Inverzní povětrnostní podmínky
Inverze situace počasí je počasí situace, která se vyznačuje tím, obrácení ( latina : inversio ) obvyklé vertikální teplotní gradient v atmosféře : horní vzduchové vrstvy jsou teplejší než nižší. Oblast, kde k této inverzi dochází, se nazývá inverzní vrstva.
Vzhledem k tomu, teplota vzduchu stoupá s výškou, o stabilní rozvrstvení tvoří v troposféře a přirozeným prouděním vzduchu se zastaví.
Podmínky pro inverzní povětrnostní podmínky jsou ovlivněny topografií terénu. Vyskytují se častěji v horách než v nížinách.
důležitost
Inverze chrání spodní vzduchovou vrstvu od horní, která se označuje jako stabilní stratifikace . To je způsobeno vyšší hustotou chladnější vzduchové vrstvy, která ji udržuje na zemi a do značné míry potlačuje turbulentní míchání s teplejší vzduchovou vrstvou výše. Přízemní studené vzduchové bubliny způsobené inverzemi jsou zodpovědné za studené záznamy po celém světě.
Protože obvyklá vertikální výměna vzduchu je potlačena inverzní vrstvou , dochází k akumulaci látek znečišťujících ovzduší v chladiči, spodní vrstvě v průmyslových oblastech a nad metropolitními oblastmi . Zvláště silným projevem takového znečištění ovzduší , ke kterému dochází zejména v městských oblastech, je smog . Na druhou stranu nad inverzní vrstvou se výrazně zvětší pohled na vzdálenost, čímž se obvykle odhalí pohled na velkou plochu oparu blízko země.
Inverzní povětrnostní podmínky také mění podmínky šíření rádiových vln , protože se odrážejí zpět do hustšího média, zde studeného půdního vzduchu, při přechodu hustoty ( celkový odraz ). Rádioamatéři používají tento efekt ke zvýšení dosahu svých signálů. Když služba FM vysílání vede k nadměrnému dosahu . Na stejném základě zvýhodňuje inverzní povětrnostní situace šíření zvuku blízko země. To je rozbité směrem k zemi a může se šířit na velké vzdálenosti. Rychlost zvuku je v teplém vzduchu větší než studený vzduch.
Druhy a jejich tvorba
Tropopauza
Velmi stabilní inverze je tvořena tropopauzou a je vysvětlena pomalu rostoucí koncentrací ozonu v nadmořské výšce 10 až 15 kilometrů . Ozon absorbuje velmi krátkovlnnou část UV-B slunečního záření a vede tak ke zvýšení teploty v rozporu s obecným trendem snižování teploty.
Radiační inverze / inverze půdy
Zjednodušené vysvětlení
Normálně teplota vzduchu klesá s rostoucí nadmořskou výškou, protože vzduch v blízkosti země se ohřívá kontaktem se zemí, zatímco vyšší vrstvy vzduchu ztrácejí sálavé teplo do prostoru.
Pokud však kouřové plyny z topných systémů a výfuků automobilů za bezvětří vedou ke zvýšené koncentraci prachu ve vrstvách vzduchu nad oblastmi osídlení, prach filtruje sluneční světlo a ohřívá okolní vzduch. Zejména v zimě může koncentrace prachu stoupat do takové míry, že se ovlivněná vzduchová vrstva zahřívá nad úrovní vzduchu blízko země, což má za následek inverzní polohu.
Dokud se prachová vrstva dostatečně zahřeje slunečními paprsky a současně se sníží obvyklé oteplování země, zůstane inverzní povětrnostní situace. Změnu situace pak může často přinést pouze vycházející vítr.
Dokud zůstane „ studené vzduchové jezero“ blízko země a „opar“ nahoře, hromadí se výfukové plyny automobilů a další znečišťující látky také blízko země a spolu s přízemní mlhou vedou k smogu .
Podrobné vysvětlení
Radiační inverze obvykle postihuje pouze bezprostřední blízkost k zemi a je proto také označován jako pozemní inverze . Je to způsobeno zářením a tím ochlazováním zemského povrchu a vyskytuje se hlavně na podzim a v zimě za vysokého tlaku povětrnostních podmínek, protože teplota je pak obzvláště nízká a nedostatek oblačnosti upřednostňuje noční chlazení.
