Klimatologisk utvärdering avförekomsten av inversioner i

radiosonderingar frånBromma 1990

examensarbete i meteorologiav

Johan Moilanen

1992-01—15

Meteorologiska InstitutionenUppsala Universitet

SammanfattningEn sammanställning av en databas av inversionsdata från sonderingarna från Bromma under l990 harutförts. I denna databas lagrades datum,tid,marktemperatur,marktryck samt tryck och temperatur förbasen och toppen av upp till tre inversioner. Därur kunde sedan höjder till tryckytorna ochtemperaturdifferenser mellan topp och botten beräknas.

En statistisk undersökning av materialet utfördes med avseende på höjden till inversionsbasenoch temperaturökningen i inversionsskiktet. Även temperaturgradienten för inversionsskiktetstuderades. Resultaten sammankopplades med den aktuella synoptiska situationen för att kunnaförklara inversionemas fördelning i tid och rum.

För att få en uppfattning om signifikansen av undersökningen gjordes en jämförelse medtillämpliga delar av en tysk undersökning gjord av Gutsche 1983.

Resultaten visade en skillnad mellan sommar— och vinterhalvåret vad gäller fördelningen avinversioner över dygnet. Under sommaren förekom inversioner mycket oftare på natten än på dagenmedan den skillnaden under vintern var betydligt mindreDessutom framkom att de flesta inversionerfinns i de marknära skikten och i allmänhet har en liten temperaturökning från bas till topp.

Vädersituationen under 1990 samt luckor i materialet gör dock att man ej bör dra alltförlångtgående slutsatser av resultaten.

lx)

lnnehållsförteckning

1 I 1 d ' 3n e nmg ===:-=====--====_—=_l ”*-—=-.. * vvv vvvvvvvvvvvv * __=—:=v_—=V= - _=___=-=_v==—=- ===- ===...OOOOOOOCOQOIQQOIOO

1.1 Bakgrund..Q...DI......ODQIO.COQOQCCOOCOOOOOOÖOC.C....—O.C.........IUDOOCIIO0.00COOO......OOOOIOO......OIOOOOOUIOOOOQOO3

0 oc .1. a sattnmg _____________________________________________________________________________........ - - ---- - _ -- _ --- - -- -- - _ - _ -------.

2 Teen ......CO......OO..|......OI....UG....OOCOOIII..O......O......OIOCUQCOOOOICOI......OIOCCCOO..............ÖODOOIOOOUDi...—IOOCOUQDOOI..32.1 Inversionstypen- - - ........ __ 32.2 Beräkning av höjden till entryckyta4

3 Materialets omfattning 53.1 Sonderingsdiagram 53.2 Synoptiska situationen 6

4Arbetsmetodö5 Resultat _

- - 65.1 Väderåret 1990

- -- 65.2 Fördelning av inverSigner över året ......CCOOOIOQODCOCOOOQUIUOOIOI...000.008...OOOOOÖOOOOÖOOOIOQOQOCOQ

5.3 Höjden äl! inverSionSbasen 00.000......'...'-...........IIDOQUCDCCO......DOOOOOOCOCOOIOODUOCOOIOODOOOOD...10

5,4 Temperamrökningen i invemionsskiktetOOOOUOOOO........DQOCCOIOOODIOOOOOO...—......ODQQODDOCD...12

5.5 Stora temperaturökningari inversionsskiktet 145.6 Jämförelse med Tysklandsundersökningen 14

6 Slutsatser ..(D.C.......I.....i.........l........|l..O......ÖICO.|.......C..............OOOCDOQOCOUUD.I...-I......l.....CCOOOUDIIOCIQOQ ]. 6

7 D. .

lSkuSSlon III....DOOÖ.U..|.I......ÖDCI...O......OOIOOOOCOI...........|._.......'...C.D.C.....OQIOOÖCQOO..........IQODCOCICIOQCCOCDUC 1 7

8 Referenser C......OIOCOCCD.COOIOQOOCCOOOCDOOCOOOI......CUIODI.......QOOIOIODOCI......OCOOOOCOQ......CIOOCDOIQ...I....IQCOOODCIQOOOOIO 18

1 Inledning

1.1 BakgrundNär man studerar spridningen av ljud och luftföroreningar spelar den termiska strukturen hosatmosfären en stor roll. lnversionsskikten fungerar som spärrskikt för luftföroreningarna samt böjerljudvågorna tillbaka mot marken.Med inversion menas här ett skikt i atmosfären där temperaturenökar med höjden och den temperatur som avses är den uppmätta,inte den potentiella.

Eftersom buller— och luftföroreningsproblemen uppmärksammas alltmer av forskare ochallmänhet finns det intresse för att undersöka hur vanligt förekommande samt hur kraftigainversionerna är.

1.2 MålsättningSyftet med denna undersökning var att sammanställa en databas av inversionsdata som erhölls urBrommasonderingama från 1990 samt att undersöka dessa statistiskt och koppla samman resultatetmed den synoptiska situationen. Det undersökta området av atmosfären sträcker sig från marknivånupp till 400 hPa,ca 6000 m. För att kunna kontrollera signifikansen i resultatet har en jämförelse itillämpliga delar med en undersökning av tyska sonderingar av Gutsche från 1983 gjorts.

2 Teori

2.1 InversionstyperDet finns tre huvudtyper av inversioner nämligen mark—,front— och subsidensinversioner. Dessa har varoch en sina karakteristika.

Markinversioner bildas när utstrålningen från marken gör att atmosfären kyls av underifrån.Detta sker framför allt nattetid då solen gått ned och man saknar instrålning. Markinversionerena kanäven ligga kvar under dagar då instrålningen är svag. Deras utsträckning i vertikal led kan variera frånnågra tiotal meter till flera hundra. Temperaturökningen i en markinversion ligger vanligen kring ca 1—5 ”C men även kraftigare ökningar förekommer.

