Температурная инверсия в атмосфере. Температурная инверсия в атмосфере Температурная инверсия проявляется

С понятием “инверсия” у парапланеристов связанно очень много впечатлений и воспоминаний. Обычно об этом явлении говорят с сожалением, что-то типа “опять низкая инверсия не дала пролететь хороший маршрут” или “я уперся в инверсию и не смог набрать больше”. Давайте разберемся с этим явлением, с тем так ли оно плохо? И с обычными ошибками, которые допускают парапланеристы рассказывая об “инверсии”.

Итак обратимся для начала к Википедии:

Инверсия в метеорологии – 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.

Так что выходит, что говоря об “инверсии”, мы говорим именно о температурной инверсии. То есть об увеличении температуры с высотой в некотором слое воздуха. – Этот момент очень важно себе твердо уяснить, ведь говоря о состоянии атмосферы можно выделить что для нижней части атмосферы (до тропопаузы):

• Нормальное состояние – когда температура воздуха с увеличением высоты – уменьшается . Например средняя скорость падения температуры с высотой для стандартной атмосферы принята ИКАО в 6.49 град К на км.

• Не нормальное состояние остается постоянной (изотермия )

• Так же не нормальное состояние – когда температура с увеличением высоты увеличивается (инверсия температуры )

Наличие изотермии или настоящей инверсии в каком-то слое воздуха – означает что атмосферный градиент тут равен нулю или даже отрицателен, и это явно свидетельствует о СТАБИЛЬНОСТИ атмосферы ().

Свободно поднимающийся объем воздуха, попадая в такой слой очень быстро теряет свою разницу в температуре между ним и окружающей средой.(Воздух поднимаясь охлаждается по сухо- или влажноадиабатическому градиенту, а воздух окружающий его среды – не меняет температуру или даже нагревается. Та разница температур, что являлась причиной превышения силы Архимеда, над силой тяжести быстро нивелируется и движение прекращается).

Приведем пример, предположим у нас есть некий объем воздуха, который перегрелся у поверхности земли, относительно окружающего его воздуха, на 3 градуса K. Этот объем воздуха, отрываясь от земли порождает термический пузырь (термик). На начальном этапе его температура на 3 градуса выше, а следовательно плотность для того же объема, по сравнению с окружающем его воздухом – ниже. Следовательно сила Архимеда будет превышать силу тяжести, и воздух начнет двигаться вверх с ускорением (всплывать). Всплывая вверх, атмосферное давление будет все время падать, всплывающий объем будет расширяться, и расширяясь охлаждаться по сухоадиабатическому закону (перемешивание воздуха обычно пренебрегают на больших объемах).

Долго ли он будет всплывать? – зависит от того как быстро по высотам, охлаждается окружающая среда вокруг него. Если закон изменения охлаждения окружающей среды такой же как сухоадиабатический закон – то начальная “перегретость относительно окружающей среды” все время будет сохраняться, и наш всплывающий пузырь все время будет разгоняться (сила трения будет увеличиваться со скоростью, и при значимых скоростях её уже нельзя будет пренебрегать, ускорение будет – уменьшаться).

Но такие условия – крайне редки, чаще всего мы имеем атмосферный градиент в районе 6.5 – 9 град К на км. Возьмем для примера 8 град К на км.

Разница между атмосферным градиентом и сухоадиабатическим = 10-8=2 град К на км, тогда на высоте 1 км от поверхности, от начальной перегретости в 3 градуса, осталась только 1. (наш пузырь охладился на 9.8=10 градусов, а окружающий воздух на 8). Еще 500м подъема и температуры сравняются. То есть на высоте 1.5 км,температура пузыря и температура окружающего воздуха будут одинаковы, сила Архимеда и сила тяжести уравновесятся. Что произойдет с пузырем? Во всех парапланерных книгах, пишут – что он останется на этом уровне. Да, в конечном счете, теоретически, именно это и произойдет. Но по динамика процесса нам летающим – тоже важна.

Зависание пузыря на новом, равновесном уровне будет не сразу. И если бы, не было тех явлений, которыми пренебрегают описывая подъем пузыря (сила трения, перемешивание с окружающим воздухом, теплообмен с окружающим воздухом) он бы и не завис никогда:).

