Hola. 

Abriendo este topic, además de intentar aclarar conceptos (animo a  todas las personas cualificadas que participan en el Foro) y aportar información, quisiera que muchos de vosotros expusiérais vuestras dudas acerca del fenómeno inversión térmica.

Tipos, particularidades, identificación mediante radiosondeos, espesores, y situaciones sinópticas a las que vienen asociadas.

Particularmente, siempre ha sido un tema que me ha atraído mucho, dada su complejidad, al depender de factores como la orografía, el viento, la humedad, etc...Esto condiciona la aparición de microclimas, y provoca diferencias muy notables en lugares relativamente cercanos, dándose condiciones sustancialmente distintas a escala local.

Fuente: http://www.inm.es/web/sup/ciencia/divulga/tempoweb/mcr12/inversion2.htm

1.- Gradiente de temperatura.

            La estabilidad del aire depende del gradiente vertical de temperatura a (variación de la temperatura ambiente con la altura. Como dicha temperatura suele descender con la altura, consideraremos positivo el gradiente cuando la temperatura descienda con la altura y negativo en caso contrario). Es importantísimo determinar la distribución vertical de la temperatura con la altura, lo cual se consigue mediante los sondeos aerológicos.

            Los resultados de un sondeo se representan gráficamente por líneas que nos dan la variación de la temperatura con la presión, o la de cualquiera de las dos variables con la altura. A estas líneas se las llama curvas de estado porque nos marcan los estados simultáneos de las distintas masas de una columna de aire.



            En la figura 1 se representa una curva de estado que da la distribución vertical de la temperatura con la altura. Por término medio la temperatura ambiente baja en la troposfera 0.6º C. por hectómetro de elevación (a= 0.6º/100m.) ; mas los sondeos registran valores muy variables de a, según los casos; desde valores negativos, hasta valores mayores de g (gradiente adiabático del aire seco), o sea gradientes superadiabáticos (hay estratificación inestable). Estos genuinos gradientes superadiabáticos tienen lugar, generalmente, en las capas más bajas ( unos 300 m.). Las capas de aire en las que a<0, es decir, en que la temperatura aumenta con la altura, se llaman inversiones térmicas, o simplemente inversiones, porque en ellas se invierte el sentido normal de variación de T con la altura z (existiendo en ellas una gran estabilidad). En la figura 1 se representan dos inversiones, una de ellas en el suelo mismo.




Hay varios procesos que pueden cambiar el gradiente vertical de temperatura, entre ellos los más importantes son: 





a.- Calentamiento y enfriamiento no adiabáticos ( radiación, conducción, enfriamiento por evaporación, calentamiento por condensación ): Son importantes sobre la superficie terrestre y dentro de algunas nubes. La radiación en el aire libre y en la cima de las nubes es lenta.

            Al absorber la tierra los rayos solares o por advección de una masa de aire más cálida, la temperatura aumenta en superficie. Este calor se transmite por conducción a porciones de aire que ascienden hasta alcanzar una zona más estable de la cual ya no pueden pasar. Es un ascenso convectivo. 

            El gradiente debido al enfriamiento de una masa de aire en calma cercana al suelo ( por irradiación nocturna o por advección de una masa de aire más fría) es una inversión poco profunda (dependiendo de la duración del enfriamiento) con base en el suelo. Los efectos del enfriamiento se complica con el viento, ya que la mezcla turbulenta del aire enfriado cerca del suelo con el aire más caliente de las capas de encima tiende a establecer un estrato de aire con un gradiente adiabático y una inversión de turbulencia por encima de él ( el viento fuerza a la base de la inversión hacia un nivel más alto). Más complicado resulta cuando hay saturación (niebla o estratos), ya que se reduce el enfriamiento del terreno, aunque a veces este enfriamiento llega a la cima de la niebla y tiende a promover inestabilidad por debajo de dicha cima. 

            La liberación de calor latente por condensación tiene importantes efectos locales siempre que la condensación tenga lugar a temperatura alta, así que el desencadenamiento de energía produce una profunda convección. Los efectos de enfriamiento por evaporación  tienen un efecto muy débil. 

b.- Advecciones: tanto la advección de temperatura debido a la cizalladura vertical como la advección de aire de un diferente gradiente ejercen una fuerte influencia sobre el gradiente. 

c.- Movimientos verticales: orográficos, ascensos y subsidencias del conjunto de estratos, convergencia y divergencia horizontal sobre la "meso" y "macro" escala, convección penetrativa .......