Frontinversioner är frontytan som uppträder som en inversion i sonderingsdiagrammen.Närsonden passerar genom frontytan mellan kall— och varmluftsmassan så registrerar den entemperaturökning som kan vara mycket kraftig, ibland mer än 10 0C. Höjden beror på frontlutningenoch på avståndet till markfronten på sondstationen.

Subsidensinversioner bildas i högtryckssituationer där det sker en kraftig subsidens dvsnedsjunkning av luft.Eftersom det då sker en adiabatisk uppvärmning ökar temperaturen och manerhåller en inversionDetta märks också om man studerar den vertikala fuktfördelningen. Ovanförinversionen är det mycket torrare än under densamma. Subsidensinversionernas normala bas brukarvanligen anges till ca l500 m.

2.2 Beräkning av höjden till en tryckytaFör att beräkna höjden till basen och toppen av inversionen användes den barometriska höjdformeln.

p .

Pa (Da

Tvb TV3 TFig 1 Beräkning av den dynamiska tjockleken för en inversion med

den barometriska höjdformeln. (Se Rindert,l978 s. 118)

Beteckningar enligt fig 1.13& och Fb är den dynamiska höjden för tryckytoma Pa resp. pb. Rd ärgaskonstanten för torr luft.

Ad:»:öb—cpazndilngg— (Ekv 1)där ill—y är den barometriska medeltemperaturen.(8e Rindert,1978 s. 1 18 )

T ___: Tra "* TrbY

TvaTV 1)

den dynamiska tjockleken Ad) anges i dynamiska meter och för att erhålla "vanliga" meter anvands ekv 3

ACD—:gAZ (Ekv3)där g är tyngdaccelerationen. Ekv 2 och ekv 3 insattes i ekv 1, då erhålls följande uttryck

med.—... va—Tvbmeg Im PbTvb

vilket är den form av barometriska höjdformlen som användes i denna undersökning.

(Ek)ln

ln

Med denna metod approximeras skiktningskurvan med ett antal isoterma skikt. Dessnoggrannnhet är dock fullt tillräcklig för denna undersökning.

3 Materialets omfattning

3.1 SonderingsdiagramVarje dygn kl 00 UTC1 samt 12 UTC utförs sonderingar vid Bromma aerologiska stationDen sondsom används är den allmänt förekommande Väisälä 528—80 vars upplösning är 0,1 hPa och 0,1 OC meden kalibreringsnoggrannhet på 0,5 hPa och 0,2 oCDet material som fanns att tillgå vid MIUU bestodav fotostatkopior på plottade sonderingar som plottats vid 00 UTC varje dag och som innehöll delsden aktuella 00 UTC dels 12 UTC från dagen innan.Dessa skickas rutinmässigt från SMHI iNorrköping till MIUU För att komplettera sonderingsserien så användes de telegram med signifikantapunkter som skickas ut vid varje sonderingstillfällePå detta sätt kunde en del luckor i serien fyllasmen trots detta saknas 62 stycken av 730 dvs 8,5 %.Av de 62 saknade var 39 st från 12 UTC.

Detta kan ej förklaras med att sonderingen misslyckats,vilket sker ett par gånger per år utanfelet ligger troligen i datahanteringen på SMHI där man av någon anledning "tappat bort" alt rensatbort de sonderingarna.

Saknade Sonderingar

Antal Bromma 199014 . . _

*2 tin?""»”: QN;5 _|

:få

'$;1?

oo|l'

i'

j,,,-

9”|

x' ,, f ,f'

i.? %);. f / j;? /

/Å_l;

:'- :'—u..N %

501

// 7/2!

12.5».__

._1

.97

1.

.;r('

Ä&&©&åantJan Feb MarApr Maj Jun Jul AugSep Okt NovDec

Månad

Ma

%% %

lllllllll

.”

v

/

?

CD

Diagram 1 Antal saknade sonderingar per månad i Bromma—materialet från 1990.

I diagram 1 kan man se att fördelningen av saknade sonderingar över året och man bör ha det i minnetnär man skall utvärdera resultatetDet stora bortfallet i januari beror till en del på att det var då SMHIbörjade skicka denna typ av diagram till MIUU och vissa inkömingsproblem kan då givetvis haI UTC : Universal Time Constantyilket för Sverige innebär att sonderingama utförs vintertid kl 01 och kl 13 och sommartid kl ()2 ochkl 14..(U'I”C motsvarar Greenwich Mean Time)

förekommit. Trots de luckor som finns så ger materialet underlag för en relativt rättvisande bild förinversionerna under 1990.

3.2 Synoptiska situationenFör att kunna koppla ihop resultatet av den statistiska undersökningen med den synoptiska situationenanvändes månadssammanställningama i "Väder och Vatten" för jan 90 — jan 91 samt SMHI:s 12 UTC—-analyser.Analyskartoma har inte använts för varje dygn utan endast vissa stickprov har gjorts.

4 Arbetsmetodl databasen registrerades datum,tid,marktryck,marktemperatur samt för tre inversioner temperatur ochtryck vid basen och tOppenAllt detta avlästes direkt i diagrammen och matades sedan in i en textfilsom överfördes till MatLab.Mer än tre inversioner förekom ej i någon sonderingDet fanns visserligenfler stabilare skikt med isotermi men de faller inte under definitionen på inversion som är entemperaturökning med höjden.

