Kondenzációs folyamatok a légkörben

Átírás

1 A levegıben semmi pára, a csilló könnyőség lebeg! Az éjjel rászálltak a fákra, mint kis lepkék, a levelek. József Attila: Eszmélet (részlet) Kondenzációs folyamatok a légkörben Makra László

2 A teljes légköri vízkészlet 99 %-a% a a troposzférában található; V(H 2 O) < 1-44 %; erısen változv ltozó gáz z (koncentráci ciója térben t és s idıben néhány n ny napon belül l jelentısen változhat); v mindhárom fázisban f (halmazállapotban) llapotban) elıfordul a légkl gkörben; gız z (láthatatlan); cseppfolyós: s: cseppek (láthat thatók); szilárd: kristályok (láthat thatók);

3 fázisváltás szublimáció párolgás olvadás depozíció; kondenzáció; fagyás; függ a hımérséklettıl;

4 Definíció: a) forráspont: az a hımérséklet, amelyen a folyadék gıznyomása megegyezik a külsı nyomással. A külsı nyomás növekedtével a forráspont emelkedik és viszont. b) forrás: a folyadék párolgása; pontosabban: ha a folyadéknak a gızfázisba való átmenete nemcsak a határfelületen, hanem a folyadék belsejében is megindul. A vidék olyan magas és hideg, hogy még madarat sem látni repülni. A tőz sem olyan hevesen és forrón ég, s a színe sem olyan, mint más helyeken, így a hús sem tud itt jól megsülni. Marco Polo, Magas Pamír, i. sz. 1265

5 A légköri víz kondenzációja kétféle módon mehet végbe: felületen; (a kondenzáció a levegıvel közvetlenül érintkezı felületeken / felszíneken f történik) harmat (a lokális vízgız kondenzációja t > 0 ºC-on); dér (a lokális vízgız depozíciója t < 0 ºC-on); zúzmara (az advektív vízgız depozíciója t < 0 ºC-on); finom kristályos zúzmara (lokális vízgız depozíciója t < -5 ºC-on); durva szemcsés zúzmara (advektív,, frontális, túlhőlt felhıcseppek a felülethez csapódva azonnal kifagynak; -2 ºC < t < -10 ºC; rázásra nem érzékeny) keny); térfogaton belül; nagy kiterjedéső levegıtömegben egyszerre igen sok vízcsepp / jégkristály válik ki; köd: a kondenzáci ció a felszín n közelk zelében törtt rténik; felhı: a kondenzáci ció a felszínt ntıl l távol t törtt rténik; Definíció: Felhınek (ködnek) nevezzük a légkör olyan összefüggı részét, melyben a vízcseppek / jégkristályok annyira nagy számban lebegnek, hogy a fény útjában akadályt létesítenek.

6 A légköri vízgız kondenzációja fizikai alapismeretek A levegıben lévı vízgız kondenzációjához túltelítettségre van szükség: t < t d e t > E t ; Legyen: M f = a folyadékt ktérbıl l idıegys egység g alatt annak zárt z gızterg zterébe kilépı gızmolekulák k száma; M g = a folyadék k zárt z gızterg zterébıl l idıegys egység g alatt a folyadékt ktérbe visszalépı gızmolekulák k száma; Legyen tovább bbá: E = a víz v z fölötti f zárt z gıztg ztér r telítetts tettségi gıznyomg znyomása; e = a víz v z fölötti f zárt z gıztg ztér r tényleges t gıznyomg znyomása; t = a víz v z fölötti f zárt z gıztg ztér r hımérsh rséklete; t d = víz v z fölötti f zárt z gıztg ztér r harmatpontja;

7 Ekkor a fázisf zisátalakulásban idıegys egység g alatt résztvevr sztvevı gızmolekulák száma között k az alábbi összefüggések írhatók k föl: f Ha M f = M g e t = E t és s t = t d ; a víz v z fölötti f gıztg ztér r telített tett sem párolgp rolgás, sem kondenzáci ció nincs; Ha M f > M g e t < E t és s t > t d ; a víz v z fölötti f gıztg ztér r telítetlen tetlen párolgás; Ha M f < M g e t > E t és s t < t d ; a víz v z fölötti f gıztg ztér r túltelt ltelített tett kondenzáci ció; A telítetts tettségi gıznyomg znyomás s függf gg: a hımérsh rséklettıl: l: E = f(t); a párolgp rolgó felszín n halmazállapot llapotától; l; a párolgó folyadékban feloldott anyagok mennyiségétıl (oldattöménység); a párolgp rolgó felszín n alakjától; l;

8 a telítetts tettségi gıznyomg znyomás hımérséklet-függése: E = f(t); a telítetts tettségi gıznyomás függése a párolgó felszín halmazállapot llapotától; l;

9 a párolgó folyadékban feloldott anyagok mennyiségétıl (oldattöménység); a párolgó folyadékban feloldott anyagok mennyiségétıl Raoult-törv rvény: vizes oldatok fölött f kisebb a telítetts tettségi gıznyomás, mint tiszta víz v z fölött; f Legyen: E t = telítetts tettségi gıznyomg znyomás s a tiszta oldószer (víz) fölött f t hımérsh rsékleten; n 1 = az oldott anyag gramm molekuláinak a száma; n 0 = az oldószer gramm molekuláinak a száma; n de= E n Raoult-törv rvény: 1 0 [ mb]

