Inversão térmica é uma camada
atmosférica de milhares de metros de espessura que ocorre no topo da
camada limite planetária (CLP), a uma altitude da ordem de 1 km sobre áreas continentais, e onde o gradiente térmico (gradiente vertical da temperatura do ar) decresce com a altura, numa razão inferior a 10 graus por km (gradiente adiabático).
Exemplificação da inversão térmica num diagrama Skew-T / Log-P resumido
O fenômeno da inversão térmica
[1] , capaz de confinar grandes quantidades de poluentes numa estreita camada da atmosfera, é um fenômeno em que a
convecção natural é dificultada pela inversão do gradiente de temperatura em função da
altitude necessária para a livre
dispersão dos solutos do ar que formam a poluição, confinando-os a uma estreita camada fluida, rica em poluentes. Na inversão térmica, o gradiente da temperatura do ar segue um perfil aproximadamente adiabático (não ganham nem perdem calor), tipicamente de -1°C/100m, até determinada altitude onde há um aumento da temperatura em função da altitude.
Essa inversão no gradiente de temperatura inviabiliza a formação da convecção natural entre essas camadas de ar. A partir de uma altitude um pouco maior, a gradiente de temperatura do ar volta a seguir a aproximação adiabática da atmosfera que se estende até altitudes de 10 km. As inversões térmicas podem ocorrer em várias altitudes da atmosfera
[2] , contudo as mais preocupantes são as inversões em baixa altitude (100 a 300 metros) por sua capacidade de dificultar a dispersão dos poluentes gerados nos centros urbanos.
Normalmente o ar quente é mais leve que o ar frio, e na atmosfera da Terra o ar frio tende a ficar em cima nas altitudes elevadas. Essa naturalidade na atmosfera força que o ar frio desça pela sua maior densidade e esquente perto da superfície e suba novamente após aquecido provocando um ciclo de troca (convecção) e limpeza dos poluentes. Geralmente esse fenômeno ocorre quando o solo esfria muito rápido a noite favorecendo o efeito estufa que consequentemente reduz o efeito da inversão na medida que o dia vai avançando.
A primeira inversão térmica associada a grandes proporções de concentração de poluentes no ar ocorreu em dezembro de
1952 em
Londres, sendo conhecida em inglês como
The Great SMOG (uma mistura de neblina com poluição). Naquela época os poluentes da combustão de carvão com alto teor de
enxofre associado a uma inversão térmica prolongada provocou a morte de 4.000 pessoas.
Em 2007 a cidade de
Santiago no
Chile, enfrentou vários dias de condições desfavoráveis à dispersão dos poluentes devido a uma inversão térmica prolongada. Foram decretadas três situações de pré-emergência ambiental onde 70% dos veículos sem
conversor catalítico e 20% dos equipados com o dispositivo não podiam circular.
[3]
Em 1º de setembro de 2007 a cidade de
São Paulo enfrentou uma inversão térmica que se estabilizou a 58 metros de altura provocando uma das piores condições para a dispersão dos poluentes na cidade. Nenhuma estação medidora da
CETESB apresentou boa qualidade do ar naquele dia.
[4]
A inversão térmica por ser um fenômeno de curta duração, variando tipicamente de algumas horas a alguns dias, está intimamente relacionada às variações
climáticas do
tempo meteorológico. O fenômeno é mais comum após a passagem de uma
frente fria quando o tempo se abre e uma
massa de ar fria e seca, de
ventos fracos, recobre uma região que recebeu as chuvas recentes.
[5] A presença de
nevoeiros de superfície na madrugada e no início da manhã também é um fenômeno comum durante a inversão térmica.
[6]
Apesar da inversão térmica ser mais conhecida no
outono e
inverno em vários grandes centros urbanos como
São Paulo,
Los Angeles,
México,
Santiago,
Bombaim e
Tehran devido ao aumento da poluição nessas condições climáticas, a inversão térmica pode ocorrer em qualquer dia do ano e em qualquer região da
Terra.
[7] Cidades menores como
Oslo,
Salt Lake City e
Boise, que são cercadas por montanhas, também apresentam altos índices de poluição em inversões térmicas que bloqueiam a dispersão dos poluentes como se houvesse uma tampa sobre a cidade. Dentro da
climatologia é possivel estudar quais as regiões onde o fenômeno natural da inversão térmica é mais frequente.
Na
meteorologia existem alguns indicadores que medem a facilidade das trocas de ar no sentido
vertical entre as camadas atmosféricas que na maioria dos casos são obtidos por
balões meteorológicos. Nesse sentido o
CIN -
Convective INhibition (Inibição Convectiva) é uma medida da
energia necessária para iniciar uma convecção e o
CAPE Convective Available Potential Energy (Energia Potencial Convectiva Disponível) é uma medida da energia disponível para se estabelecer uma convecção.
[8] Índices elevados do CIN favorecem a inversão térmica enquanto que índices elevados do CAPE favorecem a formação de tempestades severas.
Se uma parcela de ar ascender de forma adiabática, i.e., sem trocar calor com o ambiente, ela esfriará a uma taxa de 10 graus por km, aproximadamente. Assim, dentro de uma camada de inversão térmica, ela se encontrará mais fria que o ambiente e portanto com uma densidade relativa maior que a do ar ambiente. A parcela sofrerá uma aceleração retardante e por isso tenderá a voltar para o seu nível de partida (que pode ser considerado seu nível de equilíbrio estático). É um caso de estabilidade estática.