          En la superficie de la tierra, la divergencia acompaña al descenso y la convergencia al ascenso. En general: " Cuando el movimiento hacia arriba decrece ( o hacia abajo se incrementa) con la altura, el gradiente tiende a ser más estable"

2.- Tipos de inversión:

Ciertas nubes, nieblas y condiciones de visibilidad se asocian con estabilidad atmosférica (generalmente relacionadas con anticiclones) . Las capas atmosféricas estables son significativas como indicadores de la clase de flujo ( poco turbulento) y de las posibilidades de mezclas laterales o verticales y, por lo tanto de la difusión y transporte de calor, humedad y aerosoles. Dentro de estas situaciones de estabilidad atmosféricas están las inversiones térmicas. Una capa en que la temperatura crece con la altura (inversión) necesariamente ha de oponer grandísima resistencia a los movimientos verticales. Es frecuente, en efecto, observar que la corriente ascendente que está dando origen a una nube, se extiende en sentido horizontal al llegar a cierta altura, con lo cual la nube, en lugar de seguir creciendo en espesor, toma aspecto de yunque; es que a esa altura la corriente ascendente ha encontrado una inversión que le ha opuesto un obstáculo infranqueable. Cuando la corriente ascendente no llega a saturarse, es decir, cuando no se forma nube, no es posible observar a simple vista cómo se extiende horizontalmente al llegar a la inversión; pero con ayuda de los instrumentos de medida se comprueba que el nivel inferior de una inversión suele presentar una gran riqueza en vapor de agua y en corpúsculos de polvo; uno y otros son arrastrados por corrientes ascendentes ( por convección o por turbulencia) desde las capas inferiores, y no pudiendo franquear la capa de inversión se acumulan en su base.Las inversiones se comportan, pues, como verdaderos tabiques que separan entre sí las capas atmosféricas, impidiendo que se mezclen y canalizando las corrientes de aire. Pero conviene entender que no son tabiques rígidos, sino paredes flexibles que se deforman en movimientos de oleaje, de la misma naturaleza y aspecto que los que agitan la superficie del mar. Hay cuatro tipos fundamentales de inversiones térmicas:


Inversión de tierra: La inversión que aparece en la figura 3 se llama inversión de tierra, porque empieza en el suelo  mismo. Se registran inversiones de tierra en la mayor parte de los sondeos matutinos, sobre todo en invierno y en situaciones anticiclónicas acompañas de cielos despejados y sin viento; y son debidas a que la radiación nocturna (irradiación) del suelo enfría  mucho la capa de aire que está en contacto con él, y en cambio apenas influye en la temperatura de las capas superiores. El espesor y el gradiente de la capa enfriada dependerá del viento, nubosidad, tipo de suelo, horas nocturnas, temperatura inicial y de la diferencia entre la temperatura del aire y del terreno. Cuando hay viento, la inversión de tierra se convierte en otra ( inversión de turbulencia), la cual tiene su base por encima del suelo. Muchas veces se forma niebla con esta situación (nieblas de irradiación), si el suelo está húmedo por recientes lluvias o si abunda la humedad ambiente por otras razones; al ser alta la humedad de las capas bajas, el enfriamiento logra saturar el aire junto al suelo formándose la niebla, cuyo límite superior será inferior al tope de la inversión.

Inversión de subsidencia:Sabemos que en toda capa estable que se extienda o comprima suficientemente, se producirá  una inversión, todo lo fuerte que se quiera. Esto será mayor cuando ocurren los dos fenómenos a la vez; es decir, cuando el aire descienda y al mismo tiempo se esparza horizontalmente. Esta combinación de descenso con dispersión lateral es precisamente el movimiento que el aire ejecuta cerca de tierra, en la parte central de los anticiclones. El aire al descender, por subsidencia, se calienta y reseca, pues es comprimido adiabáticamente. Las inversiones que se producen se llaman inversiones de subsidencia, y se caracterizan por un descenso singularmente rápido de la humedad relativa con la altura ("inversión seca"), debido a que el aire superior, ya de suyo pobre en vapor de agua, se deseca más todavía en virtud del calentamiento. 