10 a párolgp rolgó felszín n alakjától; l; a felhıkben a kondenzálódott dott vízgv zgız apró vízgömböcskék; a gömb g alakú vízcseppekre a görbg rbült felülettel lettel kapcsolatos felületi leti feszülts ltség g miatt: E g,t > E s,t (g = görbg rbült felület, let, s = sík s k felület, let, t = hımérsh rséklet); Thomson-egyenlet egyenlet: E g 6 2, Es = [ mb] r A telítési gıznyomás függése a cseppmérettıl

11 laborkísérletek rletek tökéletesen tiszta levegıben csak kb. 440 %-os% túltelítettség g esetén n indul meg a kondenzáci ció; a tiszta levegı kondenzáci ciós s cseppjeire vonatkozó egyensúlyi gıznyomás s 4,4-szerese a sík s k vízfelszv zfelszínre vonatkozónak; nak; a csepp még m g akkor is elpárolog, ha környezete k a sík s vízfelszínre vonatkozóan an túltelt ltelített; tett; 4,4-szeres túltelt ltelítettség g a környezetben k nincs; mi az oka a felhıcseppek / jégkristj gkristályok megjelenésének? nek? a kondenzáci ciós s magvak (aeroszolok);

12 Az aeroszolok forrásai földfelszíni eredetőek; por / homok; füst (vulkáni), tüzek, és szennyezıanyagok (szulf ulfátok); pollenek és spórák; óceáni eredetőek; tengeri só; kémiai eredetőek; fotodisszociáció; heterogén / homogén kémia;

13 Aeroszol paraméterek

14 A légköri aeroszol részecskék koncentrációja (db cm -3 ) különbözı mérettartományokban (r: a részecske sugara) a földrajzi hely függvényében elnevezés mérettartomány (r) kontinentális óceáni szennyezett tiszta Aitken-mag r < 0,1 µm nagy mag 0,1 µm r < 1,0 µm óriás mag r 1,0 µm 0,1 1,0 0,05 0,1 Az aeroszol részecskék közepes koncentrációja különbözı feltételek esetén hely koncentráció (db cm -3 ) nagyváros város vidék, szárazföld vidék, tengerpart hegy h: m h: m h: > m 950 sziget óceán 940

15 Aeroszolok és szerepük a kondenzációban

16 a vízgv zgız z kondenzáci ciója túltelt ltelítetttett levegıben ben,, de akár már R < 100 % esetén is bekövetkezhet vetkezhet; az aeroszol részecskékbenkben találhat lható szervetlen sók [(NH 4 ) 2 SO 4, NH 4 NO 3, NaCl, stb.] általában higroszkópos tulajdonságúak ak; a konyhasó (NaCl) gyakran összecsomósodik, azaz vizet vesz fel a levegıbıl (kondenzáció); ok: a NaCl már R = 75 % mellett elfolyósodik fázisváltás; sók k esetében a fázisvf zisváltás (kondenzáci ció) ) R < 100 % mellett lép l p föl; f ok: a sók telített tett oldatára vonatkozó telítési gıznyomás R < 100 % mellett tapasztalható; oldathatás: elıbb következik be a fázisváltás (kondenzáci ció),, ha vízben jól oldódó összetevıket tartalmaz a részecske; r késıbb következik be a fázisváltás (kondenzáci ció), amikor oldhatatlan vegyületeket tartalmaz a részecske;

17 Vízgız molekulák és higroszkópikus aeroszolok

18 az R < 100 % mellett keletkezett felhıcseppek egyensúlyi állapota stabilis; az esıcseppek kialakulásához további jelentıs növekedés szükséges; labilis egyensúlyi állapot spontán növekedés; a levegıl felemelkedése; a vízgızv mennyiségének növelése; a részecske felületére vonatkozó telítési gıznyomás a részecske méretétıl l is függ;

19 Aeroszolok és kondenzáció Összefoglalás az aeroszolokra tapadó vízmolekulák már nem molekuláris nagyságú, hanem jóval nagyobb mérető vízcseppeket képeznek Thomson-törvény a felület letükhöz z tartozó telítetts tettségi gıznyomás s jelentısen csökken csekély túltelt ltelítettség g már m elég g a kondenzáci cióhoz; a kondenzáci ciós s magvak jelentıs s része r nedvszívó anyaguk a vízben feloldódik dik Raoult-törvény törvény a felület letükhöz z tartozó telítetts tettségi gıznyomg znyomás s jelentısen csökken csekély túltelítettség g már m r elég g a kondenzáci cióhoz; A kondenzációhoz szükséges túltelítettség (%) különbözı sugarú (µm) kondenzációs magvak esetén sugár (µm) 0,001 0,01 0,02 0,1 1,0 10,0 túltelítettség (%) ,1 105,0 101,15 100,11 100,01

20 Felhıfizika Felhık makrofizikája (felhıdinamika) Tárgya 10 cm - 10 km-es térsálán zajló termodinamikai és hidrodinamikai folyamatok tanulmányozása; felhırendszerek kialakulása, szerkezete és fejlıdése; Felhık mikrofizikája Tárgya 10-8 cm - 10 cm térskála, felhıkön belüli folyamatok vizsgálata; a légköri víz fázisváltozásai, a felhı- és csapadékelemek növekedésének tanulmányozása;