Kolem doby denního maxima teploty vzduchu, tj. Mezi polednem a třetí hodinou, je povrch Země silně zahříván, což také ohřívá vzduch nad ním. Vzhledem k adiabatickému teplotnímu gradientu blízko země a následnému nestabilnímu vrstvení atmosféry jsou vzduchové vrstvy blízko země míchány konvekčními procesy. Jak se však zvyšuje denní doba, sluneční záření a tím i oteplování zemského povrchu klesá. Jelikož se radiační bilance nakonec stává zápornou, povrch Země a s ním i vrstvy vzduchu poblíž země se začínají ochlazovat. To nakonec vede k původně slabé inverzi ve večerních hodinách, což prakticky brání vertikální výměně vzduchu. Teplejší vrstvy vzduchu ve vyšších nadmořských výškách vytvářené v průběhu dne nemohou zabránit ochlazení země, která pokračuje v pokroku. Přispívá k tomu také obvykle slabší vítr, který zvyšuje sklon k ochlazení. Do časných ranních hodin se pak mohla vyvinout inverze tlustá několik set metrů. Poté se ráno s narůstajícím slunečním zářením znovu rozloží a nejpozději do poledne je zase úplně pryč. Fumigační vrstva, ke které nevyhnutelně dochází při rozbití inverze , s nestabilním rozvrstvením na zemi a inverzí nad ní, trvá déle, tím silnější je inverzní vrstva. Tento stav, známý také jako zvrácené inverze půdy, obvykle existuje pouze na krátkou dobu, takže nedochází k významné akumulaci znečišťujících látek.
Čím slabší bude vítr a čím lepší bude záření, tím silnější bude výsledná inverze záření. Některá údolí a povodí mají proto obzvláště vysokou tendenci k inverzi. Taková inverze se vytváří prakticky každou noc, zvláště když je malá oblačnost. Pokud jsou teploty pod bodem mrazu vody, objeví se námraza . Pouze silný vítr tomu může zabránit nebo alespoň oslabit, a proto je důležitým prvkem, zejména pro zemědělce, v zamračených podzimních a zejména jarních nocích.
Pokud také dojde k radiační mlze , může zvýšené albedo také vést k déle trvající radiační inverzi, která pak obvykle trvá několik dní. To také vysvětluje o něco vzácnější případ inverze záření v horní části zakalených vrstev. Vzhledem k tomu, že albedo je zde velmi vysoké a kapičky vody silně vyzařují, může teplota vzduchu klesnout tak daleko, že dojde také k inverzi. Tyto výškové inverze způsobené zářením úzce souvisejí se stabilitou oparové nebo mlžné vrstvy a následně s ní mizí. Zpravidla se však takové inverze zpočátku snižují na úroveň země, protože zemský povrch se již neohřívá slunečním zářením a podle toho se ochlazuje.
Polohy inverzní radiace upřednostňují tvorbu průmyslového sněhu .
Příkladem inverze půdy je fenomén tvorby vrstvy mraků mezi údolím údolí a vrcholky hor, který je v Ober- a Ostallgäu a Kleinwalsertalu dokumentován výrazem obheiter (= „veselý“), přičemž je chladno a zataženo pod mraky, ale mnohem teplejší nad mraky a je slunečno. Tato povětrnostní situace je obzvláště běžná na podzim a je velmi oblíbená u horských turistů kvůli širokým výhledům na hory, které jsou s ní spojené.
Inverze dřezu
Pokud jsou vzduchové vrstvy velké tloušťky uzavřeny ve své výšce, projeví se účinek různých délek dráhy pro jednotlivé vzduchové balíčky a tím i jejich různé chlazení podle příslušného teplotního gradientu . Potopení , smrštění nebo pokles inverze nastane , který je také známý jako výška inverze vzhledem ke své velké výšce ve srovnání s jinými inverzních vrstev .
Když je tlak vzduchu snížen, tlak vzduchu stoupá a protože je vzduch stlačitelný, tloušťka vrstvy se následně zmenšuje, což odpovídá zvýšení hustoty vzduchu . Každá vzduchová zásilka v této vzduchové vrstvě je spouštěna samostatně, a proto dochází ke specifickému zvýšení teploty. Čím větší je výškový rozdíl, který letecká parcela pokrývá, tím větší je tento nárůst. Jelikož však vzduchová zásilka na horním okraji uvažované vzduchové vrstvy cestuje na delší vzdálenost než vzduchová zásilka ve spodní části vrstvy, jeho teplota také prudce stoupá. Tím se změní teplotní gradient v tehdy hlubší vrstvě ve srovnání s dříve vyšší vrstvou, což má ilustrovat příklad.
