Inversioni di temperatura. Inversione di temperatura nell'atmosfera Cause e meccanismi di inversione

INVERSIONE DI TEMPERATURA

INVERSIONE DI TEMPERATURA, aumento anomalo della TEMPERATURA con l'altitudine. Normalmente, la temperatura dell'aria diminuisce con l'aumentare dell'altitudine sopra il livello del suolo. Il tasso medio di diminuzione è di 1 °C ogni 160 m. In determinate condizioni meteorologiche si osserva la situazione opposta. In una notte limpida e calma con un anticiclone, l'aria fredda può scendere dai pendii e raccogliersi nelle valli, e la temperatura dell'aria sarà inferiore vicino al fondovalle rispetto a 100 o 200 m sopra. Al di sopra dello strato freddo ci sarà aria più calda, che probabilmente formerà una nuvola o una leggera nebbia. L'inversione di temperatura diventa chiara nell'esempio del fumo che sale da un incendio. Il fumo salirà verticalmente e poi, raggiunto lo “strato di inversione”, si piegherà orizzontalmente. Se questa situazione si crea su larga scala, la polvere e lo sporco che salgono nell'atmosfera rimangono lì e, accumulandosi, provocano gravi danni. inquinamento.

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inversione di temperatura- Un aumento della temperatura con l'altezza in un certo strato dell'atmosfera invece della sua consueta diminuzione. Sin.: inversione di temperatura… Dizionario di geografia

Vedere Inversione di temperatura. * * * INVERSIONE DI TEMPERATURA INVERSIONE DI TEMPERATURA, vedi Inversione di temperatura (vedi INVERSIONE DI TEMPERATURA) ... Dizionario enciclopedico

inversione di temperatura- temperatūros apgrąža statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Vietinis oro temperatūros didėjimas, kylant aukštyn, tam tikruose atmosferos sluoksniuose. Troposferoje temperatūros apgrąžos sluoksnio storis gali būti 2–3 km,… … Termine ecologico aiškinamasis žodynas

Vedi Inversione di temperatura... Scienze naturali. Dizionario enciclopedico

Un aumento della temperatura dell'aria con l'altezza in un certo strato della troposfera. Le inversioni si verificano nello strato superficiale dell'aria, così come nell'atmosfera libera, soprattutto nei 2 km inferiori. Le caratteristiche delle inversioni includono: alto. bordo inferiore e verticale... ... Enciclopedia geografica

L'aumento della temperatura nella troposfera dell'atmosfera con l'aumentare dell'altitudine è caratterizzato come inversione di temperatura(Fig. 11.1, c). In questo caso l'atmosfera risulta essere molto stabile. La presenza di inversione rallenta significativamente il movimento verticale degli inquinanti e, di conseguenza, ne aumenta la concentrazione nello strato terrestre.

L'inversione più comunemente osservata si verifica quando uno strato d'aria scende in una massa d'aria con più aria alta pressione, o durante la perdita di calore radiativo da parte della superficie terrestre durante la notte. Di solito viene chiamato il primo tipo di inversione inversione di subsidenza. Lo strato di inversione in questo caso si trova solitamente a una certa distanza da superficie terrestre, e un'inversione è formata dalla compressione adiabatica e dal riscaldamento dello strato d'aria mentre scende nella regione del centro di alta pressione.

Dall'equazione (11.5) otteniamo:

Valore della capacità termica specifica isobarica CON p per l'aria non varia in modo significativo con la temperatura in un intervallo di temperature abbastanza ampio. Tuttavia, a causa dei cambiamenti della pressione barometrica, la densità al limite superiore dello strato di inversione è inferiore a quella alla base, cioè

. (11.11)

Ciò significa che il limite superiore dello strato si riscalda più velocemente del limite inferiore. Se la subsidenza continua per lungo tempo, nello strato si creerà un gradiente di temperatura positivo. Quindi, discendente massa d'ariaè come un gigantesco coperchio per l'atmosfera situato sotto lo strato di inversione.