21 A felhıképzıdés fizikai folyamata

22 a felhık alkotórészei: felhıelemek; felhıelemek: felhıcseppek + jégkristályok; az aktív kondenzációs magvak (melyek elıbb-utóbb felhıelemeket képeznek: kondenzációs csírák; Tekintsünk egy hőlésben lévı légtérfogatot a kondenzációs magvak eltérı méretőek és oldódóképességőek a kicsapódás s elısz ször r a nagyobb méretm rető és s jój oldódóképess pességő magvakon indul meg; további hőlés h a túltelt ltelítettség g nın egyre újabb magvak válnak kondenzáci ciós s csírává (kisebbek és s kevésb sbé higroszkóposak); a vízgv zgız z a légtl gtérfogatban lassan elhasználódik a túltelt ltelítettség egy idı múlva csökken;

23 A keletkezett felhıelemek elemek mérete m és s koncentráci ciója attól l függ, f hogy a hőlési h folyamat során n fellépı maximális túltelítettségig hány h kondenzáci ciós s magból l lesz kondenzáci ciós s csíra, azaz: hány h olyan mag van jelen, amelynek a mérete és oldódóképess pessége biztosítja, tja, hogy: E csíra vízhártya felülete lete < E környezeti maximális túltelt ltelítettség ezek és s csak ezek a magvak lesznek kondenzáci ciós s csírák; sok kondenzáci ciós s csíra sok, de kicsiny méretm rető felhıcsepp; kevés s kondenzáci ciós s csíra kevés, de nagy méretm rető felhıcsepp; fontos a felhı további fejlıdése szempontjából;

24 Kapcsolat az aktív v kondenzáci ciós s magvak koncentráci ciója és s a környezet k maximális túltelítettségének a mértm rtéke között; k ha a légtl gtérfogatban kevés s a kondenzáci ciós s mag a magvak nagyméret retőek ek csekély ( ( 1 %-os% os) túltelítettségen aktivizálódnak; ha a légtl gtérfogatban sok a kondenzáci ciós s mag a magvak kis méretm retőek ek nagyobb túltelt ltelítettségen aktivizálódnak; Adott légtl gtérfogatban, adott túltelt ltelítettségen eltérı a szárazf razföldek, illetve az óceánok fölött f keletkezı kondenzáci ciós s csírák k száma; a szárazf razföldek fölött f több t kisebb méretm rető csíra keletkezik; ok: a kondenzáci ciós s magvak zöme z szulfát t só s [(NH 4 ) 2 SO 4 ] kevésb sbé jól l oldódik; dik; az óceánok fölött f kevesebb nagyobb méretm rető csíra keletkezik; ok: a kondenzáci ciós s magvak zöme z klorid (NaCl( NaCl) jól l oldódik; dik;

25 Adott légtérfogatban, adott túltelítettségen az óceánok fölött kevesebb, de nagyobb mérető csíra keletkezik; A felhıelemek méret szerinti eloszlása a légkörben átlagos feláramlási (hőlési) sebesség mellett hőlési sebesség: ettıl függ az idıegység alatt kondenzálódó vízgız mennyisége;

26 A felhıcseppek spektrumának, koncentrációjának, illetve a felhı víztartalmának változása a magasság függvényében Cumulus congestus felhı esetén

27 A felhıcseppek közepes spektruma és víztartalma különbözı típusú felhık esetében

28 Felhıvíz paraméterek a felhıcseppek sugara: 1 µm < r < 30 µm; a felhıcseppek koncentrációja: : 300 db cm - 3 ; a leggyakoribb felhıcsepp sugár: 5 µm < r < 12 µm; felhı víztartalom a mérsm rsékelt övben: 0,1 g m - 3 < m < 1 g m - 3 ; felhı víztartalom a trópusokon: 10 g m - 3 < m < 20 g m - 3 ; adott felhıtérfogatban a kondenzálódott dott vízgv zgız z tömege t nagyságrenddel grenddel kisebb a légneml gnemő vízgız z tömegt megénél; példa: t telített tett levegı = 0 ºC 5 g m -3 vízgız és 0,5 g m -3 kondenzálódott dott víz; v

29 A felhık k alkotóelemei: felhıcseppek és jégkristályok Szilárd fázisf zisú víz z keletkezése a légkl gkörben 1. Szilárd részecskr szecskéken ken (jégmagvakon( gmagvakon) gızdepozíció (fordított szublimáci ció); A jégmagvak eredete: földfelszíni; vízben oldhatatlan ásványi részecskr szecskék, k, hexagonális kristályszerkezet, 0,05 µm < r < 1,5 µm; extraterresztikus meteoritpor; 2. A felhıkben lebegı túlhőlt lt vízcseppek v kifagyása; A kifagyás s módjai: m a kifagyást elıid idézı részecske már m r a kondenzáci ciós s folyamatnál a vízcseppbe v kerül; jégmag / jégkristály ütközik utólag a túlhőlt csepphez;

30 A túlhőlt cseppek fagyási hımérséklete a cseppsugár függvénye; minél l kisebbek a cseppek, annál l alacsonyabb hımérsh rsékleten fagynak meg; ok: a nagyobb cseppben nagyobb valósz színőséggel vannak aktív jégmagok (nagyobb felület letük k miatt nagyobb valósz színőséggel ütköznek jégmagokkal); j A kondenzációs magvak között kevés a jégmag; a túlht lhőlt lt felhıcseppek kifagyása lassú folyamat; Miért nem hullanak le a felhık? A kis méretm rető,, gömb g alakú vízcseppek esési si sebessége: Stokes-formula formula: v = 1, r 6 2 cm s 1 ahol r = a gömb g alakú csepp sugara (cm);

