Inversión térmica

La inversión térmica es un término empleado para explicar el fenómeno en el cual ocurre un comportamiento inusual en la temperatura de la tropósfera. En este fenómeno, una capa de aire con baja temperatura y alta densidad, queda atrapado debajo de una masa de aire cálido. Esto suele ocurrir en valles o cuencas urbanas.

La palabra inversión hace referencia a que se altera el orden usual de las capas de aire en la atmósfera. En general, las capas frías suelen ascender, mientras que las cálidas se quedan en las regiones inferiores. Esta alteración interfiere en otros fenómenos atmosféricos como las nubes, precipitaciones y visibilidad del ambiente.

En una inversión térmica, el aire caliente actúa como una barrera contra las capas de aire inferiores, que son más frías. Esto ocasiona que la convección se limite a las capas que se encuentran debajo de la inversión. A su vez, las partículas y contaminantes acumulados en la masa de aire frío no pueden dispersarse y provocan el smog o niebla ácida. La visibilidad se ve afectada debido a que las nubes que se encuentran debajo de la capa de aire cálido no pueden crecer y precipitar, además de la acumulación de polvo y humo.

¿Por qué ocurre la Inversión térmica?

Una inversión térmica es provocada cuando el aire que se encuentra sobre el suelo se enfría repentinamente, alcanzando una temperatura menor que la capa que le sigue en la atmósfera. La ocurrencia de este fenómeno es mayor en regiones bajas, donde el viento debe traspasar barreras físicas como es el caso de los valles.

Cuando una capa de aire con alta temperatura se establece en una determinada región de la atmósfera, evita que se lleven a cabo las corrientes de aire que ascienden con menor temperatura. De esta manera, el aire queda “atrapado”, evitando que se disipen los contaminantes que se han acumulado en el mismo.

Aunque generalmente se trata de fenómenos de corto tiempo, en algunas regiones puede durar varios días, cuando una masa de aire con presión elevada cubre un área determinada. En estos casos, las consecuencias pueden ser incluso letales, dependiendo de los tipos de contaminantes acumulados en dicha región.

Señales de inversión térmica

La inversión térmica suele ocurrir cuando el cielo se encuentra despejado y la velocidad del viento es mínima. Esto suele suceder generalmente durante el atardecer y se prolonga hasta las primeras horas luego de la salida del sol. Entre las señales que permiten determinar si se está llevando a cabo una inversión térmica se encuentran las siguientes:

• Cielo sin nubes.
• Vientos ausentes o menores a 4,8 km/h.
• Cercanos al atardecer o en el amanecer.
• Presencia de rocío.
• Gases o humo con patrón horizontal.
• Niebla en tierras bajas.

Tipos de inversión térmica

En general, es posible reconocer algunos tipos de inversiones térmicas, según algunas características, como la causa de su origen. Estas se denominan inversión de tierra o suelo, de turbulencia, de subsidencia y frontal.

Inversión térmica de tierra o suelo: Esta se origina cuando la capa de aire entra en contacto con una superficie fría, generalmente en noches despejadas. En algunos casos, se forma niebla cuando el aire adquiere una temperatura menor a su punto de rocío.

Inversión térmica de turbulencia: En este tipo, una masa de aire estática se posa sobre una capa de aire turbulento. Esto ocasiona a su vez que se genere una mezcla vertical, en la que la capa turbulenta aumenta la temperatura de la masa de aire que se encuentra sobre ella.

Inversión de subsidencia: En esta inversión, una capa de aire extensa es influenciada por la presión atmosférica, que la hace descender. Cuando esto ocurre, el aire que se encuentra a mayor altura se calienta más que el que está por debajo. Esto es común en invierno, especialmente en océanos subtropicales, que se ubican bajo zonas de alta presión.

Inversión frontal: Ocurre cuando una capa de aire con baja temperatura, colisiona con una masa de aire cálido, rompiéndola y ubicándola por encima. El aire frío queda debajo y ocasiona la inversión. Estas ocurren a bajas alturas y con una pendiente acentuada.

Además de estos tipos de inversiones, en diversos estudios se han determinado otras variedades de inversiones térmicas, especialmente en zonas geográficas ubicadas a baja altitud. En algunas localidades como Hamburgo, Alemania, se han caracterizado hasta 15 tipos de inversiones, con diferentes bases y cimas. Estas difieren en cuanto a su frecuencia diurna, los perfiles verticales, así como su crecimiento nocturno e incremento matutino. Dichos tipos de inversiones han sido caracterizados en dos grupos principales: inversiones superficiales y elevadas o crecientes.

Patrón atmosférico normal

Dentro de un patrón normal atmosférico, la temperatura del aire suele disminuir, de una forma gradual, a medida que aumenta la altura, lo cual provoca que el aire se vuelva denso. Esta dinámica de la atmósfera suele ser descrita a nivel local y está determinada por la presión y temperatura. Por otro lado, es posible describir una circulación atmosférica a un nivel planetario.