Вначале он “по инерции” проскочит выше, равновесного уровня (он же разгонялся все время что поднимался и имеет уже приличную скорость, а значит и запас кинетической энергии. Поднимаясь над этим уровнем (1.5 км), градиент будет работать уже в противоположную сторону, то есть наш объем воздуха будет охлаждаться быстрее чем окружающий, сила тяжести будет превышать силу Архимеда, и результирующая сила будет действовать уже вниз, тормозя (вместе с силой трения) его движение. На какой-то высоте, их действие полностью остановит наш пузырь и он начнет движение вниз. Если полностью пренебречь силой трения и считать что воздух не смешивается с окружающим и не обменивается энергией, то он бы колебался вверх вниз от 0 до 3000м. Но в реальности этого конечно не происходит. Сила трения, теплообмен и смешивание – присутствуют и колебания быстро затухают. Особенно быстро их ограничивают слои с разными градиентами.

Рассмотрим теперь тот же пример, только со слоем инверсии, градиентом в -5 град К на км (помним что в метеорологии градиент с обратным знаком), на высоте 750м толщиной в 300м.

Тогда за первые 750м наш пузырь потеряет 1.5 градуса перегретости (10-8=2 град К на км. 2*0,75 = 1,5 град) , поднимаясь дальше он продолжит охлаждаться на 1 град на каждые 100м, а начиная с высоты 750м, окружающий воздух только повышает свою температуру. Значит разница между градиентами. 10–5=15 град К на км, или 1.5 град на 100м. И через следующие 100м (на высоте 850 метров), пузырь по температуре сравняется с окружающей средой.

Значит слой инверсии с градиентом -5град К на км быстро остановил пузырь. (Так же быстро он погасит инерцию пузыря, в идеале через 200м, а по факту, с учетом трения, перемешивания и теплообмена – существенно раньше).

Мы видим, что слой инверсии ограничивает колебания пузыря (если мы пренебрегаем трением, перемешиванием и теплообменом) с диапазона 0-3000м, до диапазона 0- 1050м.

Так ли плоха инверсия? Если она на низкой высоте, и замедляет наши термики – это плохо. Если она на достаточно большой высоте и защищает от подъема воздуха в зоны нестабильности в которых происходит конденсация, и где влажноадиабатический градиент меньше чем атмосферный, то инверсия – это хорошо.

Из-за чего возникает инверсия температуры?

Ведь строго говоря, для термодинамического равновесия атмосферы до уровня тропопаузы – это не нормальное состояние.

Выделяют 2 вида инверcии по месту проявления:

• приземная (та которая начинает от поверхности земли)
• инверсия на высоте (какой-то слой на высоте)

И можно выделить 4 типа инверсии, по видам ее возникновения. со всеми из них мы можем легко столкнутся в повседневной жизни и на полетах:

• приземного радиационного выхолаживания
• инверсия подтекания
• инверсия адвективного переноса
• инверсия оседания

С приземной инверсией все просто, её еще называют инверсией радиационного выхолаживания или ночной инверсией. Поверхность земли, при ослаблении поступления тепла от солнца быстро охлаждается (в том числе и из-за инфракрасного излучения). Охлажденная поверхность охлаждает и прилегающий к ней слой воздуха. Так как воздух – плохо переносит тепло, то выше определенной высоты это охлаждение уже не чувствуется.

Приземная инверсия

Толщина слоя интенсивность его переохлаждения зависят от:

• длительности охлаждения, чем длиннее ночь тем больше выхолаживается поверхность и примыкающий к ней слой воздуха. Осенью и зимой приземные инверсии толще и имеют более выраженный градиент.
• скорости охлаждения, например если есть облачность, то часть инфракрасного излучения, с которым уходит тепло – отражается обратно на землю, и интенсивность охлаждения – заметно снижается (облачные ночи – теплые).
• теплоемкости подстилающей поверхности поверхности имеющие большую теплоемкость и накопившие тепло за день – дольше охлаждаются и меньше охлаждают воздух (например теплые водоемы).
• наличия ветра у земли, ветер перемешивает воздух и он интенсивнее охлаждается, слой (толщина) инверсии – заметно больше.

