Em meteorologia, uma inversão térmica, também conhecida como inversão de temperatura, é um desvio da mudança normal de uma propriedade atmosférica com altitude. Refere-se quase sempre a uma inversão da taxa de lapso térmico. Normalmente, a temperatura do ar decresce com o aumento da altitude. Durante uma inversão térmica, o ar mais quente é mantido acima do ar mais frio; o perfil de temperatura normal com a altitude é invertido.
Uma inversão térmica também pode suprimir a convecção, atuando como uma “tampa”. Se esta tampa for quebrada por qualquer um dos vários motivos, a convecção de qualquer umidade presente pode então entrar em violentas trovoadas. A inversão de temperatura pode notoriamente resultar em chuva gelada em climas frios.
Condições atmosféricas normais
Normalmente, dentro da atmosfera inferior (a troposfera) o ar perto da superfície da Terra é mais quente que o ar acima dela, em grande parte porque a atmosfera é aquecida por baixo à medida que a radiação solar aquece a superfície da Terra, que por sua vez aquece a camada da atmosfera diretamente acima dela, por exemplo, por térmicas (transferência de calor convectiva). A temperatura do ar também diminui com o aumento da altitude porque o ar mais alto está a uma pressão mais baixa, e uma pressão mais baixa resulta numa temperatura mais baixa, seguindo a lei ideal do gás e a taxa de lapso adiabático.
Quais são as causas da inversão térmica?
Altura (eixo y) versus temperatura (eixo x) em condições atmosféricas normais (linha preta). Quando a camada de 6-8 quilômetros (4-5 milhas) (designada A-B) desce adiabática seca, o resultado é a inversão térmica vista perto do solo a 1-2 quilômetros (1-1 milha).
Dadas as condições certas, o gradiente de temperatura vertical normal é invertido de tal forma que o ar fica mais frio perto da superfície da Terra. Isto pode ocorrer quando, por exemplo, uma massa de ar mais quente e menos densa se move sobre uma massa de ar mais fria e mais densa. Este tipo de inversão térmica ocorre nas proximidades de frentes quentes, e também em áreas de afloramento oceânico, como ao longo da costa da Califórnia, nos Estados Unidos. Com umidade suficiente na camada mais fria, a neblina está tipicamente presente abaixo da tampa de inversão térmica. Uma inversão térmica também é produzida sempre que a radiação da superfície da terra excede a quantidade de radiação recebida do sol, que geralmente ocorre à noite, ou durante o inverno quando o ângulo do sol é muito baixo no céu. Este efeito está praticamente confinado às regiões terrestres, já que o oceano retém o calor por muito mais tempo. Nas regiões polares durante o inverno, as inversões térmicas estão quase sempre presentes sobre a terra.
Uma massa de ar mais quente movendo-se sobre uma mais fria pode “desligar” qualquer convecção que possa estar presente na massa de ar mais fria. Isto é conhecido como uma inversão de limite. Entretanto, se esta inversão térmica for quebrada, seja por convecção extrema que ultrapasse a tampa, ou pelo efeito de elevação de uma frente ou cordilheira, a liberação repentina de energia convectiva – como o estouro de um balão – pode resultar em fortes trovoadas. Tais inversões de tampas normalmente precedem o desenvolvimento de tornados no meio-oeste dos Estados Unidos. Neste caso, a camada “mais fria” é na verdade bastante quente, mas ainda é mais densa e geralmente mais fria do que a parte inferior da camada de inversão que a limita.
Inversão de subsidência
Uma inversão térmica pode desenvolver-se no alto como resultado do afundamento gradual do ar sobre uma ampla área e do aquecimento por compressão adiabática, geralmente associada a áreas subtropicais de alta pressão. Uma camada marinha estável pode então desenvolver-se sobre o oceano como resultado. Como esta camada se move sobre águas progressivamente mais quentes, entretanto, a turbulência dentro da camada marinha pode gradualmente elevar a camada de inversão para altitudes mais elevadas, e eventualmente até mesmo perfurá-la, produzindo trovoadas, e sob as circunstâncias certas, ciclones tropicais. O smog acumulado e a poeira sob a inversão térmica mancham rapidamente o céu avermelhado, facilmente visto em dias ensolarados.