I MatLab kunde sedan med hjälp av barometriska höjdformeln höjderna till tryckytornaberäknasDessutom beräknades temperaturskillnaderna mellan inversionernas topp och bas.För attunderlätta arbetet sattes den virtuella temperaturen vara lika med den aktuella,denna approximationmedförde att man bortsåg från den specifika fuktigheten i det aktuella skiktet.Felet som därmeduppstodskillnaden mellan virtuell och aktuell temperatur uppgår maximalt till 2,5 % (se Rindert, 19785.71). Detta fel kan anses vara försumbart med tanke på att det inte är den absoluta höjden som ärintressant utan i vilket höjdintervall inversionen befinner sig.

Ur den mängd data med höjder och temperaturer kunde sedan antalet,temperaturökningen mm.beräknas. Även detta utfördes i MatLab och resultaten fördes över till KaleidaGraph där diagrammenplottades.

5 Resultat

5.1 Väderåret 1990För att kunna förklara resultaten av databehandlingen bör man skaffa sig en överblick av hur vädrettedde sig under 1990.

Januari: lnleddes med högtrycksbetonat vinterväderNär högtrycket vandrat ner mot Balkankom vädret att domineras av vandrande lågtryck som passerade från väster mot öster i en kraftigvästlig luftström.Nederbörden var riklig och medeltemperaturen var ca fyra grader över den normala.

Februari: Fortsatt mild vinter med rekordvärme och en medeltemperatur på mer än tio graderöver den normala i det inre av norra NorrlandDetta medförde blåsigt,mulet och ostadigt väder medmånga lågtryckspassager där rekordet var 939 hPa i Gävle—bukten.

Mars: Ännu en månad med rekordvärme där lågtrycken rörde sig i som på pärlband överlandet.Mellan lågtrycken gav en högtrycksrygg tillfälligt stabilare väder.

April: Månaden började varmt och soligt men övergick sedan till ostadigt väder pgalågtryckspassager.Andra hälften av månaden kom att domineras av ett högtryck i öster som medförde

varma sydvindar.Efter några dagar med ostadigt väder avslutades månaden med i det närmastesommarväder och temperaturer över +20 OC.

Maj: Även denna månad inleddes varmt och soligt med temperaturer på över +25 oC.Efter deförsta tio dagarna inleddes en kallare och ostadigare period som med ett avbrott för ett högtryckpågick till slutet av månaden.

Juni: Efter en inledning med svaga fronter stabiliserades läget norrifrån och det blev vackertväder med soliga dagar och klara nätter.Från den tionde dominerade lågtrycken månaden ut och gavostadigt väder men temperaturen var hög mellan regnvädren.

Juli: Lågtrycken fortsatte att dominera väderbilden denna månad vilket ledde till en sval ochblöt period ända till sista veckan.Ett högtryck trängde då in och gav under några dagar sol ochvärmeDe sista tre dagarna gav högtrycket dock vika och kallare luft kunde strömma ner över landetföregången av ett regn— och skurområde.

Augusti: Ett högtryck inledde månaden med varmt och vackert väder men sedan tog lågtryckenöver och gav en period med kyligare väderDen tolfte började varm och fuktig luft att föras upp överlandet från sydvästDetta medförde molnigt väder och talrika åskskurar.Efter omväxlande lågtryck ochhögtrycksryggar avslutades månaden med att ett högtryck växte till och gav sol och värme.

September: Hela månaden var lågtrycksbetonad med stora mängder nederbörd och normalatemperaturer. Fronterna som passerade var många men relativt svaga. Dessutom var den extremtsolfatti g med endast 76 soltimmari Stockholm.

Oktober. Efter en inledning som var en fortsättning på förra månadens väder kom en periodmed högtrycksbetonat väder från den tolfte till den tjugosjunde. Denna period var även varm medtemperaturer över + 15 QC dagtid. Avslutningen blev dock som inledningen regnrik.

November: Förutom under några få dagar kring den sjätte,då ett högtryck gav vackert väder sådominerades månaden till sin näst sista dag av de vandrande lågtrycken. Avslutningen blev dock tackvare ett högtryck solig och kall,Anders braskade.

December. Denna årets sista månad kan karakteriseras som mild och blåsig. Förutom en kortperiod med högtrycksväder runt den femtonde så var det lågtryckens och stormarnas månad.

För att ytterligare belysa karaktären hos 1990 så har följande diagram med antalet dagar medmulet respektive klart väder tagits framDefrnitionerna är för mulet väder att det varit mer än 75 % avhimlen varit täckt av moln under hela dagen och för klart väder att mindre än 25 % varit täckt avmoln.

E] Klara dagar (25 % moln”* Mulna dagar >75 % moln

Bromma 1990i l i | I I i l l [ | 1 l i i l i [

N Ut

llllllll

N olllliJlil

Antal 15 __

,...-i C

|_

llllllllillll

UI

llfill—

lilli1

llllll

O

Jan Feb MarApr Maj Jun Jul Aug Sep Okt NovDecMånad

Diagram 2 Fördelningen av klara och molniga dagar, Bromma 1990.

Även om diagrammet endast visar molnigheten dagtid så kan man anta att ett motsvarande diagramför nattetid borde ha ett likartat utseendeDet låga antalet klara dagar borde göra att antaletmarkinversioner minskar eftersom utstrålningen från marken reflekteras mot molnen vid muletväder.Men med de hårda kriterierna ovan så kommer man att bortse från många dagar dåmarkinversioner bildats trots att det inte varit en "klar" dagDärför kan man inte enbart urdiagrammetmed ledning av antalet klara dagar utläsa mängden det totala antaletmarkinversionerDäremot kan man vara säker på att om man har en "klar" dag så förekommermarkinversioner.När det gäller de mulna dagarna så är kriteriet satt så högt att man kan anse att detpåtagligt minskar antalet markinversioner.

Sammanfattningsvis var 1990 inte något normalt väderår utan i mångt och mycket ettrekordens år vad gäller månadsmedeltemperaturer och lågtrycksintensitet.Hur detta påverkarinversionsförhållandena skall diskuteras i diskussionen.(Se 7 Diskussion s 17)

5.2 Fördelning av iriver—sioner över åretFör att kunna undersöka om det finns någon tydlig årsvariation i antalet sonderingar med inversionerså kan man rita följande diagram.

Totalt&: 00%B 122

Fördelning av inversioner Bromma 1990

, . , . -,"fgr I i '. I :-

80

, '.?

' !Ja

,få

r::ef

'gyi

'iåI

|U

.I

J'

”.::,e

zc'åz

vlaåå

';fis

k:?!

"

||.u'

|:c

4||

.,:

&?vä

n?.

| nu

Procent 60

a'!"w

w

40

|co

ntcvlllllo

otlll

nu

llu

ilo

oto

uillc

lcu

llllliu

iin

vla

uo

vo

uu

no

l?

V'V

'Y*I—

'1r'r

v-'f*f'v'd

'”"

—|

*C'

v'v

'c'

Y'

n.HHHH

20ut'''''

nu

.3

10

1.

ut.

.-.u

nu

cn

i.

.1

"-v

v-'

_l»

.l_

J—

_A

al—t4

._

-L

.&

4_

LM

_k—

w—

LM

H*4

—Å

—Ju

L.A

.J—

.&

_...

.L.l—

J..

_.,

__*..

.v...

..L

...v.-....._

....

-C

....

.-........*.._

...

."' 'ne'". . '

.l*”l. lI-RGI . .

'— . "" :| nu . u. i. I ' *IkIDG. .:x”. ., *1i. ll.l*A. . FOI! . I)... . ! |. . It.) * oil I l'5-4 ..

0 ” " *2133”' 12353 "= 31111- * * när . at:. ::::31 ' ::::5' 1:33? ' 5:31. ' ' :::. 535: ' '

.

Jan l Bl) lylarApr lVlaj .lllll .lUl Aug SCP ()kt NOV DGC

Månad

Diagram 3 Sonderingar innehållande inversioner fördelade över året och dygnet, Bromma 1990.

"Totalt" anger i procent i hur många av varje månads sonderingar som det förekommer inversionendesaknade sonderingarna är borträknade från det totala antalet."00 UTC" och "12 UTC" angerprocentuellt hur många av 00 resp 12 sonderingarna som innehåller inversioner. Även för de tvåsistnämnda kategorierna har de saknade sonderingarna borträknats från den samlade mängden natt—resp. dagsonderingar.

Man kan i diagrammet se sambandet mellan strålningsdygn och förekomsten av inversionerunder natten. Detta beror på att det är nattetid som markinversionerna bildas och att de som tidigarenämnts beror på strålnings— och molnförhållandena. Strålningsdygn är dygn med stor instrålning underdagen och stor utstrålning under natten.För att förhållandena skall bli sådana krävs liten eller ingenmolnighet. De månader som i diagram 2 har "högt" antal dagar med klara dagar har följdaktligenmånga nattinversioner. Omvänt har månader med många mulna dagar ett mindre antal nattliga inver—sioner. Det förekommer även andra typer av inversioner nattetid men majoriteten är markinversioner.

När det gäller förekomsten av inversioner dagtid är det sällan som markinversion—erna liggerkvar ända till kl 12 UTC vilket innebär att det här till största del är frågan om subsidens— ochfrontinversioner. Som tidigare nämnts i vädersammanställningen förekom i varierande omfattningfrontverksamhet samtliga månader. Högtryckspen'oder av längre eller kortare utsträckning förekom ialla månader utom i september. Utan högtryck bildas inte några subsidensinversioner och, när

instrålningen är så liten som endast 76 soltimmar minskar antalet markinversioner radikaltDärför harseptember ett lägre antal inversionssonderingar än de andra månaderna.0m man jämför med februarisom hade lika många "mulna" dagar var antalet inversioner högre då men vädret i februari var intelika extremt vad gäller nederbörd och solskenstid.

Sammanfattningsvis kan man med hjälp av diagram 2 delvis förklara diagram 3 och om manäven studerar månadssammanställningama i Väderåret 1990 kan man finna ytterligare förklaringar.

5.3 Höjden till inversionsbasenFör att erhålla en uppfattning om hur fördelningen i vertikal led av inversioner ser ut kan man plottaföljande kurva.

Inversionsbas Bromma 199099.99 lll!!!ll|!lllt?lllizlllllFill;

Procent

.OI i'll;|l|lill|l;flll;|lf|flllil

0 1000 2000 3000400050006000rneter

Diagram 4 Den kumulativ fördelningen av höjden till inversionsbasen, Bromma 1990.

Diagram 4 visar att huvuddelen av inversionerna är koncentrerade till atmosfärens lägsta skikt med ca30 % av alla inversioner under 200 m. Detta ärinte oväntat då det är i marknära skikt som man finnermarkinversionerna som är de vanligaste.Mellan 200 och 4200 m är höjderna i stort settnormalfördelade. Inom detta område finner man front— och subsidensinversioner.0vanför 4200 mplanar kurvan ut men när den närmar sig 6000 m så sker en markant stigning. Varför detta sker ärsvårt att förklara men en möjlig förklaring är att man där befinner sig ovanför den divergensfria nivånsom brukar anges till ca 500 hPa eller 5000 m och att det då återigen kan förekomma konvergens meden temperaturökning som földedianvärdet för inversionsbasen ligger kring 900 m vilket återigenvisar att inversioner är vanligast i de lägre atmosfäriska skikten.

' .-o-:- h (mnHöjda: till Inversionsbasen 1004 h (soo

Bromma 1990 [3 30(k 11 (1000ltlilililililililililHllOCO4h42000

: " ' El 20694 h auido70 35] å h >54x>0

) E --

60 --= I.