Debido a la estructura del planeta, la radiación térmica es mayor en las regiones ecuatoriales del planeta. Esto se debe a que los rayos de sol inciden de una manera perpendicular, a diferencia de los extremos o polos, donde los rayos llegan con ángulos mayores. De esta manera, el aire del ecuador, que posee una mayor temperatura, sube en la atmósfera y se mueve hacia los polos. Por otro lado, el aire con menor temperatura, que se encuentra más cerca de la superficie, se desplaza hacia el ecuador, sustituyendo el aire cálido.

En este ciclo, el aire con mayor temperatura crea regiones con bajas presiones al desplazarse hacia arriba en la atmósfera, mientras que en los lugares que carecen de aire cálido, se forman regiones anticiclónicos.

Problemas relacionados con la inversión térmica

Durante una inversión térmica, la capa de aire cálido asciende, haciendo que el aire que queda debajo, que es más frío, quede atrapado, junto a los contaminantes y humo. En localidades como la ciudad de Hanoi, Vietnam, las inversiones son frecuentes durante los meses de noviembre a marzo y se relacionan con algunos problemas de salud. En esta ciudad, al igual que en otras regiones donde ocurren inversiones, los contaminantes acumulados tienen efectos negativos sobre la salud de los habitantes.

Las concentraciones de algunos compuestos como NO₂, SO₂, así como partículas de contaminantes líquidos y sólidos (PM₁₀ y PM_2,5) incrementan considerablemente durante una inversión térmica. Dichos compuestos forman parte de la contaminación atmosférica y se han relacionado con la incidencia de enfermedades respiratorias agudas y cardiovasculares.

Entre las personas más vulnerables ante las consecuencias de las inversiones se encuentran jóvenes menores a 15 años y personas mayores de 60 años de edad. De esta manera, los diversos estudios concluyen que los periodos de inversión se correlacionan con el aumento de la concentración de contaminantes atmosféricos, así como con un incremento en las visitas a los centros de salud.

Consecuencias atmosféricas

Durante el patrón atmosférico normal existe un proceso de convección natural. En las corrientes convectivas, el calor acumulado en la superficie del suelo debido a la radiación solar, se transmite por difusión a la capa de aire inmediatamente adyacente. Las inversiones térmicas interfieren con este proceso, ya que la capa aérea más baja se enfría y el aire no puede ascender a una zona de mayor temperatura, formando una especie de domo o tapón de smog sobre el suelo.

En regiones naturales y abiertas, las inversiones no tienen realmente consecuencias graves. Sin embargo, en ciudades y zonas contaminadas, los efectos negativos se relacionan con la acumulación de gases y componentes nocivos dentro del domo o capa fría. Dichos contaminantes también interfieren con la restauración normal del patrón atmosférico. Esto se debe a que la niebla o smog formado, evita que la radiación solar llegue al suelo y caliente la superficie, que a su vez debe transferir calor a la capa de aire frío, para que se disperse y ascienda.

Por otro lado, si la inversión térmica ocurre a una gran altura, las nubes en forma de cúmulos no logran condensarse. En cambio, estas se extienden y obstruyen el paso de la luz solar, la cual llega de forma limitada al suelo y no puede generar nuevos ciclos térmicos en las capas de aire atmosférico.

Acumulación de niebla ácida o smog

Como ya hemos mencionado, en la inversión térmica el aire frío queda atrapado cerca del suelo, encerrando con él, los contaminantes presentes. Estos no solo quedan acumulados, sino que comienzan a reaccionar entre ellos y forman nuevos componentes muy nocivos, como el ozono. Dichos fenómenos suelen ocurrir cuando persisten las altas presiones atmosféricas, generalmente durante el invierno en el hemisferio norte.

La acumulación de estos contaminantes combinados con el vapor de agua, da lugar a la acumulación de la niebla ácida, también conocida como niebla tóxica invernal o smog. En algunas regiones, la quema de madera y carbón, en invierno, agravan considerablemente la situación, ocasionando incluso la muerte de personas debido a la complicación de condiciones respiratorias.

Es por ello que en la actualidad se desarrollan y establecen tecnologías que permiten conocer tanto la calidad del aire de regiones determinadas como las posibilidades de que ocurran inversiones térmicas. Las autoridades deben emplear dichos conocimientos para tomar medidas preventivas que protejan a las poblaciones bajo estas condiciones particulares.

Referencias

1. Aguilar-Rodríguez, A. (2004). Geografía General. Pearson Educación
2. Britannica, T. Editors of Encyclopaedia (Invalid Date). temperature inversion. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/temperature-inversion
3. Brümmer, B., & Schultze, M. (2015). Analysis of a 7-year low-level temperature inversion data set measured at the 280 m high Hamburg weather mast. Meteorol. Z, 24, 481-494.
4. Miller, G. T., de León Rodríguez, I., & Velázquez, V. G. (1994). Ecología y medio ambiente: introducción a la ciencia ambiental, el desarrollo sustentable y la conciencia de conservación del planeta Tierra (No. 574.5 M55Y 1992). Grupo Editorial Iberoamérica.
5. Trinh, T. T., Trinh, T. T., Le, T. T., & Tu, B. M. (2019). Temperature inversion and air pollution relationship, and its effects on human health in Hanoi City, Vietnam. Environmental geochemistry and health, 41(2), 929-937.
6. Valverde-Valdéz, T. (2005). Ecología y Medio Ambiente. Pearson Educación