وارونگی هوا$ (Temperature Inversion)$
قانون عادی جو: چرا هر چه بالاتر میرویم سردتر است؟
برای درک وارونگی، اول باید بفهمیم در شرایط معمولی چه اتفاقی میافتد. ما در لایهای از جو به نام تروپوسفر زندگی میکنیم. در این لایه، خورشید زمین را گرم میکند و این گرمایش از سطح آغاز میشود. هوای گرم، چون سبکتر است، بالا میرود. هنگام صعود، به دلیل کاهش فشار، منبسط میشود و همین انبساط باعث کاهش دمای آن میگردد. این کاهش دما با ارتفاع را آهنگ کاهندگی دمای محیطی4 مینامند. به طور متوسط، به ازای هر 1000 متر افزایش ارتفاع، دما حدود 6.5 درجه سلسیوس کاهش مییابد. این روند را میتوان به صورت زیر نشان داد:
تعریف وارونگی: وقتی قاعده وارونه میشود
حالا تصور کنید در ارتفاعی مشخص، به جای سردتر شدن، هوا گرمتر شود. یعنی لایهای وجود داشته باشد که در آن دما با افزایش ارتفاع، افزایش یابد. به این لایه، «لایهٔ وارونگی» یا «اینورژن» میگویند. این لایه مانند یک درپوش نامرئی عمل میکند. هوای گرم سبک است و میخواهد بالا برود، اما وقتی به کف این لایهٔ وارونگی میرسد، با هوایی مواجه میشود که از خودش گرمتر و سبکتر است. در نتیجه، هوای سطحی نمیتواند از این مانع عبور کند و به دام میافتد.
| ویژگی | وضعیت عادی جو | وضعیت وارونگی دمایی |
|---|---|---|
| روند تغییر دما با ارتفاع | کاهش مییابد | در لایهای خاص، افزایش مییابد |
| پایداری هوا | ناپایدار (جابجایی عمودی امکانپذیر) | بسیار پایدار (جابجایی عمودی محدود) |
| سرنوشت آلایندههای سطحی | پراکنده و رقیق میشوند | در نزدیکی سطح زمین متراکم و تجمع مییابند |
| نمایش بصری | آسمان صاف یا ابرهای پراکنده | لایهای از مه یا دود غلیظ و ماندگار در سطح |
چگونه وارونگی تشکیل میشود؟ انواع اصلی
وارونگی به روشهای مختلفی ایجاد میشود. چهار نوع اصلی آن که بیشتر رخ میدهند، عبارتند از:
۱. وارونگی تشعشعی5 (شبانه): این رایجترین نوع است و اغلب در شبهای سرد، آرام و صاف پاییز و زمستان رخ میدهد. در طول روز، زمین گرم میشود. پس از غروب خورشید و در طول شب، زمین به سرعت از طریق تشعشع، گرما از دست میدهد. اگر آسمان صاف و باد آرام باشد، لایهای از هوا که در تماس مستقیم با سطح سرد زمین است، به شدت سرد میشود. اما هوای کمی بالاتر (مثلاً در ارتفاع 200 تا 500 متری) موفق به از دست دادن گرمای زیادی نشده و نسبتاً گرمتر باقی میماند. نتیجه، تشکیل یک لایهٔ وارونگی در نزدیکی سطح زمین است. صبحها، با طلوع خورشید و گرم شدن دوبارهٔ زمین، این وارونگی معمولاً از بین میرود.
۲. وارونگی فرونشینی6: این نوع در مقیاس بزرگتر و توسط سامانههای پرفشار ایجاد میشود. در مرکز یک پرفشار، هوا به آرامی به سمت پایین حرکت میکند (فرونشینی). هنگامی که هوا فرومینشیند، تحت فشار بیشتری قرار گرفته و فشرده میشود. این تراکم باعث گرم شدن آن میگردد. این لایهٔ هوای گرمِ ناشی از فرونشینی، میتواند مانند یک سرپوش روی لایههای خنکتر نزدیک سطح زمین قرار گیرد و وارونگی ایجاد کند. این نوع وارونگی میتواند چندین روز دوام آورد و در فصول سرد سال باعث آلودگی شدید هوا در کلانشهرها شود.
