Кіріспе
Атмосфералық қасиеттің биіктікпен қалыпты өзгеруінен ауытқу. Метеорологияда инверсия (немесе "температура инверсиясы") – суық ауаның төменінде жылы ауа қабатының қалыптасуы. Әдетте, ауа температурасы биіктік артқан сайын төмендейді, бірақ инверсияда бұл қатынас керісінше болады. Инверсия ауаның ластануын, мысалы, тұманды, жер бетіне жақын ұстап тұрады. Инверсия сондай-ақ "қақпақ" рөлінде әрекет ете отырып, конвекцияны тежейді. Егер бұл қақпақ қандай да бір себептерге байланысты бұзылса, ылғалдың конвекциясы күшті дауылға айналуы мүмкін. Температура инверсиясы суық климатта мұз жаңбырын тудыруы мүмкін.
In meteorology, an inversion (or "temperature inversion") is a layer of warmer air held above colder air. Normally, air temperature gradually decreases as altitude increases, but in an inversion this relationship is reversed. An inversion traps air pollution, such as smog, close to the ground. An inversion can also suppress convection by acting as a "cap". If this cap is broken for any of several reasons, convection of any moisture present can then erupt into violent thunderstorms. Temperature inversion can cause freezing rain in cold climates.
Әдеттегі атмосфералық жағдайлар
Әдетте, төменгі атмосферада (тропосферада) Жер бетіне жақын ауа, оның үстіндегі ауадан жылырақ болады. Бұл негізінен атмосфера төменнен қыздырылатындықтан, күн сәулесі Жер бетін жылытады, ал ол өз кезегінде тікелей үстіндегі атмосфера қабатын жылытады, мысалы, термалдық арқылы (конвекциялық жылу алмасу). Ауа температурасы биіктік көтерілген сайын төмендейді, себебі биік ауа төмен қысымда болады, ал төмен қысым температураның төмендеуіне алып келеді, бұл идеал газ заңы мен адиабатикалық градиентке сәйкес келеді.
Сипаттама
Дұрыс жағдайда қалыпты тік температура градиенті кері бұрылып, ауа Жер бетіне жақын суық бола бастайды. Бұл, мысалы, жылырақ, тығыздығы төмен ауа массасы салқын, тығыз ауа массасының үстінен өтетін кезде болуы мүмкін. Мұндай инверсия жылы фронттардың жанында, сондай-ақ АҚШ-тағы Калифорния жағалауы сияқты мұхиттың суы көтерілетін аймақтарында пайда болады. Салқын қабаттағы ылғал жеткілікті болса, инверсиялық қақпақтың астында тұман жиі кездеседі. Жер бетінен шығатын сәулелену күннен келетін сәулеленуден асып кеткенде де инверсия пайда болады, бұл көбінесе түнде немесе қыс мезгілінде күн аспанда төмен болғанда орын алады. Бұл құбылыс негізінен құрлықта байқалады, себебі мұхит жылуды ұзақ сақтайды. Полярлық аймақтарда қыс айларында құрлықта инверсиялар дерлік әрдайым болады. Жылы ауа массасы салқын ауа массасындағы кез келген конвекцияны "тоқтатып" тастауы мүмкін: мұны қақпақ инверсиясы деп атайды. Бірақ, егер бұл қақпақ экстремалды конвекциядан бұзылса немесе фронттың немесе таулардың көтерілу әсерінен ашылса, жиналған конвекциялық энергияның кенеттен босауы – тіпті шардың жарылуы сияқты – қатты дауылдарға әкелуі мүмкін. Мұндай қақпақ инверсиялары көбінесе АҚШ-тың орталық бөлігіндегі торнадолардың пайда болуына себеп болады. Бұл жағдайда "салқын" қабат өте жылы болғанымен, ол әлі де тығыз және әдетте оны жабатын инверсиялық қабаттың төменгі бөлігінен суық болады.
Субсиденттік инверсия
Инверсия кең аумаққа біртіндеп төмен түсетін ауаның нәтижесінде жоғарыда пайда болуы мүмкін, бұл әдетте субтропикалық жоғары қысым аймақтарымен байланысты және адиабатикалық қысым арқылы жылынумен сипатталады. Осының салдарынан мұхит үстінде тұрақты теңіз қабаты қалыптасуы мүмкін. Алайда, бұл қабат бірте-бірте жылы суларға жылжығанда, теңіз қабатындағы турбуленттік инверсия қабатын жоғары көтеріп, тіпті бұзуы мүмкін, соның нәтижесінде найзағайлар және қолайлы жағдайларда тропикалық дауылдар пайда болады. Инверсия астында жиналған түтін мен шаң тез арада аспанды қызғылт түске бояп, күнлі күндері анық көрінеді.
