ชั้นอุณหภูมิผกผัน (Inversion Layer) หรือ การย้อนกลับของอุณหภูมิ (Temperature Inversion) เป็นปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาที่เกิดขึ้นเมื่อ การลดลงของอุณหภูมิในบรรยากาศตามระดับความสูงกลับกัน โดยที่ชั้นอากาศที่อุณหภูมิสูงกว่าอยู่เหนือชั้นอากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่าใกล้พื้นโลก ในสภาวะอากาศปกติ อุณหภูมิจะลดลงประมาณ 6.5 องศาเซลเซียสสำหรับทุก ๆ กิโลเมตรในความสูง ซึ่งช่วยให้อากาศร้อนขึ้นไปและอากาศเย็นจะลงมาที่พื้น โลก ส่งผลให้เกิดการผสมผสานในแนวดิ่งของบรรยากาศที่ช่วยในการกระจายมลพิษและควบคุมคุณภาพอากาศ
แต่ในช่วงเวลาที่เกิดชั้นย้อนกลับ อากาศที่เย็นใกล้พื้นดินจะถูกกักไว้โดยอากาศที่ร้อนกว่าอยู่ด้านบน ซึ่งทำให้บรรยากาศมีความคงที่และไม่สามารถผสมกันได้ จึงทำให้มลพิษ โดยเฉพาะฝุ่นละออง (PM) ถูกกักอยู่ใกล้พื้นผิว ซึ่งอาจส่งผลให้มลพิษสะสมในระดับอันตรายได้ ปรากฏการณ์นี้สำคัญต่อการทำความเข้าใจเกี่ยวกับปัญหามลพิษทางอากาศ โดยเฉพาะในพื้นที่เมืองที่มีความหนาแน่นของประชากรและกิจกรรมทางอุตสาหกรรม
ธรรมชาติของอุณหภูมิในบรรยากาศ
ในชั้นบรรยากาศของโลกใน ชั้นโทรโพสเฟียร์ (troposphere) อุณหภูมิจะลดลงประมาณ 6.5 องศาเซลเซียสทุก ๆ กิโลเมตรที่สูงขึ้น ซึ่งถือเป็นการลดอุณหภูมิในแนวดิ่ง เรียกว่า อัตราการลดอุณหภูมิในสิ่งแวดล้อม (Environmental Lapse Rate) และเป็นปัจจัยสำคัญในระบบสภาพอากาศของโลก เมื่ออากาศร้อนขึ้นไป มันจะเย็นลงและขยายตัวเมื่อมันสูงขึ้นไปในบรรยากาศ ซึ่งกระบวนการนี้เป็นปัจจัยที่สำคัญในการรักษาสภาวะอากาศที่มีพลศาสตร์ รวมถึงการกระจายความร้อน ความชื้น และมลพิษต่าง ๆ
เพิ่มเติม : บรรยากาศ (atmosphere)
ในช่วงเวลาปกติ กระบวนการที่อากาศร้อนขึ้นไปและเย็นลงช่วยให้เกิดการผสมผสานในแนวดิ่งของอากาศ ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาสภาพอากาศและการกระจายของมลพิษอย่างเหมาะสม แต่ในกรณีที่เกิดชั้นอุณหภูมิผกผัน ลำดับการลดอุณหภูมิจะกลับกัน และทำให้ชั้นของอากาศที่ร้อนกว่าอยู่เหนืออากาศที่เย็นกว่า ซึ่งจะทำให้การผสมผสานในแนวดิ่งของอากาศถูกยับยั้ง การเกิดชั้นอุณหภูมิผกผันในกรณีนี้จะทำให้มลพิษติดอยู่ใกล้พื้นโลก ซึ่งมีผลกระทบต่อคุณภาพอากาศ
ที่มาของชั้นอุณหภูมิผกผัน
ชั้นอุณหภูมิผกผัน (Inversion Layer) เกิดขึ้นภายใต้สภาพอากาศเฉพาะบางอย่าง และการทำความเข้าใจถึงสภาพอากาศเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจผลกระทบของมันต่อคุณภาพอากาศ โดยเฉพาะในพื้นที่เมือง สภาพอากาศที่ทำให้เกิดชั้นย้อนกลับ ได้แก่
