Légtömegek, idıjárási frontok, ciklonok

Átírás

1 Szép a tavasz és szép a nyár is, de szebb az ısz s legszebb a tél, annak, ki tőzhelyet, családot már végképp másoknak remél. József Attila: Ime, hát megleltem hazámat (részlet) Légtömegek, idıjárási frontok, ciklonok Makra László

2 Légtömegek és idıjárási frontok légtömegek: fizikai jellemzıiket tekintve közel k egynemő,, s nagy kiterjedéső légtestek (T > 10 5 km 2 ; tartózkod zkodási idı: 4-55 nap); A légtl gtömegek fizikai tulajdonságait a felszín n alakítja ki: a felszín hıháztartása egyensúlyi hımérsh rséklete; hımérséklete + a felszín n tulajdonságai gai vízgıztartalma; ztartalma; a felszín n sajátoss tosságai a levegıbe jutó szennyezıanyagok; vízgıztartalom ztartalom + szennyezettség átl tlátszósága;

3 A légtömegek konzervatív tulajdonságai A légtömegeknek vannak olyan fizikai tulajdonságai, melyeket áthelyezıdésüket követıen hosszabb idın át megıriznek. konzervatív tulajdonságok (a származás indikátorai); potenciális hımérséklet Ha egy légtömeget kiindulási nyomásáról (p 0 ) és hımérsékletétıl (T 0 ) száraz adiabatikusan 1000 mb nyomásra hozzuk potenciális hımérséklet (T( p ); (száraz adiabatikus folyamatok invariáns) ekvipotenciális hımérséklet Ha a p 0 nyomású és T e ekvivalens hımérséklető levegıt száraz adiabatikusan 1000 mb nyomásra hozzuk ekvipotenciális hımérséklet (T( ep ); (száraz és nedves adiabatikus folyamatok invariáns) a levegı vízgıztartalma homályossági tényezı

4 A napsugárzás gyengülése a valódi légkörben I 0 A di -α I ρ dz I B di = α I ρ dz

5 di di I B A di I Ha A-tól A B-ig B egységnyi keresztmetszeten hatol át a napsugárzás, akkor m-et a légkör optikai tömegének nevezzük. B A = α I ρ dz B A = α ρ di I B A = α dz = α ρ dz ρ dz = m m

6 I [ lni] I0 = α m ln I lni 0 = α m ln I I 0 = α m I = I e α 0 m Bouguer-Lambert törvény α e = q Ha akkor a következıt kapjuk: I = I q 0 m

7 Innen, ha merılegesen érkezik a napsugárzás, azaz, ha m=1 akkor I = I0 q és innen: q = I I 0 ahol q = az ideálisan tiszta légkör komplex átbocsátási együtthatója.

8 Az m relatív úthossz és s a Nap β magassági gi szöge között k a következı a kapcsolat: m=1 m m=1 sinβ = 1 m m = 1 sinβ α β Ha 0 α < 60 ahol α a Nap zenittávols volsága, akkor cosα = 1 m m 1 cosα = m= secα s innen: sec I = I0 q α

9 α > 60 0 Ha viszont akkor a szférikus atmoszféra és s a refrakció miatt a sec α már r nem használhat lható a légkl gkör m optikai tömegt megének kiszámítására. A q komplex átbocsátási si együtthat ttható néhány ny jellemzı értéke: ideálisan tiszta légkl gkörben: 0,90 valódi légkl gkörben: 0,70-0,85 az Egyenlítın: n: 0,72 a 75º földrajzi széless lességen: 0,82

10 Legyen α = a valódi légkl gkör r sugárz rzásgyengítési si együtthat tthatója; A = az ideálisan tiszta légkl gkör r sugárz rzásgyengítési si együtthat tthatója. Innen: T = α A Majd α-t t behelyettesítve tve a Bouguer-Lambert törvénybe: I = I e 0 AmT T = homályoss lyossági tényezt nyezı

