движущаяся по более прохладной, может «отключить» любую конвекцию, которая может присутствовать в более холодной воздушной массе. Это известно как инверсия перекрытия. Однако, если этот колпачок сломан, либо из-за чрезмерной конвекции, преодолевающей колпачок, либо из-за подъемного эффекта фронта или горного хребта, внезапное высвобождение скованной конвективной энергии - например, лопнувший воздушный шар - может привести к серьезным последствиям. грозы. Такие инверсии перекрытия обычно предшествуют развитию торнадо на Среднем Западе США. В этом случае «более холодный» слой на самом деле довольно теплый, но все же плотнее и обычно холоднее, чем покрывающая его нижняя часть инверсионного слоя.

Инверсия оседания

Инверсия может развиваться на высоте в результате постепенного опускания воздуха на большой площади и его нагревания за счет адиабатического сжатия, обычно связанного с субтропическим зоны высокого давления. В результате над океаном может образоваться стабильный морской слой. Однако по мере того, как этот слой движется над все более теплой водой, турбулентность в морском слое может постепенно поднимать инверсионный слой на более высокие высоты и в конечном итоге даже пробивать его, вызывая грозы и, при определенных обстоятельствах, тропические циклоны. Скопившийся под инверсией смог и пыль быстро окрашивают небо в красноватый цвет, что хорошо видно в солнечные дни.

Последствия

A Фата Моргана (или мираж ) корабля из-за переворота (2008). Зимний дым в Шанхае, Китай, с четким пограничным слоем для вертикального распространения воздуха (1993). Температурная инверсия в Братиславе, Словакии, просмотр начало Новы Мост (2005). Долина в низкие, частично покрытые лесом горы зимой, покрытые снегом. Внизу деревня, почти скрытая слоем серовато-коричневого воздуха Созданный инверсией смог в Нова-Руда, Польша, 2017

Температурные инверсии останавливают атмосферную конвекцию (которая обычно присутствует) в пораженной области и может приводят к высоким концентрациям атмосферных загрязнителей. Города особенно страдают от воздействия температурных инверсий, поскольку они производят больше атмосферных загрязнителей и имеют более высокие тепловые массы, чем сельские районы, что приводит к более частым инверсиям с более высокими концентрациями загрязнителей. Эффекты еще более выражены, когда город окружен холмами или горами, поскольку они создают дополнительный барьер для циркуляции воздуха. Во время сильной 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. Он был обвинен примерно в 11 000–12 000 смертей.

Иногда слой инверсии находится на достаточно большой высоте, поэтому кучевые облака могут конденсироваться, но могут распространяться только под слоем инверсии. Это уменьшает количество солнечного света, достигающего земли, и предотвращает образование новых термиков. Когда облака рассеиваются, солнечная погода заменяет облачность в цикле, который может происходить чаще, чем один раз в день.

При повышении температуры воздуха показатель преломления воздуха уменьшается, побочный эффект - более горячий воздух становится менее плотным. Обычно это приводит к тому, что далекие объекты укорачиваются по вертикали, эффект, который легко увидеть на закате, когда солнце видно в виде овала. В инверсии нормальный паттерн меняется на противоположный, и удаленные объекты вместо этого вытягиваются или кажутся выше горизонта, что приводит к феномену, известному как Фата Моргана или mirage.

Инверсия может усиливать так называемую «зеленую вспышку » - явление, происходящее на восходе или закате, обычно видимое в течение нескольких секунд, при котором зеленый свет солнца изолирован из-за рассеивания. Более короткая длина волны преломляется больше всего, поэтому это первый или последний видимый свет от верхнего края солнечного диска.

Радиоволны

Очень высокочастотные радиоволны может преломляться инверсией, что позволяет слышать FM-радио или смотреть УКВ-передачи в низком -диапазоне с больших расстояний туманными ночами. Сигнал , который обычно преломляется вверх и в космос, вместо этого преломляется вниз к Земле пограничным слоем с инверсией температуры. Это явление называется тропосферным воздуховодом. Вдоль береговых линий осенью и весной из-за одновременного присутствия нескольких станций из-за уменьшения потерь на распространение многие FM-радиостанции страдают от серьезного ухудшения качества сигнала, нарушающего прием.

На более высоких частотах, таких как микроволны, такое преломление вызывает многолучевое распространение и затухание.

Звук

Когда инверсионный слой присутствует, если звук или взрыв происходит на уровне земли, звуковая волна преломляется градиентом температуры (который влияет на скорость звука) и возвращается к земле. Таким образом, звук проходит намного лучше, чем обычно. Это заметно в районах вокруг аэропортов, где звук взлета и посадки самолетов часто можно услышать на рассвете на больших расстояниях, чем в другое время дня, и инверсионный гром, который значительно громче и распространяется дальше, чем когда он создается молнией. ударов в нормальных условиях.

Ударные волны

Ударная волна от взрыва может отражаться инверсионным слоем почти так же, как она отражается от земли в взрыв воздуха и в результате может нанести дополнительный ущерб. Это явление привело к гибели трех человек в ходе советского RDS-37 ядерного испытания, когда обрушилось здание.

См. Также

  • icon Портал погоды

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Метеорологическая инверсия.
Последняя правка сделана 2021-05-24 05:41:31
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте