3. Инверсии температуры

Инверсионная стратификация (температура в некотором слое растет с высотой) особенно сильно ослабляет турбулентный обмен и, как следствие, перенос загрязняющих веществ от земной поверх­ности и из приземного слоя в более высокие слои атмосферы. По этой причине при образовании инверсий примеси, поступающие из наземных источников, сохраняются вблизи земной поверхности и тем самым создают высокие уровни загрязнения. Поэтому исследованию инверсий температуры как одному из наиболее важных эле­ментов метеорологического потенциала загрязнения в последние десятилетия уделяется большое внимание.

Все инверсии подразделяются на приземные (нижняя граница совпадает с земной поверхностью) и приподнятые (нижняя граница расположена на некоторой высоте).

По данным наблюдений в Обнинске, который можно рассматривать в качестве репрезентативного пункта, находящегося в открытой местности с незначительным загрязнением воздуха, инверсионное (аномальное) распределение температуры по высоте наблюдается более чем в половине случаев (в среднем за год 53 %) с достаточно равномерным распределением по сезонам года: зимой — в 57 % случаев, весной — в 53 % случаев, летом — в 47 % случаев и осенью — в 56 % случаев. В сельской местности преобладают приземные инверсии (их повторяемость составляет 38%), в формировании которых определяющую роль играют радиационные потери тепла земной поверхностью. Поэтому образуются они преимущественно ночью при малооблачной погоде и слабом (не более 5 м/с) ветре. Приподнятые инверсии в сельской местности образуются значительно реже, преимущественно при пасмурной погоде и умеренной (2—10 м/с) скорости ветра.

4. Радиация

Как уже неоднократно указывалось, загрязняющие атмосферу города вещества оказывают существенное влияние на потоки и притоки коротковолновой (солнечной) и длинноволновой (земной) радиации, а в конечном счете — на радиационный баланс земной поверхности и загрязненного слоя атмосферы. По данным наблюдений в нескольких городах Центральной Европы, поток солнечной радиации ослаблен в городе по сравнению с окружающей сельской местностью на 29—36 % при высоте Солнца h = 10°, на 20—26 % — при h = 20°, на 15—21 % — при h = 30° и на 14— 16 % — при h = 40°, при этом первая из этих цифр относится к лету или весне, а вторая — к зиме, когда воздух наиболее сильно загрязнен.

Однако в городах резко (в среднем в 2,3 раза) возрастает поток рассеянной радиации. В результате поток суммарной солнечной радиации в городах составляет в среднем 82% от наименьшего потока, наблюдавшегося за это время в сельской местности.

Загрязняющие вещества не только ослабляют поток солнечной радиации, но и изменяют его спектральный состав. Так, по данным наблюдений, в Париже в потоке суммарной радиации на долю ультрафиолетовой радиации приходится 0,3 % в центре и 3,0 % в пригороде, фиолетовой — соответственно 2,5 и 5,0 %; в то же время доля видимой (43 и 40 %) и инфракрасной (54 и 52 %) изменяется незначительно.

Поскольку примеси поглощают и, в соответствии с законом Кирхгофа, излучают инфракрасную радиацию, то, по сравнению с окрестностями, в городе увеличено встречное излучение атмосферы и, как следствие, уменьшено эффективное излучение земной поверхности. Объяснить это различие трудно, поскольку на эффективное излучение оказы­вают влияние не только примеси, концентрация которых зимой больше, чем летом, но и абсолютная влажность воздуха, которая в городе за счет полива улиц может отличаться от влажности воздуха в окрестностях больше летом, чем зимой. Следует также иметь в виду низкую точность измерения эффективного излучения.