Инверсия подтекания – возникает когда холодный воздух стекает со склонов в долину, вытесняя более теплый воздух вверх. Воздух может стекать как с охлажденных склонов ночью, так и днем, например с ледников.

Инверсия подтекания

Инверсия адвективного переноса возникает при горизонтальном переносе воздуха. Например теплых воздушных масс на холодные поверхности. Или просто разных воздушных масс. Ярким примером – являются атмосферные фронты, на границе фронта будет наблюдаться инверсия. Другой пример, адвекция теплого (ночью) воздуха с водной поверхности на холодную сушу. Осенью такая адвекция часто визуализируется туманами. (их так и называют, адвективные туманы, когда влажный теплый воздух с воды переноситься на холодную сушу, или на более холодную воду и т.д.)

Возникает если внешние силы заставляют какой-то слой воздуха опускаться вниз. При опускании воздух будет сжиматься (так как атмосферное давление увеличивается) и адиабатически нагреваться, и может оказаться что нижележащие слои – имеют температуры ниже – возникнет инверсия. Этот процесс может происходить в разных условиях и масштабах, такая инверсия возникает например при оседании воздуха в антициклонах, при опускании воздуха в горно-долинной циркуляции, между облаком с осадками и окружающем воздухом рядом, или, например при фёне. Для ее возникновения нужно постоянное внешнее воздействие которое осуществляет перенос и опускание воздуха.

Вернемся теперь к мифам об инверсии.

Очень часто, парапланеристы говорят об инверсии там, где ее нет. Связанно это с тем, что мы привыкли любой слой который заметно тормозит и задерживает вертикальное перемещение воздуха называть инверсией хотя это – не так. Просто слой с маленьким градиентом, или изотермия – тоже быстро блокируют перемещение воздуха, но при этом не являются настоящей инверсией.

Второй момент возник благодаря тому, что в книгах, на иллюстрациях обычно для наглядности рисуют атмосферные градиенты или аэрологическую диаграмму в ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СИСТЕМАХ КООРДИНАТ (АДП), где изотермы (линии постоянных температур) направлены снизу вверх перпендикулярно изобарам (или линиям одинаковой высоты). На таких рисунках инверсия, это любой участок кривой стратификации наклонённый ВПРАВО от вертикали снизу-вверх. Инверсия в таких координатах – легко видна.

Пример из книги Д. Пегана “Понять небо”.

На практике же, большинство пользуются , например с сайта meteo.paraplan.ru и тут уже, изотермы сами наклонены вправо, так что для того чтобы увидеть инверсию, нужно сравнить КРУТИЗНУ наклона кривой стратификации с изотермой! А сделать это на глазок при беглом просмотре – намного сложнее чем с диаграммной в АДП. Посмотрите на диаграмму внизу, у земли видна приземная небольшая инверсия. В слое 400м температура чуть выросла, (на высоте 600 метров она примерно на градус теплее чем у земли) градиент порядка -2.5 градуса К на км. А вверху, НЕ инверсия, а просто очень небольшой градиент, примерно +3.5 градусов К на км.

Инверсия и Не инверсия

Из-за того что не любой наклон вправо будет инверсия на АДК, пилоты часто употребляют это слово не там где надо, чем раздражают истинных метеорологов 🙂

В то же время расчетные, модельные аэрологические диаграммы могут не прогнозировать тонкие слои инверсии, так как усредняют температуру по слою, вместо того чтобы учесть 2 слоя, слой инверсии толщиной, например 100м с разницей температур на нижней и верхней границе в -1град, прилежащий слой в 900 метров с разницей температур +8 градусов. они просто нарисуют более толстый слой, 1 км – с о средним градиентом 7 градусов на этот километр. В то время как в реальности там будет несколько разных слоев.

Например как на приведенной ниже натурной диаграмме (АДП). На ней видно и приземной слой инверсии толщиной 200м + слой изотермии. И тонкий слой инверсии на высоте 2045м, и слой изотермии на высоте 3120м. Эти тонкие слои не рассчитываются модельно, но фактически – оказывают сильное влияние на термики.