O:':l:l _

50 : * '— —:V , :. : -1.kb.*l:..- ':". z : f - .= ; ; _—Antal 555353: 5 i 5 9 &: :zzszgåg fp: -

5:15: _ ' : : 33.5; ""-'n: 35:33: ”"__ . . . Jun-, ' :..:-:-:.: |... _

40—3 .':':'*':': '.'.—......o . . -> . :|. . .-—. ..:'..:..—

jrQ.! :I-i.!:L__—Q——4 _

' n'— 15.0.11 ""..... .'. I.'.'.I _.30.— ;.'.'.: .....'_ ' r—L-' :"". Jm: : ”': :-:»:- 5 i :'" % a _.20-71 1' *? "".. 5 _ _nd - - Rs. _

10 — i” max—""Z * ; år XW-_. &, ”&, :x & & :MÄ_ ..

-—' .! .*? — : ! x: . - . _ — ;: .? —-__xx. xxrkxw : .:, '. . =. .&..-1:'—.'—..." .! ji i ' I I” .' " ' .f 'i' I ' .! 1' I0 | ] I | | | | | i I I 1 I | l | ' r i 1

Jan Feb MarApr Maj Jun Jul Aug Sep Okt NovDecMånad

Diagram 5 Höjden till inversionsbasen,h , fördelad över året och sex höjdintervall, angivna i mBromma 1990.

I diagram 5 har antalet inversioner per månad fördelats på sex höjdintervall. Där kan man utläsa hurhöjdfördelningen varierar över årets tolv månader. Anmärkningsvärt år förekomsten av inversionerunder 100 m under sommarmånaderna, detta trots att det inte var någon "bra" sommar med mycket"klara" dagar (se diagram Klara). Tydligen behöver det inte vara helt molnfritt för att utstrålningenskall vara tillräckligt stark för att markinversionerna skall kunna bildas. September är som tidigarenämnts en månad med extremt få inversioner men merparten av de som fanns uppträdde över 1000 moch var frontinversioner. Man bör lägga märke till hur det under höst— och vintermånaderna före——kommer inversioner i högt antal i stort sett alla nivåer. Anledningen till detta står att finna hos denminskade instrålningen under vinterhalvåret jämfört med sommarhalvåret. Man erhåller därför ettmindre antal markinversioner och eftersom frontaktiviteten var hög under denna tid erhölls mångafrontinversioner. Dessutom fick man under högtrycks—perioderna subsidensinversioner.

.” . J:? ;"

* : ' " .lil ; '

; . 5.2” —£;;(.J.'£* '|'.

. 515; '_(

I ? ' _l. _ I.., , ;& alla nillllålå? *». .

_12_

5.4 Temperaturökningen i inversionsskiktetFörutom höjden till inversionen är också temperaturökningen av intresse eftersom desto större den ärdesto effektivare fungerar inversionen som ett spärrskikt.

Temperaturökning Inversioner Bromma 199099.99 tilllllllllalllljllllzllliéllll

Diagram 6 Kumulativa fördelningen av temperaturökningen hos inversionema, Bromma 1990.

I diagram 6 har fördelningen av temperaturökningen hos inversionema plottats. Kurvan visar attmajoriteten av inversioner har en temperaturökning som är mindre än 2 ”C. medianvärdet ligger kringl,7 OC. Detta beror på att majoriteten av inversionerna är markinversioner och att dessa inte nått sinmaximala styrka när sonderingarna utförs vid 00 UTC. Dessa börjar bildas när solen går ner och nårsitt maximum alldeles innan gryningen då maximum av markens magasinerade energi avgetts tillatmosfären. Dessutom är många av de markinversioner som bildas inte kraftigare pga att det inte alltidär ideala förhållanden nattetid dvs en viss mängd moln förekommer. Eftersom det under året inteförekom "klara" dagar i någon större omfattning och fördelningen av "klara" nätter borde varadensamma, är det helt i sin ordning att de flesta inversionerna har en "måttlig," temperaturökning.

Alla "svaga" inversioner är inte markinversioner utan en del är också front— ochsubsidensinversioner. Kurvan visar att endast ett fåtal inversioner är "starkare" än 7 OC. Dessauppträder under speciella förhållanden som behandlas i 5.5 Stora temperatur—ökningar

3

2(At(5Temperaturokning i InversionerBromma 1990

(Atdå5

R(Atcu)

fl.

:ȁ

::_:._

__

—_

__

:FL

_:h

—_

_:_

:._[l..-unrlQ

—Lirlnliv

Oennuitnuuta

t.....ha...1.6.rslxqtuiluövsnluUV

J—lh

.."."."..Nu""”H””numuwnm.»uwä.ahhaaa.»nunna.»....

..i

....

o......u

»|lu

vc

nt.-Iu

nln

cu

vu

utn

uu

nu

u*._

ll...

ou

.vtt-

n.n

o.u

-o

nn

.uo

..|.

i...

I!

..lo..nti0|u..qq..n..co

&...-....n

u-»

..Icu

nn

nb

no

...-lo

nll-

nb

tuu

lnu

'de

nu...—:

en....:..n

....-..o.-.-u

nn

un

o....-.u

-.nu

...

»nu.."..c'uäuuennuauo

:Nnuunneuauuunnnu.”—unuuuu.:w.uxuznus&...wuuunuonnw.cin

-p.c

--|un

o.o

....nu

-nv.u

c.-..u

nlu

_m

il—...n

u...

un

iv...c

un

nta

nc.s

iucu

z.:.

.nu

—ln

n...-

ni

.._

:team.—u»...

.nu-...amlcicape—.c...-

huun..-.fxun»wsn....a-uu......?-...om

...

.........o

.....-.....u

..,....—

...........v..............c.....|..I

..

..

.c.....u

nu

eo

.19

.43

.55

22

...unge....

