Какие причины приводят к возникновению температурных инверсий в тропосфере?

Инверсия 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.

Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков,миражей.

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 океаническогоапвеллинга, 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 ссубтропическими 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.

Как связаны значения температурного градиента в тропосфере с устойчивостью атмосферы?

Устойчивость атмосферы проявляется в отсутствии в ней значительных вертикальных движений и перемешиваний. Тогда загр. вещества, выброшенные в атм-ру вблизи земной поверхности, будут задерживаться там. К счастью, перемешиванию воздуха в нижней атмосфере способств. много факторов, один из которых – температурный градиент. Интенсивность теплового перемешивания определяют, сравнивая температурный градиент, реально наблюдаемый в окруж. среде, с адиабатическим вертикальным градиентом температуры (см.рис.).

Когда темп. град-т в окр. среде больше Г(сухоадиаб.вертик.град-т), атмосфера – сверхадиабатическая. Рассм. точку А на рис. 5.1.а. Если объем воздуха с температурой, соотв. точке А, переносится быстро вверх, его конечное состояние м.б. описано точкой Б на прямой сверхадиаб.гр. В этом сост. его температура Т(1) выше реальной темп-рыокр.среды Т(2) в точке В. Поэтому рассматриваемый объем воздуха будет иметь меньшую плотность, чем окруж. воздух, и тенденцию продолжать движение вверх. Если же этот элем. объем из т.А начнет случ. двигаться вниз, он адиабатически сожмется при темп-ре в т.Д, которая ниже Т(окр.возд.) в т.Е. Обладая, т.о., более высокой плотностью, воздух будет продолжать движение вниз. Т.о., атмосфера, для которой характеренсверхадиаб. гр-т температур, является неустойчивой. Когда град.темп-рыокр.воздуха примерно равен сверхадиаб. вертикальному (рис.5.1.б), устойчивость атмосферы называют безразличной: если происходит вертик. перемещение объема воздуха, то его темп-раоказ. такой же, как и у окружающего воздуха, нет тенденции к дальнейшему перемещению. Если темпер. град-т окр.воздуха меньше Г, то атмосфера – подадиабатическая (рис.5.1.в). Аналогично с прошлым выводом можно показать, что она устойчива, т.к. случайно перемещ. объем воздуха будет стремиться вернуть свое первонач. положение.