11 Légtömeg-osztályozás 1. Termodinamikai szempont: hideg és meleg Egyensúlyi hımérséklettıl függ: Hideg légtömeg meleg felszín fölé ér felmelegedés alulról felfelé a környezeti hımérsékleti gradiens nagyobb lesz, mint a száraz (nedves) adiabatikus gradiens (Γ>γ(β)( instabil egyensúlyi állapot; Meleg légtömeg hideg felszín fölé ér lehőlés alulról felfelé a környezeti hımérsékleti gradiens kisebb lesz, mint a száraz (nedves) adiabatikus gradiens (Γ<γ(β) ( stabil egyensúlyi állapot; 2. Földrajzi szempont: származási hely

12 A Kárpát-medencében elıforduló légtömegek származási helye 1. Sarkvidéki légtömeg (AM = arktikus massza) 2. Mérsékelt övi tengeri légtömeg (mpm = maritim poláris massza) 3. Mérsékelt övi szárazföldi légtömeg (cpm = kontinentális poláris massza) 4. Szubtrópusi légtömeg (TM = tropikus massza) 5. Egyenlítıi légtömeg (EM = ekvatoriális massza)

13 Légtömegek származási helye

14 Légtömeg táblázat Vízgıztartalom alacsony magas alacsony magas magas Szennyezettség csekély csekély jelentıs a származási helytıl függ csekély Egyensúlyi helyzet Sarkidéki légtömeg (AM) instabil Mérsékelt övi tengeri légtömeg (mpm( mpm) nyáron instabil / télen stabil Északi-Jeges Jeges- tenger Atlanti-óceán (50-60 o ) Mérsékelt övi szárazföldi légtömeg (cpm( cpm) nyáron instabil / télen stabil Szubtrópusi légtömeg (TM) instabil Egyenlítıi légtömeg (EM) talaj közelben ritkán Származási hely Szibéria Atlanti-óceán (25-40 o É), É-Afrika, Arábia afrikai, atlanti- óceáni trópusok egyéb mindig hideg nyáron hővös, télen enyhe nyáron meleg, télen a leghidegebb csak a nyári félévben fordul elı; nyáron a legmelegebb ritka, csak a magasabb légrétegben

15 Északi Jeges Jeges-Tenger

16 Atlanti-óceán

17 Szibéria

18 Idıjárási frontok Közép-Európa fölött általában szubtrópusi és mérsékelt övi, illetve mérsékelt övi és sarkvidéki légtömegek találkoznak. Idıjárási frontfelület: Két különbözı légtömeg között a levegı fizikai tulajdonságaiban éles ugrásszerő változást mutató zóna. Idıjárási front: A frontfelületnek a földfelszínnel való metszésvonala. Két oldalán a légtömegek konzervatív tulajdonságai ugrásszerően megváltoznak. Anafront: A frontfelület azon szakaszai, ahol emelkedı légmozgás tapasztalható. Katafront: A frontfelület azon szakaszai, ahol leszálló légmozgás tapasztalható.

19 Átlátszó kísérleti kád kiemelhetı válaszfallal. Bal rekeszébe sőrőbb folyadékot (hidegebb, illetve sósabb vizet) töltünk, mint a másikba. a) Az induló front alakja, közvetlenül a válaszfal eltávolítása után. b) A légköri hidegfront alakja I.

20 b) A légköri hidegfront alakja II.

21 b) A légköri hidegfront alakja III.

22 b) A légköri hidegfront alakja IV.

23 A haladó front felsı határán a Kelvin Helmholtz instabilitás következtében jellegzetes fodrozódás jelenik meg. Egy természeti példa a Kelvin Helmholtz instabilitás jelenlétére: A felhı alatti és fölötti levegıréteg egymáshoz viszonyított mozgása miatt a határfelületen megjelenik a jellegzetes fodrozódás.

