هر سال با شروع فصل سرما و خصوصا زمستان، در تهران و کلان‌شهرهای ایران با پدیده آلودگی هوا و تکرار وارونگی هوا یا وارونگی دما مواجه می‌شویم. اما وارونگی دمایی چیست و چه انواعی دارد؟ اصلا چرا رخ می‌دهد؟ و در نهایت تاثیرات آن بر انسان و محیط زیست چیست؟
پدیده وارونگی دما یا وارونگی گرمایی یا به عبارتی دیگر اینورژن، به یک پدیده آب‌وهوایی اطلاق می‌شود که در آن برخلاف وضعیت طبیعی، با افزایش ارتفاع، دما هم زیاد می‌شود و در این شرایط، درجه حرارت پایین جو کمتر از طبقات بالاتر خواهد شد. این پدیده منجر به به‌دام‌افتادن آلودگی هوا در ارتفاعات نزدیک به زمین در شهرها می‌شود.
ادامه مطلب در ادامه
بیشتر بخوانید:
وارونگی هوا چیست؟
پدیده وارونگی هوایی از آن دست پدیده‌های جوی است که می‌توان آن را به وضوح دید و تشخیص داد چون شبیه به یک لایه تشک یا لحاف با رنگ متمایز روی شهر را می‌پوشاند. اگر در زمان رخ دادن پدیده وارونگی دما از شهر خارج شوید، می‌توان یک لایه ضخیم خاکستری از دود و آلاینده را روی شهر تشخیص داد.
اگر در ارتفاع مناسبی قرار داشته باشید می‌توانید خط صاف هوای تمیز بالای این لایه را ببینید که تشخیص آن را بسیار ساده می‌کند. در واقع در بالای این لایه آلودگی، هوا بسیار تمیز و روشن است. پدیده وارونگی دما از نظر گستردگی و شدت به دو نوع سطحی و دائمی تقسیم می‌شود، اما قبل از توضیح انواع پدیده وارونگی هوا باید فیزیک انتقال حرارت را توضیح دهیم.
بنابر قاعده همرفت (convection) همواره هوای گرم به بالا می‌رود و جای آن را در پایین هوای سرد اشغال می‌کند. مثلا هوای گرم تولید شده توسط بخاری همیشه به سمت بالا حرکت می‌کند. از طرفی هرچه از سطح زمین به بالا برویم دما کمتر می‌شود و مثلا دمای قله کوه همیشه سردتر از دامنه آن است.
پس می‌توان از این توصیفات چنین نتیجه گرفت که جریان هوای گرم همیشه از سطح زمین به سمت بالا و هوای سرد حرکت می‌کند. در جریان این حرکت عمودی هوای گرم به بالا، ذرات آلاینده و آلودگی معلق در هوا هم به جو برده شده و از سطح شهر دور می‌شود.
اما در زمان رخ دادن پدیده وارونگی دما هوای آسمان گرم‌تر از هوای سطح زمین می‌شود و این موضوع، حرکت رو به بالای آلاینده‌ها را مختل می‌کند. در نتیجه یک لایه بزرگ آلاینده‌ها و ذرات آلوده در نزدیکی سطح زمین گیر می‌افتد که به مرور بر میزان آن نیز افزوده می‌شود.
پس متوجه شدیم که علت آلودگی هوا در سرما پدیده وارونگی دما است. اما همانطور که گفتیم وارونگی دما از نظر گستردگی به دو نوع سطحی و دائمی تقسیم می‌شود.
پدیده وارونگی دما سطحی عموما در ایام سرد سال یعنی در پاییز و زمستان رخ می‌دهد و به علت آلودگی هوا در پاییز و زمستان بدل می‌شود. محل تشکیل این آلودگی هم در لایه تروپوسفر است که تمام پدیده‌های هواشناسی در آن شکل می‌گیرند.
در فصول سرد سال زمین دمای سطح خود که در طول روز جذب کرده را از دست می‌دهد. در صورتی که هوا صاف و سرد و خشک باشد، تشعشع گرما سریعتر رخ می‌دهد و فرایند انتقال حرارت زمین به هوا سریعتر رخ می‌دهد. از طرفی جهت تابش خورشید در زمستان هم مایل است و به همین خاطر تابش آن هوا و جو اطراف زمین را بیشتر گرم می‌کند تا سطح زمین را. این مسئله سبب می‌شود در ارتفاعات بالاتر هوا گرم‌تر از هوای نزدیک به سطح باشد و این مسئله منجر به اختلال در جریان رو به بالای هوا و انتقال آلاینده‌ها به جو شده و آلاینده‌ها در سطح شهر به دام می‌افتند. این همان علت آلودگی هوا در فصل سرد است.
