Temperaturinversjon

En temperaturinversjon er et meteorologisk fenomen i atmosfæren der temperaturen øker med høyden og ikke lenger minker med høyden som den vanligvis gjør. Siden kaldluft er tyngre enn varmluft vil et luftlag med en inversjon være svært stabilt, og dette kan føre til at toppen av luftlaget virker som et lokk der luften blir fanget innenfor laget. En inversjon kan ofte oppstå ved bakken, og kan da føre til at forurensning som smog kan samle seg opp i større konsentrasjoner enn i situasjoner uten inversjoner. Temperaturinversjoner oppstår ofte om vinteren i klarvær på grunn av stor varmeutstråling fra bakken. Inversjoner kan også stoppe konveksjonsprosesser.

Normale atmosfæriske forhold

I de lavere delene av atmosfæren (troposfæren) er luften nær bakken vanligvis varmere enn luften over. Dette kommer stort sett av at atmosfæren blir varmet opp nedenfra av solstråling som varmer opp jordoverflaten, som så varmer opp luftlagene i atmosfæren like over.

Hvordan en inversjon oppstår

Når visse forutsetninger er oppfylt kan den normale vertikale temperaturgradienten bli invertert slik at luften er kaldere nær overflaten enn i luftlagene over. Dette kan for eksempel skje når varmere og lettere luft strømmer over en kaldere og tyngre luftmasse. Denne typen inversjoner oppstår som regel i nærheten av varmfronter, i tillegg til havområder med oppstrømning, slik som langs kysten av Chile eller California. Når det er nok fuktighet i det kjøligere laget blir det ofte dannet tåke innenfor inversjonslaget. En inversjon oppstår også ofte når det er stor varmeutstråling (avkjøling) av jordoverflaten, vanligvis om natten eller om vinteren når solvinkelen er lav. Dette skjer oftere i innlandsområder, siden havet ofte holder på varmen lenger og varmer opp de nærliggende områdene. I polarområdene har man nesten alltid inversjoner over land om vinteren.
En varmere luftmasse som strømmer over en kaldere kan ofte stoppe konveksjon som kan oppstå i den kaldere luftmassen. Den varmere luftmassen virker som et lokk over den kaldere luftmassen, men hvis konveksjonen bryter gjennom dette lokket, enten ved at konveksjonen er kraftig nok i utgangspunktet eller at luften blir løftet av en front eller en fjellrekke, kan det frigis store mengder konvektiv energi som kan føre til svært kraftige tordenbyger. Slike inversjoner kan man ofte ha i forbindelse med utviklingen av tornadoer, og i slike tilfeller kan det kjøligere laget faktisk være ganske varmt, men fremdeles tyngre og kaldere ved bakken enn i laget over.
20–55 km over bakken hvor strålingen fra sola kolliderer med oksygenmolekylene i stratosfæren, foregår det en fortløpende omdannelse av oksygen til ozon, og fra ozon til oksygen igjen, mens prosessen samtidig absorberer og omdanner mye av UV-lyset til varme, hvilket får temperaturen i de øvre luftmasser til å stige med flere titalls grader. Ozonlaget filtrerer med andre ord ikke strålingen fra sola, men omdanner en god porsjon av den til mindre energirik stråling, og skaper dermed et varmeomslag rundt de øvre delene av atmsofæren og forhindrer slik at luftmassene under fortsetter å stige uhindret oppover.

Subsidensinversjon

En inversjon kan utvikle seg ovenfra som et resultat av at luft sakte synker nedover over et stort område og blir varmet opp adiabatisk. Denne prosessen er ofte knyttet til høytrykkssituasjoner. Et stabilt marint lag kan da oppstå over hav. Når dette laget flytter seg over varmere vann kan turbulens innenfor det marine laget gradvis blir løftet oppover og til slutt bryte gjennom inversjonslaget. Dette kan skape tordenvær, og hvis de rette vilkårene er til stede kan det føre til en tropisk syklon.

