Меню

Атмосфера земли характеризуется глобальной температурной инверсией

Инверсии температуры в атмосфере

Инверсия — аномальное распределение температуры воздуха по высоте, когда вместо нормального наиболее часто наблюдаемого в тропосфере понижения температуры с высотой в некотором слое от­мечается ее повышение. Вертикальный градиент Т в таком слое меньше нуля (γ

Приведенный на рис. 10.11 график позволяет оценить множи­тель D, равный понижению температуры Т(0,0) — Т (1,0) за первый час (t = 1 ч). В последующем температура поверхности почвы про­должает понижаться более медленно:

По мере распространения (через турбулентный теплообмен) ох­лаждения вверх, толщина (h) ночной инверсии увеличивается. Мак­симальных значений h достигает вблизи момента восхода Солнца. После восхода земная поверхность начинает нагреваться, а ночная инверсия — разрушаться.

Верхняя граница ночных инверсий практически совпадает с вер­хней границей приземного слоя. Высота ее составляет от 10—15 м при слабом ветре до 200—300 м при умеренном ветре. Разность (пе­репад) температур воздуха на верхней и нижней границах инверсии составляет, как правило, несколько градусов (реже до 10—15 °С). Модуль вертикального градиента (|у|) температуры колеблется (в пе­ресчете на 100 м) от нескольких градусов до десятков и сотен граду­сов; при этом, в согласии с результатами, изложенными в главе 9, величина |у| с высотой убывает.

При сильном ветре, сопровождающемся увеличением интенсив­ности турбулентного обмена, приземная инверсия температуры вблизи земной поверхности разрушается и переходит в приподня­тую инверсию.

Зимой в умеренных и, особенно, высоких широтах радиацион­ный баланс земной поверхности, как правило, меньше нуля (R

Нередко на образование инверсии оказывают влияние радиация и адвекция. В таких случаях инверсию называют адвективнорадиационной.

Приподнятые инверсии. С инверсиями тесно связано образова­ние туманов. Однако, как только под влиянием понижения темпе­ратуры в инверсионном слое образовался туман, он начинает оказы­вать обратное влияние на профиль температуры. В главе 16 этот во­прос детально обсужден. Основной результат сводится к тому, что как только толщина тумана увеличивается до 200—300 м, так пере­стает действовать основной фактор, поддерживающий низкую тем­пературу вблизи поверхности Земли, — эффективное излучение.

Поскольку потоки тепла как в атмосфере, так и в почве направ­лены при инверсии к земной поверхности, то температура послед­ней при отсутствии потерь тепла через излучение начнет повышать­ся. Распространение повышения температуры на некоторый слой приводит к образованию приподнятой инверсии.

В главе 16 приведены данные, согласно которым, в 30—35 % случаев в адвективных туманах формируются приподнятые инвер­сии. Туман под такой инверсией может рассеяться, и тогда образу­ется облачность, которую так и называют — облачность приподня­того тумана.

Процесс образования приподнятой инверсии, рассеяния тумана под ней и возникновения облачности протекает тем быстрее, чем бо­льше скорость ветра, поскольку от последней зависит турбулентный приток тепла от атмосферы к земной поверхности. При большой скорости ветра инверсия вблизи поверхности Земли может разру­шиться и при отсутствии тумана.

Из этих рассуждений следует, что как только образовался ту­ман, внутри него начинает действовать механизм разрушения тума­на вблизи Земли и перехода его в облачность St — Sc.

Именно этим объясняется тот факт, что повторяемость туманов очень низкая (не превышает 1—2 %), в то время как повторяемость облаков St — Sc во многих районах Земли достигает 30—40 %.

В больших городах роль тумана выполняет облако примесей ант­ропогенного происхождения. В сочетании с повышенной турбулент­ностью, обусловленной увеличением параметра шероховатости в го­роде по сравнению с окрестностями, загрязнение атмосферы приво­дит к тому, что в больших городах преобладают приподнятые, а вне их — приземные инверсии. Так, в Москве при общей повторяемости инверсий, равной 57 %, на долю приземных инверсий приходится 13 %, приподнятых — 44 % , в Обнинске (небольшой город) соотно­шение обратное: доля приземных инверсий составляет 38 %, при­поднятых — 15 % общего числа наблюдений.

Отметим, что конвективные инверсии наблюдаются в антицик­лонах не только зимой (в умеренных и высоких широтах), но и ле­том. Однако если зимние инверсии преимущественно приземные, то летние — приподнятые. Последние образуются также под влиянием нисходящего движения (увеличивающегося с высотой конвективно­го притока тепла). В то же время вследствие притока солнечной ра­диации (положительного радиационного баланса) к земной поверх­ности температура ее Т повышается. В сочетании с турбулентным обменом повышение T приводит к разрушению инверсии в слое до некоторого уровня zи, выше которого сохраняется инверсионное распределение Т.

Читайте также:  Почему атмосфера крутится вместе с землей

Такие приподнятые инверсии с нижней границей на уровне zи широко распространены в субтропических антициклонах (азорском, гонолульском), а также летом в высоких антициклонах уме­ренных широт. Если уровень конденсации zк расположен ниже га, то в слое между zи и zи образуются кучевые облака, часто наблюдае­мые на огромных площадях в субтропических антициклонах и лет­них антициклонах умеренных широт.

Турбулентные инверсии. Атмосфера сильно расслоена по верти­кали в отношении интенсивности турбулентного обмена. Он, как правило, повышен в пограничном слое, в облаках, струйных тече­ниях. Пусть в начальный момент некоторый слой стратифицирован сухоустойчиво ( γ

Источник

Инверсия температуры

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°С и более. Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде в зимний период.

Содержание

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

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, 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 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 людей.

Читайте также:  Какова скорость земли в метрах в секунду

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Инверсия температуры» в других словарях:

ИНВЕРСИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ — 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

ИНВЕРСИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ — 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… … 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

инверсия температуры — 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

ИНВЕРСИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ — 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

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

ИНВЕРСИЯ — (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

Инверсия электронных населённостей — одно из фундаментальных понятий физики и статистической механики, используемое для описания принципов функционирования лазеров. Содержание 1 Распределение Больцмана и термодинамическое равновесие … Википедия

Источник

Температурная инверсия в атмосфере

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:

. (11.10)

Значение удельной изобарной теплоемкости Срдля 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.

Читайте также:  Как можно получить землю инвалиду 3 группы

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 (Гпот 0, атмосфера устойчива. В случае, если градиент «потенциальной» температуры приближается к нулю (Гпот 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)

, град./м,

, град./м,

, град./м.

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.

Гпот 1 0 – атмосфера устойчива.

Гпот 3≈ 0 – атмосфера характеризуется как безразличная.

Источник

Adblock
detector