Gli strati di inversione di subsidenza compaiono solitamente al di sopra delle fonti di emissione e, quindi, non hanno un impatto significativo sui fenomeni di inquinamento atmosferico a breve termine. Tuttavia, tale inversione può durare diversi giorni, il che influisce sull’accumulo a lungo termine di sostanze inquinanti. Gli incidenti di inquinamento con conseguenze pericolose per la salute osservati in passato nelle aree urbane sono stati spesso associati a inversioni di subsidenza.

Consideriamo le ragioni che hanno portato all'evento inversione di radiazione. In questo caso, gli strati dell'atmosfera situati sopra la superficie terrestre ricevono calore durante il giorno a causa della conduttività termica, convezione e radiazione dalla superficie terrestre e alla fine si riscaldano. Di conseguenza, il profilo della temperatura della bassa atmosfera è solitamente caratterizzato da un gradiente di temperatura negativo. Se segue una notte serena, la superficie terrestre irradia calore e si raffredda rapidamente. Gli strati d'aria adiacenti alla superficie terrestre vengono raffreddati alla temperatura degli strati situati sopra. Di conseguenza, il profilo della temperatura giornaliera viene trasformato in un profilo di segno opposto e gli strati dell'atmosfera adiacenti alla superficie terrestre sono ricoperti da uno strato di inversione stabile. Questo tipo di inversione si verifica nelle prime ore ed è tipico durante i periodi di cielo sereno e tempo calmo. Lo strato di inversione viene distrutto dalle correnti in aumento aria calda, che sorgono quando la superficie della terra viene riscaldata dai raggi del sole mattutino.

Giochi di inversione radiativa ruolo importante nell'inquinamento atmosferico, poiché in questo caso lo strato di inversione si trova all'interno dello strato che contiene le fonti di inquinamento (a differenza dell'inversione di subsidenza). Inoltre, l'inversione della radiazione si verifica molto spesso in condizioni di notti senza nuvole e senza vento, quando c'è poca probabilità che l'aria venga purificata dalle precipitazioni o dai venti trasversali.

L'intensità e la durata dell'inversione dipendono dalla stagione. In autunno e in inverno, di norma, si verificano lunghe inversioni, il loro numero è elevato. Le inversioni sono influenzate anche dalla topografia dell'area. Ad esempio, l'aria fredda che si accumula di notte in un bacino intermontano può essere “bloccata” lì dall'aria calda che appare sopra di essa.

Sono possibili anche altri tipi di inversioni locali, come quelle associate alle brezze marine quando un fronte di aria calda passa su una vasta massa continentale. Anche il passaggio di un fronte freddo preceduto da una zona di aria calda comporta un'inversione.

Le inversioni sono comuni in molte aree. Ad esempio, su costa occidentale Negli USA si osservano per quasi 340 giorni all'anno.

Il grado di stabilità dell’atmosfera può essere determinato dall’entità del gradiente di temperatura “potenziale”:

. (11.12)

Dove
– gradiente di temperatura osservato nell’aria circostante.

Valore negativo del gradiente di temperatura “potenziale” ( G sudore< 0) свидетельствует о сверхадиабатическом характере профиля температуры и неустойчивых условиях в атмосфере. В случае, когдаG sudore > 0, l'atmosfera è stabile. Se il gradiente di temperatura “potenziale” si avvicina allo zero ( G sudore  0), l'atmosfera è caratterizzata come indifferente.

Oltre ai casi considerati di inversione di temperatura, che sono di natura locale, nell’atmosfera terrestre si osservano due zone di inversione di natura globale. La prima zona di inversione globale dalla superficie terrestre inizia al limite inferiore della tropopausa (11 km per l'atmosfera standard) e termina al limite superiore della stratopausa (circa 50 km). Questa zona di inversione impedisce la diffusione delle impurità formatesi nella troposfera o rilasciate dalla superficie terrestre verso altre zone dell'atmosfera. La seconda zona di inversione globale, situata nella termosfera, impedisce in una certa misura la dispersione dell'atmosfera nello spazio.