åå

åu

a.:u

....*uzu

a.w

..sn

nco

.;lno

aa

y.

..v...

.l

..

...—...u..—..»J...-...roax:.cuns...nuuzxnx.xun.u..»..nnsulzuu-auessuuae

..-u..

u...-n

u.....

&.nuo

......

....

.Jiy

ui7

ltat.lc

UIF

IOC

—.'*

»l1

)tlk

.lh_

...

......—ä-J,.uyeaqwavu-ånuufn.ff.....nu-...a.....sogånzFåuinawvzzo

nu

o-.v-u

voo

uo

un

t-u.n

u-..

Ill..

...

...

..............L............u

..................................a.............

||.

'no

!!!.iwia

ettih

vtt!k

lua

#1

.å—

äil'ä

te.

..

...g.

.IGUQQQIROBQiDUvÖIbIUVCA...Old

w(

attvölltwn'llvvanG

IWhutlilD

RQ

IQ.h

.Hull..

LR!'D!I9&&OS|—O

ut!!.i.u..—

.GDivo

utb.—1Rul:

!!:t.,Qu.

.&

i|

U»

....—».an..—...a...senses—cu—senaou...u

%%l

.no.»..nnud.

!..

..!!..NC

DID

IIIIÅIU

IIE.!!Ill.n

.!tluta

låltk

l.

e...—uansa-onnafeu....a-...?»...-......en.......».......en-.....sqäaunfae...

'..

.q.noi.u.

.c'...

...!!»

...un

-h

f.-......-....u-,..a

4s-......w

u.!:.

...

.lll.

........................u

...........-t.....................-n

u»

...-o

on

xz.....o

nu

......|.

ll:

..

..

..

..

..

..

..

..

.ll

..

..

.'

..

..

..

..

....a

»a

ga

n..q

.åu

...».v

aa

..;..-..

........

g..»..oun»onf.a.a.u.

nu

.......a.u

te.»

..u.m

na

au

.»_

n.c

x.

urin

et.»

n...-a

.ae

vu

.,a..u

f..

.-....

....

'.

....s-

....e....nu

».....å-......axäv».

.......a..-

p.ga...

_.U

'fllllullc

.a

ll!.

...,............,......

befara.........n............_.l.u

u.....u

...||.......v.......n

.v..o

v....q

.n-D

ITI

..n

uo

—.:.i

...nu

-nf...—

.sm

nya

ua

ae

us.a

..:..

...

..Julen—

r.

handl.-l.»...toinu!»

Avantexåcanal)...

I......ID

III.-D

I.

...$$$...än......u.”...n.u.u._.u.w..

.....

”.H.”...H.u.wu......uw”...av”... .. ...”.e

twn

du

itån

uo

vn

arx

oa

aa

..I...

.....

i...nu....

..4

..a..-

a.

unaV..—p....»

....

va

.

........

n.u.......a.n.vv........

,.:...a

».s

.au

+n

oca

n.-

xe

ycctu

.=.iv

....

..

lil......:......

..........n..n...

Jalta..

I.I.

am....

in.!!d

ottv

livu

Oilia

éu

teö

FA

Ou

iIiClY

JR

......:..-......IZ

IZZ

1.1

22

.....

...

.....

:...

..:_

Rannu.......n.n..u...u.....u........u....................

........:.

..........

fan...".......u..........,.......u................_...

Hltylln

uh

arlca

utila

nxa

hvl-u

...

,...

..

2.2

21

...nan.”.........Jaa...???..vvvwnm

mm

..."...u......an......a.a.tx.n—

nc..wuou

.h

u...»

.-ne

.sn

avxu

ucn

*..u

na

.ac.

.an

,..

nan—a.awsnao—

J-ua..aau..

...»...o

..;

..uu

ne

ug

cfc

vu

em

ézn

a.;.,

;

un

a..a

n.-.a

nszq

»4

»:a

w.u

an

sztv

:+a

uto

...-u

nn

no

o...

».

»...a....

:...—_a.-

..o.oe.a.;

Wärn—

ufonun...zmu..1n..»..liganden—

e..»..o.

:.

...»

..u

a...

......sl...—

u.......".

..v..

...»

Antal

Jan Feb MarApr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Daånad

t och fem0

over are.., At OC, fördelad

.

mversmnemaDiagram 7 Temperaturokningen hostemperaturintervall, Bromma 1990

0 t ter sig. Aven här serden stora förekomsten

lagen över areÖ.

Ingen av temperaturordeln

, under 2 OC dom

.»I diagram 7 kan man studera hur fnärlngsvaknr. Anmärmera

.

mversronemaman att de 'svaga""starkare ' 0.0C i oktober. Dessa upptradde under de hogtrycksperioder som förekom..5an

den månaden och var subsidens

.-..

av IHVCTSIOHSY.

IHVGI'SIOHCY.

Temperaturgradient Inversioner

_

21

!|Bromma 1990

i.....

1l1t[1!I

Procent

0.I | | i I I |

0.06 0.08I

oC/m

Diagram 8 Temperaturgradienten hos , Bromma 1990.|-.

mversnonema

_14_

Om man beräknar temperaturgradienten för inversionerna så erhåller man diagram 8. Man ser där att90 % av alla inversioner har en temperaturgradient som är mindre än 0,02 c)C/m. Följdaktligen harmånga inversioner som har en stor temperaturökning också en stor vertikal utsträckning. Endast ettfåtal, ( 1 % , har en temperaturgradient större än 0,04 OC/m.

5.5 Stora temperaturökningar i inversionsskiktetUnder 1990 förekom vid några tillfällen inversioner med en temperaturökning 2 10 ”C.