31 ha egy átlagos felhıcsepp sugara: : r = 10-3 cm; esési sebessége: v = 1,26 cm s - 1 ; ha egy nagy felhıcsepp sugara: r = cm; esési sebessége: v = 5,04 cm s - 1 ; 4 km magasságb gból 3,674 nap alatt jutna le egy átlagos méretm rető felhıcsepp a földfelszf ldfelszínre; elméletben: a felhıcsepp csak akkor érhet a felszínre (a föntinél hosszabb idıtartam alatt), ha a felhı alatti föláramlás sebessége kisebb a felhıcsepp esési sebességénél, azaz, ha: v > v felhıcsepp esési sebessége feláramlási sebesség a felhı alatt valóságban: a felhıcsepp alatti föláramlf ramlás s sebessége jóval j nagyobb, mint a felhıcsepp esési si sebessége, azaz; v < v felhıcsepp esési sebessége feláramlási sebesség a felhı alatt

32 A felhıelemek halmazállapota a hımérséklet függvényében hımérséklet a keletkezı felhıelemek halmazállapota 0 C < t meleg felhık 7,0 C < t vízcseppek, túlhőlt vízcseppek 20,0 C < t < 7,0 C vegyes halmazállapot, túlhőlt vízcseppek túlsúlya 38.9 C < t < 20,0 C vegyes halmazállapot, szilárd fázis túlsúlya t < 38.9 C szilárd halmazállapot

33 A felhıképzıdés meteorológiai feltételei

34 Milyen meteorológiai folyamatok révén jöhet létre túltelítettség a légkörben? párolgás révén; a levegı lehőlésével; advekció kisugárzás keveredés túltelítettség csak akkor léphet föl, ha: t párolgó vízfelszín > t leveg párolgási köd; völgyi köd; ha a meleg, nedves levegı hideg felszín fölé érkezik advekciós köd; feláraml ramlási köd; a talaj, illetve a levegı saját kisugárzása lehőti a levegıt kisugárzási köd; levegı ; ha két eltérı hımérséklető, de a telítettséghez közeli vízgıztartalmú légtömeg keveredik; t keverék < t melegebb légt gtömeg túltelítettség keveredési köd; k adiabatikus folyamatok a levegı lehőlésének leghatékonyabb módja; felhıképz pzıdés; csapadékk kképzıdés;

35 köd A látástávolság kisebb, mint 1000 m

36 párolgási köd Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.

37 párolgási köd Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.

38 völgyi köd Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik. Figure 7.25

39 völgyi köd Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.

40 advekciós köd Meleg, nedves levegı érkezik hideg szárazföldi felszín, vagy vízfelszín fölé.

41 advekciós köd Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.

42 advekciós köd feláramlási köd Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.

43 advekciós köd feláramlási köd Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.

44 kisugárzási köd A leggyakoribb ködtípus. Szárazföldek fölött keletkezik, amikor a hımérséklet a kisugárzás miatt a harmatpontra, vagy az alá csökken.

45 Keveredési köd (ködképzıdés bepárolgással)

46 A víz kondenzációja Felületen Mikrocsapadék >0 C harmat <0 C dér, zúzmara A víz kondenzációja Talaj közelében Köd Ködtípusok keletkezés alapján: ok: bepárolgás Meleg vízfelszín felett hideg levegı páraköd Hideg levegıbe magasból meleg vízcseppek hullanak frontális köd ok: lehőlés Kisugárzás révén kisugárzási köd Áramló levegı hideg felszín felett áramlási köd Orográfiai akadály - lejtıköd A légkörben FELHİKÉPZİDÉS Túltelítettség a) bepárolgás b) lehőlés kondenzációs magvak Cseppnövekedési folyamatok Magasban Felhı (lásd: felhık osztályozása) CSAPADÉKKÉPZİDÉS hulló csapadék 1. As-Ns rendszerbıl hulló tartós esı 2. Cb felhıkbıl záporos csapadék 3. St és Sc felhıkbıl szitáló csapadék tartós csap. + szitáló csap. túlhőlt vízcseppekbıl ónos esı

47 Örök felhık, jöjjetek; szálljatok föl a zúgó óceáni mélységekbıl, apáink; repüljetek a fenséges hegyek fölé, terjesszétek ki szárnyainkat erdıs csúcsaikra... tüntessétek el a nyirkos ködöt, mely elrejti a föld végtelen szépségét, hogy örökké gyönyörködhessünk benne. Aristophanes, A felhık (részlet) A felhık osztályozása [Luke Howard angol vegyész (1803) WMO]

48 A felhıalap kondenzációs szint (Bora-Bora, Csendes-óceán)

49 A felhık magasság szerinti osztályozása felhıcsoportok mérsékelt övi magasságuk magas szintő felhık 5 13 km közepes szintő felhık 2 7 km alacsony szintő felhık a talajfelszín és 2 km között függıleges felépítéső felhık alapja átlagosan 500 m, teteje átlagosan 8000 m-ig ér (zivatarfelhık)

50 Felhıtípusok és s azonosításuk suk

51 A felhık alak szerinti osztályozása felhıcsoportok réteges jellegő felhık gomolyos jellegő felhık függıleges felépítéső felhık mérsékelt övi magasságuk vízszintes kiterjedésük a függılegeshez képest nagy függıleges kiterjedésük a vízszinteshez képest nagy mindkét irányú kiterjedése nagy (azonos nagyságrendő)