Consideriamo, utilizzando un esempio, la procedura per determinare il gradiente di temperatura “potenziale”. La temperatura sulla superficie terrestre a 1,6 m di altitudine è –10 °C, a 1800 m di altitudine è – –50 °C, –12 °C, –22 °C.

Lo scopo del calcolo è valutare lo stato dell’atmosfera in base all’entità del gradiente di temperatura “potenziale”.

Per calcolare il gradiente di temperatura “potenziale”, utilizziamo l’equazione (11.12)

Qui G= 0,00645 gradi/m – gradiente di temperatura verticale adiabatico standard o normale.

Analizziamo i valori calcolati del gradiente di temperatura “potenziale”. La natura delle variazioni di temperatura per i casi considerati di condizioni atmosferiche è presentata in Fig. 11.2.

G sudore 1< 0 свидетельствует о сверхадиабатическом характере профиля температуры и неустойчивых условиях в атмосфере.

G sudore 2 > 0 – l'atmosfera è stabile.

G sudore 3 ≈ 0 – l'atmosfera è caratterizzata come indifferente.

Nel senso più generale inversione - Questa è una violazione del normale corso delle cose o dell'ordine. L'inversione di temperatura è un aumento della temperatura dell'aria con l'altezza in un determinato strato dell'atmosfera invece della consueta diminuzione.

È noto che si dovrebbe considerare solo una diminuzione graduale della temperatura con l'altezza proprietà comune troposfera. Molto spesso c'è una tale stratificazione dell'aria in cui verso l'alto la temperatura non diminuisce o addirittura aumenta. L'aumento della temperatura con l'altezza sopra la superficie terrestre è chiamato la sua inversione.

In base allo spessore dello strato d'aria in cui si osserva l'aumento di temperatura, distinguiamo a) inversioni di superficie , che si estende per diversi metri, e b) libera inversione di atmosfera , estendendosi fino a tre chilometri.

L'aumento della temperatura (o valore di inversione) può raggiungere 10 0 C o più. In questo caso l'atmosfera appare stratificata: una massa d'aria è separata da un'altra massa da uno strato di inversione.

In base alla loro origine le inversioni superficiali si dividono in radiative, avvettive, orografiche e nevose.

Inversioni radiative si verificano in estate quando il tempo è calmo e senza nuvole. Dopo il tramonto, la superficie e da essa gli strati d'aria inferiori si raffreddano, mentre quelli sovrastanti conservano ancora una riserva di calore per un giorno. Lo spessore di tali inversioni varia da 10 a 300 m, a seconda delle condizioni meteorologiche. Le inversioni radiative si verificano sulle superfici ghiacciate in qualsiasi periodo dell'anno quando perdono calore per radiazione.

Inversioni orografiche si formano su terreni accidentati con tempo calmo, quando l'aria fredda scorre verso il basso e l'aria più calda viene trattenuta sulle colline e sui pendii delle montagne.

Inversioni avvettive si verificano quando l'aria calda si sposta in una zona fredda. Inoltre, gli strati inferiori dell'aria si raffreddano a contatto con una superficie fredda, mentre gli strati superiori rimangono caldi per un po'.

Inversioni di neve (primavera). osservato inizio primavera su superfici innevate. Sono causati dalla perdita d'aria grande quantità calore per sciogliere la neve.

In un'atmosfera libera il più comune inversioni di compressione anticicloniche E inversioni frontali cicloniche .

Inversioni di compressione anticicloniche si formano negli anticicloni in inverno e si osservano ad un'altitudine di 1-2 km. La temperatura dell'aria discendente nella media troposfera aumenta, ma aumenta vicino alla superficie terrestre, dove inizia la diffusione orizzontale dell'aria. Questo fenomeno si osserva in vaste aree dell'Artico, dell'Antartico, Siberia orientale ecc.

Inversioni frontali cicloniche si formano nei cicloni a causa del flusso di aria calda su aria fredda.

