Инверсия (метеорология) - Inversion (meteorology)

Температурная инверсия в Озерном крае
Температурная инверсия в Озерном крае, Англия, формирует облака на низком уровне при ясном небе.
Дым поднимается в Лохкаррон, Шотландия, останавливается вышележащим слоем более теплого воздуха (2006 г.).
Смог в ловушке над городом Алматы, Казахстан во время температурной инверсии.
Заполненные дымом каньоны на севере Аризоны, 2019 год. В утренние и вечерние часы плотный дым часто оседает в низинных районах и задерживается 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. [1]

В метеорологии инверсия, также известный как температурная инверсия, является отклонением от нормального изменения атмосферный недвижимость с высотой. Это почти всегда относится к инверсии теплового скорость отклонения. Обычно температура воздуха понижается с увеличением высоты. Во время инверсии более теплый воздух удерживается над более холодным воздухом; нормальный температурный профиль с высотой инвертируется. [2]

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

Нормальные атмосферные условия

Обычно в нижних слоях атмосферы ( тропосфера ) воздух у поверхности Земля 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, за счет термики (конвективный теплообмен ).[3] 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 закон идеального газа и адиабатический градиент.

Причины

Рост (ось Y ) от температуры (ось абсцисс ) при нормальных атмосферных условиях (черная линия). Когда слой 6–8 километров (4–5 миль) (обозначен A-B) опускается сухим адиабатически , результатом будет инверсия, наблюдаемая у земли на расстоянии 1-2 км (1-1 миля) (C-D).
Клагенфуртер Беккен (Австрия ) в декабре 2015 г .: на горе Горичнигкогель отчетливо виден обратный иней прибыль.

При правильных условиях нормальный вертикальный градиент температуры инвертируется, так что воздух у поверхности Земли становится 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 в окрестности теплые фронты, а также в районах океанических апвеллинг например, вдоль Калифорнийское побережье В Соединенных Штатах. При достаточной влажности в более холодном слое, туман обычно присутствует ниже инверсной 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 холодной, может «отключить» любую конвекцию, которая может присутствовать в более холодной воздушной массе. Это известно как инверсия укупорки. 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 в Средний Запад 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

На высоте может развиться инверсия в результате того, что воздух постепенно опускается на большую площадь и нагревается адиабатический сжатие, обычно связанное с субтропический области высокого давления.[4] Конюшня морской слой в результате может развиться над океаном. Однако по мере того, как этот слой движется по все более теплой воде, 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

А фата-моргана (или мираж ) корабля происходит из-за инверсии (2008 г.).
Зимний дым в Шанхай, Китай, с четким пограничным слоем для вертикального распространения воздуха (1993).
Температурная инверсия в Братислава, Словакия, просматривая верхнюю часть Новый Мост (2005).
Долина в невысоких, частично покрытых лесом горах, покрытая снегом зимой. Внизу деревня, почти скрытая слоем серовато-коричневого воздуха.
Инверсионный смог в Новой Руде, Польша, 2017 г.

Температурные инверсии предотвращают атмосферную конвекцию (которая обычно присутствует) в пораженной зоне и может привести 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 коричневатый цвет. мгла что может вызвать проблемы с дыханием. В Великий смог 1952 года в Лондон, Англия, является одним из самых серьезных примеров такой инверсии. Он был обвинен примерно в 11 000–12 000 смертей.

Иногда инверсионный слой находится на достаточно большой высоте, чтобы кучевые облака может конденсироваться, но может распространяться только под инверсионным слоем. Это уменьшает количество солнечного света, попадающего на землю, и предотвращает появление новых термики от формирования. 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 горячего воздуха 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 явление известный как фата-моргана или мираж.

Инверсия может увеличить так называемый "зеленая вспышка "- 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 свет от верхнего края солнечный диск, который нужно увидеть.[нужна цитата ]

Радиоволны

Основная статья: Суперрефракция

Очень высокая частота радиоволны может преломляться инверсиями, позволяя слышать FM радио или смотреть УКВ низкий -диапазонные телевизионные передачи с больших расстояний на туманный ночи. В сигнал, который обычно был бы преломленный вверх и далеко в космос, вместо этого преломляется вниз к Земле пограничным слоем инверсии температуры. Это явление называется тропосферный воздуховод. 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 угасание.

Звук

Когда присутствует инверсионный слой, если звук или взрыв происходит на уровне земли, звуковая волна преломленный 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 большем расстоянии, чем в другое время дня, и инверсионный гром, который значительно громче и распространяется дальше, чем когда он создается молнией. удары в нормальных условиях.[5]

Ударные волны

В ударная волна от взрыва может быть отражен инверсионным слоем почти так же, как он отскакивает от земли при воздушном взрыве, и в результате может нанести дополнительный ущерб. Это явление убило двух человек в Советский РДС-37 ядерное испытание когда обрушилось здание.[6][7]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Заполненные дымом каньоны, Аризона
  2. ^ Служба национальной погоды NOAA. «Глоссарий - Национальная метеорологическая служба NOAA». w1.weather.gov. Получено 19 января, 2017.
  3. ^ Нэгл, Гаррет и Пол Гиннесс. Кембриджский международный уровень A и AS. Hodder Education, 2011. 41. Печать.
  4. ^ Уоллес и Хоббс (2006) Наука об атмосфере: вводный обзор
  5. ^ Дин А. Поллет и Майкл М. Кордич, Руководство пользователя для системы прогнозирования интенсивности звука (SIPS), установленной в Военно-морском отделении технологий обезвреживания взрывоопасных предметов (Naveodtechdiv). Системный отдел Февраль 2000 г. dtic.mil
  6. ^ Джонстон, Wm. Роберт. «Ядерное испытание РДС-37, 1955 г.». Получено Одиннадцатое апреля, 2014.
  7. ^ «РДС-37: Советская водородная бомба». Получено 26 декабря, 2015.

внешние ссылки