Eine Inversion kehrt den üblichen vertikalen Temperaturverlauf um.
Der Umweltgradient ist definiert als
Normalerweise nimmt T mit der Höhe ab und Γe ist positiv. In einer Inversion steigt T dagegen mit z:
Eine isotherme Schicht mit Γe=0 ist bereits sehr stabil, aber noch keine eigentliche Temperaturinversion.
Eine Inversion vergrößert den positiven Potentialtemperaturgradienten.
Für trockene lokale Betrachtungen gilt aus M4K3:
Da Γe in einer Inversion negativ ist, wird Γd−Γe besonders groß und positiv. Entsprechend nimmt die potentielle Temperatur mit der Höhe stark zu:
Eine kleine vertikale Auslenkung erzeugt damit einen starken rückstellenden Auftrieb.
„Inversion“ beschreibt die Schichtstruktur, nicht einen einzigen Entstehungsprozess.
Nächtliche bodennahe Abkühlung erzeugt eine kalte Schicht unter wärmerer Luft.
Absinkende Luft erwärmt sich adiabatisch und kann eine warme Deckschicht oberhalb einer Grenzschicht bilden.
Warme Luft überlagert dichtere Kaltluft entlang einer geneigten Frontalzone.
Warme Luft wird über eine kalte Oberfläche oder kalte bodennahe Luft geführt.
Eine Inversion kann LFC verzögern, positive Auftriebsschichten beenden oder CIN erhöhen.
Die Wirkung hängt davon ab, wo die Inversion relativ zum Parcelpfad liegt. Liegt sie unterhalb des LFC, kann sie die negative Auftriebsarbeit und damit CIN vergrößern. Trifft ein bereits positiv auftriebsfähiges Parcel auf eine starke Inversion, kann B wieder auf null fallen: die Inversion erzeugt dann ein EL beziehungsweise beendet die primäre positive Auftriebsschicht.
Darum sind Inversion, CIN und EL nicht synonym. Die Inversion ist eine Eigenschaft des Umweltprofils; CIN und EL sind Diagnosen des Parcel–Umwelt-Vergleichs.
Stärke, Dicke und Lage einer Inversion direkt in einen Parcelpfad einbauen.
Das Lab verwendet den etablierten M04-Parcelpfad: trockenadiabatisch bis zum LCL, anschließend pseudoadiabatisch gesättigt. Die Umwelt besitzt außerhalb der Inversion einen festen Hintergrundgradienten von 6,5 K/km. Innerhalb der gewählten Schicht steigt T linear um ΔTinv.
Eine Inversion wird durch Basis, Obergrenze, Temperaturanstieg und Schichtdicke beschrieben.
Für eine lineare Inversionsschicht gilt:
Eine dünne Schicht mit demselben Temperaturanstieg besitzt einen stärker negativen Γinv als eine dicke. Die dynamische Wirkung auf ein Parcel hängt zusätzlich davon ab, welcher Auftrieb beim Eintritt in die Schicht bereits vorhanden ist.
Dieselbe Inversion kann Grenzschichtdeckel, CIN-Verstärker oder EL-Schicht sein.
Befindet sich eine bodennahe Inversion unter einem noch negativ auftriebsfähigen Parcel, trägt sie zur konvektiven Hemmung bei. Eine erhöhte Subsidenzinversion kann dagegen eine bereits durchmischte Grenzschicht nach oben begrenzen. Trifft freie Konvektion auf eine starke stabile Schicht, kann dort der positive Auftrieb enden.
Die Position im Profil ist deshalb ebenso wichtig wie die reine Inversionsstärke.
Reale Inversionen sind selten perfekt linear und nicht rein thermisch isoliert.
Das Lab verwendet eine scharf definierte lineare Schicht in einem eindimensionalen Profil. Reale Inversionen können Feuchtegradienten, Windscherung, Turbulenz, Wellen, Entrainment, Strahlungsflüsse und zeitliche Verlagerung aufweisen. Besonders Grenzschichtinversionen sind dynamische Übergangszonen statt mathematisch scharfer Flächen.
Das ausgegebene N² ist die trockene lokale Näherung aus M4K3. Für Wolken, Mischphasen, starke Feuchtegradienten oder gesättigte Stabilität ist eine vollständige feuchte Stabilitätsanalyse erforderlich.
Inversionen sind stark stabile Umweltstrukturen — ihre Parcelwirkung ergibt sich erst aus der Lage im Gesamtprofil.
In einer Inversion gilt dT/dz > 0 und damit Γe < 0.
Der positive Potentialtemperaturgradient und N² sind typischerweise groß.
Strahlung, Subsidenz, Fronten und Advektion können Inversionen erzeugen.
Eine Inversion kann CIN erhöhen oder eine positive Auftriebsschicht beenden.
Inversion, CIN und EL beschreiben unterschiedliche physikalische Größen.
M4K10 verbindet Parcel, Feuchte, Stabilität, LFC/EL, CAPE, CIN und Inversionen zu einem konvektiven Systemmodell.
Cross-References
Wie lassen sich Parcelzustand, Feuchte, statische Stabilität, LCL, LFC/EL, CAPE, CIN und stabile Schichten in einem gemeinsamen rückgekoppelten Modell zusammenführen?