De forma similar,uma parcela que se desloque para baixo sem trocar calor com o ambiente externo (de forma adiabática) tenderá a se aquecer mais rapidamente que o ambiente (aquecimento
adiabático) de forma que sofrerá a ação de uma aceleração retardante que tenderá a colocá-la em seu nível original. Por essa razão parcelas de ar (poluído ou não) que entrem na camada de inversão térmica tendem a não ultrapassá-la.
Sobretudo devido à presença de
ilhas de calor, nas metrópoles a inversão térmica de altitude (no topo da CLP) funciona como uma tampa para os poluentes emitidos dentro da CLP. Somente a formação de uma nuvem de grande desenvolvimento vertical consegue liberar o ar poluído para os níveis superiores da atmosfera livre (média e alta troposfera). Note-se que no topo da
troposfera há também uma inversão térmica de altitude, ainda mais intensa que a encontrada no topo da CLP. Quando um
cumulonimbus alcança a
tropopausa, as parcelas de ar são impedidas de ascender mais pelas condições de
estabilidade estáticaencontradas na camada de transição entre a troposfera e a
estratosfera. Na estratosfera predomina escoamento laminar e condições de estabilidade estática intensas, i.e., a temperatura do ar aumenta com a altura e comprimento.
Apesar de pequena, Boise, nos Estados Unidos, também sofre com a poluição atmosférica devido à quantidade de montanhas ao seu redor, o que dificulta a dispersão dessa poluição.
Este fenômeno, por sua característica de potencializar a
poluição do ar, afeta diretamente a saúde das pessoas. Doenças associadas à poluição, como
asma e
bronquite[9] afetam sobretudo as crianças.
Brônquiose
alvéolos pulmonares, irritados pela poluição, tornam-se mais suceptíveis a outras doenças do trato respiratório. A irritação nos
olhos também é comum em ambientes altamente poluídos devido à inversão térmica.
As soluções para estes problemas estão ligados à adoção de políticas ambientais eficientes que visem diminuir o nível de
poluição do ar nos grandes centros urbanos. A substituição de
combustíveis fósseis por
biocombustíveis ou
energia elétrica poderia reduzir este problema. Campanhas públicas conscientizando as pessoas sobre a necessidade de trocar o transporte individual (particular) pelo
transporte público (ônibus e metrô) também ajudaria a amenizar o problema. A fiscalização nas regiões onde ocorrem
queimadas irregulares também contribuiria neste sentido.
A maneira mais comum na qual a inversão de superfície se forma é através do ar gelado perto do chão à noite. Quando o sol se põe o chão perde
calor muito rápido e isso esquenta o ar que está em contato ele. Entretanto, como o ar não é bom condutor de calor, o ar logo acima da superfície continua quente. Condições que favorecem o desenvolvimento de fortes inversões de superfície são
ventos calmos, céu claro e longas noites. Ventos calmos impedem o ar quente acima da superfície de se misturar com o do chão, e céus limpos aumentam a taxa de resfriamento da superfície terrestre. Noites longas permitem que o ar gelado no chão continue por um longo período, resultando em uma diminuição maior da temperatura da superfície. Já que noites no inverno são muito mais longas que as do verão, a inversão térmica é mais forte e comum nos meses de inverno. Uma forte inversão implica uma substancial diferença entre o ar gelado de superfície e o ar quente acima. Durante o dia, as inversões térmicas tendem a se tornar fracas e normalmente desaparecem. Entretanto, entre certas condições meteorológicas, como uma alta pressão sobre a área, essas inversões podem se estender por vários dias.
Referências
- Ir para cima↑ "Inversão Térmica" [S.l.: s.n.] 2003-02-03. Consultado em 2007-09-21.
- Ir para cima↑ António José Sá Motta (2002). "Tudo o que você queria saber sobre sondagens atmosféricas e sua aplicação no voo à vela, e teve medo de perguntar" (PDF). Consultado em 2008-05-17.
- Ir para cima↑ "Santiago decreta estado de pré-emergência ambiental mais uma vez". Folha Online. 29/06/2007. Consultado em 2009-06-28.
- Ir para cima↑ Henrique de Melo Lisboa (2005). "Controle da Poluição Atmosférica". Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental/UFSC. Consultado em 2009-06-28.
- Ir para cima↑ "O que é inversão térmica?". Mundoestranho/Abril. Consultado em 2009-06-28.
- Ir para cima↑ "Nevoeiro". Meteorologia Sinótica/USP. 02/03/2005. Consultado em 2009-06-26.
- Ir para cima↑ "Inversão Térmica". Brasil Escola. Consultado em 2009-06-28.
- Ir para cima↑ (em inglês)Michael Branick. "A Comprehensive Glossary os Weather". Consultado em 2009-06-28.
- Ir para cima↑ (em inglês)McConnell R, Berhane K, Gilliland F, London SJ, Vora H, Avol E, Gauderman WJ, Margolis HG, Lurmann F, Thomas DC, Peters JM. (1999 Sep). "Air pollution and bronchitic symptoms in Southern California children with asthma". Environ Health Perspect 107 (9): 757-60. PMID 10464077.
