وارونگی دما و انواع اینورژن

• بهداشت هوا
• آخرین بروزرسانی: 1 بهمن 1394

وارونگی (Inversion):

وقتی که با افزایش ارتفاع درجه حرارت نیز افزایش یابد، در این حالت نرخ کاهش منفی و شرایط اتمسفری وارونگی می نامند (شکل ۱). این حالت شدیداً پایدار است و به صورت گرادیان درجه حرارت پتانسیل بسیار مثبت شناخته می شود. اثر وارونگی، کاهش پراکندگی عمودی آلاینده ها و در نتیجه افزایش غلظت محلی است. (۱)

وارونگی فروکشی (Subsidence Inversion):

وارونگی که از نشست لایه ای از هوا در توده هوای پرفشار بوجود می آیند، تحت عنوان واورنگی فروکشی شناخته می شود. این نوع، یک لایه وارونگی است که بطور معمول در فاصله نسبتاً زیادی از سطح زمین قرار گرفته است. این نوع وارونگی از طریق تراکم و گرم شدن آدیاباتیک لایه ای از هوا که به ارتفاعات پایین تر در یک مرکز پرفشار نشست کرده بوجود می آید. برای نشست آدیاباتیک لایه هوایی که بصورت گاز ایده آل رفتار می کند، داریم:

بنابراین تغییر در درجه حرارت در هر موقعیت در لایه نزول کننده با توجه به فشار، بستگی به گرمای ویژه در فشار ثابت و دانسیته گاز در آن موقعیت دارد. در رنج قابل ملاحظه ای از درجه حرارت، مقدار برای هوا اساساً ثابت است. به علت تغییر در فشار بارومتری با ارتفاع، دانسیته هوا دربالای لایه کمتر از پایین آن است. در نهایت پی می بریم که برای این لایه هوا،

این بدان معناست که بالای لایه نسبت به پایین لایه با سرعت بیشتری گرم می شود. اگر نشست (نزول معمول) لایه برای مدت زمان کافی دوام داشته باشد، گرادیان درجه حرارت مثبت در لایه بوجود خواهد آمد. این گرادیان باعث ایجاد لایه اینورژن می شود. لذا توده هوای نشست کننده همانند سرپوش بزرگی بر روی اتمسفر زیر آن عمل می کند.

می بایست توجه نمود که وارونگی های فروکشی در ارتفاعات بالا نسبت به منابع انتشار رخ می دهند و در نتیجه عمدتاً در مسائل آلودگی کوتاه مدت نقشی ندارد. با این حال، این نوع وارونگی ممکن است چندین روز دوام داشته باشد و نقش عمده ای در تجمع بلند مدت آلاینده ها دارد. حوادث خطرناک آلودگی که در گذشته در مناطق بزرگ شهری به ثبت رسیده اند، اغلب در ارتباط با یک وارونگی فروکشی بوده اند. وارونگی های فروکشی یکی از ویژگی های معمول ساحل غربی ایالات متحده است که این شرایط تقریباً در ۳۴۰ روز از سال وجود دارد. پروفیل درجه حرارت معمول برای وارونگی فروکشی که حاصل از نشست جریان هوا در ناحیه پرفشار است، در شکل زیر نمایش داده شده است. (۱)

واورنگی تشعشی (Radiation Inversion):

وارونگی که حاصل از تشعشع امواج مادون قرمز از سطح زمین به داخل اتمسفر محلی در شب می باشد را وارونگی تشعشعی می نامند. در این نوع وارونگی، لایه های سطحی اتمسفر در طی روز به طریق هدایت، همرفت و تابش، حرارت را از سطح زمین دریافت کرده و گرم می شوند. این امر منجر به پروفیل درجه حرارت در اتمسفر تحتانی شده که با یک گرادیان منفی درجه حرارت نشان داده می شود. در طی یک شب صاف، سطح زمین گرمای خود را ساطع نموده و به سرعت سرد می شود. لایه های هوای مجاور سطح زمین به نحوی سرد می شوند که درجه حرارت آنها کمتر از درجه حرارت لایه های هوای واقع در ارتفاعات بالاتر است. در نتیجه پروفیل درجه حرارت در طی روز وارونه شده و یک لایه وارونگی پـایدار اتمسفـر تحتانی بالای سطح زمین را می پوشاند.

شدیدترین حالت این نوع وارونگی تنها قبل از طلوع خورشید و در طی زمان هایی است که آسمان صاف باشد و بادهای ملایم بوزد. در هنگام صبح، با گرم شدن سطح زمین توسط خورشید، واورنگی تشعشی نیز به تدریج از بین رفته و حرکت بالارونده جریان هوای گرم دوباره شکل می گیرد. چنین وارونگی هاییتوسط پوشش ابر قابل ملاحظه و بادهای شدید از بین می روند. ابرها از هدر رفتن تشعشع سطح زمین و در نتیجه سرد شدن شدید اتمسفر نزدیک سطح زمین جلوگیری می کنند. بادهای قوی هر گونه گرادیان درجه حرارت نامطلوبی که به طریق حرارتی تشکیل شده را از بین می برند. وارونگی های تشعشعی در مسائل آلودگی هوا حائز اهمیت اند، زیرا آنها در لایه ای از اتمسفر که حاوی منابع آلاینده است رخ می دهند (برعکس وارونگی های فروکشی). علاوه بر این، چون که واورنگی های تشعشعی عمدتاً در طی شب های بدون ابر و باد رخ می دهند، لذا احتمال خیلی کمی وجود دارد که به کمک ریزش نزولات جوی یا توسط حرکت جانبی باد از بین بروند.

ممکن است وارونگی های فروکشی و تشعشعی در یک زمان در اتمسفر بوجود آیند. این وضعیت از لحاظ یک پروفیل معمول درجه حرارت در شکل زیر نمایش داده شده است.

پیدایش همزمان دو وارونگی (تشعشعی و فروکشی) منجر به پدیده ای به نام محبوس شدن (Trapping) ستون دود دودکش می شود. شدت و مدت وارونگی متأثر از فصل سال است. بطور معمول پاییز و زمستان دارای طولانی ترین و بیشترین تعداد وارونگی ها هستند. توپوگرافی نیز بر وارونگی ها تأثیر دارد. برای مثال، هوای سردی که در شب در امتداد کوه به طرف پایین جریان می یابد، می تواند توسط هوای گرم بالای آن در دره محبوس شود. تا زمانی که خورشید در روز بعد بطور مستقیم بر فراز آن قرار نگیرد، هوای دره به اندازه ای که سبب از بین رفتن وارونگی شود، گرم نخواهد شد. (۱)

وارونگی جبهه ای (Frontal Inversion):

زمانی که یک جبهه هوای سرد به علت دانسیته بیشتر به زیر لایه هوای گرم تر بلغزد و هوای گرم تر روی آن باقی بماند صورت می گیرد. در حالتی مشابه یک جبهه هوای گرم در حرکت بر هوای سرد سوار شود. در هر دو حالت، یک وارونگی در ارتفاع بوجود می آید. آلودگی هایی که در زیر این لایه رها می شوند نمی توانند به بالا بروند و در فضای محدود غلظت آنها تا زمان وجود وارونگی و ادامه انتشار آلودگی از منبع افزایش می یابد. (۲)