La inversión de subsidencia (fig. 4) no se forma junto al suelo mismo, que tanto estorba los movimientos del aire; sino a una altura en general superior a los 500 m. Su espesor es al principio de varios hectómetros, pero al propagarse el efecto de contracción vertical, queda reducido a unos 100-200 m; con lo cual se hace más pronunciado el crecimiento de la temperatura con la altura, y la disminución de la humedad relativa. Si está cerca del suelo es probable que la inversión sea modificada por precipitaciones y efectos de la superficie ( mezcla por turbulencia, convección o radiación). En estos casos es difícil distinguirla de las inversiones de turbulencia y de las frontales.

Estas inversiones suelen cubrir grandes áreas; a veces casi todo el anticiclón. También hay otras muy reducidas, en determinados lugares donde la conformación orográfica favorece los movimiento del aire necesarios para producirlas.  También influyen en dichas inversiones los fenómenos de radiación. Así, por ejemplo, en verano en los continentes y durante el día, casi nunca suelen formarse estas inversiones, porque la gran insolación, propia de los anticiclones en esta época, caldea el aire por debajo y las destruye. En cambio, en las noches de invierno, la radiación acentúa en ellas, tanto el aumento de la temperatura con la altura, como la disminución de humedad; pues, a causa de los movimientos convectivos, la base inferior de la inversión se carga durante el día de corpúsculos y de humedad, y de noche se encuentra en condiciones de irradiar calor como un suelo, con el consiguiente descenso de la temperatura y aumento de la humedad relativa, y así crece su contraste con la base superior, libre de tales influjos.

Inversión de turbulencia: El movimiento del aire sobre una superficie irregular causa turbulencia y mezcla vertical.  Esta mezcla induce al gradiente a cambiar hacia la adiabática seca (o a la saturada si hay saturación). La turbulencia obliga a descender el aire de capas altas y a ascender el de otras más bajas. Si la atmósfera es estable térmicamente, el aire de arriba tiene mayor temperatura potencial que el de abajo. Así, el aire obligado a ascender, se enfría hasta una temperatura menor que la del aire ambiente, mientras que el obligado a descender se calienta hasta una temperatura superior a la del que queda a su alrededor en el nuevo nivel, pudiendo resultar una curva de estado con inversión de temperatura; pero el aire descendente se deseca mientras que el ascendente aumenta algo su humedad relativa, por lo que las curvas de estado y de humedad se separan en la capa de inversión, quedando una curva muy parecida a la de subsidencia (fig. 5). Si la capa debajo de la inversión está bien mezclada por turbulencia, su curva de estado sigue la adiabática y la curva de humedades la equisaturada ( igual proporción de mezcla). 

El espesor de la capa que se mezclará (y por lo tanto la altura de la inversión) depende del viento, de la orografía y del gradiente original. Si el gradiente inicial es poco estable pueden darse mezclas turbulentas que pueden extenderse a grandes alturas sin que se forme una marcada inversión. La formación de nubes, la convergencia o una adicional convección por calentamiento de la superficie tiende a aumentar el espesor de la capa mezclada, la divergencia o el enfriamiento por irradiación tiende a disminuirlo. También influyen los procesos atmosféricos: una masa cálida sobre terreno frío hace que la temperatura media de la capa mezclada decrezca gradualmente y la inversión se intensifica y baja más. Cuando es el aire frío el que se mueve sobre una superficie cálida, la temperatura de la capa mezclada aumenta debilitándose la inversión y ascendiendo, y  hasta puede llegar a desaparecer. 

Inversión frontal:Una superficie frontal separa dos masas de aire diferentes. Si el frente tiene una discontinuidad  bien marcada, en la curva de estado se apreciará una clara inversión que separará el gradiente típico de las masas de aire fría y cálida. También mostrará un aumento de la humedad del aire al atravesar la zona frontal, pues en ella la condensación que tiene lugar ( por enfriamiento adiabático del aire que asciende) origina nubes y lluvias permaneciendo el aire casi saturado. 

Se identifican muy bien por el cambio del viento con la altura: "A través de un frente frío, los vientos en altura giran ciclónicamente; y en un frente cálido su giro es anticiclónico ".

