Dlaczego smog opada na ziemię, czyli o inwersji temperaturowej
Za zimowy smog – zwany smogiem londyńskim – odpowiedzialne jest to, co wydobywa się z kominów domów mieszkalnych i zakładów przemysłowych. Jednak żeby to zanieczyszczenie faktycznie zaległo wokół nas, a nie uniosło się w atmosferę, konieczna jest fatalna koincydencja działalności człowieka i natury. Na czym polega zjawisko inwersji termicznej i czy możemy coś z tym zrobić, wyjaśnia nam klimatolog z Uniwersytetu Śląskiego.
Od ponad 20 lat przy Wydziale Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego działa stacja meteorologiczna wyposażona w zestaw przyrządów, takich jak: komplet termometrów w klatce meteorologicznej na wysokości 2 metrów nad gruntem, wiatromierz, deszczomierz, termometry gruntowe czy heliograf. Otoczenie i charakter budynku Wydziału Nauk o Ziemi – dwudziestopiętrowego biurowca – są szczególne, ponieważ pozwalają dokonywać pomiarów także na wysokości prawie 100 metrów nad powierzchnią gruntu. Na dachu obiektu zamontowane zostały czujniki temperatury powietrza oraz prędkości wiatru, które co 10 minut rejestrują wyniki pomiarów. Dzięki temu naukowcy wiedzą, jaka sytuacja meteorologiczna panuje nad powierzchnią Ziemi oraz na wyższym poziomie, nad miastem.
– Zdarza się w bezchmurne, wyżowe dni zimowe, że różnica temperatur rejestrowanych przez czujniki w ogródku meteorologicznym i nad dachem budynku wydziału wynosi niekiedy nawet ponad 10°C – komentuje prof. zw. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź, klimatolog z Unwiersytetu Śląskiego.
Gromadzone dane pozwoliły m.in. udowodnić występowanie zjawiska atmosferycznego zwanego inwersją termiczną. Przy normalnym rozkładzie temperatury jej wartość spada średnio o 0,6°C na 100 m wysokości w troposferze. Przy większym spadku temperatury z wysokością obserwowane są pionowe ruchy wznoszące powietrza (konwekcja) i jego mieszanie.
– Nawet jeśli w takiej sytuacji domowe paleniska czy zakłady przemysłowe generują zanieczyszczenia, szkodliwe gazy są szybko rozpraszane w atmosferze i nie ma wówczas alarmu smogowego. Czasem dochodzi jednak do zjawiska inwersji termicznej (wzrost temperatury z wysokością), szczególnie podczas mroźnych, bezchmurnych nocy, w wyniku której przy powierzchni Ziemi utrzymuje się dużo niższa temperatura niż na wysokości kilkudziesięciu lub kilkuset metrów nad gruntem. Dochodzi wówczas wskutek osiadania powietrza do zatrzymania i kumulacji zanieczyszczeń sięgających czasem nawet do poziomu 100-300 metrów. Wtedy też notowane są największe stężenia szkodliwych gazów i pyłów w powietrzu, a w miastach i wsiach ogłaszany jest lokalny alarm związany z występowaniem tzw. smogu londyńskiego.
– Nasza katedra od lat bada to zjawisko głównie pod kątem wpływu cyrkulacji atmosfery na jego natężenie. W 2018 roku rozpoczynamy intensywne badania tego problemu w ramach projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Warto jednak pamiętać, że rozmawiamy o naturalnym procesie, na występowanie którego niestety nie mamy wpływu. Możemy jedynie podejmować popularyzowane w mediach działania polegające przede wszystkim na zmniejszeniu emisji zanieczyszczeń do atmosfery, zarówno przez zakłady przemysłowe, jak też przez gospodarstwa domowe – przekonuje prof. Tadeusz Niedźwiedź.
Klimatolog zwraca ponadto uwagę na to, że z nieco innym zjawiskiem mamy do czynienia latem. Badania tego typu były już prowadzone w Stanach Zjednoczonych i w Meksyku. Przy określonych warunkach, gdy temperatury przekraczają w ciągu dnia wartość 30°C i występuje silne promieniowanie słoneczne, któremu towarzyszy duży ruch samochodów wydzielających w spalinach duże ilości tlenków azotu do atmosfery, dochodzi do reakcji chemicznych skutkujących podwyższonym stężeniem ozonu oraz aldehydu. Są to substancje szkodliwe dla organizmów żywych, dlatego w takich sytuacjach ogłaszany jest alarm smogu fotochemicznego (zwanego też smogiem typu Los Angeles).
– Rozmawiamy o tego typu zjawiskach, ponieważ nasz region ze względu na swój aglomeracyjny charakter narażony jest na występowanie obu zagrożeń będących efektem współwystępowania określonych warunków atmosferycznych i nieodpowiedzialnej działalności człowieka – mówi klimatolog.
Badając przyczyny inwersji termicznej, naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego wykorzystują kalendarz typów cyrkulacji atmosfery (informujący o kierunku napływu powietrza oraz rodzaju układu barycznego – wyż, niż) obejmujący zakres czasowy od końca XIX wieku aż do teraźniejszości.
Badacze z Uniwersytetu Śląskiego pod kierunkiem dr hab. Marioli Jabłońskiej dysponują obecnie Uniwersyteckimi Laboratoriami Kontroli Atmosfery (ULKA) – mobilnym (balon badawczy z aparaturą do pomiarów zanieczyszczenia powietrza) i stacjonarnymi – dzięki którym monitorują różne parametry do oceny jakości powietrza, źródeł zanieczyszczeń oraz kierunków ich przemieszczania się. Badania te również dostarczają szeregu ciekawych informacji pozwalających bliżej przyjrzeć się roli inwersji termicznej w rozkładzie czasowym i przestrzennym stężenia zanieczyszczeń atmosfery.
Tekst jest wycinkiem artykułu „Wpływ cyrkulacji atmosfery na zjawiska meteorologiczne i atmosferyczne”, poświęconego różnym badaniom meteorologicznym prowadzonym przez Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego. Więcej – m.in. na temat powodzi w Tatrach i mierzenia temperatury – dowiedzieć się można z artykułu źródłowego na stronie internetowej Uniwersytetu Śląskiego.
