ในอุตุนิยมวิทยาการผกผัน (หรือการผกผันอุณหภูมิ ) เป็นปรากฏการณ์ที่ชั้นอากาศที่อุ่นกว่าอยู่เหนืออากาศที่เย็นกว่า โดยปกติอุณหภูมิอากาศจะค่อยๆ ลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น แต่ความสัมพันธ์นี้จะกลับกันในภาวะผกผัน^{[ 2 ]}

ปรากฏการณ์การผกผันของอุณหภูมิจะกักเก็บมลพิษทางอากาศเช่นหมอกควัน ไว้ใกล้พื้นดิน นอกจากนี้ การผกผันของอุณหภูมิยังสามารถยับยั้งการพาความร้อน ได้ โดยทำหน้าที่เป็น "ฝาครอบ" หากฝาครอบนี้แตกออกด้วยเหตุผลใดๆ ก็ตาม การพาความร้อนของความชื้น ใดๆ ก็สามารถปะทุขึ้นเป็นพายุฝน ฟ้าคะนองรุนแรง ได้ การผกผันของอุณหภูมิยังสามารถทำให้เกิดฝนเยือกแข็งในสภาพอากาศหนาวเย็นได้

โดยปกติแล้ว ภายในชั้นบรรยากาศตอนล่าง ( โทรโปสเฟียร์ ) อากาศใกล้พื้นผิวโลกจะอุ่นกว่าอากาศด้านบน ส่วนใหญ่เป็นเพราะชั้นบรรยากาศได้รับความร้อนจากด้านล่างเนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกอุ่นขึ้น ซึ่งในทางกลับกันก็ทำให้ชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือขึ้นไปอุ่นขึ้น เช่น โดยกระแสความร้อน ( การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ) ^{[ 3 ]}อุณหภูมิอากาศยังลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจากอากาศที่สูงขึ้นมีความดันต่ำกว่า และความดันที่ต่ำกว่าส่งผลให้อุณหภูมิต่ำลง ตามกฎของก๊าซในอุดมคติและอัตราการลดลงของ อุณหภูมิแบบอะเดียแบ ติก

ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวดิ่งตามปกติจะกลับด้าน ทำให้บริเวณใกล้พื้นผิวโลกเย็นกว่า ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้ เช่น เมื่อมวลอากาศที่อุ่นกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าเคลื่อนตัวผ่านมวลอากาศที่เย็นกว่าและมีความหนาแน่นมากกว่า การกลับด้านของอุณหภูมิแบบนี้เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับแนวปะทะอากาศอุ่นและในบริเวณที่มีการไหลขึ้นของน้ำ จากมหาสมุทร เช่น บริเวณชายฝั่งแคลิฟอร์เนียในสหรัฐอเมริกา หากมีความชื้นเพียงพอในชั้นอากาศที่เย็นกว่า มักจะมี หมอกเกิดขึ้นใต้ชั้นการกลับด้านของอุณหภูมิ การกลับด้านของอุณหภูมิยังเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีจากพื้นผิวโลกมีมากกว่าปริมาณรังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมักเกิดขึ้นในเวลากลางคืน หรือในฤดูหนาวเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ต่ำมากในท้องฟ้า ปรากฏการณ์นี้แทบจะจำกัดอยู่เฉพาะบนบก เนื่องจากมหาสมุทรเก็บความร้อนได้นานกว่ามาก ในเขตขั้วโลกในช่วงฤดูหนาว การกลับด้านของอุณหภูมิเกิดขึ้นเกือบตลอดเวลาบนบก ตัวอย่างเช่น เมืองแฟร์แบงค์ รัฐอะแลสกาซึ่งในเดือนธันวาคมปี 2025 ประสบกับการกลับด้านของอุณหภูมิเป็นเวลานาน ส่งผลให้เดือนธันวาคมของเมืองนั้นหนาวที่สุดเป็นอันดับที่ 8 ในประวัติศาสตร์^{[ 4 ]}อุณหภูมิในแฟร์แบงก์ยังคงต่ำกว่าปกติกว่า 20 องศาเกือบตลอดทั้งเดือน^{[ 5 ] [ 6 ]}

