الانقلاب الحراري (علم الأرصاد الجوية)

في علم الأرصاد الجوية ، يُعرف الانقلاب الحراري بأنه ظاهرة تتشكل فيها طبقة من الهواء الدافئ فوق طبقة من الهواء البارد. عادةً، تنخفض درجة حرارة الهواء تدريجيًا مع ازدياد الارتفاع ، ولكن هذه العلاقة تنعكس في حالة الانقلاب الحراري. ^{[ 2 ]}

يحبس الانقلاب الحراري ملوثات الهواء ، مثل الضباب الدخاني ، بالقرب من سطح الأرض. كما يمكن أن يكبح الانقلاب الحراري تيارات الحمل الحراري من خلال عمله كغطاء عازل. وإذا ما انكسر هذا الغطاء لأي سبب من الأسباب، فقد تنفجر تيارات الحمل الحراري، مهما كانت رطوبتها ، لتشكل عواصف رعدية عنيفة . وقد يتسبب الانقلاب الحراري في هطول أمطار متجمدة في المناخات الباردة .

عادةً، يكون الهواء القريب من سطح الأرض في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي ( التروبوسفير ) أكثر دفئًا من الهواء الذي يعلوه، ويعود ذلك أساسًا إلى تسخين الغلاف الجوي من الأسفل بفعل الإشعاع الشمسي الذي يُدفئ بدوره طبقة الغلاف الجوي التي تعلوه مباشرةً، وذلك عن طريق التيارات الحرارية ( انتقال الحرارة بالحمل ). ^{[ 3 ]} كما تنخفض درجة حرارة الهواء مع ازدياد الارتفاع، لأن الهواء في الطبقات العليا يكون تحت ضغط أقل، وانخفاض الضغط يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة، وفقًا لقانون الغاز المثالي ومعدل التدرج الحراري الأديباتي .

في ظل ظروف معينة، ينعكس التدرج الحراري الرأسي الطبيعي، فيصبح الهواء أبرد قرب سطح الأرض. يحدث هذا، على سبيل المثال، عندما تتحرك كتلة هوائية دافئة أقل كثافة فوق كتلة هوائية باردة أكثر كثافة. ويحدث هذا النوع من الانعكاس الحراري بالقرب من الجبهات الدافئة ، وكذلك في مناطق صعود المياه من المحيطات ، مثل ساحل كاليفورنيا في الولايات المتحدة. ومع وجود رطوبة كافية في الطبقة الباردة، يتشكل الضباب عادةً أسفل طبقة الانعكاس الحراري. كما يحدث الانعكاس الحراري عندما يتجاوز الإشعاع الصادر من سطح الأرض كمية الإشعاع الشمسي، وهو ما يحدث عادةً ليلاً، أو خلال فصل الشتاء عندما تكون الشمس منخفضة جدًا في السماء. ويقتصر هذا التأثير عمليًا على المناطق البرية، لأن المحيط يحتفظ بالحرارة لفترة أطول بكثير. أما في المناطق القطبية خلال فصل الشتاء، فيكون الانعكاس الحراري موجودًا دائمًا تقريبًا فوق اليابسة. ومن الأمثلة على ذلك مدينة فيربانكس في ألاسكا ، التي شهدت في ديسمبر 2025 انعكاسًا حراريًا مطولًا أدى إلى تسجيلها ثامن أبرد شهر ديسمبر في تاريخها. ^{[ 4 ]} ظلت درجات الحرارة في فيربانكس أقل من المعدل الطبيعي بأكثر من 20 درجة طوال الشهر تقريبًا. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يمكن لكتلة هوائية دافئة تتحرك فوق كتلة هوائية باردة أن "توقف" أي تيارات حمل حراري قد تكون موجودة في الكتلة الهوائية الباردة: يُعرف هذا باسم الانقلاب الحراري . مع ذلك، إذا انكسر هذا الغطاء، إما بفعل تيارات حمل حراري شديدة تتجاوزه أو بفعل تأثير الرفع الناتج عن جبهة هوائية أو سلسلة جبال، فإن التحرر المفاجئ لطاقة الحمل الحراري المحصورة - مثل انفجار بالون - يمكن أن يؤدي إلى عواصف رعدية شديدة. عادةً ما يسبق هذا الانقلاب الحراري تشكل الأعاصير في الغرب الأوسط للولايات المتحدة . في هذه الحالة، تكون الطبقة "الأبرد" دافئة نسبيًا ولكنها لا تزال أكثر كثافة وعادةً ما تكون أبرد من الجزء السفلي من طبقة الانقلاب الحراري التي تغطيها. ^{[ 7 ]}