24 A frontfelületnek a vízszintes síkkal bezárt hajlásszöge (Margules-formula): 2 ω sinϕ v tgα = Tm g T Az idıjárási frontok fajtái: a. melegfront; b. hidegfront (elsıfajú- és másodfajú hidegfront); c. okklúziós front (hidegfronti- és melegfronti okklúzió); d. veszteglı front;

25 A melegfront Mily könnyü szél, meleg borulat!... A pár fa mely szők telkemen áll, ugy nyujtja ágát óvatosan, mintha lesné hogy esik-e már? Szinte látom amint csakugyan ráhull az elsı mennyei könny, hogy borzong törzsén titkosan át a félelem és az öröm. Babits Mihály: Mily könnyő szél, meleg borulat!...(részlet)

26 a. melegfront Két napja így zuhog s hogy ablakom nyitom, Páris tetıi fénylenek felhı telepszik asztalomra s arcomra nedves fény pereg. Radnóti Miklós: Hispánia, Hispánia (részlet) frontvonal elıtti csapadékzóna, szélessége km; Ns: : egyenletes csendes esık; az esırétegfelhı alapja nyáron m, télen m, a teteje km-en található; a front hossza néhány ezer km; v= 0,6 v g vonulása lassú, ; a front elıtt p süllyed, áthaladtával p süllyedése megáll, a csapadék megszőnik, az ég kitisztul;

27 A hidegfront Düh csikarja fenn a felhıt, fintorog. Nedves hajjal futkároznak meztélábas záporok. Elfáradnak, földbe búnak, este lett. Tisztatestü hıség ül a fényesarcu fák felett. Radnóti Miklós: Naptár, július (részlet)

28 b. hidegfront b1. elsıfajú hidegfront lassúbb mozgású, kevésbé energikus hidegfrontok; felhırendszere a Cb kivételével a melegfrontéra emlékeztet; frontvonal utáni csapadékzóna keskenyebb, mint a melegfronté; Cb: : záporos csapadékok; A felhı megszakad, Nyilása tőz, patak; Zúgó sebes özönt A rézcsatorna önt Budának tornyiról. Arany János: V. László (részlet)

29 b2. másodfajú hidegfront gyorsabb mozgású, energikus hidegfrontok; a frontfelület magasabb részén aktív lesiklási felület: katafront; felhırendszere a katafront jelleg miatt keskeny; orránál tornyos gomolyfelhık; a frontvonal mentén heves záporok; a csapadéksáv jóval keskenyebb, mint az elsıfajú hidegfrontnál; a front átvonulása után a katafront jelleg miatt a felhızet hamar feloszlik; a front átvonulása után az ingatag egyensúlyi állapotú hideg légtömegben gomolyfelhık, helyi záporok;

30 A zivatarfelhık struktúrája és a levegı áramlása zivatarokban, illetve közvetlen környezetükben Légtömegen belül kialakuló zivatarfelhık fejlıdésének három fázisa. (1) fejlıdı állapot: a felhı nagy részében a levegı felfelé áramlik, kialakulnak a felhı- és csapadékelemek (vízcseppek: tömött körök; jégszemek: üres körök; jégkristályok: hatszögek). (2) kifejlett állapot: a felhı eléri legnagyobb magasságát, megkezdıdik a csapadék kihullása, s egyúttal a felhı egy részében a levegı lefelé kezd áramolni. (3) disszipációs (leépülı) állapot: a csapadékhullás intenzitása gyengül, a felhı nagy részében a levegı lefelé áramlik és kialakul a felhı üllıje.

31 Többcellás zivatarfelhı függıleges metszete (meteorológiai radaron látható kép alapján készült) A felhıben egyszerre vannak jelen a fejlıdı (n, n+1), kifejlett (n-1) és leépülı (n-2) fázisban lévı tartományok. A nyíllal ellátott vonalak a légáramlás irányát jelzik. A kis fehér körök sorozata pedig a jégszemek egy lehetséges pályáját mutatja.

32 Szupercella sematikus képe A feláramlási csatorna tengelyében gyakran alakul ki tornádó, de a csapadékhullást kísérı kifutó szél sebessége is elérheti a km/h-t. A szél mellett jelentıs károkat okozhat az intenzív jégesı is. A feláramlási csatorna feletti dóm magassága akár a km-t is elérheti. A zivatarfelhı üllıjének horizontális kiterjedése kb. 100 km.

