Conforme se asciende en la troposfera, la temperatura desciende alrededor de 6.4ºC por cada kilómetro. En algunas situaciones, este gradiente sufre una anomalía que se conoce con el nombre de inversión térmica. Este fenómeno consiste en que capas más próximas a la superficie de la Tierra presentan una temperatura inferior a la de las capas altas. Cuando este fenómeno sucede, el aire superficial permanece estancado, sin renovarse, durante horas o días, pudiendo provocar graves episodios de contaminación atmosférica.
Existen dos tipos de inversiones térmicas: a bajo nivel, o terrestre, y en altura.
La inversión térmica a bajo nivel puede ocurrir al anochecer en condiciones de cielo sin nubes. El suelo se enfría rápidamente y el aire que se encuentra sobre éste también lo hace, mientras que las capas superiores se encuentran a una temperatura superior. Esto provoca la rotura del gradiente e impide que el aire se mezcle por convección, ya que el aire frío se mantiene debajo del cálido, impidiéndole subir. La masa de aire frío estancado puede tener un espesor entre 150 y 300 metros, afectando a un área relativamente reducida, como los valles rodeados de montañas. Este fenómeno también puede suceder cuando la superficie se encuentra helada o nevada.
La inversión térmica en altura, a diferencia de la anterior, puede afectar a áreas más amplias y está relacionada con el aire subsidente en las zonas dealtas presiones. Este aire es frío y seco y, al descender, se calienta adiabáticamente por intercambio de calor. Sin embargo, puede ocurrir que la subsidencia se detenga a una cierta altura y no llegue a nivel del suelo, provocando que el aire que se encuentra en las capas inferiores esté más frío que el de las capas superiores. Al igual que en el caso anterior, esta capa de aire más frío se estanca, pudiendo alcanzar un espesor de unos 600 metros y afectar a grandes áreas, como a todo un país o a un continente.
En el ámbito planetario, las temperaturas siguen un patrón general de comportamiento, que se representa en los denominados mapas de isotermas. Una isoterma es una línea imaginaria que une dos puntos de la superficie con la misma temperatura. La representación geográfica de estas isotermas da lugar al mapa de isotermas, que se usan para comparar las condiciones térmicas del planeta en dos meses más extremos, generalmente enero y julio.
Al estudiar estos mapas se llega a la conclusión de que los patrones de temperaturas están condicionados por tres variables: la altitud, la latitud y los contrastes entre océanos y masas continentales. Estudiándolos con detalle, es posible destacar los hechos importantes que se desprenden de los mapas, que son:
- La temperatura desciende desde el ecuador a los polos, debido a la diferente cantidad de radiación solar que reciben estas zonas.
- Las masas continentales situadas en latitudes altas del Hemisferio Norte, fundamentalmente América y Eurasia, se convierten en centros de altas presiones invernales. En el Hemisferio Sur, este fenómeno no tiene lugar debido, entre otras causas, a que las masas continentales son más escasas.
- Las isotermas cercanas al ecuador cambian poco de posición de enero a julio, debido a una mayor uniformidad de la radiación solar recibida.
- A la inversa, las isotermas sobre los continentes presentan amplias variaciones en dirección Norte-Sur a lo largo de las estaciones, en menor grado sobre la superficie de mares y océanos, debido a que el agua actúa como un acumulador de temperatura.
- Las superficies situadas a más altura presentan temperaturas inferiores que las más bajas que las circundan.
- Por último, las zonas con hielos y nieves perpetuos, que coinciden con las zonas polares, se mantienen frías durante todo el año debido a la reducida cantidad de radiación solar que reciben
Algunas de las anteriores conclusiones, a simple vista, parecen muy evidentes. Sin embargo, son de gran utilidad para explicar determinados fenómenos físicos y biológicos, como la presencia de desiertos en determinadas zonas, la distribución de los distintos tipos de climas o la existencia de tipos de vegetación similares en zonas alejadas entre sí cientos o miles de kilómetros.
