Inversión (meteorología)

La inversión de temperatura en el Distrito del Lago, Inglaterra, forma nubes a bajo nivel bajo cielos claros.

El aumento del humo en Lochcarron, Escocia, es detenido por una capa de aire más caliente (2006).

Smog atrapado sobre la ciudad de Almaty, Kazajstán durante una inversión de temperatura.

Cañones llenos de humo en el norte de Arizona, 2019. Durante las horas de la mañana y de la noche, el humo denso a menudo se asienta en zonas de baja altitud y queda atrapado debido a las inversiones de temperatura, cuando una capa dentro de la atmósfera inferior actúa como tapa y evita la mezcla vertical del aire. Las paredes de cañón de ruido actúan como barrera horizontal, concentrando el humo en las partes más profundas del cañón y aumentando la fuerza de la inversión.

En meteorología, una inversión es una desviación del cambio normal de una propiedad atmosférica con la altitud. Casi siempre se refiere a una inversión del gradiente térmico del aire, en cuyo caso se denomina inversión de temperatura. Normalmente, la temperatura del aire disminuye con el aumento de la altitud, pero durante una inversión, el aire más cálido se mantiene por encima del aire más frío.

Una inversión atrapa la contaminación del aire, como el smog, cerca del suelo. Una inversión también puede suprimir la convección actuando como un "tapón". Si esta tapa se rompe por cualquiera de varias razones, la convección de cualquier humedad presente puede convertirse en violentas tormentas eléctricas. La inversión de temperatura puede resultar notoriamente en lluvia helada en climas fríos.

Condiciones atmosféricas normales

Por lo general, dentro de la atmósfera inferior (la troposfera), el aire cerca de la superficie de la Tierra es más cálido que el aire que se encuentra sobre ella, en gran parte porque la atmósfera se calienta desde abajo a medida que la radiación solar calienta la superficie de la Tierra, lo que a su vez, luego calienta la capa de la atmósfera directamente sobre ella, por ejemplo, por calor (transferencia de calor por convección). La temperatura del aire también disminuye con un aumento en la altitud porque el aire más alto tiene una presión más baja, y una presión más baja da como resultado una temperatura más baja, siguiendo la ley de los gases ideales y la tasa de gradiente adiabático.

Causas

Altura (y-eje) versus temperatura (x-eje) en condiciones atmosféricas normales (línea negra). Cuando la capa de 6-8 kilómetros (4–5 millas) (designada A-B) desciende adiabaticamente el resultado es la inversión vista cerca del suelo a 1–2 kilómetros (1–1 millas) (C-D).

Klagenfurter Becken (Austria) en diciembre de 2015: en el Monte Goritschnigkogel hay un margen inverso inverso de hoarfrost.

En las condiciones adecuadas, el gradiente de temperatura vertical normal se invierte, de modo que el aire es más frío cerca de la superficie de la Tierra. Esto puede ocurrir cuando, por ejemplo, una masa de aire más cálida y menos densa se mueve sobre una masa de aire más fría y más densa. Este tipo de inversión ocurre en las proximidades de los frentes cálidos y también en áreas de afloramiento oceánico, como a lo largo de la costa de California en los Estados Unidos. Con suficiente humedad en la capa más fría, la niebla suele estar presente debajo de la tapa de inversión. También se produce una inversión cuando la radiación de la superficie de la tierra excede la cantidad de radiación recibida del sol, lo que comúnmente ocurre durante la noche o durante el invierno cuando el sol está muy bajo en el cielo. Este efecto está virtualmente confinado a las regiones terrestres ya que el océano retiene el calor por mucho más tiempo. En las regiones polares durante el invierno, las inversiones casi siempre están presentes sobre la tierra.

Una masa de aire más caliente que se mueve sobre una más fría puede "apagarse" cualquier convección que pueda estar presente en la masa de aire más fría: esto se conoce como inversión de capping. Sin embargo, si este límite se rompe, ya sea por una convección extrema que supere el límite o por el efecto de elevación de un frente o una cadena montañosa, la liberación repentina de energía convectiva acumulada, como el estallido de un globo, puede provocar tormentas eléctricas severas.. Tales inversiones de cobertura suelen preceder al desarrollo de tornados en el medio oeste de los Estados Unidos. En este caso, el "refrigerador" La capa es bastante cálida, pero sigue siendo más densa y, por lo general, más fría que la parte inferior de la capa de inversión que la cubre.

