逆転現象（気象学）

気象学では、逆転現象（または気温逆転現象）とは、暖かい空気の層が冷たい空気の層の上に重なる現象である。通常、高度が上がるにつれて気温は徐々に低下するが、逆転現象ではこの関係が逆転する。^[2]

逆転層は、スモッグなどの大気汚染物質を地表近くに閉じ込めます。逆転層は「キャップ」として作用して対流を抑制することもできます。このキャップが何らかの理由で破られると、湿気の対流によって激しい雷雨が発生する可能性があります。気温の逆転層は、寒冷な気候で凍結雨を引き起こす可能性があります。

通常、下層大気（対流圏）内では、地球の表面近くの空気は上層の空気よりも暖かく、これは主に、太陽放射が地球の表面を温め、次にその真上の大気層を、例えば、熱（対流熱伝達）によって温めるためです。^{[3]また、高度が上昇するにつれて気温は下がります。これは、空気が高いほど気圧が低くなり、気圧が低いと気温も低くなるためであり、これは}理想気体の法則と断熱減率に従います。

適切な条件下では、通常の垂直温度勾配が逆転し、地球の表面近くの空気はより冷たくなります。これは、たとえば、より暖かく密度の低い気団がより冷たく密度の高い気団の上を移動する場合に発生します。このタイプの逆転は、温暖前線の近く、および米国カリフォルニア沿岸などの海洋湧昇域で発生します。冷たい層に十分な湿度がある場合、通常、逆転キャップの下に霧が発生します。逆転は、地球の表面からの放射が太陽から受ける放射の量を超えるたびに生成されます。これは通常、夜間または太陽が空の非常に低い冬に発生します。海洋ははるかに長く熱を保持するため、この効果は事実上陸地域に限定されます。冬の極地では、逆転はほぼ常に陸地上に存在します。

暖かい気団が冷たい気団の上を移動すると、冷たい気団に存在する可能性のある対流が「遮断」されることがあります。これは、キャップ逆転と呼ばれます。しかし、キャップを克服する極端な対流、または前線や山脈の上昇効果によってこのキャップが破られると、閉じ込められた対流エネルギーが突然放出され、風船が破裂するように、激しい雷雨が発生する可能性があります。このようなキャップ逆転は、米国中西部で竜巻が発生する前によく発生します。この場合、「冷たい」層は非常に暖かいですが、それを覆っている逆転層の下部よりも密度が高く、通常は低温です。^[4]

逆転層は、空気が広い範囲で徐々に下降し、断熱圧縮によって温められる結果として上空で発生することがあり、通常は亜熱帯 高圧域に関連しています。^[5]その結果、安定した海洋層が海上に発生する可能性があります。しかし、この層が徐々に温暖な海域を移動すると、海洋層内の乱気流が逆転層を徐々に高高度に持ち上げ、最終的には逆転層を突き抜けて雷雨を引き起こし、適切な状況下では熱帯低気圧を引き起こします。逆転層の下に蓄積されたスモッグとほこりはすぐに空を赤く染め、晴れた日に簡単に見ることができます。

気温逆転は、影響を受けた地域での大気の対流（通常は存在する）を妨げ、大気汚染物質の高濃度につながる可能性がある。都市は特に気温逆転の影響を受けやすい。なぜなら、都市は大気汚染物質を多く排出し、農村部よりも熱量が大きいため、より頻繁に逆転現象が発生し、汚染物質の濃度が高くなるからである。都市が丘や山に囲まれている場合、空気の循環に対する障壁がさらに増すため、その影響はさらに顕著になる。深刻な逆転現象が発生すると、閉じ込められた大気汚染物質が茶色がかったもやを形成し、呼吸器系の問題を引き起こす可能性がある。 1952年にイギリスのロンドンで発生した大スモッグは、そのような逆転現象の最も深刻な例の1つである。推定10,000人から12,000人の死者を出したとされている。^[6]

逆転層が高度が高すぎると、積雲は凝結しますが、逆転層の下でしか広がりません。これにより、地面に届く太陽光の量が減少し、新しい上昇気流が形成されなくなります。雲が消えると、晴れた天気が雲に取って代わり、このサイクルは 1 日に複数回発生することがあります。

空気の温度が上昇すると、空気の屈折率は低下します。これは、高温の空気の密度が低いことによる副作用です。通常、この結果、遠くの物体は垂直方向に短くなり、この効果は、太陽が楕円形に見える日没時に簡単に確認できます。反転では、通常のパターンが逆になり、遠くの物体は引き伸ばされたり、地平線より上にあるように見えたりして、ファタモルガーナまたは蜃気楼と呼ばれる現象が発生します。

反転により、いわゆる「グリーンフラッシュ」が拡大されることがあります。これは日の出や日の入りのときに起きる現象で、通常は数秒間目に見えるもので、太陽の緑色の光が分散によって分離されます。^[7]短い波長は最も屈折し、太陽光の青色成分は「レイリー散乱によって完全に散乱」され、緑色が太陽の円盤の上縁から見える最初または最後の光になります。^[8]

超高周波の 電波は逆転層によって屈折することがあり、霧の深い夜には遠くからFM ラジオを聞いたり、VHF 低帯域のテレビ放送を視聴したりすることが可能になる。通常なら上向きに屈折して宇宙に向かう信号が、温度逆転層境界層によって下向きに屈折して地球に向かう。この現象は対流圏ダクトと呼ばれる。秋から春にかけての海岸沿いでは、伝播損失が減少するため複数の放送局が同時に存在するため、多くの FM ラジオ局で深刻な信号劣化による受信障害が発生する。マイクロ波などの高周波では、このような屈折によってマルチパス伝播やフェーディングが発生する。

逆転層が存在する場合、地表で音や爆発が起きると、音波は温度勾配（音速に影響する）によって屈折し、地表に戻る。そのため、音は通常よりはるかによく伝わる。これは空港周辺で顕著で、夜明けごろは飛行機の離着陸の音が他の時間帯よりも遠くまで聞こえることが多く、逆転雷は通常の状態で落雷によって発生する音よりもかなり大きく遠くまで伝わる。^[9]

爆発の衝撃波は、空中爆発で地面から跳ね返るのと同じように逆転層で反射され、結果としてさらなる被害を引き起こす可能性があります。この現象により、ソ連の RDS-37 核実験で建物が崩壊し、2人が死亡しました。^{[10] [11]}

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