پدیده وارونگی هوای دائمی اما با همین زمینه‌ها و شرایط ولی در لایه استراتوسفر رخ می‌دهد که لایه بالایی تروپوسفر محسوب می‌شود. ذرات آلاینده معمولا از طریق فوران‌های آتشفشانی به این لایه رسیده و معلق می‌مانند. تاثیر پدیده وارونگی دما در نوع دائمی بسیار طولانی‌تر و گسترده‌تر، بعضا در ابعاد جهانی است.
آلودگی هوا در روزهای اینورژن بسیار شدید و جدی است. هر نوع دود و آلاینده حاصل از کارکرد خودروها، واحدهای صنعتی و حتی آتش در نزدیکی سطح زمین به دام می‌افتند انباشته می‌شود. از طرفی اکسید نیتروژن و ترکیبات آلی فراری که در آلاینده‌ها موجود هستند، در معرض نور خورشید به گاز ازن بدل می‌شوند که شدیدا برای سلامتی مضر است.
بیشتر بخوانید:
اوپنهایمر کیست
پروژه منهتن چیست
شرایط ایجاد پدیده وارونگی هوا چیست؟
یکی از شروط اصلی ایجاد وارونگی دما، هوای آرام و بدون وزش باد است چراکه وزش باد و هر نوع تلاطمی در هوا منجر به مخلوط شدن دمای هوا در سطوح مختلف شده و مانع از ایجاد پدیده وارونگی دما می‌شود.
از طرف دیگر هوای صاف و بدون ابر نیز از جمله شرایطی است که به شکل‌گیری پدیده وارونگی دمایی کمک می‌کند چراکه در هوای ابری، پرتوهای مادون قرمز منعکس شده از زمین مجددا به زمین بازتاب داده می‌شوند و گرمای سطح زمین حفظ می‌شود.
از طرفی در شب‌های طولانی در فصل سرما، زمین برای بازتاب انرژی و گرمای جذب شده در طول روز فرصت کافی دارد. در نتیجه هرچه شب طولانی‌تر باشد، ضخامت لایه وارونگی بیشتر است.
انواع پدیده وارونگی هوا
پدیده وارونگی دما اما از نظر شیوه شکل‌گیری به چهار نوع کلی تقسیم می‌شود:
وارونگی دمای تابشی (Radiative Inversion)
وارونگی دمای تابشی معمولا در شب‌ها و در مناطقی با پوشش گیاهی کم رخ می‌دهد. در چنین شرایطی سطح زمین به سرعت سرد می‌شود اما هوا در ارتفاعات بالاتر به خاطر تابش خورشید، گرم می‌ماند.
وارونگی دمای تربولانسی (Turbulent Inversion)
وارونگی دمای تربولانسی در نتیجه تلاطم هوا رخ می‌دهد. تلاطم هوا سبب می‌شود که هوای سرد از سطح زمین به بالا حرکت کند و با هوای گرم در ارتفاعات مخلوط شود. با کاهش تلاطم هوا این دو لایه هم از جدا می‌شوند و پدیده وارونگی دما رخ می‌دهد.
وارونگی دمای فرونشینی (Subsidence Inversion)
وارونگی دمای فرونشینی همانطور که از نام آن مشخص است در نتیجه فرونشینی هوا ایجاد می‌شود. فرونشینی هوا پدیده‌ای است که با حرکت رو به بالای هوای گرم و مرطوب از سطح زمین ایجاد می‌شود. این هوای گرم و مرطوب در ارتفاعات بالاتر سرد و خشک می‌شود و دوباره به سمت پایین حرکت می‌کند و با هوای گرم سطح زمین مخلوط می‌شود. با کاهش تلاطم هوا این دولایه از هم جدا می‌شوند و وارونگی دما ایجاد می‌شود.
وارونگی دمای جبهه‌ای (Frontal Inversion)
وارونگی دمای جبهه‌ای در نتیجه برخورد دو جبهه از هوا با یکدیگر ایجاد می‌شود. جبهه هوا، مرز بین دو توده مختلف است و با برخورد دو جبهه هوا با دمای متفاوت، وارونگی دمایی ایجاد می‌شود.