Quais são as consequências da inversão térmica?
A inversão de temperatura impede que a convecção atmosférica (que normalmente está presente) ocorra na área afetada e pode fazer com que o ar fique mais calmo e turvo devido à coleta de poeira e poluentes que não podem mais ser levantados da superfície. Isto pode se tornar um problema em cidades onde existem muitos poluentes. Efeitos de inversão ocorrem freqüentemente em grandes cidades, mas também em cidades menores. Essas cidades são cercadas por colinas e montanhas, ou em planícies que são cercadas por cadeias de montanhas, o que faz uma armadilha de inversão no ar da cidade. Durante uma inversão térmica severa, poluentes aprisionados no ar formam uma névoa acastanhada que pode causar problemas respiratórios. O Grande Smog de 1952, em Londres, Inglaterra, é um dos exemplos mais sérios de tal inversão. A culpa é de cerca de 11.000 a 12.000 mortes.
Às vezes a camada de inversão térmica está a uma altitude suficientemente alta que as nuvens de cúmulo podem condensar, mas só podem se espalhar por baixo da camada de inversão térmica. Isto diminui a quantidade de luz solar que chega ao solo e evita a formação de novas térmicas. Conforme as nuvens se dispersam, o tempo ensolarado substitui a nebulosidade em um ciclo que pode ocorrer mais de uma vez por dia.
À medida que a temperatura do ar aumenta, o índice de refração do ar diminui, sendo um efeito colateral do ar mais quente menos denso. Normalmente isto resulta em objetos distantes sendo encurtados verticalmente, um efeito que é fácil de ver ao pôr-do-sol onde o sol é visível como uma oval. Em uma inversão térmica, o padrão normal é invertido e objetos distantes são esticados ou parecem estar acima do horizonte, levando ao fenômeno conhecido como Fata Morgana ou miragem.
Inversões podem ampliar o chamado “flash verde” – um fenômeno que ocorre ao nascer ou pôr-do-sol, geralmente visível por alguns segundos, no qual a luz verde do sol é isolada devido à dispersão. O menor comprimento de onda é o mais refractado, portanto é a primeira ou última luz da borda superior do disco solar a ser vista.
Radiação eletromagnética (rádio e televisão)
Ondas de rádio de freqüência muito alta podem ser refratadas por inversões térmica, tornando possível ouvir rádio FM ou assistir transmissões de televisão de banda baixa VHF a partir de longas distâncias em noites de nevoeiro. O sinal, que normalmente seria refractado para cima e para longe da antena terrestre, é, em vez disso, refractado para baixo em direcção à terra pela camada limite de inversão de temperatura. Este fenômeno é chamado de duto troposférico. Ao longo das linhas costeiras durante o outono e a primavera, devido à presença simultânea de várias estações devido à redução das perdas de propagação, muitas estações de rádio FM são flageladas pela degradação severa do sinal que as faz soar embaralhadas.
Som
Quando uma camada de inversão está presente, se um som ou explosão ocorre ao nível do solo, a onda sonora é refratada pelo gradiente de temperatura (que afeta a velocidade do som) e retorna em direção ao solo. O som, portanto, viaja muito melhor do que o normal. Isto é perceptível em áreas próximas a aeroportos, onde o som de aeronaves decolando e pousando muitas vezes pode ser ouvido a distâncias maiores ao amanhecer do que em outros momentos do dia, e trovões de inversão que são significativamente mais altos e viajam mais longe do que quando são produzidos por descargas atmosféricas em condições normais[5].
Ondas de choque
A onda de choque de uma explosão pode ser refletida por uma camada de inversão, da mesma forma que salta do solo em uma explosão de ar e pode causar danos adicionais como resultado. Este fenômeno matou três pessoas no teste nuclear soviético RDS-37 quando um edifício desmoronou.