Натурная АДП с шара- зонда

Резюме.

Не каждая часть кривой стратификации наклоненная вправо на АДК – является инверсией, будьте внимательны! Настоящую инверсию можно увидеть только на аэрологической диаграмме снятой по фактическим данным зондирования атмосферы. На “модельных” диаграммах, они могут быть не просчитаны, а лишь учтены в уменьшении градиента на каком-то слое. Однако в этом случае, об их существовании можно догадаться, если принимать во внимания возможные факторы возникновения инверсий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Плавное убывание температур с высотой следует считать только общим свойством тропосферы. Очень часто наблюдается такая стратификация воздуха, при которой в направлении вверх температура или не падает, или даже повышается. Возрастание температуры с высотой над земной поверхностью называется ее инверсией (лат. inversio - переворачивание).

По мощности слоя воздуха, в котором наблюдается повышение температуры, различают инверсии приземные, захватывающие несколько метров, и свободной атмосферы, простирающиеся до 3 км. Приращение температуры (или величина инверсии) может достигать 10° С и более. Тропосфера оказывается расслоенной: одна масса воздуха от другой отделяется слоем инверсии.

По происхождению приземные инверсии разделяются на радиационные, адвективные, орографические и снежные. Часто возникают смешанные типы, поскольку процессы, вызывающие инверсии, действуют совокупно.

Радиационная инверсия возникает летом при тихой и безоблачной погоде. После захода солнца поверхность, а от нее и нижние слои воздуха охлаждаются, а лежащие выше еще сохраняют дневной запас тепла. Образуется инверсия. Мощность таких инверсий колеблется от 10 до 300 м в зависимости от погоды. Радиационная инверсия бывает над ледяными поверхностями в ‘ любое время года при потере ими тепла лучеиспусканием.

Орографические инверсии формируются в пересеченной местности при безветренной погоде, когда холодный воздух стекает вниз, а на холмах и склонах гор удерживается более теплый.

Адвективная инверсия бывает при продвижении теплого воздуха в холодную местность. Причем нижние слои воздуха охлаждаются от соприкосновения с холодной поверхностью, а верхние на время остаются теплыми.

Снежные, или весенние, инверсии наблюдаются ранней весной над снежныМи поверхностями. Они вызываются затратой воздухом большого количества тепла на таяние снега.

В свободной атмосфере наиболее распространены анти-циклональные инверсии сжатия и циклонические фронтальные инверсии.

Инверсии сжатия образуются в антициклонах зимой и наблюдаются на высотах 1-2 км. Температура опускающегося воздуха в средней тропосфере повышается, но близ земной поверхности, где начинается горизонтальное растекание воздуха, она понижается. Это явление наблюдается на огромных площадях Арктики, Антарктиды, Восточной Сибири и др. Фронтальные инверсии образуются в циклонах вследствие натекания теплого воздуха на холодный.

Следовательно, инверсии температуры не исключение, а одно из постоянных свойств погоды и климата. В разные сезоны и в разных местностях они отмечены в 75-98% всех наблюдений.

Относятся:

1. Резкое изменение климата.

Существует две стороны проблемы изменения климата:

• резкое изменение погоды или климата в результате антропогенного фактора (вырубка и выжигание леса, распахивание земель, создание новых водохранилищ, изменение русел рек, осушение болот – все это влияет на изменение теплового баланса и на газовый обмен с атмосферой);
• процесс изменения климата как эволюционный, происходящий в весьма медленном темпе.

По данным Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства, на планете стало теплее за столетие на 0,8 0С. Температура подледной воды в районе Северного полюса возросла почти на 20С, вследствие чего началось таяние льда снизу и происходит постепенное повышение уровня Мирового океана. По оценкам ученых, средний уровень океана к 2100 году может повыситься на 20-90 см. Все это может вызвать катастрофические последствия для стран с территориями на уровне моря (Австралия, Нидерланды, Япония, отдельные районы США).