มวลอากาศที่อุ่นกว่าเคลื่อนตัวอยู่เหนือมวลอากาศที่เย็นกว่าสามารถ "ปิดกั้น" การพาความร้อนใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นในมวลอากาศที่เย็นกว่าได้ ซึ่งเรียกว่าการผกผันแบบปิดกั้น (capping inversion ) อย่างไรก็ตาม หากชั้นปิดกั้นนี้ถูกทำลาย ไม่ว่าจะโดยการพาความร้อนที่รุนแรงเอาชนะชั้นปิดกั้น หรือโดยผลกระทบจากการยกตัวของแนวปะทะหรือเทือกเขา การปลดปล่อยพลังงานการพาความร้อนที่ถูกกักเก็บไว้อย่างฉับพลัน—เช่นเดียวกับการแตกของลูกโป่ง—สามารถส่งผลให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงได้ การผกผันแบบปิดกั้นดังกล่าวโดยทั่วไปมักเกิดขึ้นก่อนการพัฒนาของพายุทอร์นาโดในแถบมิดเวสต์ของสหรัฐอเมริกาในกรณีนี้ ชั้นที่ "เย็นกว่า" นั้นค่อนข้างอุ่น แต่ยังคงมีความหนาแน่นมากกว่าและโดยทั่วไปแล้วจะเย็นกว่าส่วนล่างของชั้นผกผันที่ปิดกั้นอยู่^{[ 7 ]}

การผกผันของอุณหภูมิสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับสูงอันเป็นผลมาจากการที่อากาศค่อยๆ จมลงเหนือพื้นที่กว้างและได้รับความร้อนจาก การอัดตัว แบบอะเดียแบติกซึ่งมักเกี่ยวข้องกับบริเวณความดันสูงกึ่งเขตร้อน [ ^{8 ] จาก} นั้น ชั้นน้ำทะเลที่เสถียรอาจพัฒนาขึ้นเหนือมหาสมุทรเป็นผลให้ อย่างไรก็ตาม เมื่อชั้นนี้เคลื่อนตัวเหนือน้ำที่อุ่นขึ้นเรื่อยๆ ความปั่นป่วนภายในชั้นน้ำทะเลสามารถค่อยๆ ยกชั้นผกผันของอุณหภูมิขึ้นไปสู่ระดับความสูงที่สูงขึ้น และในที่สุดก็อาจทะลุผ่าน ทำให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง และภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม อาจเกิดพายุหมุนเขตร้อนได้หมอกควันและฝุ่นละอองที่สะสมอยู่ใต้ชั้นผกผันของอุณหภูมิจะทำให้ท้องฟ้ามีสีแดงอย่างรวดเร็ว ซึ่งมองเห็นได้ง่ายในวันที่แดดจัด