3.- Altura de la inversión y tipos de nubosidad: 

La altura de la inversión viene determinada por la base de la inversión, en donde la temperatura empieza a aumentar con la altura. En dicha base hay una máxima concentración de humedad y de grupúsculos atmosféricos que favorecen la condensación del vapor de aire. Dependiendo de la altura de la inversión y del grado de estabilidad por debajo de la inversión, podremos tener condiciones favorables o desfavorables para la existencia de movimientos verticales (convectivos o turbulentos) que pueden dar origen a la formación de nubosidad, generalmente de tipo estratiforme (estratos, fractoestratos e incluso nimbostratos bajos ), así como a la formación de brumas y nieblas, ya sean con cielo despejado o asociadas a la nubosidad estratiforme (formadas por el enfriamiento por irradiación de la base de la inversión y por la evaporación de las gotitas de llovizna que caen desde los estratos) . En caso de formarse nubosidad, la altura de la inversión determina el tope de dicha nubosidad (pudiendo alcanzar la parte saturada de la inversión, como en el caso de nubosidad frontal y en las nieblas junto al suelo), estando su base próxima al nivel de condensación por ascenso (NCA).

En la figura 7 se presentan distintos sondeos con inversiones en niveles bajos (por debajo de 1000 m.), así como los distintos tipos de nubosidad e hidrometeoros asociados:


Figura 7

Excelente tópic.

Creo que sería una idea fantástica dibujar un mapa de la península con los valles, ollas, o rincones recónditos donde más inversiones al año se producen...

Para los entendidos, ¿qué son "grupúsculos atmosféricos"?

¿Tienen que ver con la saturación del aire por vapor de agua?

Enhorabuena por este interesantísimo tópic 

Lo de grupúsculos atmosféricos me imagino que se referirá a partículas microscópicas de polvo atmosférico que actúan como núcleos de condensación, es decir, que el vapor de agua comienza a condensarse en su superficie. Además estas partículas serán mas abundantes en la parte mas baja, junto al suelo. A ver si alguien puede aclarar ésto mejor..

A partir de ahora comienza la temporada de las inversiones térmicas y las heladas por irradiación, ya que en las capas de aire mas cercanas al suelo "el terreno manda", es decir, la temperatura del aire está muy influenciada por la del terreno, y al ser la duración del día muy corta, la energía trasmitida es muy baja.

Interesante topic.

Es un tema, el de la inversión térmica, que siempre me ha llamado la atención.

Hace un tiempo abrí este topic:

https://foro.tiempo.com/index.php/topic,21034.0.html

Resume, en parte, uno de los factores que yo creo que tiene que ver con que la inversión térmica sea más acusada o no---> el grosor de la capa de inversión.

Otro que no tuvo mucho éxito  sobre cómo influye la nieve

https://foro.tiempo.com/index.php/topic,41478.msg898448.html#msg898448

En fín, que es un tema que siempre me ha apasionado; pero ahora al estar en Zaragoza y como se me termina pronto el ciber, no puedo alargarme como me gustaría. Cuando vaya a Beceite seguiré con detenimiento este topic.

De hecho en diciembre de 2004 hice una comprobación. Puse un termómetro a 900 m de altitud y a unos 2-3 km en linea recta de mi casa.
Esa noche medí -7,7ºC en mi casa (580 m) y +2ºC en una cumbre a 900 m.

 

Dentro de unos días cuando tenga tiempo pondré algo sobre las inversiones del Corredor del Henares en Madrid.

Sigo aportando links e info, que espero,sean de vuestro interés.

Brisas Valle-Montaña

Los rayos solares inciden desigualmente en las laderas de las montañas y en los valles; asimismo, varían su ángulo de incidencia a lo largo del día según la trayectoria del sol. Esto genera un flujo de aire condicionado por los centros de alta y baja presión producidos por las diferencias térmicas diarias que se desarrollan entre el valle y las montañas.

En este caso, las laderas de solana se calientan más rápidamente que los fondos de valles de un cordón montañoso. El flujo de aire durante el día va desde el valle hacia las partes más altas, que hacen de centros de baja respecto a los fondos de valle. Esto es en dos sentidos: a lo largo del valle hacia los sectores superiores y desde el fondo del valle hacia las laderas.





En la noche se produce el enfriamiento rápido de las laderas respecto del valle y los vientos cambian.

Las brisas ascendentes se llaman anabáticas y las descendentes catabáticas. Estas ultimas producen calentamiento por compresión originando o intensificando los procesos de inversión térmica.



Gráfico explicativo día-noche: