Инверсия (метеорология)

Дым, поднимающийся в Лохкарроне , Шотландия , останавливается вышележащим слоем более теплого воздуха (2006 г.).

В метеорологии инверсия ) — это (или температурная инверсия явление, при котором слой более теплого воздуха накрывает более холодный воздух. Обычно температура воздуха постепенно снижается с увеличением высоты , но при инверсии эта зависимость меняется на противоположную. ^{[ 2 ]}

Инверсия удерживает загрязнения воздуха , такие как смог , у земли. Инверсия также может подавлять конвекцию , действуя как «шапка». Если эта крышка сломана по какой-либо из нескольких причин, конвекция любой влажности может перерасти в сильные грозы . Температурная инверсия может вызвать ледяной дождь в холодном климате .

Нормальные атмосферные условия

Обычно в нижних слоях атмосферы ( тропосфере ) воздух у поверхности Земли теплее , чем воздух над ней, главным образом потому, что атмосфера нагревается снизу, поскольку солнечная радиация нагревает поверхность Земли, которая, в свою очередь, затем нагревает слой атмосферы. атмосферу непосредственно над ней, например, за счет термиков ( конвективный теплообмен ). ^{[ 3 ]} Температура воздуха также снижается с увеличением высоты, потому что более высокий воздух находится при более низком давлении, а более низкое давление приводит к более низкой температуре в соответствии с законом идеального газа и адиабатическим градиентом .

Описание

Зависимость высоты ( ось Y ) от температуры ( ось X ) при нормальных атмосферных условиях (черная линия). Когда слой на высоте 6–8 километров (4–5 миль) (обозначенный AB) адиабатически опускается всухую , результатом является инверсия, наблюдаемая у земли на высоте 1–2 километра (1–1 миля) (CD).

Клагенфуртер-Беккен ( Австрия ) в декабре 2015 года: на горе Горичнигкогель отчетливо видна обратная окраина инея .

При правильных условиях нормальный вертикальный градиент температуры инвертируется, и воздух у поверхности Земли становится холоднее. Это может произойти, например, когда более теплая и менее плотная воздушная масса движется над более прохладной и плотной воздушной массой. Этот тип инверсии происходит вблизи теплых фронтов , а также в районах океанического апвеллинга , например, вдоль побережья Калифорнии в США. При достаточной влажности в более холодном слое туман под инверсионной крышкой обычно присутствует . Инверсия также производится всякий раз, когда радиация от поверхности Земли превышает количество радиации, полученной от Солнца, что обычно происходит ночью, или зимой, когда солнце находится очень низко в небе. Этот эффект практически ограничивается сушей, поскольку океан сохраняет тепло гораздо дольше. В полярных регионах зимой над сушей почти всегда присутствуют инверсии.

Более теплая воздушная масса, движущаяся над более холодной, может «отключить» любую конвекцию, которая может присутствовать в более холодной воздушной массе: это известно как закрывающая инверсия . Однако, если эта шапка сломана, либо из-за сильной конвекции, преодолевающей шапку, либо из-за подъемного эффекта фронта или горного хребта, внезапное высвобождение сдерживаемой конвекционной энергии - например, взрыв воздушного шара - может привести к сильным грозам. . Такие инверсии обычно предшествуют развитию торнадо на Среднем Западе США . В этом случае «более холодный» слой довольно теплый, но все же более плотный и обычно холоднее, чем нижняя часть перекрывающего его инверсионного слоя. ^{[ 4 ]}

Инверсия проседания

Инверсия может развиваться наверху в результате постепенного опускания воздуха на обширной территории и нагревания за счет адиабатического сжатия, обычно связанного с субтропическими областями высокого давления . ^{[ 5 ]} устойчивый морской слой В результате над океаном может образоваться . Однако по мере того, как этот слой движется над все более теплыми водами, турбулентность внутри морского слоя может постепенно поднять инверсионный слой на большую высоту и в конечном итоге даже пробить его, вызывая грозы, а при определенных обстоятельствах - тропические циклоны . Накопившийся смог и пыль под инверсией быстро окрашивают небо в красноватый цвет, который хорошо виден в солнечные дни.