Datum Tid At (OC) Bas (m)900607 00 13 .2 820901025 1 2 10. 1 3 10901026 00 10,0 0901225 12 10,2 1100

900607 : Här är det frågan om en långsluttande varrnfront som denna kalla natt,marktemperaturen var + 5,6 C>C, gav upphov till denna inversion.

901025 : Från och med den 20/10 hade ett kallt högtryck gett upphov till uppehållsväder ochdimma eller dimmoln. Natten mellan den 24 och 25 bildades då en markinversion som pga dimmaninte upplöstes helt när solen kom upp på morgonen . De lägsta skikten har labiliserats men inversionenfinns kvar och har endast förflyttats till 310 m höjd.

901026 : Eftersom dimman låg kvar sedan natten innan klarade inte solen av att helt lösa uppinversionen under dagenDet är följdaktligen samma inversion som när solen gick ner återgick tillmarknivån och registrerades även vid detta tillfälle.

901225 : På juldagen 1990 nådde ett kraftig frontsystern fram till Bromma och gav upphov tilldagens kraftiga inversion. Det var det första av ett flertal kraftiga oväder som efter att vållat storförödelse i Storbritannien sedan nådde Skandinavien under mellan—dagarna.

Sammanfattningsvis så erhölls stora temperaturökningar i inversionsskikten dels vid kraftigavarmfronter och dels vid högtryckssituationer med dimma eller dimmoln.

5.6 Jämförelse med TysklandsundersökningenDen undersökning som Gutsche utförde omfattade alla sonderingar från Förbundsrepubliken Tysklandmellan 1957 och 1973. De stationer som förekom var Schleswig Emden,Hannover,Stuttgart,Miinchenoch från 1966 även Essen. Syftet med studien var att undersöka varaktigheten hos inversionerna menäven höjden till inversions—basen och temperaturökningen undersöktes.

Gutsche har koncentrerat sig på de lägsta 1000 rn av atmosfären och för att kunna jämföraresultaten från denna undersökning har motsvarande intervall tagits fram ur databasen.. Denkumulativa procentuella fördelningen har sedan plottats.

- mHannoverInversnoner med .. . .. - . Munchenbas ( 1000 m . Bromma

100 5 __

8 o..: . Z..

6 o.: .. .;Procent _ i :

4 o..: . . ...

2 (,; __________________________________________________________ ____________________________________________________________ I.

0 _. I | I | | I I | I _

0 200 400 600 800 1000Höjd (m)

Diagram 9 Jämförelse av fördelningen av höjde till inversionsbasen i de lägsta 1000 m mellanBromma,Mtinchen och Hannover.

l diagram 9 kan man se att resultatet av Bromma—undersökningen är av samma storleksordning somkurvorna för Mänchen och Hannover. Att kurvorna börjar på l00 m beror på den indelning ihöjdintervall som Gutsche gjort, 0—100 m etc. I diagrammet har procenttalet för varje intervall plottatsvid den högre intervallgränsen.

När det gäller de marknära skikten är de lokala geografiska förhållandena av stort intresse.Alla tre stationerna ,Bromma.Mttnchen och Hannover, är flygplatser i närheten av storstäderDärförbör man beakta eventuell påverkan genom uppvärmning från närliggande bebyggelse, vilken om denblev tillräckligt kraftig skulle omöjliggöra bildandet av markinversionerDetta har undersökts i USA(se Ewing 1972) och man har där kommit fram till att den värmemängd som måste tillföras atmosfärenfrån bebyggelsen för att erhålla denna effekt är alltför stor för att detta skulle vara något problem ,ensi New York . Om inte en dramatisk ökning av värmetillförseln skulle uppstå. Därför bör detta inteorsaka några större problem vid de aktuella stationerna.

Överensstämmelsen är sålunda god mellan Bromma och de tyska stationerna vad gäller del000 m som ligger närmast marken. I detta skikt är det till största delen markinversioner somförekommer och det skulle antyda att strålningsmässigt var år 1990 vid Bromma mycket liktförhållandena i Tyskland. Om det är normalt för Sverige däremot är inte säkert eftersom Väderåret intekan sägas ha varit normalt. Hur förhållandena över 1000 m var i Tyskland utreds inte i Gutschesrapport så därom kan inga slutsatser dras.

När det gäller inversionernas temperaturökningar så är fördelningen hos Gutsche lik den somerhölls från Bromma . En majoritet av inversionema är svaga med en ökning på mindre än ZOC och

46-

endast ett fåtal har en ökning som är större än 10 0C. Dessutom erhöll Gutsche inte några inversionerstarkare än 8 0C under sommarhalvåret. [ Bromma—materialet fanns några enstaka fall med entemperaturökning över 8 OC i april och juni. Vad som definitivt skulle kunna svara på alla frågor kringtemperaturökningen är en fördelningskurva. Tyvär har Gutsche inte gjort någon sådan eftersom detinte var syftet med undersökningen. Däremot har hon ritat stapeldiagram där antalet inversionerplottats mot varaktigheten hos inversionerna inom vissa temperaturöknings— och höjdintervall. Därförkan inte något definitivt svar angående denna fördelning ges men man kan trots allt med ledning avstapeldiagrammen säga att en viss samstämmighet mellan Bromma och Tyskland finns.

6 Slutsatserlnversioner förekom i merparten av sonderingarna från 1990. Det är vanligare med inversioner isonderingama nattetid än dagtid och speciellt under sommarmånaderna är detta mycket tydligt. I juni1990 existerade det inversioner i sonderingarna från 94 % av alla nätter medan det endast förekom i26 % av dagsonderingarna. Under vintermånaderna är fördelningen natt—dag jämnare. I decemberförekom det inversioner 80 % av alla nätter och 70 % av alla dagar.

