Inversão Térmica

Esse fenômeno é facilmente visto a olho nu nas grandes cidades como São Paulo ou
Nova York, principalmente no inverno. É aquele facho de luz cinza alaranjado que divide o
céu um pouco antes de anoitecer.

Para entender o fenômeno é preciso ter em mente o seguinte: o ar quente, menos denso 
e mais leve, tende a subir e o ar frio, mais denso e pesado, tende a descer. 

O que acontece normalmente:
Durante a maioria dos dias, o movimento do ar na atmosfera é vertical e linear. O ar quente,
fruto da ação dos raios solares no solo, sobe para dar lugar ao ar frio. Nesse movimento,
os poluentes, que são mais quentes e menos densos que o ar, sobem ainda mais e se dispersam.

O que acontece na Inversão Térmica:
Quando chega o final da tarde de um dia de inverno em São Paulo, os raios solares tornam-se
mais difusos e frágeis, assim o solo da cidade se resfria rapidamente. E conseqüentemente,
o ar próximo do solo se resfria rapidamente.

Aquele ar quente que ainda está na atmosfera continua a subir, mas o ar frio próximo ao solo,
por ser mais denso e pesado, fica parado. Assim a temperatura cai ainda mais e os poluentes,
que normalmente são "levados" pelo ar quente, acabam retidos na camada mais baixa da atmosfera.

Explicando melhor:
Com os raios solares mais frágeis, os mesmos chegam ao solo com maior dificuldade,
deixando essa área mais fria. Enquanto isso, o ar quente que foi "depositado" no solo
durante o dia, já subiu, mas é impedido de subir ainda mais e se dispersar pela
outra camada de ar frio acima dela. Desse jeito a temperatura cai mais e os poluentes
que deveriam ser dispersos não são levados pelo ar quente e acabam retidos na camada baixa.

Adaptado de How Stuff Works