Wyże i inwersja
Garść informacji o osiadaniu powietrza i inwersji, spowodowanej osiadaniem
Przez większą część stycznia na Pomorzu dominowała dynamiczna aura, związana z wędrówką aktywnych układów niskiego ciśnienia. Skutkowało to występowaniem silnych porywów wiatru i intensywną wymianą mas powietrza, a w efekcie również częstymi opadami. Jak widać za oknem, pogoda wyraźnie się uspokoiła. Pojawiły się również przejaśnienia. Ma to związek z rozbudową nad Europą rozległego obszaru wyżowego “ENNO”, którego centrum znalazło się dziś nad południową częścią Polski.
Obszary wysokiego ciśnienia wiążą się zwykle ze stabilną, a niekiedy (szczególnie latem) bezchmurną aurą. Powstają wskutek osiadania chłodnego i często suchego powietrza. Chłodne powietrze z wyższych warstw troposfery opada w niższe, gdzie ulega sprężaniu (ściskaniu). W efekcie sprężania rośnie ciśnienie osiadającego powietrza, a zarazem jego temperatura. Choć powietrze osiada tylko do pewnej wysokości (średnio kilkaset metrów n.p.g.), wywiera nacisk na zalegające poniżej, powodując wzrost ciśnienia atmosferycznego przy ziemi, czyli jego napór na powierzchnię. Ogrzewanie się powietrza wskutek sprężania skutkuje pojawianiem się tzw. warstw inwersyjnych w troposferze.
Inwersja to w skrócie przebieg wartości jakiegoś elementu odwrotny do normalnego. Przebiegiem normalnym jest spadek temperatury powietrza wraz z wysokością, czyli im wyżej tym powinno robić się chłodniej. Jeśli jednak w wyżu osiadające powietrze ulega ogrzewaniu wskutek sprężania (ściskania się powietrza), to powyżej powierzchni ziemi, na pewnych wysokościach w troposferze zalegać będą cieplejsze warstwy, powodujące odwrotny pionowy przebieg temperatury. Nie zawsze inwersja ma te samą genezę, w tym wypadku jest to tzw. inwersja osiadania, charakterystyczna dla wyżów.
Silniejsze inwersje skutecznie blokują wznoszenie się powietrza, a więc jego pionowe mieszanie się, utrudniając rozwój niektórych chmur. Powietrze do wznoszenia potrzebuje odpowiednio szybkiego spadku temperatury wraz z wysokością. Jeśli więc powyżej zalegają cieplejsze warstwy, wznoszące się powietrze będzie gromadzić się pod nimi, nie będąc w stanie przebić się wyżej. Działa to trochę jak położenie pokrywki na gotującą się w garnku wodę. Ma to niestety swoje negatywne skutki dla naszego zdrowia. Warto zwrócić uwagę, że niekiedy zimą unoszący się z komina dym, na pewnej wysokości przestaje się unosić i rozmywa się na boki. Jest to oznaką zalegania warstwy inwersyjnej powyżej powierzchni. Wówczas przy ziemi będą gromadzić się zanieczyszczenia. Poza ograniczeniem ruchu w pionie, w czasie zalegania silnych wyżów, ograniczone jest również poziome mieszanie się powietrza. Ma to związek ze słabszym przepływem powietrza, a w efekcie zaleganiem danej masy przez dłuższy czas nad jednym obszarem.
Skoro dowiedzieliśmy się już nieco o warstwach inwersyjnych, warto też wiedzieć, dlaczego osiadające w wyżu powietrze bywa suche, a przecież suche powietrze również uniemożliwia rozwój zachmurzenia. Aby zrozumieć ten mechanizm, trzeba jednak wiedzieć czym jest wilgotność względna. Unikając naukowych definicji, można to wyjaśnić w dość prosty sposób. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej wilgoci będzie się mogło w nim zmieścić. Wyjaśnijmy to sobie na przykładzie zbiornika. Przyjmijmy, że nasze powietrze to zbiornik o pojemności 100 litrów. Jest w nim określona ilość wody, niech to będzie 80 litrów. Można w związku z tym stwierdzić, że wody w zbiorniku mamy 80%. Teraz nie zmieniając zawartości wody, powiększymy objętość zbiornika o kolejne 100 litrów. Uzyskaliśmy dzięki temu 200-litrowy zbiornik, w którym nadal mamy 80 litrów wody. Choć jej ilość fizycznie nie zmieniła się, powiększyliśmy nasz zbiornik, w związku z czym wody jej procentowo mniej. Mamy teraz 40% zawartości wody w zbiorniku. Podobnie działa wilgotność względna. Jeśli powietrze ogrzewa się, o ile bezwzględna ilość pary wodnej pozostaje niezmienna, to powietrze po podgrzaniu może pomieścić jej już więcej. Stąd też maleje nasycenie powietrza parą i spada wilgotność względna, a więc powietrze jest bardziej suche. Teraz wyobraźmy sobie co stałoby się, gdybyśmy zmniejszyli objętość naszego zbiornika. Jeśli jego objętość stanie się mniejsza niż zawartość wody, ta zacznie się z niego wylewać. Tak samo dzieje się przy ochładzaniu powietrza. Podczas gdy temperatura ochłodzi się do punktu krytycznego (tzw. punkt rosy), wilgoć przestanie się w nim mieścić i zacznie uwalniać się w procesie kondensacji (skraplania się). M.in. w ten sposób powstaje mgła radiacyjna, która jest efektem nocnego, szybkiego wychładzania się przyziemnej warstwy powietrza. Podobne procesy obserwujemy w przypadku wyżów. Chłodne powietrze zalegające wysoko w troposferze jest pozbawione wilgoci, która została z niego w dużej mierze wytrącona. Ponadto osiadając ulega ogrzewaniu, stąd też zmniejsza się jego wilgotność względna. Niemożliwy jest proces kondensacji (skraplania się pary wodnej), do którego niezbędna jest duża wilgotność względna i dalsze ochładzanie. W związku z tym wyżom często towarzyszy sucha, bezchmurna aura.
Osiadanie powietrza, w połączeniu z inwersjami i suchymi warstwami skutkuje brakiem zachmurzenia. Jednakże brak zachmurzenia prowadzi do szybkiego wychładzania się warstwy przyziemnej w godzinach nocnych. Powierzchnia szybko oddaje temperaturę do atmosfery (oddawanie ciepła nie jest hamowane przez chmury), w związku z czym temperatura przy ziemi szybko spada. Spadek temperatury powoduje natomiast szybki wzrost wilgotności względnej, co może skutkować skraplaniem się pary wodnej, a w efekcie powstawaniem mgieł i niskich chmur warstwowych stratus. Te mogą się utrzymywać w przypadku długotrwałego wyżu nawet przez kilka dni. Tak więc zaleganie wyżu nie zawsze będzie się wiązać z bezchmurną aurą, szczególnie w chłodnej porze roku, gdy temperatury są niższe, a wilgotność względna wyższa.
Opracował: Bartłomiej Zastawny