۳. وارونگی جبههای7: زمانی رخ میدهد که یک توده هوای گرم بر روی یک توده هوای سرد حرکت کند. مرز بین این دو توده هوا را «جبهه» مینامند. هوای گرم، سبکتر است و تمایل دارد روی هوای سنگینتر و سردتر سوار شود. در نتیجه، در ناحیهٔ تماس، افزایش دما با ارتفاع ایجاد میشود. این نوع وارونگی معمولاً در ارتفاع بیشتری از سطح زمین تشکیل میشود.
۴. وارونگی تابشی فرازمینی: در درههای کوهستانی عمیق دیده میشود. در شبهای سرد، هوای سرد و سنگین از دامنههای کوه به پایین سرازیر میشود و در کف دره جمع میشود. این هوای سرد در زیر هوای گرمتر قبلی که در ارتفاع بالاتر دره گیر افتاده، قرار میگیرد و وارونگی ایجاد میکند. شهرهایی که در چنین درههایی قرار دارند، بسیار مستعد این پدیده و آلودگی ناشی از آن هستند.
وارونگی هوا در شهر: از مه تا مهدود
اثرات وارونگی در زندگی شهری بسیار ملموس است. یکی از آشکارترین نمونهها، تشکیل مه8 است. در شرایط وارونگی، رطوبت نزدیک سطح زمین به دام افتاده و با کاهش دما، به قطرات ریز آب تبدیل شده و مه ایجاد میکند. اما مشکل بزرگتر زمانی است که این مه با آلایندهها ترکیب شود و مهدود9 (اسمگ) تشکیل دهد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. اگرچه وارونگی تشعشعی بیشتر در شبهای طولانی و سرد زمستان رخ میدهد، اما وارونگی فرونشینی یا جبههای میتواند در هر فصلی ایجاد شود. حتی در تابستان نیز ممکن است در برخی مناطق ساحلی یا در شرایط خاص آبوهوایی، وارونگی تشکیل گردد.
نه لزوماً10! وارونگی یک پدیدهٔ طبیعی است. مشکل اصلی زمانی ایجاد میشود که این پدیده با فعالیتهای انسانی مانند انتشار زیاد آلایندهها ترکیب شود. در مناطقی که هوای پاک دارند، وارونگی ممکن است فقط باعث تشکیل مههای زیبای صبحگاهی شود. همچنین، وارونگی گاهی از فرار گرما از سطح زمین جلوگیری کرده و از سرمازدگی شدید گیاهان در شب جلوگیری میکند.
از آنجایی که نمیتوان پدیدهٔ وارونگی را کنترل کرد، تنها راه، کنترل منابع آلاینده است. در روزهای اعلام وارونگی و آلودگی هوا، باید استفاده از وسایل نقلیهٔ شخصی محدود، فعالیت صنایع آلاینده کنترل و سوزاندن مواد (مثل زباله) متوقف شود. در سطح کلان، حرکت به سمت انرژیهای پاک، توسعهٔ حملونقل عمومی و کاشت درختان بیشتر به کاهش منابع آلاینده کمک میکند.
پاورقی
1 تروپوسفر (Troposphere): پایینترین لایهٔ جو زمین که بیشتر پدیدههای آبوهوایی در آن رخ میدهد.
2 وارونگی دمایی (Temperature Inversion): افزایش دما با افزایش ارتفاع در یک لایه از جو.
3 جزیرهٔ گرمایی (Urban Heat Island): پدیدهای که در آن مناطق شهری به دلیل فعالیتهای انسانی از حومهٔ اطراف گرمتر هستند.
4 آهنگ کاهندگی دمای محیطی (Environmental Lapse Rate - ELR): نرخ کاهش دمای هوا با افزایش ارتفاع در جو.
5 وارونگی تشعشعی (Radiation Inversion).
6 وارونگی فرونشینی (Subsidence Inversion).
7 وارونگی جبههای (Frontal Inversion).
8 مه (Fog).
9 مهدود (Smog): ترکیب دود (Smoke) و مه (Fog).
10 نه necessarily: نه لزوماً.