Kappeinversjon

En kappeinversjon er et inversjonslag som virker som en kappe over et konvektivt grenselag. Grenselaget er den delen av atmosfæren som er nærmest bakken. Vanligvis varmer sola opp overflaten, som så varmer opp luften like over bakken. Dette skaper termiske oppvinder på grunn av stigende varmluft (varm luft er lettere enn kald luft), en prosess kalt konveksjon. Et konvektivt lag slik som dette kan ofte danne skyer når varmluften stiger så høyt at den blir avkjølt og vanndampen kondenserer. Et inversjonslag har en når en har kaldere luft ved bakken enn i høyden over, og dette skaper en stabil tilstand i atmosfæren som demper vertikale bevegelser i atmosfæren.
En kappeinversjon oppstår som regel i høyden med varm luft over kald luft, der inversjonen ikke rører bakken. Dette fører til at varm luft fra bakken kan stige, for så å bli stoppet av de stabile forholdene i inversjonen. Den stigende luften kan likevel føre til skyer, og ofte er resultatet tåke.

Konsekvenser

En temperaturinversjon stopper konveksjonen som vanlegvis finnes i atmosfæren. Dette fører til at luften blir roligere og ofte full av støv og forurensning siden luften ikke lenger blir løftet fra bakken. Dette kan bli et problem i byer med mye forurensning. Byer som er kjent for å ha problem med inversjoner er blant annet Mumbai i India, Los Angeles i California, Santiago i Chile og Teheran i Iran. I tilfeller med kraftige og langvarige inversjoner kan partikler i luften føre til ein brunaktig dis som kan skape pusteproblemer (se Smog). I en kuldeperiode i januar 2010 hadde Bergen dårligere luftkvalitet enn noen andre byer i Europa.
Av og til oppstår det inversjonslag i høyden som kan hindre cumulusskyer i å utvikle seg videre, og får skyen til å spre seg ut under inversjonslaget. Dette skylaget kan så hindre solinnstråling til bakken og motvirke prosessen som skaper nye konvektive skyer. Skyen kan så løse seg opp igjen, slik at solen igjen når ned til bakken, før syklusen starter på nytt.
Brytningsindeksen til luft minker når lufttemperaturen øker, en bieffekt av at varmere luft har mindre tetthet. Normalt fører dette til at objekter på stor avstand ser kortere ut, en effekt man kan se når sola går ned og får en oval form. I en inversjon skjer det motsatte, og objekter på stor avstand blir i stedet strekt ut horisontalt, eller ser ut til å ligge over horisonten. Dette fører til det optiske fenomenet kalt fata morgana eller luftspeiling.
Radiobølger er, på samme måte som lys, en del av det elektromagnetiske spekteret og kan også bli refraktert i andre retninger. Dette er årsaken til at man i tåkesituasjoner av og til kan høre radio (og av og til se TV) fra sendere som ellers ville vært for langt borte til å kunne hørast (eller ses). Signalet blir vanligvis refraktert oppover og bort fra antennen som står på bakken, men kan i inversjonstilfeller i stedet bli refraktert nedover. Dette fenomenet blir kalt troposfærisk kanalisering.
Inversjoner i forbindelse med soloppgang eller solnedgang kan føre til såkalte grønne flekker. Dette oppstår ved at solstrålene blir refraktert og den grønne delen av spekteret blir isolert. Vanligvis er lyset bare synlig et par sekunder.
Lydbølger kan forplante seg mye lenger i inversjonssituasjoner fordi lyden blir refraktert av temperaturendringene i toppen av inversjonslaget og gjennomgår en total intern refleksjon.
Sjokkbølgen etter sprengning av atomvåpen kan reflektere tilbake mot bakken hvis sprengningen skjer i et inversjonslag, og dette kan føre til større ødeleggelser enn vi normalt ville fått. Denne effekten drepte tre mennesker under prøvespengningen av den første virkelige hydrogenbomben, RDS-37, i Sovjetunionen i 1955.
I inversjoner blir de vertikale bevegelsene i atmosfæren motvirket fordi atmosfæren er stabil. Dermed blir den vertikale varmetransporten også motvirket og denne reduserte (nedoverrettede) varmetransporten fører til at overflaten blir mer avkjølt. Dette kan i ekstreme tilfeller føre til at atmosfæren effektivt blir avkoblet fra overflaten, slik som i polarnatten i Antarktis der inversjonene kan bli større enn 25 °C.