¿Qué es la inversión térmica?
El fenómeno de la «inversión térmica» consiste en el aumento de la temperatura del aire con la altura, algo opuesto a lo que ocurre normalmente. Durante la inversión, el gradiente térmico se vuelve positivo.
Este fenómeno limita los movimientos ascendentes en la troposfera, ya que, si el aire más denso (y frío) se encuentra en los niveles inferiores, no existirá “empuje térmico” hacia arriba, y habrá estabilidad atmosférica. Esto, por ejemplo, dificulta la dispersión de contaminantes, además de la convección.
¿Cómo se genera una inversión térmica?
En condiciones normales (durante el día), la radiación solar calienta la superficie del planeta y provoca un aumento de la temperatura en el aire más superficial. Entonces, como el aire más cálido es menos denso (menos pesado), tiende a ascender por las diferentes capas de la troposfera (convección). A medida que asciende, el aire se enfría y se vuelve más denso, hasta alcanzar el equilibrio térmico con el entorno. Cuando esto sucede, comienza a descender, completando el ciclo.
No obstante, en condiciones de gran estabilidad atmosférica, este comportamiento se altera. Por las noches, la superficie del planeta se enfría rápidamente y provoca un descenso de la temperatura en el aire más superficial, volviéndolo más denso que las capas superiores. En consecuencia, los movimientos ascendentes quedan inhibidos y no ocurre la mezcla característica del día, por lo que tenemos una situación de inversión térmica, que puede alcanzar desde pocos metros a decenas.
La inversión térmica suele terminar con el calentamiento diurno o por la aparición de vientos que generan turbulencia y mezclan las distintas capas de aire.
El tipo de inversión explicado se conoce como “inversión nocturna”, y es el más habitual. Sin embargo, existen otros tipos.
Tipos de inversión térmica
- Inversión nocturna
También conocida como “inversión por irradiación”, ocurre mayormente en noches despejadas de invierno, con ausencia de viento, sobre suelo continental.
El aire contiguo a la superficie se enfría por contacto (ya que durante las noches el planeta pierde calor), mientras que el aire a mayor altura no se ve afectado.
Este tipo de inversión suele desaparecer con el calentamiento diurno, pero, en ocasiones, este factor no es suficiente y la situación se prolonga por días. En esos casos suelen presentarse nieblas, que, a su vez, contribuyen a la persistencia de la inversión.
Por otra parte, la inversión nocturna es bastante habitual en zonas de valles, donde el aire frío y denso desciende por las laderas y se hace presente en los niveles inferiores, quedando debajo de aire más cálido. Por este motivo las temperaturas mínimas suelen ser más bajas en el fondo de los valles que en zonas más elevadas.
- Inversión por subsidencia
Ocurre gracias al movimiento descendente del aire en condiciones anticiclónicas. A diferencia de la inversión nocturna, no se manifiesta cerca de la superficie, sino a cierta altura (por lo general, a más de 500 metros). Además, suele abarcar áreas muy extensas y ser bastante persistente. Es el tipo de inversión que más dificulta la dispersión de contaminantes.
Los anticiclones (o centros de alta presión) provocan el descenso de aire frío desde las capas altas hasta la superficie («subsidencia»). El aire que desciende, a su vez, se comprime (debido al aumento de presión), se calienta adiabáticamente y se seca, inhibiendo la formación de nubosidad. Entonces, tras varios kilómetros de recorrido, el aire que desciende se vuelve más cálido que el entorno y que el aire por debajo, lo que determina la inversión.
Es un proceso lento que puede durar varios días, fortaleciéndose conforme el aire se vuelve más cálido y seco que la capa inferior. En algunas ocasiones puede suceder en simultáneo a una inversión nocturna.
- Inversión por advección
Se genera por movimientos horizontales de aire cálido en capas bajas, cuando este se desplaza sobre una superficie fría. La inversión se logra cuando el aire más próximo al suelo se enfría por conducción, dando lugar a un gradiente térmico positivo.