Inversión por hundimiento

Se puede desarrollar una inversión en altura como resultado del aire que se hunde gradualmente sobre un área amplia y se calienta por la compresión adiabática, generalmente asociada con áreas subtropicales de alta presión. Como resultado, se puede desarrollar una capa marina estable sobre el océano. Sin embargo, a medida que esta capa se mueve sobre aguas cada vez más cálidas, la turbulencia dentro de la capa marina puede elevar gradualmente la capa de inversión a altitudes más altas y eventualmente incluso perforarla, produciendo tormentas eléctricas y, en las circunstancias adecuadas, ciclones tropicales. El smog y el polvo acumulados debajo de la inversión tiñen rápidamente el cielo de un color rojizo, que se ve fácilmente en los días soleados.

Consecuencias atmosféricas

Una Fata Morgana (o espejismo) de un barco se debe a una inversión (2008).

Fuma de invierno en Shanghái, China, con una clara capa fronteriza para el pan de aire vertical (1993).

Una inversión de temperatura en Bratislava, Eslovaquia, viendo la parte superior de Nový Most (2005).

Mochila creada por inversión en Nowa Ruda, Polonia, 2017

Las inversiones de temperatura evitan que se produzca la convección atmosférica (que normalmente está presente) en el área afectada y pueden generar altas concentraciones de contaminantes atmosféricos. Las ciudades sufren especialmente los efectos de las inversiones de temperatura porque producen más contaminantes atmosféricos y tienen masas térmicas más altas que las áreas rurales, lo que resulta en inversiones más frecuentes con concentraciones más altas de contaminantes. Los efectos son aún más pronunciados cuando una ciudad está rodeada de colinas o montañas, ya que forman una barrera adicional para la circulación del aire. Durante una inversión severa, los contaminantes del aire atrapados forman una neblina pardusca que puede causar problemas respiratorios. El Gran Smog de 1952 en Londres, Inglaterra, es uno de los ejemplos más serios de tal inversión. Fue culpado por un estimado de 10,000 a 12,000 muertes.

A veces, la capa de inversión se encuentra a una altitud lo suficientemente alta como para que los cúmulos se puedan condensar, pero solo pueden extenderse por debajo de la capa de inversión. Esto disminuye la cantidad de luz solar que llega al suelo y evita que se formen nuevas térmicas. A medida que las nubes se dispersan, el clima soleado reemplaza a la nubosidad en un ciclo que puede ocurrir más de una vez al día.

Propagación de ondas

Luz

A medida que aumenta la temperatura del aire, el índice de refracción del aire disminuye, un efecto secundario de que el aire más caliente es menos denso. Normalmente, esto da como resultado que los objetos distantes se acorten verticalmente, un efecto que es fácil de ver al atardecer cuando el sol es visible como un óvalo. En una inversión, el patrón normal se invierte y, en cambio, los objetos distantes se estiran o parecen estar sobre el horizonte, lo que lleva al fenómeno conocido como Fata Morgana o espejismo.

Las inversiones pueden magnificar el llamado "destello verde", un fenómeno que ocurre al amanecer o al atardecer, generalmente visible durante unos segundos, en el que la luz verde del sol queda aislada debido a la dispersión.. La longitud de onda más corta es la que más se refracta, con el componente azul de la luz solar 'completamente dispersado por la dispersión de Rayleigh', lo que hace que el verde sea la primera o la última luz que se ve desde el borde superior del disco solar.

Ondas de radio

Las ondas de radio de muy alta frecuencia se pueden refractar mediante inversiones, lo que hace posible escuchar radio FM o ver transmisiones de televisión de banda baja VHF desde largas distancias en noches de niebla. La señal, que normalmente se refracta hacia arriba y hacia el espacio, en cambio se refracta hacia la tierra por la capa límite de inversión de temperatura. Este fenómeno se denomina conductos troposféricos. A lo largo de las costas durante el otoño y la primavera, debido a la presencia simultánea de varias estaciones debido a la reducción de las pérdidas de propagación, muchas estaciones de radio FM se ven afectadas por una grave degradación de la señal que interrumpe la recepción. En frecuencias más altas, como las microondas, dicha refracción provoca la propagación y el desvanecimiento por trayectos múltiples.

Sonido

Cuando hay una capa de inversión, si se produce un sonido o una explosión a nivel del suelo, la onda de sonido se refracta por el gradiente de temperatura (que afecta la velocidad del sonido) y regresa al suelo. El sonido, por tanto, viaja mucho mejor de lo normal. Esto se nota en las áreas alrededor de los aeropuertos, donde el sonido de los aviones que despegan y aterrizan a menudo se puede escuchar a mayor distancia al amanecer que a otras horas del día, y truenos de inversión que son significativamente más fuertes y viajan más lejos que cuando son producidos por rayos. huelgas en condiciones normales.

Ondas de choque

La onda de choque de una explosión puede reflejarse en una capa de inversión de la misma manera que rebota en el suelo en una ráfaga de aire y, como resultado, puede causar daños adicionales. Este fenómeno mató a dos personas en la prueba nuclear soviética RDS-37 cuando un edificio se derrumbó.