Proprio come nel suolo o nell'acqua, il riscaldamento e il raffreddamento vengono trasferiti dalla superficie alla profondità, così nell'aria, il riscaldamento e il raffreddamento vengono trasferiti dallo strato inferiore a quelli più alti. Di conseguenza, le fluttuazioni giornaliere della temperatura dovrebbero essere osservate non solo sulla superficie terrestre, ma anche negli alti strati dell'atmosfera. Allo stesso tempo, proprio come nel suolo e nell'acqua la fluttuazione giornaliera della temperatura diminuisce e ritarda con la profondità, nell'atmosfera dovrebbe diminuire e ritardare con l'altitudine.

Il trasferimento di calore non radiativo nell'atmosfera avviene, come nell'acqua, principalmente attraverso una conduttività termica turbolenta, cioè quando l'aria viene miscelata. Ma l'aria è più mobile dell'acqua e la sua turbolenta conduttività termica è molto maggiore. Di conseguenza, le fluttuazioni giornaliere della temperatura nell’atmosfera si estendono in uno strato più spesso rispetto alle fluttuazioni giornaliere nell’oceano.

Ad un'altitudine di 300 m sopra la terra, l'ampiezza della variazione giornaliera della temperatura è circa il 50% dell'ampiezza della superficie terrestre e i valori estremi della temperatura si verificano 1,5-2 ore dopo. Ad un'altitudine di 1 km l'ampiezza giornaliera della temperatura sulla terra è di 1-2°C, ad un'altitudine di 2-5 km è di 0,5-1°C e la massima giornaliera si sposta verso sera. Sul mare, l'ampiezza della temperatura giornaliera aumenta leggermente con l'altitudine nei chilometri più bassi, ma rimane comunque piccola.

Piccole variazioni giornaliere della temperatura si riscontrano anche nell'alta troposfera e nella bassa stratosfera. Ma lì sono determinati dai processi di assorbimento ed emissione di radiazioni da parte dell'aria e non dagli effetti della superficie terrestre.

In montagna, dove l'influenza della superficie sottostante è maggiore che alle corrispondenti altitudini in libera atmosfera, l'ampiezza giornaliera diminuisce più lentamente con l'altitudine. Su singole cime, a partire dai 3000 me più altitudini, l'ampiezza giornaliera può ancora essere di 3-4°. Sugli altopiani estesi, l'ampiezza giornaliera della temperatura dell'aria è dello stesso ordine che nelle pianure: la radiazione assorbita e la radiazione effettiva qui sono grandi, così come la superficie di contatto tra l'aria e il suolo. Ampiezza giornaliera La temperatura media annuale dell'aria alla stazione di Murgab nel Pamir è di 15,5°, mentre a Tashkent è di 12°.

Inversione di temperatura

Nei paragrafi precedenti abbiamo più volte accennato alle inversioni di temperatura. Soffermiamoci ora su di essi un po 'più in dettaglio, poiché ad essi sono associate caratteristiche importanti nello stato dell'atmosfera.

Una diminuzione della temperatura con l'altezza può essere considerata lo stato normale delle cose per la troposfera, e le inversioni di temperatura possono essere considerate deviazioni dallo stato normale. È vero, le inversioni di temperatura nella troposfera sono un fenomeno frequente, quasi quotidiano. Ma catturano strati d'aria piuttosto sottili rispetto all'intero spessore della troposfera.

L'inversione di temperatura può essere caratterizzata dall'altezza alla quale viene osservata, dallo spessore dello strato in cui si verifica un aumento della temperatura con l'altezza e dalla differenza di temperatura ai limiti superiore e inferiore dello strato di inversione - un salto di temperatura. Come caso di transizione tra il normale calo di temperatura con l'altezza e l'inversione, si osserva anche il fenomeno dell'isotermia verticale, quando la temperatura in un certo strato non cambia con l'altezza.

Per altezza, tutte le inversioni troposferiche possono essere suddivise in inversioni di superficie e inversioni nell'atmosfera libera.