Атмосфералық салдары
Температура инверсиясы әдеттегідей болатын атмосфералық конвекцияны зардап шеккен аумақта тоқтатады және атмосфералық ластаушы заттардың жоғары концентрациясына алып келуі мүмкін. Қалалар температура инверсиясынан ерекше зардап шегеді, себебі олар атмосфераны ластайтын заттарды көбірек бөліп шығарады және ауылдық жерлерге қарағанда жылу сыйымдылығы жоғары, нәтижесінде ластаушы заттардың жоғары концентрациясымен жиі инверсиялар пайда болады. Қала төбелермен немесе таулармен қоршалған болса, бұл әсерлер одан да күшейеді, себебі олар ауа айналымына қосымша кедергі келтіреді. Қатты инверсия кезінде тұрып қалған ауа ластаушы заттары қоңыр түсті тұманға айналып, тыныс алу проблемаларын тудыруы мүмкін. 1952 жылғы Лондондағы Ұлы тұман – мұндай инверсияның ең ауыр мысалының бірі. Ол шамамен 10 000-12 000 адамның өліміне себеп болды деп есептеледі. Кейде инверсия қабаты жеткілікті биіктікте болады, нәтижесінде жинақталған бұлттар конденсацияланады, бірақ тек инверсия қабатының астында ғана жайылады. Бұл жерге жететін күн сәулесінің мөлшерін азайтады және жаңа жылу ағындарының пайда болуына кедергі келтіреді. Бұлттар тараған сайын, күн ашық болып, бұлтты ауа алмасады, бұл цикл күніне бірнеше рет қайталанып отыруы мүмкін.
Жарық
Ауа температурасы көтерілген сайын ауаның жарық сыну көрсеткіші төмендейді, бұл ыстық ауаның тығыздығы төмендеуінің қосалқы салдары. Әдетте, бұл алыс нысандардың тік бойда қысқаруына алып келеді, бұл әсер күн бату кезінде күннің сопақша тәріздес көрінуінде оңай байқалады. Инверсия кезінде қалыпты үлгі өзгеріп, алыс нысандар керісінше созылып немесе көкжиектің үстінде пайда болып, Fata Morgana немесе мираж деп аталатын құбылысқа себеп болады. Инверсиялар күннің жасыл жарығының шашырауынан оқшауланған, көбінесе бірнеше секундқа ғана көрінетін, күн шығу немесе бату кезінде пайда болатын "жасыл жарқырау" құбылысын күшейте алады. Ең қысқа толқын ұзындығы ең көп жарық сынуға ұшырайды, ал күн сәулесінің көк түсі "Рейли шашырауы арқылы толықтай таралады", нәтижесінде жасыл түс күн дискісінің жоғарғы шетінен көрінетін алғашқы немесе соңғы жарық болады.
Радио толқындары
Өте жоғары жиілікті радио толқындары инверсия арқылы сындырылуы мүмкін, бұл тұманды түндерде FM радиосын естуге немесе алыс қашықтықтан VHF төменгі жолақты теледидар хабарларын көруге мүмкіндік береді. Әдетте ғарышқа қарай бұрылып, таралып кеткен сигнал, температуралық инверсияның шекаралық қабаты арқылы керісінше, жерге қарай сындырылады. Бұл құбылыс тропосфералық каналдану деп аталады. Күз және көктем мезгілінде жағалау бойында, таралу жоғалтуларының төмендеуіне байланысты бірнеше станцияның бір уақытта болуынан көптеген FM радиостанциялары қабылдауды қиындататын күшті сигналдың нашарлауынан зардап шегеді. Микротолқындар сияқты жоғары жиіліктерде мұндай сыну көп жолды таралу мен сигналдың әлсіреуіне себеп болады.
Дыбыс
Инверсиялық қабат болған кезде, егер дыбыс немесе жарылыс жер бетінде болса, дыбыс толқыны температура градиентінің әсерінен (ол дыбыс жылдамдығын өзгертеді) сындырылып, жерге қайта оралады. Сондықтан, дыбыс әдеттегіден гөрі жақсырақ тарайды. Мұны әуежайлар маңында байқауға болады, онда ұшақтардың ұшып-қону және қону дыбыстары таңертеңгі сағаттарда күнінің басқа уақыттарына қарағанда қашықтықтан жақсы естіледі, сондай-ақ инверсиялық күн нұры қараңғыдағы шағын жарылыстарға қарағанда әлдеқайда қаттырақ естіліп, алысқа жетеді.
Шабуылдау толқындары
Жарылыстан туған соққы толқыны инверсиялық қабаттан, тіпті ауадағы жарылыста жерден секіргендей шағылысып, соның салдарынан қосымша зақым келтіруі мүмкін. Осы құбылыс советтік RDS 37 ядролық сынағында ғимараттың құлауынан екі адамның қаза табуына себеп болды.