2014年4月,NDSU扩展发表了一篇优秀的字幕新闻解释什么是热反转,如何检测它们以及它们如何影响农药喷洒漂移。这篇文章就是受到了这份简报的启发。
大气中
地球被一层叫做大气层的空气包围着。把它想象成一层液体在地球表面渗透流动。看起来有点不稳定,不是吗?
我们根据大气层与地球表面的距离来定义大气层的“层”(见下图)。我们将重点关注地球大气的最低部分:大气地表边界层.当它沿着地球表面移动时,它经历了风速、温度和湿度的快速变化(在一个小时或更短的时间尺度上)。

大气温度
在相对平静、晴朗和干燥的条件下(例如一个美好的下午),空气以每100米约1°C的速率随海拔升高而冷却。这个变化被称为绝热递减率这是由压力随海拔变化引起的。如果你开车下陡坡时耳鸣,说明你经历了压力随海拔高度的变化;头顶上有更多的大气,重量向下推。
海拔越高,头顶的大气越少。更轻的重量意味着更小的压力,这就给了空气膨胀的空间。膨胀需要做功,做功需要消耗能量,这就产生了冷却效应。看到热力学有多简单了吧?
下图中,红线表示空冷的绝热递减率随海拔的变化。蓝线表示风的搅动和大气的均匀化,降低了温度随海拔高度的变化程度(后面会详细介绍)。

日日夜夜
当我们加上白天太阳加热和夜间冷却的影响时,温度变化的速度会受到影响。让我们考虑一下在一个晴朗、相对平静的日子里是如何工作的:
清晨
早晨的太阳发出短波辐射,被地球表面吸收。地表将部分能量传导到地下深处,并加热地表附近的空气。这就产生了一个温度梯度,其中表面是最温暖的,而空气随着海拔的升高而相对较冷(记住上图中的红线)。
当地表附近的空气变暖时,这种能量会导致空气分子振动并相互推开。空气变得不那么密集,就像熔岩灯里的黏液一样上升。周围较冷的空气下降,填补了留下的空间,空气开始在一个对流室.上升的空气团在经过上方相对较冷的空气时最终会冷却和收缩。
这些对流细胞热扰动,这是一个非常有效的方法,空气中的颗粒,如农药蒸汽,迅速稀释.这也是大气分散污染的方式。更多关于分散的过程,稍后。
下午中至晚些时候
当太阳经过,风开始上升,对流单元被风打乱,经历机械乱流(记住上图中的蓝线)。所以,机械性乱流也混合了地面附近的暖空气和上方的冷空气,但抑制了热性乱流。
下午至晚上
当来自太阳的能量减少时,土壤开始冷却,它旁边的空气也开始冷却。一旦空气冷却到比上面的空气更冷,我们就开始了辐射反演这是一种特殊的热转化(见下图中的绿线)。之所以这样叫,是因为我们现在有了与典型的白天温度分布相反的情况。反转的高度(天花板)随着时间的推移而增加,在日出时最高可达100米左右。在逆温层内(绿线在100米处弯曲之前),湍流被抑制。我们有一个稳定的气团。下文将详细介绍。

反转如何影响色散
对流单元的上升部分携带着空气中的任何颗粒。由于热乱流,悬浮颗粒在地面上的浓度大大降低。

现在让我们想象我们在一个热反转中。地面附近较冷的、含有颗粒的空气不能上升,而上方相对较暖的清洁空气也不能下沉。热乱流被抑制,垂直扩散也被抑制。

喷洒时,最小的喷雾滴下落最慢,在空中停留很长一段时间。如果在逆温过程中发生喷淋,这些颗粒就会聚集在逆温层下面。还记得我们说过大气像液体吗?更冷、更密集(含有农药)的空气下坡流入低洼地区。当微风开始时,它也可以在不可预测的方向上横向移动很远的距离。
云
如果早晨是阴天而不是晴天,云层就会拦截大部分太阳短波辐射,将其吸收或反射回太空。地球表面仍然会变暖,但会变慢,从而抑制热乱流。题外话,如果云是在晚上形成的,它们会反射来自地球表面的长波辐射。这温室效应这就是为什么阴天的夜晚比晴朗的夜晚更温暖。
因此,长时间的傍晚或夜间晴空万里意味着强烈逆温的可能性很大。相反,云层覆盖通常意味着接近中性的大气,所以没有强逆温。
风
逆温仅受到微风(例如6至8公里/小时)的轻微影响,但随着风力增加和机械乱流混合空气,逆温的强度将减弱,大气将接近中性状态(见蓝线)。在这种情况下,空气中的颗粒不会被热乱流分散,但会发生一些混合。因此,可能不会有热逆温,但如果风力过大,喷洒仍然是不可取的。
湿度
当空气中吸收辐射的水蒸气较少时,逆温现象形成得更快。一旦潮湿的空气冷却到露点,水凝结就会释放出能量,使空气稍微变暖。这减缓了反转的形成。要知道逆温条件可能早在雾、露或霜形成之前就存在了,所以它们并不是逆温开始的好指标——你已经在逆温中了!

土壤条件及地形
这是一个复杂的问题,但导致倒转更加严重的土壤条件包括土壤湿度低、新耕作的土壤、粗糙的土壤、大量残余物和封闭的作物冠层。地形也很重要。我们讨论的是可耕种地区的辐射反转,以及在山脉或深谷形成的辐射反转。然而,阴影区域(例如防风林后面)的逆温开始得更快,持续时间更长。看到NDSU字幕新闻更多细节。
喷淋时间
逆温一旦形成,就会一直持续到太阳升起并使地球表面变暖,或者直到风增加并将静止的空气层混合在一起,重新建立一个更中性的温度分布。
日落并不是逆温开始的一个很好的指标——它可能在逆温开始前几个小时就开始了。因此,夜间喷洒可能和夜间喷洒一样危险。非常早的早晨(比如日出前后)也不太好。记住,在日出时,逆温将处于其最大高度。

初升的太阳将使地球变暖,并从其表面附近(例如几米)开始产生湍流。大多数逆温将在日出后两小时消散,这可能是喷洒的最佳选择。
检测反转
唯一确定你是否处于逆温的方法是测量两次气温读数:一次在地面附近,另一次在大约三米高的地方。如果地表空气温度较低,则处于逆温。差异的大小表明了反转的强度。
用传统的温度计很难进行精确的测量,但斯波顿现在制造了一种手持检测装置.如果你有一个,在使用之前一定要让它适应。在使用前将其放在热的或冷的卡车或喷雾器驾驶室中可能会给出错误的读数。

反演预测越来越好,但它仍然是特定位置的,并不完全可靠。喷雾器操作人员应学会观察以下环境线索:
- 白天和前一晚之间的温度波动很大。
- 风平浪静(例如风速小于3公里/小时),太阳落山时天气晴朗。
- 强烈的高压系统(通常与晴朗的天空有关)和低湿度,你打算在那里喷洒。
- 露或霜表明地面附近有冷空气(雾可能出现得太晚)。
- 烟雾:烟雾或灰尘悬浮在空中或横向移动
- 气味会传播很远,而且似乎更强烈。
- 白天的积云在傍晚的时候逐渐消散。
- 夜间云量为25%或更少。
如果你怀疑温度逆温,不要喷洒。
有关天气如何影响漂移的更多信息,请下载这个小册子来自澳大利亚气象局。