Podíváme-li se na suchou adiabatickou stratifikovanou atmosféru s teplotou deset stupňů Celsia na zemi, dojde k poklesu teploty, jak je znázorněno na pravém obrázku černou čarou. Ukazuje vrstvu vzduchu, která byla spuštěna z výšky šesti až osmi kilometrů do výšky jednoho až dvou kilometrů. Tloušťka vrstvy a její snížení není reálné a snížení tloušťky na polovinu neodpovídá skutečnému snížení tlaku vzduchu, proto bylo pro jednoduchost stanoveno libovolně. V diagramu byly zvláště zdůrazněny čtyři body, z nichž každý tvoří horní a dolní okraj vzduchové vrstvy. Před spuštěním měla vzduchová vrstva teplotu -75 ° C (A) na své horní straně a -70 ° C (B) na spodní straně. To odpovídá mimořádně subadiabatickému teplotnímu gradientu pouze dva a půl stupně Celsia na kilometr, což je však alespoň tendence, předpoklad pro vznik klesající inverze. Poté následuje snížení vzduchové vrstvy, přičemž je třeba vzít v úvahu změny z A na C a z B na D. Snížená vzduchová vrstva má poté na spodní straně teplotu −20 ° C (D) a na své horní straně -15 ° C (C). Teplota zde stoupá o pět stupňů Celsia na kilometr.
K takové změně teploty dochází pouze za výrazných povětrnostních podmínek pod vysokým tlakem, zejména na konci podzimu a zimy. Ale i když by snížení nemělo být dostatečné k vytvoření inverze, alespoň to oslabí teplotní gradient a přispěje tak k další stabilizaci atmosféry. To často vede k tomu, že několik inverzí dřezu leží na sobě, což způsobuje poměrně složitou stratifikaci atmosféry. Důležitým a poměrně stabilním speciálním případem potopení inverze je verze Passatin . V opačném případě nárůstu vzduchové vrstvy lze inverzi bez ohledu na její původ snížit, ale alespoň se zvyšuje gradient a inverze se oslabuje.
Inverze sestupu se stanou viditelnými díky jejich působení jako mrakové bariéry, protože vertikální šíření mraku se náhle zastaví na jeho dně. Vlhkost vzduchu je zde také nejvyšší, zatímco kvůli adiabatickému ohřevu na horní straně inverzní vrstvy je minimální. Obzvláště je patrné, že pokud je výška inverzní vrstvy dostatečně nízká, lze pozorovat, že v horách je často mnohem tepleji než v údolích. Zvýšení nadmořské výšky jednoho kilometru může často vést ke zvýšení teploty o 15 ° C.
Nasouvací inverze
Skluzu nebo turbulence inverze je způsoben advekčního , tj. Zavedení vzduchových hmot v horizontální rovině.
Silný vítr způsobuje míchání původně subadiabatické stratifikované atmosféry. Tato nestabilita se silným vertikálním pohybem vzduchu vede k rostoucímu přiblížení teplotního gradientu k adiabatické stratifikaci uvnitř směšovací zóny. Teplotní gradient nad touto zónou se však nezměnil a je stále subadiabatický, což způsobuje inverzi vzhledem ke směšovací zóně. K tomuto jevu obvykle dochází, když se blíží teplá fronta , pouze horní vrstvy vzduchu registrují příliv teplého vzduchu, který ještě nedosáhl země. To platí zejména v oblastech vysokého tlaku nad mořem.
Na rozdíl od klesající inverze je zde nejvyšší vlhkost vzduchu na horní straně inverzní vrstvy, protože přiváděné vzduchové hmoty obvykle obsahují více vlhkosti než tam dříve uložený studený vzduch a konvekční jevy způsobovaly neustálý transport vlhkosti směrem nahoru . Pod inverzí se v případě silné turbulence často tvoří oblaky stratus nebo stratocumulus a v případě slabé turbulence kupovité mraky . I v případě foehnu se často vyskytují inverzní skluzy v kombinaci s foehnovými mraky, které jsou pro to typické .
literatura
- Malberg H. (2002): Meteorologie a klimatologie. Úvod. 4. vydání. Springer-Verlag, Berlín Heidelberg New York. ISBN 3-540-42919-0 .
webové odkazy
- Andreas Kalt: Učební modul „Stratifikační stavy v atmosféře“. Voda v atmosféře. In: Základy WEBGEO / klimatologie. Institut pro fyzickou geografii (IPG) na univerzitě ve Freiburgu , zpřístupněn 14. prosince 2010 .
Individuální důkazy
- ↑ Zpráva o kvalitě ovzduší ve Vídni 1987-1998. (PDF) V: wien.gv.at. Město Vídeň , MA 22 , s. 24f , přístup 3. ledna 2016 .
- ↑ Gottfried Hoislbauer: Kůrovité lišejníky v hornorakouské střední oblasti a jejich závislost na vlivech prostředí . In: Stapfia . 1979, s. 12 ( PDF na ZOBODATU [přístup k 3. lednu 2016]).
- ↑ Počasí a podnebí - Německá meteorologická služba - Téma dne - Archiv - Průmyslový sníh. In: dwd.de. Německá meteorologická služba , zpřístupněno 22. prosince 2016 .
- ↑ Co je průmyslový sníh a jak se vytváří? - Meteorologický kanál Kachelmann. In: wetterkanal.kachelmannwetter.com. Citováno 22. prosince 2016 .