逆転層

逆転層とは

対流圏では通常、上空にいくほど気温が低くなります。しかし、場合によっては高度とともに気温が高くなる層が存在します。これを逆転層と呼びます。

逆転層では上空ほど気温が高い、つまり上に暖かい空気、下に冷たい空気がある状態です。これは絶対安定の成層にあたり、対流が非常に起きにくくなります。

逆転層はその成因から3つの種類に分けられます。

接地逆転層は、夜間の放射冷却によって地表面付近の空気が冷えることでできる逆転層です。

昼間は太陽から熱エネルギーを受け取るため気温が上昇しますが、夜間は太陽からのエネルギーがなくなり、地球自身が熱を宇宙に向けて放出するだけになります（地球放射）。この結果、地表面とそれに接する空気が冷却されます。これが放射冷却です。

地表付近の空気が冷えると、その上にある空気の方が相対的に温度が高くなり、地表面に接する高さで逆転層が形成されます。

放射冷却が顕著に起きる条件は、よく晴れていて風が弱い日です。曇っていると、地球放射が雲にブロックされて熱が逃げにくくなります。また、風が強いと地表の冷たい空気と周囲の空気が混合されてしまい、冷却が進みません。

なお、接地逆転層は日の出とともに地表面が暖められると解消されていきます。

沈降逆転層は、高気圧に伴う下降流（沈降）による断熱圧縮の昇温でできる逆転層です。地表面から離れた上空にできるのが特徴です。

高気圧は、上空で空気が収束して下降流となり、地上付近で空気が発散（外側に広がる）する構造をしています。上空から空気が断熱的に下降してくると、圧縮されて気温が上昇します。この昇温した空気と地上付近の気層との間に逆転層が形成されます。

沈降逆転層の上側では、気温の変化の割合がほぼ乾燥断熱変化の割合と一致します。これは空気が上空から断熱的に下降してきていることを示しています。

移流（前線性）逆転層は、冷たい空気の上を暖かい空気が上昇することでできる逆転層です。

暖かい空気と冷たい空気は、水と油のように性質が異なるため、なかなか混じり合いません。そのため、両者の間には境目ができます。この境目を転移層といいます。

暖かい空気は密度が小さく軽いため、冷たい空気の上を斜めに上昇していきます。転移層を境にして下側に冷たい空気、上側に暖かい空気がある配置になるため、逆転層が形成されます。また、転移層は高度とともに寒気側に傾くため、この逆転層も同じように寒気側に傾きます。

なお、天気予報で聞く「前線」とは、このような異なる空気の境目が地上と交わる部分に発生するものです。暖気の勢力が強い場合は温暖前線、寒気の勢力が強い場合は寒冷前線と呼ばれます。

逆転層は絶対安定なので、対流によって空気が逆転層を突き抜けることができません。

煙突の煙は、逆転層がある高さまで上昇すると、それ以上は上に進めず横にたなびくように広がります。逆転層の下の大気が不安定であれば、煙は下層で対流によって混合・拡散されます。

いずれの場合も、逆転層がある場合、地表付近で放出された汚染物質は逆転層より上空に拡散できず、地表付近にたまってしまうことがあります。これが大気汚染を悪化させる原因の一つです。