Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология

Изменение температуры воздуха с высотой. Инверсии

Изменение температуры воздуха на 100 м высоты называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ). ВГТ выражается формулой

Вертикальный градиент температуры

где tн - tв – разность температур воздуха на нижнем и верхнем уровнях, °С;
Zв - Zн – разность высот, м.

ВГТ зависит от ряда факторов: времени года, времени суток, расположения воздушных масс, погоды и характера подстилающей поверхности. Среднее значение ВГТ в тропосфере составляет около 0,6°С/100 м.

Если tв < tн, значит температура воздуха уменьшается с увеличением высоты и ВГТ положителен. Такое распределение температуры с высотой характерно для тропосферы в целом. Если tв > tн, то имеет место температурная инверсия (возрастание температуры с высотой) и ВГТ отрицателен. Если tв = tн, то ВГТ = 0°С/100 м. Такое распределение температуры, при котором она не изменяется с высотой, называют изотермией.

Распределение температуры в атмосфере с высотой называют стратификацией атмосферы. От стратификации зависит устойчивость атмосферы, то есть возможность перемещения определенных объемов воздуха в вертикальном направлении. Такие перемещения больших объемов воздуха происходят почти без обмена теплом с окружающей средой, то есть адиабатически. При этом изменяется давление и температура перемещающегося объема воздуха. Если объем воздуха движется вверх, то он переходит в слои с меньшим давлением и расширяется, в результате чего его температура понижается. При опускании воздуха происходит обратный процесс.

Имеются два типа распределения температуры по вертикали в приземном слое атмосферы. Тип, при котором температура поверхности почвы наибольшая, а от поверхности понижается как вверх, так и вниз, называют инсоляционным. Он наблюдается днем, когда поверхность почвы нагревается прямой солнечной радиацией. Обратное распределение температуры называют радиационным типом, или типом излучения. Этот тип наблюдается обычно ночью, когда поверхность охлаждается в результате эффективного излучения и от нее охлаждаются прилегающие слои воздуха.

В приземном слое воздуха могут возникать инверсии, которые в зависимости от условий образования подразделяют на радиационные и адвективные.

Радиационные инверсии возникают при радиационном выхолаживании земной поверхности. Такие инверсии возникают в теплый период года ночью, а зимой наблюдается также и днем. Поэтому радиационные инверсии подразделяют на ночные (летние) и зимние.

Адвективные инверсии образуются при адвекции (надвижение) теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность, которая охлаждает прилегающие к ней слои надвигающегося воздуха. К этим инверсиям относят также и снежные инверсии. Они возникают при адвекции воздуха, имеющего температуру выше 0°С, на поверхность, покрытую снегом. Понижение температуры в самом нижнем слое в этом случае связано с затратами тепла на таяние снега.