1) การย้อนกลับในพื้นที่ชายฝั่ง (Coastal Inversions) ในพื้นที่ชายฝั่งเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นดินและมหาสมุทรเกิดขึ้น เช่น ในตอนกลางคืนพื้นดินจะเย็นตัวเร็วกว่าทะเล ซึ่งทำให้อากาศที่เย็นสะสมใกล้พื้นดิน ในขณะเดียวกันอากาศที่ร้อนกว่าอาจคงอยู่ด้านบน เมื่อเกิดปรากฏการณ์นี้จะเกิดการย้อนกลับในอากาศในพื้นที่ชายฝั่งหรือพื้นที่ภูเขา โดยเฉพาะในหุบเขาที่อากาศเย็นจะสะสมตัวในบริเวณต่ำ ทำให้เกิดการยับยั้งการผสมผสานของอากาศ
2) การย้อนกลับแบบการจม (Subsidence Inversion) เกิดขึ้นเมื่อมีมวลอากาศขนาดใหญ่ที่เคลื่อนตัวลงสู่พื้นโลก เช่น ระบบความกดดันสูง (H) ซึ่งอากาศที่เคลื่อนตัวลงสู่พื้นจะได้รับการบีบอัดและทำให้ร้อนขึ้น ทำให้เกิดการย้อนกลับ การย้อนกลับนี้มักเกิดในพื้นที่ที่มีระบบความกดดันสูง เช่น เขตทะเลทรายหรือพื้นที่ชายฝั่งที่มีการจมของอากาศร้อนจากที่สูงลงสู่พื้น
3) การย้อนกลับแบบรังสี (Radiation Inversion) มักเกิดขึ้นในตอนกลางคืน โดยเฉพาะในคืนที่มีอากาศสงบและท้องฟ้าโปร่ง ในช่วงกลางคืนพื้นดินจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแผ่รังสีความร้อนออกไปสู่อวกาศ และเมื่อพื้นดินเย็นลง อากาศที่อยู่เหนือพื้นดินก็จะสูญเสียความร้อนเช่นกัน แต่ชั้นอากาศที่สูงขึ้นจะไม่เย็นลงเร็วเท่ากับชั้นใกล้พื้นดิน ทำให้เกิดการสะสมของอากาศที่ร้อนกว่าเหนืออากาศที่เย็นลงมาที่พื้นดิน ซึ่งทำให้เกิดชั้นย้อนกลับ อากาศในช่วงนี้มักเกิดขึ้นในพื้นที่แห้งแล้งและมีท้องฟ้าโปร่ง
ในสภาพปกติของบรรยากาศ (โดยเฉพาะในชั้นโทรโพสเฟียร์) อุณหภูมิจะลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ชั้นอุณหภูมิผกผัน (Inversion Layer) เกิดขึ้นเมื่อชั้นหนึ่งของบรรยากาศมีอุณหภูมิ สูงขึ้น ตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งตรงข้ามกับสภาพปกติ ภาพแสดง ชั้นอุณหภูมิผกผัน (Inversion Layer) ที่พบได้บ่อยที่สุด 3 ประเภท ดังนี้ (ซ้าย) การย้อนกลับในพื้นที่ชายฝั่ง (Coastal Inversions) (กลาง) การย้อนกลับแบบการจม (Subsidence Inversion) และ (ขวา) การย้อนกลับแบบรังสี (Radiation Inversion) (ที่มา : www.csun.edu)
เพิ่มเติม : มลพิษทางอากาศ (air pollution)
ผลกระทบต่อ PM
ชั้นอุณหภูมิผกผัน (Inversion Layer) มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพอากาศ โดยเฉพาะในแง่ของฝุ่นละออง (PM) ที่ประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หรือหยดน้ำที่ลอยอยู่ในอากาศ ฝุ่นละอองนี้สามารถมีสารหลายประเภท เช่น ฝุ่น เขม่าควัน สารอินทรีย์ และโลหะต่าง ๆ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพในระดับที่รุนแรง โดยเฉพาะเมื่อมันถูกกักไว้ใกล้พื้นโลกจากชั้นอุณหภูมิผกผัน
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth
