Что такое температурная инверсия, где она проявляется?

Погода в данной местности оказывает сильное влияние на жизнедеятельность человека, поэтому информация о состоянии земной атмосферы всегда является полезной с экономических позиций и с точки зрения безопасности для здоровья. Температурная инверсия - это один из видов состояния нижних слоев атмосферы. Что она собой представляет и где проявляется, рассматривается в статье.

Что такое температурная инверсия?

Под этим понятием подразумевают рост температуры воздуха по мере увеличения высоты от земной поверхности. Это, казалось бы, безобидное определение влечет за собой достаточно серьезные последствия. Дело в том, что воздух можно считать идеальным газом, для которого давление при фиксированном объеме находится в обратной зависимости от температуры. Поскольку при температурной инверсии с увеличением высоты температура возрастает, значит, давление воздуха снижается и уменьшается его плотность.

Из школьного курса физики известно, что конвекционные процессы, которые обусловливают вертикальное перемешивание в объеме текучей субстанции, находящейся в гравитационном поле, происходят, если нижние слои являются менее плотными, чем верхние (горячий воздух всегда поднимается вверх). Таким образом, температурная инверсия препятствует конвекции в нижних слоях атмосферы.

Нормальные атмосферные условия

В результате многочисленных наблюдений и измерений было установлено, что в умеренной климатической зоне нашей планеты температура воздуха уменьшается на 6,5 °C на каждый километр высоты, то есть на 1 °C при увеличении высоты на 155 метров. Этот факт связан с тем, что нагрев атмосферы происходит не в результате прохождения через нее солнечных лучей (для видимого спектра электромагнитного излучения воздух является прозрачным), а в результате поглощения ею переизлученной энергии в инфракрасном диапазоне от поверхности земли и воды. Поэтому чем ближе воздушные слои к земле, тем они сильнее прогреваются в солнечный день.

В области тропической климатической зоны воздух с увеличением высоты охлаждается медленнее, чем указанные цифры (приблизительно на 1 °C за 180 м). Связано это с наличием в этих широтах ветров пассатов, которые переносят тепло из экваториальных областей в тропики. При этом тепло поступает из верхних слоев (1-1,5 км) в нижние, что препятствует быстрому падению температуры воздуха с увеличением высоты. Кроме того, толщина атмосферы в тропической зоне больше, чем в умеренной.

Таким образом, нормальное состояние атмосферных слоев заключается в их охлаждении с ростом высоты над уровнем моря. Такое состояние благоприятствует перемешиванию и циркуляции воздуха в вертикальном направлении за счет конвекционных процессов.

Почему верхние воздушные слои могут оказаться теплее нижних?

Иными словами, почему проявляется температурная инверсия? Происходит это по той же причине, что и существование нормальных атмосферных условий. Земля имеет большее значение теплопроводности, чем воздух. Это означает, что в ночное время суток, когда на небе нет туч и облаков, она быстро остывает и те атмосферные слои, которые находятся в непосредственном контакте с земной поверхностью, также охлаждаются. В результате получается следующая картина: холодная поверхность земли, холодный слой воздуха в непосредственной близости от нее и теплая атмосфера на некоторой высоте.

Что такое температурная инверсия и где она проявляется? Возникает описанная ситуация часто в низинах, в совершенно любой местности и любых широтах в утренние часы. Низменная местность защищена от горизонтальных перемещений воздушных масс, то есть от ветра, поэтому охлажденный за ночь воздух в ней создает локально стабильную атмосферу. Явление температурной инверсии можно наблюдать в горных долинах. Помимо описанного процесса ночного охлаждения, в горах ее образованию способствует также "сползание" холодного воздуха со склонов в равнины.

Время существования температурной инверсии может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Нормальные атмосферные условия устанавливаются, как только земная поверхность нагревается.

Чем опасно рассматриваемое явление?

Состояние атмосферы, при котором существует температурная инверсия, является стабильным и безветренным. Это означает, что если на данной территории происходят какие-либо выбросы в атмосферу или испарение токсичных веществ, то они никуда не деваются, а остаются в воздухе над рассматриваемой местностью. Иными словами, явление температурной инверсии в атмосфере способствует многократному увеличению в ней концентрации отравляющих веществ, что представляет огромную опасность для здоровья человека.

Описанная ситуация часто возникает над крупными городами и мегаполисами. Например, от последствий температурной инверсии часто страдают такие города, как Токио, Нью-Йорк, Афины, Пекин, Лима, Куала-Лумпур, Лондон, Лос-Анджелес, Бомбей, столица Чили - Сантьяго и многие другие города по всему миру. Из-за большой концентрации людей промышленные выбросы в этих городах являются гигантскими, что приводит к появлению смога в воздухе, нарушающего видимость и создающего угрозу не только для здоровья, но и для жизни человека.

Так, в 1952 году в Лондоне и в 1962 году в Рурской долине (Германия) погибло несколько тысяч человек в результате длительного времени существования температурной инверсии и значительных выбросов в атмосферу оксидов серы.

Столица Перу, Лима

Раскрывая вопрос, что такое температурная инверсия в географии, интересно привести ситуацию в столице Перу. Она расположена на берегу Тихого океана и у подножия гор Анд. Побережье недалеко от города омывается холодным течением Гумбольдта, что приводит к сильному охлаждению земной поверхности. Последняя, в свою очередь, способствует охлаждению самых нижних воздушных слоев и образованию туманов (при уменьшении температуры воздуха снижается растворимость в нем водяных паров, последнее проявляется в выпадении росы и образовании тумана).

В результате описанных процессов возникает парадоксальная ситуация: побережье Лимы покрыто туманом, который мешает лучам солнца нагревать земную поверхность. Поэтому состояние температурной инверсии является настолько стабильным (горизонтальной циркуляции воздуха мешают горы), что здесь практически никогда не идут дожди. Последний факт объясняет, почему побережье Лимы представляет собой практически пустыню.

Как себя вести в случае получения информации о неблагоприятном состоянии атмосферы?

Если человек живет в крупном городе и он получил информацию о существовании в атмосфере температурной инверсии, то рекомендуется по возможности не выходить на улицу в утренние часы, а подождать, пока земля прогреется. Если же возникает такая необходимость, тогда следует использовать индивидуальные средства защиты дыхательных органов (марлевая повязка, шарф) и не оставаться длительное время на открытом воздухе.