33 szupercellák, Kanadai Alföld monszunális szupercella Bangladesh és India ZIVATAROK konvekció, túlfejlett tetık, kiáramlás, és üllıképzıdés 36

34 a másodfajú hidegfrontok nyári kísérıjelensége az ál-hidegfront; kifutó szél: erıs légnyomás-ingadozás, hımérséklet- csökkenés, gomolyos felhızet, heves záporok álfront; instabilitási si vonal: az álhidegfrontnak a felszínnel alkotott metszésvonala; svonala;

35 A zivatarfelhı kifutó szelének hatása a szélviszonyok alakulására vékony fekete nyilak: a szélirány négy különbözı pontban a kifutó szél megérkezése elıtt; vastag fehér nyilak: a kifutó szél iránya; vastag fekete nyilak: a szél iránya a kifutó szél megérkezése után; a nyilak hossza arányos a szélsebességgel; fehér kör: a zivatarfelhı helye;

36 c. okklúziós (záródott) front Ha a gyorsabban mozgó hidegfront utoléri az elıtte haladó melegfrontot, akkor a két frontfelület összeér okklúzi ziós s front; c1. hidegfronti okklúzi zió; c2. melegfronti okklúzi zió; két frontfelületet tartalmaz felhızete kevert, csapadéka vegyes; átvonulásakor kevésbé éles a hımérséklet-változás, mint a tiszta frontok esetében;

37 Okklúziós front

38 Hidegfronti és melegfronti okklúzió hidegfronti okklúzió melegfronti okklúzió

39 Fronthelyzetek

40 Stacionárius front Ilyenkor több napig tartó felhıs és esıs idı várható. A Kárpát-medencében gyakori.

41 A földfelszín hatása az idıjárási frontokra álfront: a felszínk nközelben néhány ny meteorológiai elem értékében kis területen belül l nagy változv ltozást észlelünk, de nincs front; álcázott front: olyan frontok, amelyeknél l a felszínk nközelben a hımérséklet-változás s ellentétes tes azzal, mint amit a front típusa alapján n várhatnv rhatnánk. nk. hegygerincek légáramll ramlásokat eltérítı hatása sa; északnyugati hidegbetörés Alpok déli ág: a Rhône ne-völgyében (mistral( mistral); délkeleti ág: az Alpok és s a KárpK rpátok között, k a Dévényi D kapun át; Verecke híres útján n jöttem j én, Fülembe még m ısmagyar dal rivall, Szabad-e Dévénynél betörn rnöm Új j idıknek új j dalaival? Ady Endre: Góg és Magóg fia vagyok én (részlet)

42 hegygerincek légáramll ramlásokat eltérítı hatása; b. keleti hidegbetörés Kárpátok nyugati ág: a Német-Lengyel síkság g felé délnyugati ág: az Alpok és s a KárpK rpátok között, k a Dévényi kapun át t fordul délkelet d felé; déli ág: Keleti-Kárp rpátok Havasalföld ld Alduna Kárpát-medence délnyugati + déli d ág orografikus okklúzi zió; fın; álcázott front; álfront;

43 Vertikális mozgások és felhıképzıdés idıjárási frontokban

44 Ciklonok és anticiklonok

45 A bárikus mezı alapvetı formái: a. ciklonok zárt, koncentrikus izobárokkal körülhatárolt alacsony nyomású területek; benne horizontálisan az óramutató járásával ellentétes összeáramlás (konvergencia), vertikálisan pedig spirális föláramlás tapasztalható mérsékelt övi ciklonok trópusi ciklonok átlagos 1000 mb 900 mb mb 887 mb p átlagos p min 930 b. anticiklonok zárt, koncentrikus izobárokkal körülhatárolt magas nyomású területek; benne vertikálisan leáramlás, horizontálisan pedig az óramutató járásával megegyezı szétáramlás (divergencia), tapasztalható anticiklonok átlagos 1020 mb max 1050 mb,, de Szibéria, téli anticiklon: mb p átlagos p max

46 Ciklonok és idıjárási frontok A ciklon körkörös izobárokkal határolt alacsony nyomású légörvény, benne a levegı hideg- és melegfrontban áramlik;