52 A felhık fajtái tái, alfajtái, változatai és kiegészítı jellemzıi A FELHİK FAJTÁI ALFAJTÁI latin név magyar név szint latin név magyar név Cirrus (Ci) pehelyfelhı magas fibratus szálas, rostos Cirrocumulus (Cc) bárányfelhı magas uncinus kampós Cirrostratus (Cs) fátyolfelhı magas spissatus vastagodó Altocumulus (Ac) párnafelhı középmagas castellanus kastélyszerő Altostratus (As) lepelfelhı középmagas floccus csomós Nimbostratus (Ns) esırétegfelhı több szintet átfog stratiformis réteges Stratocumulus (Sc) gomolyos rétegfelhı alacsony nebulosis ködös, homályos Stratus (S) rétegfelhı alacsony lenticularis lencse alakú Cumulus (Cu) gomolyfelhı alacsony fractus töredezett, szakadozott cumulonimbus (Cb) zivatarfelhı több szintet átfog mediocris közepes congestus felhalmozódó VÁLTOZATAI KIEGÉSZÍTİ JELLEMZİI (ALAK) latin név magyar név latin név magyar név vertebratus gerinc alakú incus üllı undulatus hullámos mammatus emlı radiatus fényes, sugárzó virga veszı, rızse lactunosus lyukas pretipitatio csapadékhullás duplicatus kettıs arcus boltív translucidus átlátszó tuba trombita, nyúlvány perlucidus fényáteresztı pileus sapka opacus árnyékos, vastag pannus rongy

53 Felhıfajták helyzetükkel és szerkezetükkel Cirrus (Ci) (pehelyfelhı): Cirrocumulus (Cc) (bárányfelhı): Cirrostratus (Cs) (fátyolfelhı): Altomcumulus (Ac) (gomolyfelhı, párnafelhı): Altostratus (As) (lepelfelhı): Nimbostratus (Ns) (réteges esıfelhı): Stratocumulus (Sc) (gomolyos rétegfelhı): Stratus (St) (rétegfelhı): Cumulus (Cu) (gomolyfelhı): Cumulonimbus (Cb) (zivatarfelhı): helyzete: magas szintő; szerkezete: fehér, finom rostok, fehér / túlnyomóan fehér foltok, esetleg keskeny szalagok; anyaga: jégkristályok; képzıdési magassága a közepes földrajzi szélességeken: 5-13 km; helyzete: magas szintő; szerkezete: fehér folt, felhılepel / réteg; önárnyék nélküli; fodorszerő gomolyok, többé-kevésbé szabályos elrendezıdés; helyzete: magas szintő; szerkezete: rostos, fonalas vagy sima; áttetszı, fehéres felhıfátyol; részben / egészben eltakarhatja az eget; helyzete: közepes szintő; szerkezete: lemezes, gömbölyded párnás, hengeres; fehér / szürke árnyalatú felhıréteg, önárnyékkal; helyzete: közepes szintő; szerkezete: szürkés, kékes felhılepel / csíkos, rostos, sima réteg; részben / egészen elboríthatja az eget; vegyes halmazállapotú felhı; helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: szürke / sötét felhı, a erısen elkent alakkal; tartós, folytonos csapadék; helyzete: alacsony szintő; szerkezete: szürke / fehéres felhıréteg; Mozaikos elemek, párnák / hengerek; helyzete: alacsony szintő; szerkezete: szürkés felhı, egyenletes felhıalappal; gyakran alakul ki a talajról felemelkedı ködbıl; helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: különálló, sőrő / éles körvonalú felhık; tömb, kupola, torony alakúak; feldudorodó felsı részük ragyogóan fehér, míg alapjuk viszonylag sötét és vízszintes; helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: vastag, sőrő, torony formájú felhı; csúcsa általában lapított; gyakran üllı alakú; a felhıalapból csapadékszálak (virga) ereszkednek alá; csapadéka mindig heves és záporszerő; mennydörgéssel, villámlással;

54 A tölgyek alatt Felhık szeme rebben" Van-e szép, vagy kép, Vagy értelem ebben? "Felhık szeme" ilyen Csoda-bogarat Képzelni... ha cédrus, Nem tölgyek alatt!... Arany János. A tölgyek alatt (részlet) Alacsony szintő felhık

55 Stratiform felhırétegek Stratus undulatus Stratocumulus stratiformis opacus undulatus Stratus (felülrıl)

56 Felhın vet ágyat már az alkonyat s a fáradt fákra fátylas fény esız. Kibomló konttyal jı az édes ısz. Radnóti Miklós: Naptár, szeptember (részlet) Közepes szintő felhık

57 Nimbostratus Altocumulus translucidus Altocumulus lenticularis Altocumulus stratiformis perlucidus undulatus

58 Ne bántsatok, ha most rossz vagyok, Ha most kicsit halkabban élek. Halkabban élnek a felhık is, Meg a halottak, meg a rétek. József Attila: Ezüst élet (részlet) Magas szintő felhık

59 Cirrus - Cirrostratus Cirrocumulus undulatus Cirrostratus Cirrostratus - felhıvászon

60 Már karcsú idomaira pongyolát ölt a lég. Az alkony a felhın féső... Ülünk együtt, mint kedves és fia... A főben gyepként sarjad a sötét. József Attila: Alkalmi vers a szocializmus állásáról (részlet) Függıleges felépítéső felhık

61 Cumulus Cumulonimbus Nimbosratus Cumulonimbus

62 Cumulonimbus kifejlıdése

63 A víztartalom eloszlása Cumulonimbus (Cb) felhıben

64 De hiába, már nincs levél a fákon, halk tőz robogja be a tőzhelyet, felhık mint soha régen bóbiskolnak az égen, s már nem lehet, már nem lehet... Dsida Jenı: Öreg október (részlet) Orografikus felhık

65 A domborzat hatása a levegı áramlására stabil légkör esetén. Ha a levegı nedvesség tartalma elég magas, a hullámhegyeknél lenticuláris (lencse alakú) felhık alakulnak ki.

