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Inversión térmica


¿Qué es la inversión térmica?

La inversión térmica es un fenómeno que aparece cuando al subir en altitud también lo hace la temperatura, de tal forma que tenemos un gradiente térmico positivo. Se llama <<inversión>> porque lo habitual es que la temperatura descienda con la altura.

Las inversiones térmicas limitan los movimientos ascendentes del aire debido a que la densidad del aire (directamente relacionada con la temperatura) decrece con la altitud. Esto provoca que el aire no pueda elevarse en zonas con inversión, ya que el aire más frío y denso queda atrapado en las zonas más bajas. Esto, por ejemplo, dificulta la dispersión de contaminantes o la convección.

Este fenómeno puede aparecer en distintos niveles de la troposfera, y se asocia a un estado de estabilidad atmosférica.

¿Cómo se genera una inversión térmica?

En primer lugar, es necesario explicar el comportamiento habitual de las masas de aire en la troposfera.

En condiciones normales, la radiación solar diurna calienta la superficie terrestre, provocando también un calentamiento del aire más superficial.

El aire más cálido presenta menor densidad (menor peso) por lo que tiende a ascender a través de las diferentes capas de la atmósfera, en el proceso conocido como convección. A medida que asciende, el aire se va enfriando y va aumentando su densidad, hasta que se equilibra y comienza a descender. Al descender, el aire se puede calentar por compresión adiabática. Si no se calienta mucho, será más frío que el aire en superficie y desplazará a este.

Sin embargo, en condiciones de gran estabilidad atmosférica, y especialmente durante las noches de invierno, este comportamiento tiende a alterarse.

Durante la noche, la superficie terrestre se enfría rápidamente, transmitiendo ese frío a la capa de aire más superficial. Esta capa de aire tiene una densidad mayor que la inmediatamente superior, por lo que se impide su mezcla (no puede ascender). El aire más frío y denso queda retenido en los primeros metros de la troposfera. Tenemos entonces una inversión térmica de superficie o radiación, que puede alcanzar un altura variable, desde pocos metros a decenas.

Esta inversión térmica suele romperse con el calentamiento diurno de la superficie terrestre o bien por la aparición de vientos que generen turbulencia y mezclen las distintas masas de aire.

Este tipo de inversión, la inversión de radiación, es el más conocido y habitual. Sin embargo, existen más tipos de inversión que comentaremos también a continuación.

Tipos de inversión térmica

  • Inversión nocturna

La inversión térmica nocturna o por irradiación ocurre frecuentemente en noches despejadas de invierno y en ausencia de viento, sobre suelo continental.

El aire junto al suelo muy frío se enfría por contacto, mientras que el aire a mayor altitud no llega a notar este efecto y permanece más caliente.

Suele desaparecer durante el día por el calentamiento diurno, pero, en ocasiones, este factor no es suficiente para conseguir “romper” esta situación, de manera que puede prolongarse durante varios días. En muchas ocasiones asocian nieblas, que ayudan a la persistencia de estas inversiones.

Este tipo de inversión es muy común e ilustrativa en zonas con valles. Durante la noche el aire frío en superficie desciende por su mayor densidad desde las laderas al valle, favoreciendo con ello la presencia de aire más frío en superficie que el aire por encima de éste. Se dan temperaturas mínimas más bajas en los fondos de valles que en las zonas más elevadas.

  • Inversión por subsidencia

Se forma por el movimiento descendente del aire en los anticiclones. En este caso no se forman junto a la superficie, sino a una determinada altura (en general superior a 500 metros). Suelen cubrir grandes extensiones y pueden ser bastante persistentes.

En una situación de altas presiones (anticiclónica), el aire frío de las capas altas comienza a descender hacia la superficie dando lugar a un movimiento denominado subsidencia. En ese descenso el aire se comprime (aumenta de presión), se calienta (calentamiento adiabático) y se seca (de ahí la ausencia de nubes). Tras varios kilómetros de descenso puede llegar a ser más cálida y seca que el aire que le rodea tanto por encima como por debajo.

Se trata de un proceso lento que puede prolongarse durante varios días. Durante este período, la inversión por subsidencia se fortalece conforme se acerca al suelo y el aire se vuelve cada vez más cálido y seco que la capa de aire inferior. Este tipo de inversión dificulta enormemente la dispersión de contaminantes.

Muchas veces es compatible la existencia simultánea de una inversión superficial (por irradiación) con una inversión de subsidencia en niveles más altos de la troposfera.

  • Inversión por advección

Están relacionadas con los movimientos horizontales del aire cálido en capas bajas. Al desplazarse éste sobre una superficie fría, el aire más próximo a la superficie se enfría por conducción, consiguiendo a una inversión de la temperatura basada en la superficie.

Este tipo de inversión es se observa en las nieblas primaverales en el mediterráneo, cuando el aire cálido del sur se desplaza sobre un mar que aún está frío.

También se da en zonas costeras, cuando existe un flujo de aire procedente desde el mar que provoca un descenso de la temperatura superficial en las zonas más bajas del litoral.

