Θερμοκρασιακή αναστροφή

Θερμοκρασιακή αναστροφή λέγεται το φαινόμενο κατά το οποίο η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται τοπικά με το ύψος αντί να μειώνεται, όπως κανονικά συμβαίνει. Η θερμοκρασιακή αναστροφή παίζει σημαντικό ρόλο στην ευστάθεια ατμοσφαίρας καθώς και στη μεταφορά και διασπορά των ρύπων της ατμόσφαιρας.

 Κανονικά, η θερμοκρασία του αέρα ελαττώνεται όσο απομακρύνεται κανείς από την επιφάνεια της Γης μέσα στην τροπόσφαιρα. Ο ρυθμός μείωσης ποικίλλει, ωστόσο ένας αποδεκτός ρυθμός είναι περίπου 6,5ºC ανά χιλιόμετρο (αυτό καλείται κανονική ή κατακόρυφη θερμοβαθμίδα (normal lapse rate)). Οι θερμότερες μάζες αέρα έχοντας μικρότερη πυκνότητα, έχουν την τάση να κινούνται προς μεγαλύτερα υψόμετρα, μέχρι να συναντήσουν αέριες μάζες με περίπου ίδια χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και πυκνότητας. Οι θερμές αυτές μάζες κινούνται προς τα υψηλότερα στρώματα όπου και ψύχονται, ενώ αντικαθίστανται από άλλες αέριες μάζες στην επιφάνεια του εδάφους, ώστε να εξασφαλίζεται η «φυσική κυκλοφορία» του αέρα από τα χαμηλά υψόμετρα προς τα μεγαλύτερα. 'Έτσι η μείωση της θερμοκρασίας με το υψόμετρο βοηθάει στην καλύτερη ανάμιξη του αέρα και επομένως και στη διασπορά και απομάκρυνση των ρύπων από τα χαμηλά στρώματα. Όταν όμως στα χαμηλά υπάρχουν αέριες μάζες ψυχρότερες από αυτές που βρίσκονται υψηλότερα, τότε οι ψυχρότερες όντας «βαρύτερες» παραμένουν ακίνητες. Έτσι σε περίπτωση που έχουμε κοντά στο έδαφος ψυχρότερο αέρα από ότι σε ψηλότερα στρώματα, δεν έχουμε κίνηση των αερίων μαζών και οδηγούμαστε σε μια σταθεροποιημένη κατάσταση. Αυτό είναι μια απόκλιση από την κανονική κατάσταση και καλείται θερμοκρασιακή ή θερμική αναστροφή. Πάνω από το στρώμα της αναστροφής, ο αέρας ψύχεται κανονικά αυξανομένου του υψομέτρου. Θερμοκρασιακή αναστροφή μπορεί να υπάρξει με διάφορους τρόπους. Ο πρώτος μπορεί να συμβεί σε μία καθαρή νύχτα, όταν το έδαφος ακτινοβολεί θερμότητα με υψηλό ρυθμό. Σε περίπτωση που ο αέρας είναι καθαρός, τότε μπορεί ο αέρας κοντά στο έδαφος να είναι ψυχρότερος από αυτόν σε υψηλότερα στρώματα. Ένας άλλος τύπος αναστροφής, προκαλείται μέσω μιας οριζόντιας εισροής ψυχρού αέρα, όπως για παράδειγμα η θαλασσινή αύρα σε μια παράκτια περιοχή. Τέλος, ένας τρίτος τύπος αναστροφής λαμβάνει χώρα τη νύχτα σε κοιλάδες, όταν κρύος αέρας ρέει από τις πλαγιές προς τον πυθμένα της κοιλάδας λόγω βαρύτητας. Ο αέρας εκεί είναι ψυχρότερος από ότι υψηλότερα. Γενικότερα, ανάλογα με τις συνθήκες μπορεί να υπάρξουν και άλλοι τύποι αναστροφής. Η θερμοκρασιακή αναστροφή έχει ιδιαίτερη σημασία στην ημερήσια εξέλιξη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης πάνω από πόλεις. Για παράδειγμα, η Καλιφόρνια (όπως και η Αττική), και πιο συγκεκριμένα η περιοχή του Λος Άντζελες, σχηματίζει μια λεκάνη. Αυτή η λεκάνη, περικλείεται από τα Βραχώδη Όρη στα ανατολικά ενώ στα δυτικά βρέχεται από τον Ειρηνικό Ωκεανό. Αυτή η γεωμορφολογία ευνοεί πολύ το σχηματισμό θερμοκρασιακών αναστροφών, οι οποίες εγκλωβίζουν τους παραγόμενους αέριους ρύπους. Επεξηγηματικά, η Καλιφόρνια βρίσκεται στην υποτροπική περιοχή (cell) υψηλών πιέσεων του Ειρηνικού Ωκεανού, η οποία δεν επηρεάζεται από τοπικούς παράγοντες. Λόγω της υψηλής ατμοσφαιρικής πίεσης, ο αέρας της περιοχής κατέρχεται από υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας με το μηχανισμό των ανέμων πλαγιάς και κατά την κάθοδο αυτή θερμαίνεται εξαιτίας της πίεσης των άλλων στρωμάτων. Παράλληλα, η αύρα που προέρχεται από τον Ειρηνικό δημιουργεί μια ψυχρή ροή (και ένα ψυχρό στρώμα αέρα) κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Επίσης, η ύπαρξη των ορεινών όγκων στην ενδοχώρα «παγιδεύει» αυτό το κρύο στρώμα στη λεκάνη του Λος Άντζελες στην οριζόντια διεύθυνση όπως η θερμοκρασιακή αναστροφή στην κατακόρυφη. Έτσι, μέσα στο κρύο αυτό στρώμα, παγιδεύονται και οι ρύποι στην περιοχή ενώ οι διαρκώς εκπεμπόμενοι ρύποι επιτείνουν συνεχώς το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην περιοχή. Το πρόβλημα υποχωρεί μόνον όταν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες επανέρχονται στην κανονική θερμοβαθμίδα.