1. Изменение температуры воздуха с высотой. Инверсия температуры Адиабатическими процессами в газах, в том числе и в воздухе, называют изменения температуры и давления газа, происходящие без обмена теплом с окружающей средой. В атмосфере постоянно имеют место процессы, близкие к адиабатическим. Если некоторая порция воздуха движется вверх, то она попадает в слои с меньшим давлением и расширяется. На работу расширения затрачивается внутренняя энергия, в результате чего температура поднимающегося воздуха уменьшается. При опускании порции воздуха давление в ней увеличивается, воздух сжимается и работа внешних сил по ее сжатию переходит во внутреннюю энергию воздуха, что проявляется в повышении его температуры.
Таким образом, при поднятии воздуха температура его понижается, а при опускании возрастает. Восходящие движения воздуха возникают при тепловой конвекции или при его движении по фронтальной поверхности, по горному склону и т. п., а также в области низкого давления. Нисходящие движения воздуха возникают при его опускании с гор и возвышенностей, а также в областях повышенного давления. Такие движения воздуха вызывают изменение его характеристик и потому играют важную роль в развитии различных атмосферных процессов, особенно в тропосфере. Адиабатическое изменение состояния воздуха может происходить и при отсутствии вертикальных его перемещений, например, когда на каком-либо уровне (в том числе у земной поверхности) давление изменяется во времени. В этом случае при падении давления температура уменьшается, а при росте увеличивается.
Адиабатический процесс, протекающий в сухом воздухе или во влажном воздухе, но с ненасыщенным водяным паром, называется сухоадиабатическим.
Изменение температуры сухого воздуха и воздуха с ненасыщенным паром при его адиабатическом вертикальном перемещении на 100 м назывантся сухоадиабатическим вертикальным градиентом температуры.
При адиабатическом подъеме сухого воздуха или воздуха с ненасыщенным паром его температура на каждые 100 м высоты понижается на 1 °C, а при адиабатическом опускании на 100 м растет на 1 °C. Отсюда можно определить температуру поднимающейся порции воздуха на заданной высоте, если известна ее начальная температура.
Инверсии Инверсией температуры называют повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы. В зависимости от условий образования приземные инверсии разделяются на радиационные и адвективные.
Радиационные инверсии возникают при охлаждении приземного слоя атмосферы, соприкасающегося с деятельной поверхностью, которая выхолаживается путем излучения. По мере удаления от деятельной поверхности температура воздуха повышается. Таким образом, в нижнем слое атмосферы температура с высотой растет. Такие инверсии летом развиваются ночью, а зимой — днем. В связи с этим радиационные инверсии разделяют на летние (ночные) и зимние.
а) Летние (ночные) инверсии начинают развиваться вечером после захода солнца. В течение ночи они усиливаются и утром достигают максимальной толщины и глубины. После восхода солнца деятельная поверхность и прилегающий к ней воздух прогреваются и инверсия разрушается. Толщина ночных инверсий зависит от длительности выхолаживания воздуха и от интенсивности турбулентного перемешивания. Она колеблется от 10—15 до 200— 400 м. Развитию ночных инверсий благоприятствует ясное небо и слабый ветер.