2 . Превышение ПДК вредных примесей в атмосфере (выбросы промышленные, ТЭЦ, автотранспорта приводит к непрерывному повышению среднего содержания двуокиси углерода в атмосфере.

Происходит потепление климата вследствие так называемого «парникового эффекта». Уплотненный слой двуокиси углерода будет свободно пропускать солнечную радиацию к поверхности земли и в то же время задерживать излучение земного тепла в космос.

На основе расчетов с использованием компьютерных моделей установлено, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то за 30 лет температура в среднем по земному шару повысится примерно на 10С. При этом глобальное потепление будет сопровождаться увеличением количества осадков (к 2030 году на несколько процентов) и повышением уровня Мирового океана (к 2030 году – на 20 см., к концу столетия – на 65 см).

Опасные последствия глобального потепления климата:

• повышение уровня Мирового океана создаст опасную ситуацию для жизнедеятельности около 800 млн. человек.
• овышение среднегодовых температур вызовет сдвиг всех климатических зон от экватора к полюсам, что может лишить сотни миллионов людей привычного ведения хозяйства.
• рост температуры приведет к ускорению размножения кровососущих насекомых и вредителей леса, и они выйдут из под контроля своих естественных врагов (птиц, лягушек и т.п.), тропические и субтропические виды кровососов будут распространяться на север, а вместе с ними в умеренные широты придут такие болезни, как малярия, тропические вирусные лихорадки и др.

Глобальное потепление на планете неизбежно вызовет оттаивание больших участков вечной мерзлоты. К концу ХХI века южная граница вечной мерзлоты в Сибири может тогда отодвинуться к северу до 55-й параллели, в результате ее таяния будет нарушаться хозяйственная инфраструктура. Наиболее уязвимыми окажутся объекты добывающей промышленности, энергетических и транспортных систем, коммунального хозяйства. Значительно возрастут в этих районах риски возникновения ЧС техногенного характера.

Возможное глобальное потепление климата отрицательно скажется на здоровье человека, усилит факторы воздействия окружающей среды на него, повлияет на временной и сезонный ход заболеваний во многих странах.

3. Температурные инверсии над городами .

Температура в тропосфере, начиная от земли, по высоте снижается на 5-6 градусов на каждый километр. Теплые нижележащие слои воздуха, как более легкие, движутся к верху, обеспечивая циркуляцию воздуха над землей, образуя восходящие вертикальные, а так же горизонтальные потоки воздуха, ощущаемые нами как ветер. Однако иногда при антициклонах и при штилевой погоде может произойти так называемая температурная инверсия, при которой расположенные выше слои атмосферы окажутся более нагретыми, чем нижележащие. Тогда прекращается нормальная циркуляция воздуха и слой теплого воздуха как одеялом покрывает участки земли. Если это происходит над городом, то вредные выбросы от промышленных предприятий, автотранспорта задерживаются под этим «воздушным одеялом» и создают опасные для населения загрязнения атмосферы, вызывающие заболевания.

4. Острый недостаток кислорода над городами

В крупных городах наземная растительность в процессе фотосинтеза выделяет в атмосферу меньше кислорода, чем его потребляется промышленность, транспортом, людьми и животными. В связи с этим общее количество кислорода в околоземной оболочке биосферы ежегодно уменьшается.
Недостаток кислорода в воздушной среде городов способствует распространению легочных и сердечнососудистых заболеваний.

5. Значительное превышение предельно допустимого уровня городского шума.

Основные источники шума в городах:
- транспорт. Удельный вес транспортного шума города составляет не менее 60-80% (Пример: Москва – днем и ночью транспортный шум...)
- внутриквартальные источники шума,- возникают в жилых кварталах (игры спортивные, детские на площадках; хозяйственная деятельность людей…)
- шумы в зданиях. Шумовой режим в жилых кварталах складывается из проникающего внешнего шума и шума, образующего при эксплуатации инженерно и санитарно-технического оборудования зданий: лифтов, насосов подкачки воды, мусоропроводов и т.д.
Высокие уровни шума способствуют развитию заболеваний неврологического, сердечнососудистого характера и других.

6. Образование зон кислотных дождей.