L'inversione della superficie inizia dalla superficie sottostante stessa (terreno, neve o ghiaccio). In acque libere, tali inversioni si osservano raramente e non sono così significative. La superficie sottostante ha la temperatura più bassa; cresce in altezza, e questa crescita può estendersi su uno strato di diverse decine o addirittura centinaia di metri. L'inversione è poi sostituita da una normale diminuzione della temperatura con l'altezza.

Inversione in un'atmosfera libera osservato in un certo strato d'aria che si trova ad una certa altezza sopra la superficie terrestre (Fig. 5.20). La base dell'inversione può trovarsi a qualsiasi livello della troposfera; tuttavia, le inversioni più comuni sono all'interno dei 2 inferiori km(se non parliamo delle inversioni alla tropopausa, che in realtà non sono più troposferiche). Anche lo spessore dello strato di inversione può essere molto diverso: da poche decine a molte centinaia di metri. Infine, il salto di temperatura all'inversione, cioè la differenza di temperatura ai limiti superiore e inferiore dello strato di inversione, può variare da 1° o meno a 10-15° o più.

Gelo

Il fenomeno delle gelate, importante dal punto di vista pratico, è associato sia alla variazione giornaliera della temperatura che alle sue diminuzioni non periodiche, ed entrambi questi motivi agiscono solitamente insieme.

Le gelate sono chiamate abbassamenti della temperatura dell'aria notturna fino a zero gradi o inferiori in un periodo in cui le temperature medie giornaliere sono già superiori allo zero, cioè in primavera e autunno.

Le gelate primaverili e autunnali possono avere le conseguenze più sfavorevoli per le colture orticole e orticole. Non è necessario che nella cabina meteorologica la temperatura scenda sotto lo zero. Qui, a 2 m di altezza, può mantenersi leggermente sopra lo zero; ma nello strato d'aria più basso, allo stesso tempo, scende a zero e al di sotto, e i raccolti del giardino o dei frutti di bosco vengono danneggiati. Accade anche che la temperatura dell'aria, anche a piccola altitudine sopra il suolo, rimanga sopra lo zero, ma il terreno stesso o le piante su di esso vengono raffreddati per irraggiamento per temperatura negativa e su di loro appare il gelo. Questo fenomeno è chiamato gelo del suolo e può anche uccidere le giovani piante.

Le gelate si verificano più spesso quando una massa d'aria sufficientemente fredda, come l'aria artica, entra in un'area. La temperatura negli strati inferiori di questa massa durante il giorno è ancora sopra lo zero. Di notte, la temperatura dell'aria giornaliera scende sotto lo zero, ovvero si osserva il gelo.

Il congelamento richiede una notte limpida e tranquilla, quando la radiazione effettiva proveniente dalla superficie del suolo è elevata e la turbolenza è bassa e l'aria raffreddata dal suolo non viene trasportata agli strati più alti, ma subisce un raffreddamento prolungato. Un tempo così sereno e calmo si osserva solitamente nelle parti interne dell'alta pressione atmosferica, anticicloni.

Il forte raffreddamento notturno dell'aria vicino alla superficie terrestre porta al fatto che la temperatura aumenta con l'altitudine. In altre parole, quando si verifica il congelamento si verifica un’inversione della temperatura superficiale.

Le gelate si verificano più spesso in pianura che in luoghi elevati o sui pendii, poiché nelle forme concave il calo della temperatura notturna è maggiore. Nelle zone basse l’aria fredda ristagna di più e impiega più tempo a raffreddarsi.

Pertanto, le gelate colpiscono spesso frutteti, frutteti o vigneti nelle zone basse, mentre in collina rimangono indenni.

Le ultime gelate primaverili si osservano nelle regioni centrali della CSI europea alla fine di maggio - inizio giugno, e già all'inizio di settembre sono possibili le prime gelate autunnali (carte VII, VIII).

