Pogoda na danym terenie ma duży wpływ na życie człowieka, dlatego informacja o stanie atmosfery ziemskiej jest zawsze przydatna z ekonomicznego punktu widzenia oraz z punktu widzenia bezpieczeństwa zdrowotnego. Inwersja temperatury jest jednym z rodzajów stanów niższych warstw atmosfery. Co to jest i gdzie się objawia, omówiono w artykule.
Co to jest inwersja temperatury?
Ta koncepcja oznacza wzrost temperatury powietrza wraz ze wzrostem wysokości od powierzchni ziemi. Ta pozornie nieszkodliwa definicja pociąga za sobą dość poważne konsekwencje. Faktem jest, że powietrze można uznać za gaz idealny, dla którego ciśnienie w stałej objętości jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Ponieważ temperatura wzrasta wraz z wysokością podczas inwersji temperatury, ciśnienie powietrza spada, a jego gęstość maleje.
Z szkolnego kursu fizykiwiadomo, że procesy konwekcyjne powodujące pionowe mieszanie objętości płynnej substancji w polu grawitacyjnym zachodzą, gdy dolne warstwy są mniej gęste niż górne (gorące powietrze zawsze unosi się do góry). W ten sposób inwersja temperatury zapobiega konwekcji w niższej atmosferze.
Normalne warunki atmosferyczne
W wyniku licznych obserwacji i pomiarów stwierdzono, że w strefie klimatu umiarkowanego naszej planety temperatura powietrza spada o 6,5°C na każdy kilometr wysokości, czyli o 1°C przy wzrost wysokości o 155 metrów. Fakt ten wynika z faktu, że nagrzewanie atmosfery następuje nie w wyniku przechodzenia przez nią światła słonecznego (dla widzialnego widma promieniowania elektromagnetycznego powietrze jest przezroczyste), ale w wyniku jego pochłaniania ponownie wypromieniowanych energia w zakresie podczerwieni z powierzchni ziemi i wody. Dlatego im bliżej ziemi są warstwy powietrza, tym bardziej nagrzewają się one w słoneczny dzień.
W strefie klimatu tropikalnego powietrze ochładza się wolniej wraz ze wzrostem wysokości niż podane wartości (około 1 °C na 180 m). Wynika to z obecności pasatów na tych szerokościach geograficznych, które przenoszą ciepło z obszarów równikowych do tropików. Jednocześnie ciepło dociera z górnych warstw (1-1,5 km) do dolnych, co zapobiega gwałtownemu spadkowi temperatury powietrza wraz ze wzrostem wysokości. Ponadto grubość atmosfery w strefie tropikalnej jest większa niż w strefie umiarkowanej.
Tak więc normalny stan warstw atmosferycznych leży w ichchłodzenie wraz ze wzrostem wysokości. Warunek ten sprzyja mieszaniu i pionowej cyrkulacji powietrza w wyniku procesów konwekcyjnych.
Dlaczego górne warstwy powietrza mogą być cieplejsze niż dolne?
Innymi słowy, dlaczego występuje inwersja temperatury? Dzieje się tak z tego samego powodu, co w normalnych warunkach atmosferycznych. Ziemia ma większą przewodność cieplną niż powietrze. Oznacza to, że w nocy, gdy na niebie nie ma chmur i chmur, szybko się ochładza, a warstwy atmosferyczne, które mają bezpośredni kontakt z powierzchnią ziemi, również chłodzą się. Rezultatem jest następujący obraz: zimna powierzchnia ziemi, zimna warstwa powietrza w jej bezpośrednim sąsiedztwie i ciepła atmosfera na pewnej wysokości.
Co to jest inwersja temperatury i gdzie się objawia? Opisana sytuacja często ma miejsce rano na nizinach, w absolutnie każdym obszarze i na dowolnej szerokości geograficznej. Teren nisko położony jest chroniony przed poziomymi ruchami mas powietrza, czyli przed wiatrem, dzięki czemu powietrze chłodzone w nim przez noc tworzy lokalnie stabilną atmosferę. Zjawisko inwersji temperatury można zaobserwować w dolinach górskich. Oprócz opisanego procesu ochładzania nocnego, w górach jego powstawaniu ułatwia także „pełzanie” zimnego powietrza ze zboczy na równiny.
Czas życia inwersji temperatury może trwać od kilku godzin do kilku dni. Normalne warunki atmosferyczneustawić, gdy tylko powierzchnia ziemi się nagrzeje.
Jak niebezpieczne jest to zjawisko?
Stan atmosfery, w której występuje inwersja temperatury, jest stabilny i bezwietrzny. Oznacza to, że jeśli na danym terenie wystąpią jakiekolwiek emisje do atmosfery lub parowanie substancji toksycznych, nigdzie nie odchodzą, lecz pozostają w powietrzu nad danym obszarem. Innymi słowy, zjawisko inwersji temperatury w atmosferze przyczynia się do wielokrotnego wzrostu stężenia w niej substancji toksycznych, co stanowi ogromne zagrożenie dla zdrowia człowieka.
Opisana sytuacja często występuje w dużych miastach i obszarach metropolitalnych. Na przykład miasta takie jak Tokio, Nowy Jork, Ateny, Pekin, Lima, Kuala Lumpur, Londyn, Los Angeles, Bombaj, stolica Chile - Santiago i wiele innych miast na całym świecie często cierpią z powodu skutków inwersji temperatury. Ze względu na dużą koncentrację ludzi emisje przemysłowe w tych miastach są gigantyczne, co prowadzi do pojawienia się w powietrzu smogu, zakłócającego widoczność i stanowiącego zagrożenie nie tylko dla zdrowia, ale i życia ludzkiego.
Tak więc w 1952 r. w Londynie i 1962 r. w Zagłębiu Ruhry (Niemcy) kilka tysięcy osób zmarło w wyniku długotrwałego występowania inwersji temperatur i znacznych emisji tlenków siarki do atmosfery.
Stolica Peru, Lima
Ujawnienie pytania, czym jest inwersja temperatury w geografii, to ciekaweprzybliżyć sytuację w stolicy Peru. Znajduje się na wybrzeżu Pacyfiku i u podnóża Andów. Wybrzeże w pobliżu miasta jest obmywane zimnym prądem Humboldta, co prowadzi do silnego ochłodzenia powierzchni ziemi. Ta ostatnia z kolei przyczynia się do chłodzenia najniższych warstw powietrza i powstawania mgieł (w miarę obniżania się temperatury powietrza zmniejsza się rozpuszczalność w nim pary wodnej, ta ostatnia objawia się powstawaniem rosy i mgły).
W wyniku opisanych procesów powstaje paradoksalna sytuacja: wybrzeże Limy jest zasnute mgłą, która zapobiega nagrzewaniu się powierzchni ziemi przez promienie słoneczne. W związku z tym stan inwersji temperatury jest na tyle stabilny (poziomą cyrkulację powietrza utrudniają góry), że prawie nigdy nie pada tutaj. Ten ostatni fakt wyjaśnia, dlaczego wybrzeże Limy jest prawie pustynią.
Jak zachować się w przypadku otrzymania informacji o niekorzystnym stanie atmosfery?
Jeżeli ktoś mieszka w dużym mieście i otrzymał informację o istnieniu inwersji temperatury w atmosferze, zaleca się, jeśli to możliwe, nie wychodzić rano na zewnątrz, tylko poczekać, aż ziemia rozgrzewka. Jeśli zajdzie taka potrzeba, należy zastosować środki ochrony indywidualnej dróg oddechowych (opatrunek z gazy, szalik) i nie przebywać zbyt długo na zewnątrz.