Атмосферные последствия

Температурные инверсии предотвращают атмосферную конвекцию (которая обычно присутствует) в зоне воздействия и могут привести к высоким концентрациям атмосферных загрязнителей. Города особенно страдают от последствий температурных инверсий, поскольку они производят больше загрязнителей атмосферы и имеют более высокие тепловые массы, чем сельские районы, что приводит к более частым инверсиям с более высокими концентрациями загрязняющих веществ. Эффект еще более выражен, когда город окружен холмами или горами, поскольку они образуют дополнительный барьер для циркуляции воздуха. Во время серьезной инверсии захваченные загрязнители воздуха образуют коричневатую дымку , которая может вызвать проблемы с дыханием. Великий смог 1952 года в Лондоне (Англия) является одним из наиболее серьезных примеров такой инверсии. На него возложили ответственность примерно за 10 000–12 000 смертей. ^{[ 6 ]}

Иногда инверсионный слой находится на достаточно большой высоте, чтобы кучевые облака могли конденсироваться, но могли распространяться только под инверсионным слоем. Это уменьшает количество солнечного света, достигающего земли, и предотвращает новых термиков образование . По мере того как облака рассеиваются, солнечная погода сменяет облачность в цикле, который может происходить более одного раза в день.

Распространение волн

Свет

По мере увеличения температуры воздуха показатель преломления воздуха уменьшается, побочный эффект более горячего воздуха становится менее плотным. Обычно это приводит к тому, что удаленные объекты укорачиваются по вертикали — эффект, который легко увидеть на закате, когда солнце видно в виде овала. При инверсии нормальная картина меняется на противоположную: удаленные объекты вместо этого вытягиваются или кажутся выше горизонта, что приводит к явлению, известному как Фата Моргана или мираж .

Инверсии могут усилить так называемую « зеленую вспышку » — явление, возникающее на восходе или закате солнца и обычно видимое в течение нескольких секунд, при котором зеленый свет Солнца изолируется из-за дисперсии. ^{[ 7 ]} Более короткая длина волны преломляется больше всего, при этом синий компонент солнечного света «полностью рассеивается в результате рэлеевского рассеяния », в результате чего зеленый свет становится первым или последним видимым светом от верхнего края солнечного диска. ^{[ 8 ]}

Радиоволны

очень высокой частоты Радиоволны могут преломляться путем инверсии, что позволяет слушать FM-радио или смотреть телевизионные передачи в низкочастотном диапазоне УКВ с больших расстояний в туманные ночи. Сигнал вверх и в космос, вместо этого преломляется вниз , который обычно преломляется к Земле пограничным слоем температурной инверсии. Это явление называется тропосферным короблением . Вдоль береговой линии осенью и весной из-за одновременного присутствия нескольких станций из-за меньших потерь при распространении многие FM-радиостанции страдают от серьезного ухудшения сигнала, нарушающего прием. На более высоких частотах, таких как микроволны , такое преломление вызывает многолучевое распространение и замирание .

Звук

При наличии инверсионного слоя, если звук или взрыв происходит на уровне земли, звуковая волна преломляется градиентом температуры (который влияет на скорость звука) и возвращается на землю. Таким образом, звук распространяется намного лучше, чем обычно. Это заметно в районах вокруг аэропортов, где шум взлетающих и приземляющихся самолетов часто можно услышать на рассвете на большем расстоянии, чем в другое время суток, а также инверсионный гром, который значительно громче и распространяется дальше, чем когда он производится молнией. удары в нормальных условиях. ^{[ 9 ]}