Antalet inversioner per månad kan kopplas samman med den synoptiska situationen och denavgörande faktorn är molnigheten som påverkar strålningsförhållandena. Hög molnighet ger litenutstrålning och motarbetar bildandet av markinversioner nattetid. Låg molnighet ger hög utstrålningoch därmed avkylning av det marknära skiktet dvs en inversion. Då den vanligast förekommandeinversionstypen är just markinversioner ger hög molnighet under en längre tid utslag i en lägretotalsumma av inversioner för den aktuella tiden. Ett bra exempel på detta är september månad somhade extremt få solskenstimmar och hög molnighet vilket givetvis medförde att antalet inversionerminskade kraftigt. Det behöver dock ej vara helt molnfritt för att markinversioner skall kunna bildasmen utstrålningen måste vara större än den mot molnen reflekterade strålningen.

Frontaktiviteten är givetvis helt avgörande för förekomsten av frontinversioner. Det förekommycket frontaktivitet under större delen av 1990 vilket medförde ett stort antal frontinversioner.Högtryck förekom under kortare perioder under alla månader utom september. De var sällantillräckligt kraftiga och långlivade så att subsidensinversioner bildades men vid några tillfällenförekom de dock.

Undersökningen av den vertikala inversionsfördelningen visade att ca 30 % av alla inversionerhar en bas under 200 m. Medianvärdet var ca 900 m. Det är tydligt att det är vanligare medinversioner i de lägre skikten än i de högre. Detta visar ånyo att markinversionerna ochstrålningsförhållandena är viktiga.

De flesta inversioner är svaga,dvs de har en liten temperaturökning mellan topp ochbotten.Medianvärdet är ca l.7 0C och 95 % av alla inversioner har en temperaturökning som är mindreän 6 ”C. De som är starkare är oftast frontinversioner och är vanligast under vinterhalvåret. Detta ärrimligt eftersom det under vintern råder större temperaturskillnad mellan de olika luftmassor somberör Skandinavien.

7 DiskussionDenna undersökning syftade till att sammanställa en databas av inversionsdata från Bromma 1990 ochdet målet har nåtts, även om det finns luckor i denna. Den arbetsmetod som användes dvs att läsa avinversionsdata ur sonderingsdiagram är mycket tidsödande och om man har ett större material än detsom använts här bör man överväga någon annan metod. Har man tillgång till en färdig databas medsonderingarnas markanta punkter skall man givetvis utnyttja den. Det är möjligt, för att inte sägatroligt ,att man då får programmeringsproblem som tar tid att lösa men trots detta bör man kunnaerhålla ett resultat snabbare än om man gör allt för hand. Dessutom bör noggrannheten öka om manundviker avläsningen i diagram, det uppstår alltid större eller mindre avläsningsfel.

Det visade sig i resultaten att man kunde finna samband mellan den synoptiska situationen ochförekomsten av inversioner. Detta gjordes översiktligt månadsvis med stickprov där analyskartornastuderades. Man kan givetvis göra denna kontroll noggrannare genom att även titta på de synoptiskaobservationerna dygn för dygn men det blir ytterst tidskrävande om man inte har tillgång till en färdigdatabas.

Resultaten som framkom av denna undersökning var inte överraskande utan stämde i stort settmed vad Gutsche kommit fram till 1983. Tyvärr kunde inte alla resultat kontrolleras mot tyska reslutateftersom den tyska undersökningens syfte var ett annat än det som uppsattes för denna. Med tanke påhur väderåret 1990 gestaltade sig bör man dock behålla en viss skepsis till resultatet av dennaundersökning.

Den "dåliga" sommaren ,"dåliga" vintern och lågtrycksbetonade inledningen på hösten bordeha påverkat mängden markinversioner i en negativ riktning. Frontinversioner borde däremot haförekommit i mer än normal omfattning. Förekomsten av subsidensinversioner borde även den varamindre än normalt med tanke på de få högtrycksperioder som förekom. För att få en bättre uppfattningom hur fördelningen mellan de tre inversionstyperna var kan man återvända till sonderingdiagrammenoch analyskartorna för att identifiera och klassificera varje inversion. Men som allt annat är detndsödande.

Även om 1990 inte var ett ”normalt" år så ger denna undersökning en bild av hur inversionernavar fördelade detta år. Resultatet har vid jämförelse med den tyska undersökningen visat sig ha god"överensstämmelse i de jämförbara delarna. Om man utvidgar databasen till flera år förbättras givetvis

Osignifikansen och man kan dra mer långtgaende slutsatser.

Avslutningsvis vill jag rikta ett tack till Conny Larsson mln handledare för all hjälp och till Armaförkorrekturläsning och glada fi/lrop.

8 Referenser

Ewing R.H. 1972 , Potential relief from extrem urban air pollution, Journal ofApplied Meteorology,Boston ,Dec ,s 1342—1345

Gutsche Anneliese 19% , Die Andauer von lnversionen an den aerologischen Stationen derBundesrepublik Deutschland, Annalen der Meteorologie Nr 20 ,Selbstverlag des DeutschenWetterdientst, Offenbach am Main, s 79—81

Gutsche Anneliese & Lefebvre Christiana 1981, Statistik der "maximalen" Mischungs—sohichtthöhenach Radiosonenmessungen an den aerologischen Stationen des Sundes—republik Deutschland ,Bericht des Deutscher Wetterdienst nr 154 ,Selbstverlag des Deutschen Wetterdienst, Offenbach amMain

Liliequist Gösta H 1979, Meteorologi: Strålning , Meteorologiska institutionen Uppsala Universitet

Rindert Birger 1978 , Kompendium i TERMODYNAMIK,HYDROSTATIK OCH MOLNFYSIK ,Meteorologiska institutionen Uppsala Universitet

Rindert Birger 1982 , Meteorlogiska standardinstrument , Meteorologiska institutionen UppsalaUniversite

Väder och vatten , SMHI Norrkopingt, januari 90 — januari 9]