Este tipo de inversión se asocia, por ejemplo, a las nieblas primaverales del mediterráneo, cuando el aire cálido del sur se desplaza sobre la superficie fría del mar. También se hace presente en zonas costeras, cuando un flujo de aire proveniente del mar avanza sobre las zonas bajas del litoral, provocando un descenso de la temperatura superficial.
- Inversión frontal
Se asocia tanto a frentes cálidos como a frentes fríos. Ocurre gracias al contraste térmico entre dos masas de aire, que determina la fuerza de la inversión.
Cuando avanza un frente frío, el aire más fresco y denso desplaza al aire más cálido y liviano, forzándolo a ascender y provocando la inversión. En cambio, en el caso de un frente cálido, el aire frío es desplazado, pero la inversión sucede de la misma manera, ya que el aire cálido “se monta” sobre el aire frío.
Como los sistemas frontales se mueven horizontalmente, los efectos de la inversión duran poco. No obstante, si el frente se estaciona, la inversión puede mantenerse un tiempo mayor.
- Inversión del alisio
Tiene lugar gracias a las diferencias de temperatura y humedad entre los vientos alisios superiores e inferiores. En España, es común en las Islas Canarias.
Los alisios inferiores son vientos frescos y húmedos, provenientes del norte y noreste, que avanzan entre el nivel del mar y los 1.500 metros de altura. En cambio, los alisios superiores son vientos más cálidos y secos, asociados a la circulación general del oeste en altura, que se ubican por encima de los 1.500 metros.
La zona de inversión se encuentra aproximadamente entre los 800 y 2000 metros de altura. Por encima de los 2000 metros, el aire tiende a ser más cálido y seco, mientras que, por debajo de los 800 metros, el aire es más frío y húmedo.
Efectos adversos de la inversión térmica
Las inversiones térmicas muy persistentes, asociadas a períodos anticiclónicos prolongados, favorecen la contaminación del aire en las ciudades y zonas industriales. Esto se debe a que, al inhibir los movimientos ascendentes de aire, se impide la correcta dispersión de los contaminantes antropogénicos, que se quedan cerca de la superficie.
De hecho, la capa con mayor temperatura bloquea al aire más frío y superficial que contiene los contaminantes. Esta situación provoca “esmog” (o “smog” en inglés) sobre las ciudades, donde las emisiones de gases contaminantes son mayores debido al tráfico y las calefacciones. El fenómeno se hace visible a varios kilómetros de distancia y empeora considerablemente la calidad del aire, con efectos nocivos para la salud humana.
Por este motivo, en las grandes ciudades es cada vez más común que se limite la circulación de vehículos en periodos prolongados de inversión térmica, especialmente durante el invierno, en función de los niveles medidos de NO2.
La contaminación atmosférica puede tener graves consecuencias en la salud (a corto y largo plazo), como generar problemas respiratorios y cardiovasculares. Diferentes estudios han demostrado que la contaminación del aire es responsable de millones de muertes prematuras alrededor del mundo.
Efectos de la inversión térmica en la meteorología
Además del efecto evidente en el gradiente térmico vertical, si el aire se encuentra lo suficientemente húmedo, la inversión térmica puede favorecer la ocurrencia de brumas o nieblas en zonas deprimidas. Estas pueden tener un origen radiativo (nieblas de irradiación) o advectivo (nieblas de advección), pero, en ambos casos, la niebla se produce por la condensación de vapor de agua asociada al enfriamiento del aire superficial.
Si las nieblas continúan durante el día, pueden contribuir a la persistencia de la inversión. Esto se debe a que la radiación solar alcanza al aire que se encuentra por encima de la niebla, pero no al que se encuentra por debajo.
Por otra parte, la inversión térmica inhibe la convección (movimientos ascendentes del aire), lo que dificulta la formación de nubes y, por lo tanto, de precipitaciones. La única excepción es el pasaje de un frente cálido, que produce una inversión pero también puede generar lluvias.