Погода в даній місцевості, що надає сильний вплив на життєдіяльність людини, тому інформація про стан земної атмосфери завжди є корисною з економічних позицій і з точки зору безпеки для здоров’я. Температурна інверсія – це один з видів стану нижніх шарів атмосфери. Що вона собою являє і де проявляється, розглядається у статті.
Що таке температурна інверсія?
Під цим поняттям мають на увазі зростання температури повітря по мірі збільшення висоти від земної поверхні. Це, здавалося б, невинне визначення тягне за собою досить серйозні наслідки. Справа в тому, що повітря можна вважати ідеальним газом, для якого тиск при фіксованому обсязі знаходиться у зворотній залежності від температури. Оскільки при температурної інверсії із збільшенням висоти температура зростає, це означає, що тиск повітря знижується і зменшується його щільність.
Зі шкільного курсу фізики відомо, що конвекційні процеси, які обумовлюють вертикальне перемішування в обсязі текучою субстанції, що знаходиться в гравітаційному полі, що відбуваються, якщо нижні шари є менш щільними, ніж верхні (гаряче повітря завжди піднімається вгору). Таким чином, температурна інверсія перешкоджає конвекції в нижніх шарах атмосфери.
Нормальні атмосферні умови
В результаті численних спостережень і вимірювань було встановлено, що в помірній кліматичній зоні нашої планети температура повітря зменшується на 6,5 °с на кожний кілометр висоти, тобто на 1 °C при збільшенні висоти на 155 метрів. Цей факт пов’язаний з тим, що нагрівання атмосфери відбувається не в результаті проходження через неї сонячних променів (для видимого спектра електромагнітного випромінювання повітря є прозорим), а в результаті поглинання нею переизлученной енергії в інфрачервоному діапазоні від поверхні землі і води. Тому чим ближче повітряні шари до землі, тим вони сильніше прогріваються в сонячний день.
В області тропічної кліматичної зони повітря із збільшенням висоти охолоджується повільніше, ніж зазначені цифри (приблизно на 1 °C за 180 м). Пов’язано це з наявністю в цих широтах вітрів пасатів, які переносять тепло з екваторіальних областей в тропіки. При цьому тепло надходить з верхніх шарів (1-1,5 км) в нижні, що перешкоджає швидкому падінню температури повітря із збільшенням висоти. Крім того, товщина атмосфери в тропічній зоні більше, ніж у помірною.
Таким чином, нормальний стан атмосферних шарів полягає в їх охолодженні із зростанням висоти над рівнем моря. Такий стан сприяє перемішування і циркуляції повітря у вертикальному напрямку за рахунок конвекційних процесів.
Чому верхні повітряні шари можуть виявитися тепліше нижніх?
Іншими словами, чому проявляється температурна інверсія? Відбувається це з тієї ж причини, що і існування нормальних атмосферних умов. Земля має більше значення теплопровідності, ніж повітря. Це означає, що в нічний час доби, коли на небі немає хмар і хмар, вона швидко остигає і ті атмосферні шари, які знаходяться в безпосередньому контакті з земною поверхнею, також охолоджуються. У результаті виходить наступна картина: холодна поверхня землі, холодний шар повітря в безпосередній близькості від неї і тепла атмосфера на деякій висоті.
Що таке температурна інверсія і де вона проявляється? Виникає описана ситуація часто в низинах, в абсолютно будь-якій місцевості і в будь-яких широтах в ранкові години. Низинна місцевість захищена від горизонтальних переміщень повітряних мас, тобто від вітру, тому охолоджений за ніч повітря в ній створює локально стабільну атмосферу. Явище температурної інверсії можна спостерігати в гірських долинах. Крім описаного процесу нічного охолодження, в горах її утворенню сприяє також “сповзання” холодного повітря зі схилів у рівнини.
Час існування температурної інверсії може тривати від кількох годин до кількох днів. Нормальні атмосферні умови встановлюються, як тільки земна поверхня нагрівається.
Чим небезпечне розглянуте явище?
Стан атмосфери, при якому існує температурна інверсія, є стабільним і безвітряним. Це означає, що якщо на даній території відбуваються якісь викиди в атмосферу або випаровування токсичних речовин, то вони нікуди не діваються, а залишаються в повітрі над розглянутої місцевістю. Іншими словами, явище температурної інверсії в атмосфері сприяє багаторазовому збільшенню в ній концентрації отруйних речовин, що становить величезну небезпеку для здоров’я людини.
Описана ситуація часто виникає над великими містами і мегаполісами. Наприклад, від наслідків температурної інверсії часто страждають на такі міста, як Токіо, Нью-Йорк, Афіни, Пекін, Ліма, Куала-Лумпур, Лондон, Лос-Анджелес, Бомбей, столиця Чилі – Сантьяго і багато інші міста по всьому світу. З-за великої концентрації людей промислові викиди в цих містах є гігантськими, що призводить до появи смогу в повітрі, що порушує видимість і створює загрозу не тільки для здоров’я, але і для життя людини.
Так, в 1952 році в Лондоні і в 1962 році в Рурської долині (Німеччина) загинуло кілька тисяч людей в результаті тривалого часу існування температурної інверсії і значних викидів в атмосферу оксидів сірки.
Столиця Перу, Ліма
Розкриваючи питання, що таке температурна інверсія в географії, цікаво навести ситуацію в столиці Перу. Вона розташована на березі Тихого океану і біля підніжжя гір Анд. Узбережжі недалеко від міста омивається холодним плином Гумбольдта, що призводить до сильного охолодження земної поверхні. Остання, у свою чергу, сприяє охолодженню самих нижніх повітряних шарів і утворення туманів (при зменшенні температури повітря знижується розчинність в ньому водяних парів, останнє проявляється у випадання роси і утворення туману).
У результаті описаних процесів виникає парадоксальна ситуація: узбережжя Ліми покрито туманом, який заважає променів сонця нагрівати земну поверхню. Тому стан температурної інверсії є настільки стабільним (горизонтальної циркуляції повітря заважають гори), що тут практично ніколи не йдуть дощі. Останній факт пояснює, чому узбережжі Ліми являє собою практично пустелю.
Як себе вести в випадку отримання інформації про несприятливий стан атмосфери?
Якщо людина живе у великому місті і він отримав інформацію про існування в атмосфері температурної інверсії, то рекомендується по можливості не виходити на вулицю в ранкові години, а почекати, поки земля прогріється. Якщо ж виникає така необхідність, тоді слід використовувати індивідуальні засоби захисту органів дихання (марлева пов’язка, шарф) і не залишатися тривалий час на відкритому повітрі.