Кислотные дожди – результат промышленного загрязнения воздуха. Большая доза в загрязнении воздуха принадлежит окислам азота, источниками образования которых являются выхлопные газы двигателей, а также сжигания всех видов топлива. 40% всех окислов азота выбрасывают в атмосферу тепловые электростанции. Эти окислы преобразуются в азот и нитраты, а последние взаимодействуя с водой, дают азотную кислоту.
Кислотные осадки представляют серьезную опасность для растительного и живого мира на земле.

7. Разрушение озонового слоя атмосферы .

Озон обладает способностью поглощать ультрафиолетовые излучения солнца и, следовательно, предохранять от их губительного воздействия все живые организмы на Земле.

Количество озона в атмосфере не велико. Наиболее существенное влияние на разрушение озона оказывают реакции с соединениями водорода, азота, хлора. В результате деятельности человека резко возрастает поступление веществ, содержащие такие соединения.

Огромные масштабы разрушения озонового слоя наблюдаются в отдельные периоды. Так, например, в весенние месяцы над Антарктидой наблюдалось постепенное разрушение стратосферного слоя озона, иногда достигающее 50 % от его общего количества в атмосфере региона наблюдения.

Разрыв озоносферы диаметром, превышающим 1000 км, возникающий над Антарктидой и перемещающийся к населенным районам Австралии, называли «озоновой дырой».

Сокращение озонового слоя на 25% и повышенное воздействие доз коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца приводит к:

Уменьшению биологической продуктивности многих растений, снижается урожайность сельскохозяйственных культур;
- болезням человека: резко возрастает вероятность заболеванием рака кожи, ослабляется иммунная система, увеличивается количество заболеваний катарактой глаз, возможна частичная или полная потеря зрения.

8. Значительные изменения прозрачности атмосферы.

Прозрачность атмосферы в значительной степени зависит от процентного содержания в ней аэрозолей (понятие «аэрозоль» в данном случае включает пыль, дым, туман).

Увеличение содержания аэрозолей в атмосфере уменьшает количество приходящей к поверхности Земли солнечной энергии. В результате этого возможно охлаждения поверхности Земли, что вызывает понижение средней планетной температуры и, в конечном счете, начало нового ледникового периода.

Подобно тому, как в почве или в воде нагревание и охлаждение передаются от поверхности в глубину, так и в воздухе нагревание и охлаждение передаются из нижнего слоя в более высокие слои. Следовательно, суточные колебания температуры должны наблюдаться не только у земной поверхности, но и в высоких слоях атмосферы. При этом, подобно тому как в почве и в воде суточное колебание температуры убывает и запаздывает с глубиной, в атмосфере оно должно убывать и запаздывать с высотой.

Нерадиационная передача тепла в атмосфере происходит, как и в воде, преимущественно путем турбулентной теплопроводности, т. е. при перемешивании воздуха. Но воздух более подвижен, чем вода, и турбулентная теплопроводность в нем значительно больше. В результате суточные колебания температуры в атмосфере распространяются на более мощный слой, чем суточные колебания в океане.

На высоте 300 м над сушей амплитуда суточного хода температуры около 50% амплитуды у земной поверхности, а крайние значения температуры наступают на 1,5--2 часа позже. На высоте 1 км суточная амплитуда температуры над сушей 1--2°, на высоте 2--5 км 0,5--1°, а дневной максимум смещается на вечер. Над морем суточная амплитуда температуры несколько растет с высотой в нижних километрах, но все же остается малой.

Небольшие суточные колебания температуры обнаруживаются даже в верхней тропосфере и в нижней стратосфере. Но там они определяются уже процессами поглощения и излучения радиации воздухом, а не влияниями земной поверхности.

В горах, где влияние подстилающей поверхности больше, чем на соответствующих высотах в свободной атмосфере, суточная амплитуда убывает с высотой медленнее. На отдельных горных вершинах, на высотах 3000 м и больше, суточная амплитуда еще может равняться 3--4°. На высоких обширных плато суточная амплитуда температуры воздуха того же порядка, что и в низинах: поглощенная радиация и эффективное излучение здесь велики, так же как и поверхность соприкосновения воздуха с почвой. Суточная амплитуда температуры воздуха на станции Мургаб на Памире в среднем годовом 15,5°, тогда как в Ташкенте 12°.