66 orografikus emelkedés

67 orografikus emelkedés

68 felhısapkák hegycsúcsok fölött

69 Orografikus emelkedés és csapadék

70 Esıárnyék-hatás: az orografikus emelkedés következménye

71 Orografikus / radiációs felhıképzıdés, Fujiyama, Japán, 3776 m

72 Orografikus / radiációs felhıképzıdés, Fujiyama, Japán, 3776 m

73 Az alkonyat, a merengı festı fest: Violára a lemenı felhıket S a szürke fákra vérzı aranyat ken, Majd minden színét a Tiszának adja, Ragyog, ragyog a búbánat iszapja. (Magyar táj: így lát mélán egy magyar szem.) Juhász Gyula: Magyar táj, magyar ecsettel (részlet) Mechanikailag kikényszerített felhık

74 Mechanikailag kikényszer nyszerített felhık lenticularis felhıhullámok

75 Hajók nyomai: a nagy hajók kipufogógázaiban lévõ részecskék CCN-ként hatnak, és felhõket képeznek (Franciaország a kép jobb oldalán, Spanyolország a kép alján található). Ahogyan a hajók az Atlanti-óceán keleti részén haladnak, áthaladásukat követıen felhõk képzıdnek, láthatóvá téve, hogy a hajó merre járt. A hajók nyomai több órán át megmaradhatnak. Minél gyorsabb egy hajó, annál keskenyebb és hosszabb lesz az általa okozott felhõnyom. A lassabb hajók rövidebb és szélesebb sávot hagynak.

76 Kondenzációs csíkok a Rhône völgye felett. Ezek a nagy sugárhajtású gépek áthaladásakor alakulnak ki. Jégkristályokból állnak, s ott képzõdnek, ahol a hõmérséklet alacsonyabb, mint -40 C. Becslések szerint ezek a mesterséges felhõk a földfelszín kb. 0,1 %-át borítják.

77 Ron Candiloro pilóta átlépi a hangsebességet F/A-18 Hornet vadászgépével a Csendes óceán felett 1997 július 7-én. A felhılabda hatást a hanghullámok keltik, mikor felmelegítik a levegı páratartalmát.

78 Az égen felhık szállnak, szomorúak, Nehéz párájú, sápadt, bús rajok. Érzem: a kék Semmibe ott vonulnak A földi, párás, fájó sóhajok... Tóth Árpád: Notturno (részlet) Poláris sztratoszférikus felhık

79 Poláris sztratoszférikus felhık Az Antarktisz fölött Kiruna, Svédország Az Antarktisz fölött Sztratoszférikus felhık csak akkor alakulnak ki, ha elég hideg van (t < -80 ºC) ahhoz, hogy a kis mennyiségben jelen lévı víz kondenzálódjon és jégkristályokat alkosson.

80 Ó, fent az égen felleg úszik, Aranyfelhı, angyal-hajó, Egy angyal tán a szélre kúszik, Inteni volna néki jó: Tóth Árpád: Az új tavaszra (részlet) Poláris mezoszférikus világító felhık

81 Világító felhık Finnország fölött

82 A világító felhık (noctilucent clouds = NLC) jellemzıi magassági elıfordulása: a legmagasabban (h 83 km) található felhık a légkörben; szélesség menti elıfordulása: mindkét féltekén a pólusoktól egészen a 40 földrajzi szélességig terjedı tartományban keletkezhetnek; idıbeni elıfordulása: csak nyáron képzıdnek: általában egy 12 hetes periódusban, jellemzıen két héttel a napforduló után; az NLC-k a Föld leghidegebb részén a poláris nyár mezopauzájában - keletkeznek (T 130 K); az NLC-k jégkristályokból állnak; r NLC 50 nm = µm (r emberi hajszál = 500 r NLC ) 1) Noctilucent (NLC) = éjszakai világító 2) NLC = poláris mezoszférikus felhı (PMC)

83 Röviddel naplemente után a megfigyelı már sötétben van, de az NLC-t még érik a Nap sugarai világító felhık Finnország fölött

84 A világító felhık szerkezete Bonyolult szerkezetük a légköri mozgások függvénye hullámok sávok

85 A világító felhık képzıdése A globális cirkuláció részeként a poláris nyár mezoszférájában fölemelkedik a levegı; E fölemelkedı levegı a mezoszféra lehőléséhez vezet nyáron; A vízgız a fagyáspontját (T = 150 K = -123 ºC) a mezopauza közelében (h 88 km) éri el; Oka: alacsony légnyomás (p = 0,06 mb) alacsony vízgız keverési arány (r = 5 ppmv) a jégkristályok h 88 km magasságban képzıdnek; a jégkristályok innen leereszkednek h 83 km magasságba, s itt világító felhıket képeznek;

86 Poláris mezoszférikus felhı (PMC), amerikai őrállomásról

87 Mi a célja a világító felhık tanulmányozásának? Egyre több világító felhı figyelhetı meg A világító felhık egyre inkább az Egyenlítı felé mozdulnak el MIÉRT? A világító felhık egyre fényesebbek

88 Egy látványos ám váratlan esemény: Vliágító felhık Logan fölött (Utah, 1999 június 22.) Elısz ször r figyeltek meg és s fénykf nyképeztek le PMC-ket a 40 ºN N földrajzi f széless lesség közelében!

