โดยทั่วไปเรารู้ว่าอุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูง การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าการไล่ระดับอุณหภูมิในแนวดิ่งและเกิดขึ้นเนื่องจากแหล่งความร้อนที่แผ่รังสีเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอยู่ที่ระดับพื้นดิน ดังนั้น ยิ่งอยู่ห่างจากแหล่งความร้อนมากเท่าไร อากาศก็จะยิ่งเย็นลงเท่านั้น
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี้สามารถเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น การลดลงหรือเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของอุณหภูมิพื้นดิน หรือลมแรง เพื่อให้เข้าใจเรื่องนี้ได้ดีขึ้น ในบทความพิเศษนี้ เราจะมาดูโครงสร้างของชั้นบรรยากาศและเหตุผลที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเมื่อเราขึ้นไปสูงขึ้น
โครงสร้างของบรรยากาศ
ชั้นบรรยากาศประกอบด้วย 5 ชั้น ได้แก่โทรโปสเฟียร์ ส ตราโตสเฟียร์มีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์และเอกโซสเฟียร์
- โทรโพสเฟียร์: มันคือที่ที่เราอยู่และมีความสูงประมาณ 12km. นี่คือที่ที่เมฆก่อตัวพืชและสัตว์อาศัยอยู่เราพบมหาสมุทรและทะเลทราย ฯลฯ
- Stratosphere: ตั้งอยู่ระหว่าง ความสูง 12 และ 50 กมเราจะเห็นเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่นั่น
- Mesosphere: ตั้งอยู่ระหว่าง ความสูง 50 และ 80 กม. นี่คือจุดที่คลื่นวิทยุ "แล่น" และที่ที่รังสีคอสมิกมาถึง
- เทอร์โมสเฟียร์: ในหมู่ ความสูง 80 และ 690 กม แสงเหนือจะปรากฏขึ้นนอกเหนือจากยานอวกาศในวงโคจรของโลก
- Exosphere: และประการสุดท้าย จาก 690 กม ระดับความสูงเราจะพบ Sputnik I
การไล่ระดับความร้อนในแนวตั้ง
ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว อุณหภูมิโดยทั่วไปจะลดลงตามระดับความสูง ในชั้นโทรโปสเฟียร์ อุณหภูมิจะลดลงประมาณ6 องศาต่อกิโลเมตรซึ่งหมายความว่า หากอุณหภูมิที่ระดับน้ำทะเลอยู่ที่ 15 องศา ที่ระดับความสูงประมาณ 5 กิโลเมตร อุณหภูมิจะลดลงเหลือ -15 องศา (ลดลง 30 องศา)
รังสีของดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องไปทั่วทุกมุมโลกอย่างเท่าเทียมกัน และไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล ดังนั้น ในเขตภูมิอากาศอบอุ่น ความแตกต่างของอุณหภูมิจึงมากกว่าในเขตภูมิอากาศร้อน โดยแตกต่างกัน1 องศาเซลเซียสต่อความสูงทุกๆ 155 เมตรเนื่องจากปริมาณแสงแดดที่ต่ำกว่าและชั้นบรรยากาศที่บางกว่า แม้แต่ภายในเขตภูมิอากาศเดียวกันนี้ ก็ยังเกิดความแปรผันขึ้นได้เนื่องจากทิศทางของภูมิประเทศและระยะห่างจากเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลก
ในเขตเส้นศูนย์สูตร อุณหภูมิจะลดลงประมาณหนึ่งองศาเซลเซียสทุกๆ 180 เมตรที่ระดับความสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจากชั้นบรรยากาศมีความหนาแน่นกว่าและอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรมาก ปัจจัยนี้ประกอบกับการหมุนของโลก ทำให้เกิดสภาพอากาศที่อบอุ่น
แต่ในบางบริเวณของชั้นบรรยากาศ กลับเกิดปรากฏการณ์ตรงกันข้าม คือ อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูง ในกรณีนี้ ความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวดิ่งจะเรียกว่าเป็นค่าลบตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 21 องศาเซลเซียส สำหรับความแตกต่างของระดับความสูง 1 กิโลเมตร ความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวดิ่งจะเรียกว่า -2 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้ในบางชั้นของโทรโปสเฟียร์ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า การผกผันของอุณหภูมิ
การผกผันของอุณหภูมิยังเกิดขึ้นในส่วนบนของสตราโตสเฟียร์ ในทางตรงกันข้ามในพื้นที่มีโซสเฟียร์อุณหภูมิจะลดลงโดยเฉลี่ยเมื่อขึ้นไปกล่าวคือการไล่ระดับความร้อนในแนวตั้งเป็นบวก
ในเทอร์โมสเฟียร์อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความสูงดังนั้นการไล่ระดับความร้อนในแนวตั้งจะกลายเป็นลบอีกครั้งในบริเวณนี้ของบรรยากาศ
การผกผันความร้อนคืออะไร?
ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อพื้นดินเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแผ่รังสี ซึ่งส่งผลให้อากาศที่อยู่ติดกับพื้นดินเย็นลงตามไปด้วย อากาศที่เย็นกว่าและหนาแน่นกว่าด้านบนจึงเย็นลงไปอีก ทำให้การผสมกันของอากาศทั้งสองชั้นลดลงอย่างรวดเร็ว
ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นโดยเฉพาะในฤดูหนาว ส่งผลให้เกิดหมอกและน้ำค้างแข็งต่อเนื่อง ในขณะที่การผกผันของอุณหภูมิโดยทั่วไปจะสลายไปภายในไม่กี่ชั่วโมง แต่ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย มันอาจคงอยู่ได้หลายวันจนกว่าอากาศที่สัมผัสกับพื้นดินจะอุ่นขึ้นและฟื้นฟูการหมุนเวียนในชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์
ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนมากของปรากฏการณ์ผกผันนี้สามารถพบได้ในเมืองลิมาอันเนื่องมาจากกระแสน้ำฮุมโบลต์ กระแสน้ำในมหาสมุทรนี้ทำให้บริเวณชายฝั่งเย็นลง และชั้นอากาศด้านบนที่อุ่นกว่าทำให้ท้องฟ้ามีเมฆมาก ส่งผลให้สภาพอากาศในบริเวณนั้นเย็นและแห้งกว่าที่คาดการณ์ไว้เมื่อพิจารณาจากละติจูด
ถึงกระนั้นก็ตาม หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงในมวลอากาศ กล่าวคือ หากไม่มีความไม่เสถียรในชั้นบรรยากาศหรือไม่มีแนวปะทะอากาศที่เคลื่อนไหวอุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงโดยบางแห่งอาจเพิ่มขึ้นมากกว่าที่อื่น
คุณทราบหรือไม่ว่าการไล่ระดับความร้อนในแนวตั้งคืออะไรและประกอบด้วยอะไรบ้าง? มีประโยชน์กับคุณหรือไม่?