بیشتر بخوانید:
فسفر سفید چیست
بهترین جنگنده های جهان
وارونگی علت آلودگی هوا در زمستان و پاییز است
در شرایط وارونگی دما، هوای گرم در لایه‌های بالا و هوای سرد در لایه‌های پایینی جای می‌گیرند و از آنجایی که هوای سرد سنگین‌تر است، به آرامی و در حالت سکون در جای خود باقی می‌ماند.
برای تشخیص وقوع وارونگی یک روش ساده این است که به دود خروجی دودکش کارخانه‌ها یا کارگاه‌ها نگاه کنید. در صورتی که کمی پس از ارتفاع گرفتن، دود در هوا پخش شود این نشانه شکل‌گیری پدیده وارونگی هوا است، چون دود بعد از خروج از دودکش ابتدا سرد شده و بعد از هم دما شدن با محیط در برخورد با لایه گرم فوقانی، متوقف می‌شود.
در شرایط عادی اما دود به حرکت رو به بالای خود ادامه می‌دهد و این نشانه ناپایداری هوا و دمای معمول است، پس وارونگی رخ نمی‌دهد.
در شرایط وارونگی دما جو زمین با روکشی از هوای گرم احاطه می‌شود. این هوای گرم از لایه‌های زیرین سبکتر است و مانند یک سرپوش به هوای سرد پایین امکان عبور به لایه‌های بالاتر را نمی‌دهد.
پس علت آلودگی هوا در پاییز و زمستان همین پدیده است چراکه با متوقف شدن بالا روندگی هوای سطح شهر، آلاینده‌ها و آلودگی تولید شده در شهر به خاطر سنگین بودن لایه هوای سرد، در سطح شهر حفظ می‌شوند.
تاثیرات وارونگی هوا بر محیط زیست
پدیده وارونگی دما اثرات مخرب زیادی بر محیط زیست و سلامت انسان دارد اما از جمله اثرات وارونگی دمایی بر محیط زیست باید به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش آلودگی هوا با به دام افتادن آلاینده‌ها در نزدیکی شهر که منجر به افزایش خطر ابتلای افراد به بیماری‌های تنفسی می‌شود.
- وارونگی دما می‌تواند منجر به کاهش تشکیل ابر شود. دلیل هم اینکه هوای گرم بالای لایه سرد وارونگی مانع از خنک‌شدن هوای بالارونده به حدی می‌شود که به تشکیل ابر منجر شود.
- وارونگی دما به افزایش تولید مه منجر می‌شود. دلیل هم اینکه هوای خنک نزدیک زمین به احتمال زیاد به نقطه شبنم می‌رسد و مه تشکیل می‌شود.
- وارونگی دما می‌تواند رفتار گیاهان را تغییر دهد. مثلا در طول وارونگی دمایی ممکن است گیاهان زودتر شکوفا شوند یا برگ‌های خود را از دست بدهند.
تاثیرات وارونگی هوا بر انسان
در بخش قبلی به طور مختصر به اثرات منفی وارونگی دمایی بر محیط زیست پرداختیم. در این بخش به اثرات وارونگی دما بر سلامت انسان می‌پردازیم.
افزایش آلرژی‌ها
اساسا در فصول سرد سال بیشتر از دیگر فصل‌ها در هوا ذرات معلق و آلاینده‌های میکروبی و ویروسی در جریان است. این آلاینده‌ها در تماس با پوست یا مخاط بینی و دهان منجر به بروز آلرژی می‌شوند.
در بیمارانی که آلرژی دارند، به دلیل وجود زمینه‌های ژنتیکی موروثی، مواجهه با مواد و عوامل آلرژی‌زا مانند مواد شیمیایی موجود در آلاینده‌ها، التهاب در بافت‌های بدن افزایش یافته و علائم آلرژی شکل می‌گیرد.
توصیه می‌شود افرادی که از آلرژی رنج می‌برند در روزهای آلوده و یا مواقع شکل‌گیری پدیده وارونگی دما کمتر از خانه خارج شوند و درب و پنجره‌های منزل را نیز ببندند. در صورتی که حتما باید از منزل خارج می‌شدید نیز از ماسک‌های استاندارد استفاده کنید.