89 A világító felhık (NLC( NLC-k) ) és a globális klímaváltozás közötti kapcsolat Az NLC-k reakciója a légköri hımérséklet és nedvességtartalom változásaira: a hımérsékletet a szén-dioxid (CO 2 ) befolyásolja; a nedvességtartalmat a metán (CH 4 ) befolyásolja; A CO 2 és a CH 4 légköri koncentrációja antropogén hatásra növekszik; növekvı CO 2 -koncentráció: melegszik a troposzféra üvegházhatás ; hől a mezoszféra, ahol az NLC-k képzıdnek; növekvı CH 4 -koncentráció: A CH 4 oxidációja OH-val víz képzıdéséhez vezet a sztratoszférában: CH 4 + OH = CH 3 + H 2 O az NLC-k a klímaváltozás látható indikátorai;

90 NLC-k és a klímaváltozás konklúzió az NLC-k képzıdéséhez vízgız és alacsony hımérséklet szükséges; a mezopauza növekvı vízgıztartalma és csökkenı hımérséklete több NLC képzıdéséhez kell, hogy vezessen; a mezopauza növekvı vízgıztartalma és csökkenı hımérséklete együtt jár a metán és a szén-dioxid légköri koncentrációinak növekedésével; az NLC-k a klímaváltozás további bizonyítékát képezik;

91 Talajszinti és talaj közeli kondenzáció Fényképek

92 A folyó csöndes, nagy nyugalmat görget, harmattá vált bennem a gond és teher; se férfi, se gyerek, se magyar, se testvér, csak megfáradt ember, aki itt hever. harmat; József Attila: Megfáradt ember (részlet)

93 harmat; Egyre várlak. Harmatos a gyep, Nagy fák is várnak büszke terebéllyel. Rideg vagyok és reszketeg is néha, Egyedül olyan borzongós az éjjel. József Attila: Várlak (részlet)

94 dér; És minden, minden elhagy minket, A szó, kisértés, dölyf s a vér És visszasírjuk könnyeinket, Mely már az Óceánba ér. És csak hiába, nem jı vissza, De jön helyette téli Dér, József Attila: Az örök elmulás (részlet)

95 zúzmara; Valami nagy-nagy tüzet kéne rakni, Hisz zúzmarás a város, a berek... Fagyos kamrák kilincsét fölszaggatni És rakni, adjon sok-sok meleget. József Attila: Tél (részlet)

96 ónos esı; Mint ólmos ég alatt lecsapódva, telten, füst száll a szomorú táj felett, úgy leng a lelkem, alacsonyan. Leng, nem suhan. József Attila: Elégia (részlet)

97 Ónos, csapó esıben ázom S vörös-kék szılılevelekkel Hajló fejem megkoronázom. ónos esı; Ady Endre: Elillant évek szılıhegyén (részlet)

98 pára; Lágy a táj, gyöngy az est; tömött, fonott falomb. Hegyek párája rezg a halmokon s dalom. József Attila: Harmatocska (részlet)

99 pára; Kövér az ég, az üdv a gondja, pislog, dagad a püspök dombja, fütyülnék s számra pára jı - hát megfontoltan, mint a dudva, gızölgök szépen, komolykodva, révedek én is, révedı. József Attila: Esik (részlet)

100 pára; Les sanglots longs de violons de l automne blessent mon coeur d une langueur monotone. İsz húrja zsong, jajong, busong a tájon, s ont monoton bút konokon és fájón. Tóth Árpád fordítása Zokog, zokog az ısz konok hegedője, zordul szívem, fordul szívem keserőre. Szabó Lırinc fordítása Paul Verlaine: Chanson d automne (İszi dal, részlet)

101 pára; Itt van az ısz, itt van ujra, S szép, mint mindig, énnekem. Tudja isten, hogy mi okból Szeretem? de szeretem. Kiülök a dombtetıre, Innen nézek szerteszét, S hallgatom a fák lehulló Levelének lágy neszét. Petıfi Sándor: Itt van az ısz, itt van ujra (részlet)

102 pára; Párisba tegnap beszökött az İsz. Szent Mihály útján suhant nesztelen, Kánikulában, halk lombok alatt S találkozott velem. Ballagtam éppen a Szajna felé S égtek lelkemben kis rızse-dalok: Füstösek, furcsák, búsak, bíborak, Arról, hogy meghalok. Elért az İsz és súgott valamit, Szent Mihály útja beleremegett, Züm, züm: röpködtek végig az uton Tréfás falevelek. Egy perc: a Nyár meg sem hıkölt belé S Párisból az İsz kacagva szaladt. Itt járt s hogy itt járt, én tudom csupán Nyögı lombok alatt. Felhın vet ágyat már az alkonyat s a fáradt fákra fátylas fény esız. Kibomló konttyal jı az édes ısz. Radnóti Miklós: Naptár, szeptember (részlet) Ady Endre: Párisban járt az ısz

103 pára; Én mint a gyermek nézem e pokolt már, Bús gyermek, aki mindent megtudott már: Hogy a mennyország kéklõ pára ottan, Vér és könny ára tündöklõ magosban. Juhász Gyula: Tudom már (részlet)

104 pára; Míg elkallódott életébe réved, Már nem emlékszik régi bánatára: Csak mintha némi fínom, messzi pára Vérezné be a dús alkonyatot, Tóth Árpád: Isten törött csellója, hallgatok (részlet)