قد تتشكل طبقة انقلاب حراري في طبقات الجو العليا نتيجة هبوط الهواء تدريجيًا فوق مساحة واسعة وتسخينه بفعل الانضغاط الأديباتي ، وهو ما يرتبط عادةً بمناطق الضغط العالي شبه الاستوائية . ^{[ 8 ]} ونتيجةً لذلك، قد تتشكل طبقة بحرية مستقرة فوق المحيط. ومع تحرك هذه الطبقة فوق مياه أكثر دفئًا، قد تؤدي الاضطرابات داخل الطبقة البحرية إلى رفع طبقة الانقلاب الحراري تدريجيًا إلى ارتفاعات أعلى، بل وقد تخترقها في نهاية المطاف، مما يُنتج عواصف رعدية، وفي ظل ظروف معينة، أعاصير استوائية . ويتسبب تراكم الضباب الدخاني والغبار تحت طبقة الانقلاب الحراري في تلوّن السماء بلون أحمر سريعًا، وهو ما يُرى بوضوح في الأيام المشمسة.

تُوقف ظاهرة الانقلاب الحراري الحمل الحراري (الموجود عادةً) في المنطقة المتأثرة، مما قد يؤدي إلى ارتفاع تركيزات الملوثات الجوية. وتتأثر المدن بشكل خاص بهذه الظاهرة، نظرًا لإنتاجها كميات أكبر من الملوثات الجوية وامتلاكها كتلة حرارية أعلى من المناطق الريفية، مما ينتج عنه تكرار أكبر للانقلاب الحراري مع تركيزات أعلى من الملوثات. وتزداد هذه التأثيرات وضوحًا عندما تكون المدينة محاطة بتلال أو جبال، لأنها تُشكل حاجزًا إضافيًا أمام دوران الهواء. وخلال الانقلاب الحراري الشديد، تُشكل الملوثات المحصورة ضبابًا بنيًا قد يُسبب مشاكل تنفسية. كما تُؤدي ظاهرة الانقلاب الحراري إلى استقرار الطبقات الجوية، مما يُعيق الاختلاط الرأسي بين الهواء القريب من سطح الأرض والهواء فوقه، مما يسمح بتراكم الملوثات بالقرب من الأرض. وغالبًا ما يكون هذا التأثير أكثر وضوحًا في الوديان والأحواض والمناطق المُحاطة بالجبال، حيث تُقيد التضاريس تدفق الهواء وتُعزز احتباس الهواء البارد والملوثات بالقرب من السطح. ^{[ 9 ]} يُعدّ الضباب الدخاني الكثيف الذي اجتاح لندن عام 1952 ، إنجلترا، أحد أخطر الأمثلة على هذا الانعكاس الحراري. وقد نُسب إليه ما يُقدّر بنحو 10,000 إلى 12,000 حالة وفاة. ^{[ 10 ]}

أحيانًا، تكون طبقة الانعكاس الحراري على ارتفاع كافٍ يسمح بتكثف السحب الركامية ، لكنها لا تنتشر إلا تحت هذه الطبقة. هذا يقلل من كمية ضوء الشمس الواصلة إلى الأرض، ويمنع تشكل تيارات هوائية صاعدة جديدة . ومع تبدد السحب، يحل الطقس المشمس محل الغيوم في دورة قد تتكرر أكثر من مرة في اليوم.

في فصل الشتاء، قد يؤدي الانقلاب الحراري إلى تكوّن حبيبات الجليد وهطول المطر المتجمد . تحدث هاتان الظاهرتان عندما يذوب الثلج في طبقة دافئة في طبقات الجو العليا ويسقط في طبقة باردة قريبة من سطح الأرض. إذا كانت طبقة الهواء البارد القريبة من السطح سميكة بما يكفي، فإنها ستؤدي إلى تكوّن حبيبات الجليد مع إعادة تجمد قطرات المطر. أما الطبقة الرقيقة فلا تمنح قطرات المطر الوقت الكافي للتجمد، إذ تسقط بسرعة من خلالها، مما يؤدي إلى تكوّن المطر المتجمد. ^{[ 11 ]}

• الهباء الجوي
• الجسيمات
• فهرس مقالات الأرصاد الجوية

• "انعكاسات الحريق" تحبس الدخان في الوديان
• تعريف مصطلح " انعكاس درجة الحرارة" في قاموس ويكشنري