التهاب سینوس
سینوس‌های مزمن معمولا در نتیجه التهاب ایجاد می‌شوند که آلودگی هوا و مواد تحریک‌کننده موجود در آلاینده‌ها از جمله مسببین آن است. داخل محفظه سینوس‌ها سلول‌هایی وجود دارد که دارای مژک‌هایی هستند که ترشحات را به بیرون هدایت می‌کنند.
کارکرد این مژک‌ها اهمیت زیادی دارد تا سینوس بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد. یکی از مواردی که سبب می‌شود کارکرد مژک‌ها با اختلال همراه باشد، آلودگی هوا است. از جمله روش‌های موثر برای مقابله با این شرایط، استفاده از ماسک‌هایی با بازده فیلتراسیون بالا است.
تاثیر وارونگی دما بر زنان باردار و جنین
تردیدی نیست که آلودگی هوا و مواد سمی آلاینده‌ها برای همه افراد جامعه خطرناک است اما زنان باردار و جنین ایشان ممکن است در مواجهه با آلودگی هوا با تاثیرات مخرب‌تری چون زایمان زودرس یا نارس، تولد نوزادان با وزن کم، نقص‌های اسکلتی و ساختاری و یا حتی در مواردی سقط جنین مواجه شوند.
برای زنان باردار توصیه می‌شود هرگز از خانه خارج نشوند و در صورت لزوم، از ماسک‌هایی با بازده فیلتراسیون بالا مانند ماسک سه‌بعدی نانوالیاف N99 یا ماسک تاشو نانوالیاف N99 استفاده کنند.
روش‌های مقابله با اثرات وارونگی دما
توصیه می‌شود وقتی کیفیت هوا بسیار بد بوده و پدیده‌هایی چون وارونگی هوا رخ داده، بهترین کار ماندن در خانه است. اما اگر ناگزیر به بیرون رفتن هستید، حتما باید از ماسک‌های مناسب چون ماسک‌های سه بعدی N99 یا تاشو نانوالیاف N99 استفاده کنید. افرادی که روزانه به سفر می‌روند نیز باید از ماسک‌های سه‌بعدی N95 سوپاپ‌دار استفاده کنند.
نکته مهم اینکه استفاده از ماسک سوپاپ‌دار تنها برای حفاظت از افراد سالم توصیه می‌شود و افرادی که بیماری‌هایی چون کرونا، سرماخوردگی یا هر بیماری تنفسی دیگری دارند هرگز نباید از این ماسک‌ها استفاده کنند چراکه این سوپاپ‌ها برای این ساخته شده که بازدم به سادگی صورت گیرد. باز شدن سوپاپ در زمان بازدم همان و انتقال ویروس از طریق سوپاپ به دیگران نیز همان. ماسک مناسب برای افراد اینچنینی، ماسک‌های سه‌بعدی N99 یا ماسک‌های تاشو بدون سوپاپ N99 است. از دیگر مواردی که می‌توان برای مقابله با وارونگی دمایی انجام داد باید به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش استفاده از خودرو شخصی و استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی چون مترو، اتوبوس و حتی تاکسی‌های عمومی
- پرهیز از سفرهای غیرضروری
- انتخاب مسیرهایی با سطح ترافیک کمتر
- در صورت لزوم برای خارج شدن از منزل، اگر ممکن بود از دوچرخه به جای خودرو شخصی استفاده کنید
- پرهیز از ورزش در فضای باز
- خاموش کردن ماشین و بستن پنجره آن در ترافیک‌های سنگین
- استفاده از ماسک‌های مناسب
- مصرف غذای مناسب با دستور پزشک
- نوشیدن آب و مایعات زیاد
سوالات متداول
علت آلودگی هوا در سرما چیست؟
علت آلودگی هوا در زمستان و فصول سرد، قرار گرفتن لایه‌ای از هوای گرم در بالای لایه هوای سرد سطح شهر است که مانع از بالاروندگی آلاینده‌ها با هوای گرم می‌شود و به نوعی، آلودگی در یک لایه هوای سرد نزدیک به سطح شهر به دام می‌افتند.
برای مقابله با وارونگی هوا چه باید کرد؟
استفاده کمتر از وسایل نقلیه شخصی، کمتر بیرون رفتن از منزل و در صورت اجبار به بیرون رفتن، استفاده از ماسک‌های استاندارد.
بیشتر بخوانید:
نظر شما درباره پدیده وارونگی دمایی و تاثیرات آن چیست؟ نظرات خود را در بخش کامنت‌ها با تکراتو در میان بگذارید.