105 Alkonyat felé ha fáradtan előlnek, A rónára halvány ködök telepőlnek, S csak félig mutatják A betyár alakját, Kit éji szállásra prüsszögve visz a ló... Háta mögött farkas, feje fölött holló. köd; Petıfi Sándor: A puszta, télen (részlet)

106 köd; İszi reggel járok a szabadban, De hiába nézek szerteszét; Sőrü ködnek fátyolában a táj, A toronynak látni csak hegyét Petıfi Sándor: İszi reggel járok (részlet)

107 jégesı; A jégesı szakad, Fehérek a habok, A tajték táncol, és A villámlás ragyog - El, el! Petıfi Sándor: A szökevények, Shelley után angolból (részlet)

108 jégesı; A szılıket tavaly Elverte tán a jég? Vagy a dér csipte meg S bor nem termett elég? Nem volt se' jég, se' dér, Bor terme gazdagon. De mindazáltal én Nem bort... vizet iszom, Vizet bizon. Petıfi Sándor: Vizet iszom (részlet)

109 hókristály alakzatok hımérséklet (ºC) kristálytípus -3 ºC - 8 ºC tők -8 ºC -25 ºC lemezek, csillagok -10 ºC -20 ºC csillagok < -20 ºC hasábok < -30 ºC hasáb-aggregátumok

110 hókristályok: tők Derengı rózsa, szomorú, derekán szalmakoszorú. Derő, de bú a foglalatja. Tavaszom, hajnalom lakatja. Szerelmem atyja! el ne dülj! Bár reszketésre született, böködik nagycsontú szelek, hópelyhek zümmögik körül. József Attila: Derengı rózsa (részlet)

111 hókristályok: lemezek, csillagok Fehér hópelyhek, pici melódiák, Gazdátlan álmok, fagyott angyal-szárnyak, Jöjjetek, szálljatok, segítsetek A sárnak. Ady Endre: Sárban veszett hó (részlet)

112 hókristályok: csillagok Fehér szelek - csordában járnak - minthogyha lovak suhannának tiszta fagyból s nem láthatóan, szikrát üt patájuk a hóban. József Attila: Töredékek (részlet)

113 Téged siratlak, büszke sirató. Az Isten sem néz többé immár hátra És hull a rokkant, tömzsi kis tanyákra, Ó Ady, a magyar Ugarra hull a hó. József Attila: (Téged siratlak ) (részlet) hókristályok: hasábok / csillagok

114 Miért foglalkozunk a felhıkkel?

115 A felhık energiát szállítanak egyik helyrıl a másikra a párolgás révén a meleg felszíni vizekbıl látens hı vonódik el; a kondenzáció során egy másik régió fölött látens hı kerül a légkörbe; a hıszállítást hıszállítást a felhıben lévı víz végezte;

116 A látens hı felszabadulása Egy átlagos mérető zivatar tonna csapadékot ad. 1 kg víz kondenzációja J látens hıenergia felszabadulásával jár. a keletkezı kb tonna csapadék Joule hıenergia felszabadulásával jár.

117 A felhık módosítják a sugárzási mérleget azáltal, hogy visszaverik a Napból érkezı látható fényt (ily módon hőtik a Földet); és azáltal, hogy visszatartják a felszínrıl visszavert infravörös sugárzást (ily módon melegítik a Földet); a visszaverés/visszatart visszatartás s a felhıfajt fajtától l függ; f

118 A felhık sugárzási hatásai

119 Az infravörös tartományban A felhık elnyelik a hosszúhullámú felszíni kisugárzást, majd a felhı hımérsékletén azt kisugározzák; Cirrus: nagyon hideg kevés sugárzást bocsát ki; Stratus: : nagyon meleg alapvetıen úgy sugároz, mint a földfelszín; A látható tartományban A felhık a bennük lévı felhıcseppek számától függıen visszaverik a sugárzást; Cirrus: : vékony nem annyira visszaverı, mint a vastagabb és nagyobb víztartalmú felhık; Stratus: : vastagabb sok vízcseppecske erısen visszaverı;

120 Magas szintő felhık TISZTA HATÁS: melegedés Jégtőkbıl álló vékony, hideg felhık, melyek kevés napsugárzást vernek vissza. hımérsékletük rendkívül alacsony; az infravörös sugárzást alacsonyabb hımérsékleteken bocsátják ki; megakadályozzák, hogy a meleg felszín infravörös sugárzása eltávozzon a Földlégkör rendszerbıl;

121 Alacsony szintő felhık Nagyon vastag és nagy víztartalmú felhık a napsugárzás jelentıs részét visszaverik. Nagyon közel van a felszín a felhı hımérséklete lényegében megegyezik a felszínhımérséklettel. TISZTA HATÁS: hőtés az infravörös sugárzás kb. ugyanakkora mintha nem is lenne ott felhı!

122 Megoldásra váró problémák A felhık figyelembe vételével készülı klímamodelleknél szükség van a felhık fajtáinak és mennyiségeiknek a korrekciójára, ami bonyolult feladat; ha túlbecsüljük a magas felhıket túl nagy lesz a melegedés; ha túlbecsüljük az alacsony felhıket túl nagy lesz a hőlés; Meg kell értsük a felhık visszacsatolási mechanizmusait; A CO 2 okozta melegedés milyen változást idéz elı a globális felhızetben? A megnövekedett aeroszol szennyezettség hogyan befolyásolja a felhıfajtákat és azok mennyiségét? Megfigyelések A réteges felhık szerkezete nem látható a mőholdakról;

123 Mára befejeztük, jó éjszakát!