Attualmente sufficientemente sviluppato mezzi efficaci per proteggere giardini e orti dalle gelate notturne. L'orto o il giardino vengono fasciati cortina fumogena, che riduce la radiazione efficace e riduce il calo della temperatura notturna. Per riscaldare gli strati d'aria inferiori che si accumulano nello strato di terreno possono essere utilizzati vari tipi di piastre riscaldanti. Le aree con colture orticole o orticole possono essere coperte di notte con una pellicola speciale, possono essere poste sopra tettoie di paglia o di plastica, che riducono anche la radiazione effettiva dal suolo e dalle piante, ecc. Tutte queste misure dovrebbero essere prese quando la temperatura è la sera sarà piuttosto basso e, secondo le previsioni meteo, la notte sarà serena e tranquilla.

Una diminuzione della temperatura con l'altezza può essere considerata lo stato normale delle cose per la troposfera, e le inversioni di temperatura possono essere considerate deviazioni dallo stato normale. È vero, le inversioni di temperatura nella troposfera sono un fenomeno frequente, quasi quotidiano. Ma catturano strati d'aria piuttosto sottili rispetto all'intero spessore della troposfera.

L'inversione di temperatura può essere caratterizzata dall'altezza alla quale viene osservata, dallo spessore dello strato in cui si verifica un aumento della temperatura con l'altezza e dalla differenza di temperatura ai limiti superiore e inferiore dello strato di inversione - un salto di temperatura. Come caso transitorio tra la normale diminuzione della temperatura con l'altezza e l'inversione, si osserva anche il fenomeno dell'isotermia verticale, quando la temperatura in un determinato strato non cambia con l'altezza.

Per altezza, tutte le inversioni troposferiche possono essere suddivise in inversioni di superficie E inversioni in atmosfera libera.

Inversione di superficie inizia dalla superficie sottostante stessa (terreno, neve o ghiaccio). In acque libere, tali inversioni si osservano raramente e non sono così significative. La temperatura della superficie sottostante è la più bassa; aumenta con l'altezza, e questo aumento può estendersi ad uno strato di diverse decine o addirittura centinaia di metri. L'inversione è poi sostituita da una normale diminuzione della temperatura con l'altezza.

Inversioni della temperatura superficiale sulla superficie terrestre o copertura di ghiaccio gli oceani si formano principalmente a causa del raffreddamento radiativo notturno della superficie sottostante. Tali inversioni sono chiamate radiative . Gli strati d'aria inferiori vengono raffreddati dalla superficie terrestre maggiormente rispetto a quelli sovrastanti. Pertanto, vicino alla superficie terrestre la temperatura scende maggiormente e si stabilisce un aumento della temperatura con l'altezza.

L'inversione nell'atmosfera libera si osserva in un certo strato d'aria che si trova ad una certa altezza sopra la superficie terrestre (Fig. 8). La base di un'inversione può trovarsi a qualsiasi livello della troposfera, ma le inversioni sono più comuni entro i 2 km inferiori. Anche lo spessore dello strato di inversione può essere molto diverso: da poche decine a molte centinaia di metri. Infine, il salto di temperatura all'inversione, cioè la differenza di temperatura ai limiti superiore ed inferiore dello strato di inversione può variare da 1° o meno a 10-15° o più.

Accade che un'inversione superficiale, estesa ad un'altezza considerevole, si fonde con un'inversione sovrastante nella libera atmosfera. Quindi l’aumento della temperatura inizia dalla superficie terrestre stessa e continua fino a alta quota, e il salto di temperatura risulta essere particolarmente significativo.

Accade anche che l'inversione si trasformi direttamente nell'isoterma sovrastante. Spesso si osservano due (o più) inversioni nell'atmosfera libera su una particolare regione, separate da strati con una normale diminuzione della temperatura.

Fig.8. Tipi di distribuzione della temperatura con l'altezza: UN - inversione del terreno, B- isotermia superficiale, V- inversione atmosferica libera

Le inversioni non si osservano sui singoli punti della superficie terrestre. Lo strato di inversione si estende continuamente su una vasta area, soprattutto nel caso di inversioni in atmosfera libera.