การผกผันของอุณหภูมิจะหยุดการไหลเวียนของอากาศ (ซึ่งปกติจะเกิดขึ้น) ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบ และอาจนำไปสู่ความเข้มข้นของมลพิษในอากาศสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมืองที่ได้รับผลกระทบจากการผกผันของอุณหภูมิมากกว่า เนื่องจากเมืองผลิตมลพิษในอากาศมากกว่าและมีมวลความร้อนสูงกว่าพื้นที่ชนบท ส่งผลให้เกิดการผกผันของอุณหภูมิบ่อยขึ้นและมีความเข้มข้นของมลพิษสูงขึ้น ผลกระทบจะยิ่งรุนแรงขึ้นเมื่อเมืองนั้นล้อมรอบด้วยเนินเขาหรือภูเขา เนื่องจากเป็นอุปสรรคเพิ่มเติมต่อการไหลเวียนของอากาศ ในช่วงที่เกิดการผกผันของอุณหภูมิอย่างรุนแรง มลพิษในอากาศที่ถูกกักไว้จะก่อตัวเป็นหมอก สีน้ำตาล ที่อาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ การผกผันของอุณหภูมิสร้างการแบ่งชั้นของบรรยากาศที่เสถียร ซึ่งยับยั้งการผสมในแนวดิ่งระหว่างอากาศใกล้พื้นผิวและอากาศเหนือพื้นผิว ทำให้มลพิษสะสมอยู่ใกล้พื้นดิน ผลกระทบนี้มักจะรุนแรงมากขึ้นในหุบเขา แอ่ง หรือพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยภูเขา ซึ่งภูมิประเทศจำกัดการไหลของอากาศและส่งเสริมการกักเก็บอากาศเย็นและมลพิษไว้ใกล้พื้นผิว^{[ 9 ]}หมอกควันครั้งใหญ่ในปี 1952ในลอนดอนประเทศอังกฤษ เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ร้ายแรงที่สุดของการผกผันดังกล่าว มีรายงานว่ามีผู้เสียชีวิตประมาณ 10,000 ถึง 12,000 ราย^{[ 10 ]}

บางครั้งชั้นผกผันของอุณหภูมิอยู่สูงมากพอที่เมฆคิวมูลัสจะควบแน่นได้ แต่จะแผ่กระจายออกไปได้เฉพาะใต้ชั้นผกผันของอุณหภูมิเท่านั้น ซึ่งจะลดปริมาณแสงแดดที่ส่องลงมาถึงพื้นและป้องกัน การก่อตัว ของกระแสลมร้อน ใหม่ เมื่อเมฆกระจายตัวออกไป สภาพอากาศแจ่มใสก็จะเข้ามาแทนที่เมฆในวัฏจักรที่อาจเกิดขึ้นได้มากกว่าหนึ่งครั้งต่อวัน

ในฤดูหนาว การผกผันของอุณหภูมิสามารถนำไปสู่การเกิดลูกเห็บและฝนเยือกแข็งได้ปรากฏการณ์ทั้งสองนี้เกิดขึ้นเมื่อหิมะละลายในชั้นอากาศอุ่นด้านบนและตกลงมาในชั้นอากาศเย็นใกล้พื้นผิว หากชั้นอากาศเย็นใกล้พื้นผิวมีความหนาเพียงพอ จะทำให้เกิดลูกเห็บขึ้นเมื่อหยาดฝนแข็งตัวอีกครั้ง หากชั้นอากาศเย็นใกล้พื้นผิวมีความหนาน้อย หยาดฝนจะไม่มีเวลาแข็งตัวเนื่องจากตกลงมาอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดฝนเยือกแข็งขึ้น^{[ 11 ]}

เมื่ออุณหภูมิของอากาศสูงขึ้นดัชนีหักเห ของอากาศจะลดลง ซึ่งเป็นผลข้างเคียงเนื่องจากอากาศร้อนมีความหนาแน่นน้อยกว่า โดยปกติแล้วจะทำให้วัตถุที่อยู่ไกลดูสั้นลงในแนวตั้ง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เห็นได้ง่ายในยามพระอาทิตย์ตกดินเมื่อดวงอาทิตย์ปรากฏเป็นรูปวงรี แต่ ในปรากฏการณ์กลับด้าน รูปแบบปกติจะกลับกัน และวัตถุที่อยู่ไกลจะดูยืดออกหรือปรากฏอยู่เหนือเส้นขอบฟ้า ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าฟาตา มอร์กานาหรือภาพลวงตา