Ударные волны

от Ударная волна взрыва может отражаться инверсионным слоем почти так же, как она отскакивает от земли при воздушном взрыве, и в результате может нанести дополнительный ущерб. Это явление привело к гибели двух человек в ходе советского РДС-37 ядерного испытания , когда обрушилось здание. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ «Заполненные дымом каньоны, Аризона» . Earthobservatory.nasa.gov . Земная обсерватория НАСА .
^ «Глоссарий» . Прогноз.weather.gov . NOAA служба Национальная метеорологическая . Проверено 30 июля 2024 г.
^ Нэгл, Гаррет и Пол Гиннесс. Кембриджский международный уровень географии A и AS. Ходдер Образование, 2011. 41. Печать.
^ Хорошо, Тим; Миллс, Джеральд; Кристен, Андреа; Вогт, Джеймс (2017). Городской климат (1-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. стр. 30–35. дои : 10.1017/9781139016476 . ISBN 978-0-521-84950-0 . Проверено 21 июня 2022 г.
^ Уоллес и Хоббс (2006) Наука об атмосфере: вводный обзор
^ Белл, МЛ; Дэвис, Д.Л.; Флетчер, Т. (2004). «Ретроспективная оценка смертности от лондонского смога 1952 года: роль гриппа и загрязнения» . Перспектива здоровья окружающей среды . 112 (1 января): 6–8. дои : 10.1289/ehp.6539 . ПМЦ 1241789 . ПМИД 14698923 .
^ бен Аруш, Томер; Буладжар, Сэйбер; Липсон, Стивен Дж. (13 декабря 2017 г.). «Наблюдение зеленой вспышки в лаборатории» . Европейский журнал физики . 39 (1): 2. дои : 10.1088/1361-6404/aa90f5 . S2CID 125714499 . Проверено 21 июня 2022 г.
^ бен Аруш, Томер; Буладжар, Сэйбер; Липсон, Стивен Дж. (13 декабря 2017 г.). «Наблюдение зеленой вспышки в лаборатории» . Европейский журнал физики . 39 (1): 2. дои : 10.1088/1361-6404/aa90f5 . S2CID 125714499 . Проверено 21 июня 2022 г.
^ Дин А. Поллет и Майкл М. Кордич, Руководство пользователя системы прогнозирования интенсивности звука (SIPS), установленной в Отделе технологий обезвреживания взрывоопасных предметов ВМС (Naveodtechdiv) . Системный отдел, февраль 2000 г. DTIC.mil.
^ Джонстон, У.М. Роберт. «Ядерное испытание РДС-37, 1955 год» . Проверено 11 апреля 2014 г.
^ «РДС-37: Советская водородная бомба» . Проверено 26 декабря 2015 г.

Внешние ссылки

«Огненные инверсии» блокируют дым в долинах
Словарное определение температурной инверсии в Викисловаре.

[1] «Заполненные дымом каньоны, Аризона» . Earthobservatory.nasa.gov . Земная обсерватория НАСА .

[2] «Глоссарий» . Прогноз.weather.gov . NOAA служба Национальная метеорологическая . Проверено 30 июля 2024 г.

[3] Нэгл, Гаррет и Пол Гиннесс. Кембриджский международный уровень географии A и AS. Ходдер Образование, 2011. 41. Печать.

[4] Хорошо, Тим; Миллс, Джеральд; Кристен, Андреа; Вогт, Джеймс (2017). Городской климат (1-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. стр. 30–35. дои : 10.1017/9781139016476 . ISBN 978-0-521-84950-0 . Проверено 21 июня 2022 г.

[5] Уоллес и Хоббс (2006) Наука об атмосфере: вводный обзор

[EHP_112_1-6] Белл, МЛ; Дэвис, Д.Л.; Флетчер, Т. (2004). «Ретроспективная оценка смертности от лондонского смога 1952 года: роль гриппа и загрязнения» . Перспектива здоровья окружающей среды . 112 (1 января): 6–8. дои : 10.1289/ehp.6539 . ПМЦ 1241789 . ПМИД 14698923 .

[7] бен Аруш, Томер; Буладжар, Сэйбер; Липсон, Стивен Дж. (13 декабря 2017 г.). «Наблюдение зеленой вспышки в лаборатории» . Европейский журнал физики . 39 (1): 2. дои : 10.1088/1361-6404/aa90f5 . S2CID 125714499 . Проверено 21 июня 2022 г.

[8] бен Аруш, Томер; Буладжар, Сэйбер; Липсон, Стивен Дж. (13 декабря 2017 г.). «Наблюдение зеленой вспышки в лаборатории» . Европейский журнал физики . 39 (1): 2. дои : 10.1088/1361-6404/aa90f5 . S2CID 125714499 . Проверено 21 июня 2022 г.

[9] Дин А. Поллет и Майкл М. Кордич, Руководство пользователя системы прогнозирования интенсивности звука (SIPS), установленной в Отделе технологий обезвреживания взрывоопасных предметов ВМС (Naveodtechdiv) . Системный отдел, февраль 2000 г. DTIC.mil.

[10] Джонстон, У.М. Роберт. «Ядерное испытание РДС-37, 1955 год» . Проверено 11 апреля 2014 г.

[11] «РДС-37: Советская водородная бомба» . Проверено 26 декабря 2015 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]