47 Mozgásformák - ciklon és anticiklon

48 Ciklonban Anticiklonban belsejében légnyomás- minimum; izobárfelületei tölcsér alakúak; a szélirány az izobárok mentén az óramutató járásával ellentétes (északi félgömb); ciklonbelsı: összeáramlás (konvergencia); emelkedı légmozgás; felhı- és csapadékképzıdés; belsejében légnyomás- maximum; izobárfelületei kupola alakúak; a szélirány az izobárok mentén az óramutató járásával megegyezı (északi félgömb); anticiklon-belsı: szétáramlás (divergencia); leszálló légmozgás; felhıoszlató hatás;

49 c. légnyomási gerinc: nem zárt izobárokkal határolt magas nyomású sáv; d. légnyomási teknı: nem zárt izobárokkal határolt alacsony nyomású sáv; e. nyereg: olyan légnyomási képzıdmény, mely két alacsony és két magas nyomású térség között található;

50 Mérsékelt övi ciklon

51 A mérsékelt övi ciklon keletkezése I. a sarkvidéki és a mérsékelt övi légtömegek határán: ϕ ; arktikus, stacionárius éghajlati front; keletkezésük módja (Bjerknes( és Solberg elmélete); a hideg és meleg légtömeget elválasztó egyenes vonalú zóna mentén horizontális hullámzás keletkezik stabilis hullámok (λ km; ok: a levegı összenyomhatósága, nehézs zségi erı, Coriolis erı) nincs ciklonképz pzıdés; labilis hullámok (λ több ezer km; földrajzi f okok eltérı levegısőrőség; g; orográfia fia, óceán- kontinens eltérı fajhı, tengeráraml ramlások;

52 A mérsékelt övi ciklon keletkezése II. a mérsékelt övi ciklon meleg nyelvének elıoldala: melegfront, hátoldala: hidegfront; az éghajlati fronton keletkezı ciklon: fiatal ciklon; ha a hidegfront utoléri a melegfrontot, a ciklon elöregszik okkludálódik dik; a mérsékelt övi ciklon közepes vonulási sebessége: 30 km/óra, télen nagyobb, nyáron kisebb; keletkezésük helye: nagyobb részük: az arktikus éghajlati front Izland környéki szakaszán; kisebb részük: a poláris éghajlati front mentén, a Földközi-tenger északi medencéjében (ϕ 40( 0 );

53 A mérsékelt övi ciklon keletkezése III. A könnyebb meleg levegı betüremkedik a hideg levegıbe. A betüremkedı meleg nyelvben alacsony nyomású rész alakul ki. Betüremkedés NY-K Fiatal ciklon

54 A mérsékelt övi ciklon keletkezése IV. Az elıoldal melegfront jellegő, a hátoldalon hideg légtömegek hidegfrontként viselkedik. Hideg és meleg szektor alakul ki. A hidegfront utoléri a melegfrontot, a ciklon elöregedik, okkludálódik. Vonulási irány: NY---K, átlagos sebesség: 30 km h -1

55

56 Trópusi ciklonok I.

57 Trópusi ciklonok II. Izabella szeme Izabella hurrikán,

58 Trópusi ciklonok III.

59 Trópusi ciklonok IV. keletkezésük feltétele: a meleg-nedves trópusi légtömegek erıs termodinamikai instabilitása révén; csak olyan tengerek fölött keletkeznek, ahol a felszíni vízhımérséklet nagyobb 26 0 C-nál; átmérıjük: néhányszor 10 km (a mérsékelt övi ciklonoké több száz km); energiájuk: az Egyenlítı két oldalán a nedves levegı kiterjedt, gyors feláramlása kondenzáci ció óriási mértm rtékő hıenergia- felszabadulás;

60 Trópusi ciklonok V. bárikus gradiensük: a ciklon belsejében óriási mértm rtékő hıenergia- felszabadulás igen nagy bárikus gradiens; belsejükben a szélsebesség: v max = 300 km h - 1 ; ez többszöröse a mérsékelt övi ciklonokénak; szerkezetük: homogén belsejükben nincsenek idıjárási frontok; középpontja a ciklon szeme: felhımentes, leszálló légáramlások; d km; körülötte viharzóna: d km; v m sm - 1 ; heves feláraml ramlások, fejlett Cb-felh felhızet, h Cb km; intenzív v záporok, z zivatarok;