Инверсии температуры

В предыдущих параграфах мы неоднократно упоминали об инверсиях температуры. Теперь остановимся на них несколько подробнее, поскольку с ними связаны важные особенности в состоянии атмосферы.

Падение температуры с высотой можно считать нормальным положением вещей для тропосферы, а инверсии температуры -- отклонениями от нормального состояния. Правда, инверсии температуры в тропосфере -- частое, почти повседневное явление. Но они захватывают воздушные слои достаточно тонкие в сравнении со всей толщей тропосферы.

Инверсию температуры можно характеризовать высотой, на которой она наблюдается, толщиной слоя, в котором имеется повышение температуры с высотой, и разностью температур на верхней и нижней границах инверсионного слоя -- скачком температуры. В качестве переходного случая между нормальным падением температуры с высотой и инверсией наблюдается еще явление вертикальной изотермии, когда температура в некотором слое с высотой не меняется.

По высоте все тропосферные инверсии можно разделить на инверсии приземные и инверсии в свободной атмосфере.

Приземная инверсия начинается от самой подстилающей поверхности (почвы, снега или льда). Над открытой водой такие инверсии наблюдаются редко и не так значительны. У подстилающей поверхности температура самая низкая; с высотой она растет, причем этот рост может распространяться на слой в несколько десятков и даже сотен метров. Затем инверсия сменяется нормальным падением температуры с высотой.

Инверсия в свободной атмосфере наблюдается в некотором слое воздуха, лежащем на той или иной высоте над земной поверхностью (рис.5.20). Основание инверсии может находиться на любом уровне в тропосфере; однако наиболее часты инверсии в пределах нижних 2 км (если не говорить об инверсиях на тропопаузе, собственно уже не тропосферных). Толщина инверсионного слоя также может быть самой различной -- от немногих десятков до многих сотен метров. Наконец, скачок температуры на инверсии, т. е. разность температур на верхней и нижней границах инверсионного слоя, может колебаться от 1° и меньше до 10--15° и больше.

Заморозки

Важное в практическом отношении явление заморозков связано как с суточным ходом температуры, так и с непериодическими ее понижениями, причем обе эти причины обычно действуют совместно.

Заморозками называют понижения температуры воздуха ночью до нуля градусов и ниже в то время, когда средние суточные температуры уже держатся выше нуля, т. е. весной и осенью.

Весенние и осенние заморозки могут иметь самые неблагоприятные последствия для садовых и огородных культур. При этом необязательно, чтобы температура опускалась ниже нуля в метеорологической будке. Здесь, на высоте 2 м, она может остаться несколько выше нуля; но в самом нижнем, при почвенном слое воздуха она в это же время падает до нуля и ниже, и огородные или ягодные культуры повреждаются. Бывает и так, что температура воздуха даже и на небольшой высоте над почвой остается выше нуля, но сама почва или растения на ней охлаждаются путем излучения до отрицательной температуры и на них появляется иней. Это явление называется заморозком на почве и также может погубить молодые растения.

Заморозки чаще всего бывают, когда в данный район приходит достаточно холодная воздушная масса, например арктического воздуха. Температура в нижних слоях этой массы днем все-таки выше нуля. Ночью же температура воздуха падает в суточном ходе ниже нуля, т. е. наблюдается заморозок.

Для заморозка нужна ясная и тихая ночь, когда эффективное излучение с поверхности почвы велико, а турбулентность мала и воздух, охлаждающийся от почвы, не переносится в более высокие слои, а подвергается длительному охлаждению. Такая ясная и тихая погода обычно наблюдается во внутренних частях областей высокого атмосферного давления, антициклонов.

Сильное ночное охлаждение воздуха у земной поверхности приводит к тому, что с высотой температура повышается. Другими словами, при заморозке имеет место приземная инверсия температуры.

Заморозки чаще происходят в низинах, чем в возвышенных местах или на склонах, так как в вогнутых формах рельефа ночное понижение температуры усилено. В низких местах холодный воздух больше застаивается и длительнее охлаждается.