การกลับด้านสามารถขยายสิ่งที่เรียกว่า " แสงวาบสีเขียว " ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในตอนพระอาทิตย์ขึ้นหรือตก โดยปกติจะมองเห็นได้เพียงไม่กี่วินาที ซึ่งแสงสีเขียวของดวงอาทิตย์จะถูกแยกออกมาเนื่องจากการกระเจิง^{[ 12 ]}คลื่นความยาวสั้นกว่าจะถูกหักเหมากที่สุด โดยส่วนประกอบสีน้ำเงินของแสงอาทิตย์ "ถูกกระเจิงออกไปอย่างสมบูรณ์โดยการกระเจิงแบบเรย์ลี " ทำให้สีเขียวเป็นแสงแรกหรือแสงสุดท้ายจากขอบบนของแผ่นดิสก์ดวงอาทิตย์ที่มองเห็นได้^{[ 13 ]}

คลื่นวิทยุความถี่สูงมากสามารถหักเหได้เนื่องจากปรากฏการณ์การผกผันของอุณหภูมิ ทำให้สามารถรับฟังวิทยุ FMหรือรับชมโทรทัศน์ความถี่ต่ำ VHF ได้จากระยะไกลในคืน ที่มีหมอกลงจัด สัญญาณซึ่งโดยปกติจะหักเหขึ้นไปในอวกาศ กลับถูกหักเหลงมายังพื้นโลกโดยชั้นบรรยากาศที่มีการผกผันของอุณหภูมิ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การส่งผ่านคลื่นในชั้นโทรโพสเฟียร์ ( tropospheric ducting ) ตามแนวชายฝั่งในช่วงฤดูใบไม้ร่วงและฤดูใบไม้ผลิ เนื่องจากมีสถานีวิทยุหลายแห่งตั้งอยู่พร้อมกันเพราะการสูญเสียการแพร่กระจายลดลง สถานีวิทยุ FM หลายแห่งจึงประสบปัญหาคุณภาพสัญญาณลดลงอย่างมากจนรับสัญญาณไม่ได้ ในความถี่สูง เช่นไมโครเวฟการหักเหดังกล่าวทำให้เกิด การแพร่ กระจาย แบบหลายเส้นทางและ การ ลดทอน ของสัญญาณ

เมื่อมีชั้นผกผันเกิดขึ้น หากเกิดเสียงหรือการระเบิดที่ระดับพื้นดิน คลื่นเสียงจะหักเหตามการไล่ระดับอุณหภูมิ (ซึ่งส่งผลต่อความเร็วเสียง) และกลับลงมายังพื้นดิน ดังนั้นเสียงจึงเดินทางได้ดีกว่าปกติมาก สิ่งนี้สังเกตได้ในบริเวณรอบสนามบิน ซึ่งมักจะได้ยินเสียงเครื่องบินขึ้นและลงจอดในระยะทางที่ไกลกว่าในช่วงรุ่งเช้ามากกว่าช่วงเวลาอื่น ๆ ของวัน และเสียงฟ้าร้องผกผันซึ่งดังกว่าและเดินทางได้ไกลกว่าเมื่อเกิดจากฟ้าผ่าภายใต้สภาวะปกติ^{[ 14 ]}

คลื่นกระแทกจากการระเบิดสามารถสะท้อนกลับโดยชั้นผกผันในลักษณะเดียวกับที่มันสะท้อนจากพื้นดินในการระเบิดกลางอากาศ และอาจทำให้เกิดความเสียหายเพิ่มเติมได้ ปรากฏการณ์นี้ทำให้มีผู้เสียชีวิต 2 คนในการทดสอบนิวเคลียร์RDS-37 ของโซเวียต เมื่ออาคารพังถล่ม^{[ 15 ] [ 16 ]}

• สเปรย์
• อนุภาค
• ดัชนีบทความด้านอุตุนิยมวิทยา

• ปรากฏการณ์ 'การผกผันของอุณหภูมิเนื่องจากไฟไหม้' กักเก็บควันไว้ในหุบเขา
• คำจำกัดความของปรากฏการณ์การผกผันของอุณหภูมิในพจนานุกรมวิกิพีเดีย

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การผกผันทางอุตุนิยมวิทยา