61 Trópusi ciklonok VI. nincsenek benne idıjárási frontok; km széles; középen a szeme; viharzóna veszi körül; talaj közeli szélsebesség: m sm - 1 ; heves feláramlás (Cb( Cb); nagy intenzitású zápor, zivatar; K- és DK-Ázsia: tájfun; Bengáli-öböl: orkán; Közép-Amerika: hurrikán; a tenger hımérséklete > 26 º C; május október között fordul elı; A tornádó nem trópusi ciklon!!!

62 Trópusi ciklonok VII.

63 Trópusi ciklonok VIII.

64 Trópusi ciklonok IX.

65 Trópusi ciklonok (hurrikánok, tájfunok, orkánok) pályái. Keletkezésük helye: ahol a tenger vízhımérséklete: t >26ºC

66 Egy trópusi ciklon útvonala

67

68 Az Andrew hurrikán, amint eléri Floridát, Miamitól délre, 1992 augusa ugusztusus 24. A mért maximális szélsebesség: 220 km h - 1.

69 Egy trópusi ciklon radarképe

70 A Hugo hurrikán átvonulása után, Dél-Karolina arolina,, A hurrikán által elıidézett vihardagály kivételesen magas vízszinttel zúdult a partra. Az okozott ozott kárt tovább fokozza ha az dagálykor érkezik, továbbá sekély a vízmélység és sík a tengerpart.

71 Katrina

72 Katrina hurrikán, New Orleans, 2005

73 Trópusi ciklonok tornádók Tornádók keletkezésük helye: szárazföld fölött; keletkezésük feltétele: hideg és meleg légtömegek találkozása; hatalmas kinetikus energia szupercellák; keletkezésük tartama: rendkívül gyors, mindössze 0,5 1 óra is lehet; lefolyásuk / áthaladásuk tartama: rendkívül gyors, mindössze néhány perc is lehet; átmérıje: mindössze max. néhány száz méter; benne a max. szélseb.: v max 500 km h -1, nagyobb, mint a trópusi ciklonban; ahol átsöpör, mindent elpusztít; Trópusi ciklon Tornádó

74 Tornádók

75 Tornádók

76 Tornádó

77 Tornádó

78 Tornádó lábnyoma

79 A tornádók Fujita-féle kategorizálása (USA) Az osztályozás alapja az okozott kár nagysága. kategória szélsebesség (m s -1 ) az okozott kár nagysága a kár jellege F kicsi kémények dılnek le, fiatal fák és közlekedési táblák dılnek ki F közepes háztetık szakadnak fel, gépjármővek borulnak fel, vagy sodródnak le az útról F jelentıs tetıszerkezetek szakadnak fel, gépjármővek törnek össze, nagyobb fák törnek ki, vagy gyökerestül csavarodnak ki, kisebb tárgyak sodródnak a levegıben F komoly kıházak falai dılnek össze, vonatszerelvények borulnak fel, minden fa kidıl, vagy kitörik, gépjármővek emelkednek fel, és métereket repülnek a levegıben F szinte minden megsemmisül az épületek többsége a földdel válik egyenlıvé, tetıszerkezetek, gépjármővek és nagyobb tárgyak repülnek a levegıben F teljes megsemmisülés vasbetonból álló házak dılnek össze, nehéz gépjármővek és darabjaik több száz méternyit repülnek a levegıben.

80 Tornádók osztályozása a TORRO (Nagy-Britannia) skála alapján (TORRO Tornado and Storm Research Organization) Az osztályozás alapja a tornádó érintı irányú szélsebessége skála sebesség (m s -1 ) a tornádó jellemzése T gyenge T mérsékelt T közepes T erıs T heves T intenzív T mérsékelten pusztító T erısen pusztító T hevesen pusztító T intenzíven pusztító T totálisan pusztító

81 Mára befejeztük, jó éjszakát!