  • Inversión frontal

Esta tipología está asociada tanto a los frentes cálidos como a los frentes fríos. El contraste térmico entre las dos masas de aire que se encuentran va a determinar la fuerza de la inversión térmica.

Con el paso de un frente frío, la masa de aire frío (más denso) que trae invade la región ocupada por una masa más cálida (menos densa), obligando a ésta a ascender por encima del aire frío.

En el caso de un frente cálido, la nueva masa de aire que transporta es más cálida que la que ocupa la superficie previamente. Por tanto, tiende a ascender y colocarse por encima del aire frío superficial.

Como los frentes se mueven de forma horizontal, los efectos de esta inversión suelen durar poco, y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados al sistema frontal. No obstante, en ocasiones, los frentes pueden permanecer bastante estáticos y es entonces cuando estas condiciones de inversión pueden mantenerse un mayor tiempo.

  • Inversión del alisio

Es un tipo de inversión que aparece por las diferencias de temperatura y humedad entre los vientos alisios superiores y los alisios inferiores. En España aparece en las Islas Canarias.

Los vientos alisios presentan en Canarias dos componentes. Por un lado, los vientos alisios inferiores, frescos y húmedos, procedentes del norte y noreste, que actúan entre el nivel del mar y los 1.500 metros de altitud. Por otro lado tenemos los vientos alisios superiores, más cálidos y con menor contenido de humedad, que soplan a altitudes superiores a los 1.500 metros, y que son resultado de la circulación general del oeste en altura que domina en estas latitudes.

De esta forma, por encima de la zona de inversión (hacia los 2000 metros), y gracias a estos vientos alisios superiores, se dan temperaturas más altas y un ambiente mucho más seco. Mientras, por debajo de la zona de inversión, hacia los 800 metros, las temperaturas son más bajas y el aire más húmedo. Estas cotas son conocidas como las zonas de medianías del archipiélago canario, y se corresponden con aquellas en las que tenemos las mejores condiciones climatológicas para la actividad agrícola.

Efectos adversos de la inversión térmica

Los periodos anticiclónicos prolongados, con sus consecuentes inversiones térmicas, son temidos por los altos niveles de contaminación del aire que se alcanzan en las ciudades y zonas industriales.

Cuando nos encontramos ante una capa atmosférica con inversión térmica quiere decir que en ella se inhiben los movimientos ascendentes de masas de aire. En consecuencia, una inversión térmica próxima a la superficie impide la correcta dispersión de los contaminantes producidos por las actividades antropogénicas o que éstos se alejen de la superficie terrestre.

De hecho, la capa con mayor temperatura actúa como una tapa sobre el aire más frío más superficial y en el que concentran los contaminantes. Esta situación da lugar al esmog (smog en inglés) o a la “boina de contaminación” sobre las ciudades, visible a varios kilómetros de distancia y que suele llevar aparejado un empeoramiento en los niveles de calidad del aire, con los derivados efectos nocivos para la salud humana.

Esto se nota principalmente en las ciudades, donde son mucho mayores las emisiones de gases contaminantes debido al tráfico y las calefacciones. Es por ello que, en periodos prolongados de inversión térmica, especialmente durante el invierno, cada vez es más común que se limite la circulación de vehículos en las grandes ciudades, en función de los niveles medidos de NO2.

La contaminación atmosférica, acrecentada por episodios de inversión térmica, tiene consecuencias negativas en la salud tanto a corto como a largo plazo derivadas de problemas respiratorios o cardiovasculares. Diversos estudios han demostrado que la contaminación del aire es la responsable de millones de muertes prematuras en el mundo.

Efectos de la inversión térmica en la meteorología

Además del evidente efecto en la temperatura (más frío en zonas más bajas que en zonas más altas), si las condiciones de humedad son adecuadas, es frecuente la aparición de brumas o nieblas en las zonas deprimidas bajo condiciones de inversión térmica. Éstas pueden ser de origen radiativo (nieblas de irradiación) o de origen advectivo (nieblas de advección).

A su vez, si las nieblas persisten durante el día, favorecen la persistencia de la inversión térmica: las zonas por encima del límite de la niebla reciben la luz solar, mientras que las zonas por debajo, no.

Las nieblas de irradiación son las nieblas que se forman durante la noche por el enfriamiento nocturno del suelo. Este enfriamiento produce que la humedad del aire cercano al suelo se condense y forme el banco de niebla. Son muy habituales en áreas del interior peninsular, especialmente en los valles del Ebro, Duero, Guadiana y Tajo.

En las cercanías a lagos y mares se forman lo que se denominan nieblas de advección, que se producen cuando una masa de aire cálido se desplaza sobre una superficie fría, en este caso el mar. En España es habitual, por ejemplo, en el Mediterráneo durante la primavera. También pueden darse si una masa «cálida» se desplaza sobre una superficie cubierta de nieve.

Por último, la inversión térmica inhibe los movimientos convectivos del aire, por lo que se ve dificultada la formación de nubes y por ende, de precipitaciones. La excepción se da con la inversión existente durante el paso de un frente cálido, cuando las precipitaciones se pueden dar e incluso puede permitir que sean en forma de nieve o lluvia engelante si el aire contenido en la inversión es lo suficientemente frío.

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