Há vários tipos de inversão térmica, seja como for, e como disseste bem, refere-se a uma camada da atmosfera, onde é invertido o gradiente vertical normal de temperatura. Ora o normal é a temperatura descer à medida que subimos em altitude, portanto se numa certa zona a temperatura subir com o aumento da altitude há uma inversão térmica.
É importante salientar que podem haver inversões tanto junto ao solo como em altitudes maiores, e por variados motivos. Só para exemplificar, quando se aproxima uma frente quente, o ar quente está sobre a frente a subir por cima do ar frio, logo em toda essa zona antes da frente, há um nível onde está ar quente por cima de ar frio, logo há inversão. Também em anticiclone forte com ar muito seco existem inversões térmicas em altitude. Estou a dar estes exemplos para mostrar que há vários tipos e causas, e para distinguir das inversões térmicas que mais falamos, as que quase sempre são comentas aqui no fórum: inversões nocturnas junto à superfície.
Estas dão-se simplesmente seja superfície variar mais a temperatura que o ar, que conserva mais a temperatura. Portanto em dias de sol sem muito vento, tal como de dia o solo é o que mais aquece, à noite o oposto acontece, sendo o solo o que mais arrefece. Ficando o solo mais frio que o ar envolvente, e sendo o ar mau condutor térmico, apenas uma camada muito próxima do solo também arrefece. Portanto nas primeiras dezenas ou centenas de metros a temperatura sobe à medida que nos afastamos do solo, até um nível em que o solo frio já não exerce qualquer influência, e a partir daí voltamos ao normal perfil de descer a temperatura com altitude. Como disse atrás, quanto mais estável e parado o ar, mais intensa ou profunda é a inversão. Com vento o ar tende a misturar-se e a não haver inversão, ou a ocorrer apenas numa camada mesmo junto ao chão.
O que referiste do escoamento de ar pelos vales pode gerar inversão claro, há imensas causas e situações específicas de cada sítio. Mas o princípio da inversão térmica, e aqui refiro-me apenas ao caso das inversões nocturnas junto ao solo, é o facto do solo/superfície arrefecer mais depressa que o ar.
Geralmente com o nascer do dia, o sol aquece o solo e a inversão é desfeita. Mas em casos de inversões muito fortes, com nevoeiros, pode ocorrer o que temos visto, o aquecimento diurno não ser suficiente para quebrar a inversão, e esta se manter durante o dia, e até persistir durante dias consecutivos.
Relativamente aos perfis verticais, podes pesquisar um pouco, mas uma boa maneira de começar, é em vez da versão gráfica, ver a versão em texto, com os valores mesmo da temperatura nos diversos níveis. Como o exemplo de Lisboa que coloquei mais acima, é fácil ver a subida anormal da temperatura com a altitude. E podes então comparar com o perfil gráfico colocado antes. As curvas no perfil são as duas temperaturas apresentadas na versão texto, a temperatura real (curva da direita) e a temperatura do ponto de orvalho (curva da esquerda). Quanto estão juntas a humidade relativa aproxima-se dos 100%, quando estão afastadas a humidade é muito baixa.