Поэтому заморозок нередко поражает сады, огороды или виноградники в низкой местности, в то время как на склонах холма они остаются неповрежденными.

Последние весенние заморозки наблюдаются в центральных областях Европейской территории СНГ в конце мая -- начале июня, а уже в начале сентября возможны первые осенние заморозки (карты VII, VIII).

В настоящее время разработаны достаточно эффективные средства для защиты садов и огородов от ночных заморозков. Огород или сад укутывается дымовой завесой, которая понижает эффективное излучение и уменьшает ночное падение температуры. Грелками разного рода можно подогревать нижние слои воздуха, накопляющегося в приземном слое. Участки с садовыми или огородными культурами можно закрывать на ночь особой пленкой, расставлять над ними соломенные или пластикатовые навесы, также уменьшающие эффективное излучение с почвы и растений, и т. д. Все такие меры следует принимать, когда уже с вечера температура достаточно низка и, согласно прогнозу погоды, предстоит ясная и тихая ночь.

ИНВЕРСИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ. В океане инверсия температуры - повышение температуры с глубиной вместо её понижения, характерного для большей части Мирового океана. Инверсия температуры в разных слоях океана возникает под влиянием различных физических процессов: у поверхности это тепломассообмен океана и атмосферы, в толще стратифицированных вод - адвекция, в придонном слое - геотермальные процессы. Вертикальный масштаб слоёв с инверсией температуры (так называемых инверсионных слоёв) изменяется от нескольких миллиметров (вблизи границы с атмосферой) до нескольких сотен метров и более в толще океана. Инверсионные слои вблизи поверхности и дна часто имеют неустойчивое распределение плотности, что порождает конвективное перемешивание вод; в толще океана эти слои, как правило, характеризуются устойчивым распределением плотности, связанным с увеличением солёности вод с глубиной. Инверсии температуры, достигающие нескольких градусов Цельсия, обусловлены водообменом открытого океана с морями. Например, сток более тёплых и солёных вод (из Средиземного моря в Атлантический океан или из Красного моря в Индийский океан) и распространение этих вод на уровне равной плотности на расстояния до нескольких тысяч километров вызывают крупномасштабные инверсии температуры.

Лит.: Федоров К. Н. Тонкая термохалинная структура вод океана. Л., 1976; Галеркин Л. И. и др. О климатических инверсиях температуры в океане // Океанология. 1998. Т. 38. Вып. 6.

А. Г. Зацепин.

В атмосфере инверсия температуры (повышение температуры с высотой) типична для стратосферы и термосферы, в то время как в тропосфере температура обычно понижается с высотой. Приземные инверсии температуры характеризуются толщиной инверсионного слоя, которая может достигать десятков и сотен метров, и скачком температуры между нижней и верхней границами слоя (до 15-20 °С). Приподнятые инверсии температуры в пограничном слое атмосферы и в свободной атмосфере описываются также высотой нижней границы инверсионного слоя. Встречаются и многослойные инверсии температуры.

В тропосфере различают несколько видов инверсии температуры. В приземном слое атмосферы может наблюдаться радиационная инверсия температуры, причиной которой является радиационное выхолаживание (тепловое излучение земной поверхности). В антициклонах возникает инверсия оседания. При натекании тёплой воздушной массы на более холодную подстилающую поверхность образуются адвективные инверсии температуры. Выделяют также инверсии температуры, генетически связанные с жизненным циклом облака (подоблачные и надоблачные инверсии температуры). В стратосфере и термосфере инверсии температуры возникают за счёт поглощения солнечной радиации. Например, инверсия температуры на высотах от 20-30 до 50-60 км связана с поглощением УФ-излучения Солнца озоном.

Инверсионные слои воздуха препятствуют развитию вертикальных движений, способствуют накоплению газовых и аэрозольных примесей, образованию дымок и туманов, возникновению верхних миражей, влияют на распространение внутренних гравитационных волн в атмосфере и радиоволн.

Лит.: Хромов С. М., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. 7-е изд. М., 2006.