Légtömegek, idıjárási frontok, ciklonok

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

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;

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

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)

Légtömegek származási helye

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

Északi Jeges Jeges-Tenger

Atlanti-óceán

Szibéria

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.

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.

b) A légköri hidegfront alakja II.

b) A légköri hidegfront alakja III.

b) A légköri hidegfront alakja IV.

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.

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;

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)

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 200-300 km; Ns: : egyenletes csendes esık; az esırétegfelhı alapja nyáron 1000-1500 1500 m, télen 600-800 m, a teteje 6-86 8 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;

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)

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)

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;

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.

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.

Szupercella sematikus képe A feláramlási csatorna tengelyében gyakran alakul ki tornádó, de a csapadékhullást kísérı kifutó szél sebessége is elérheti a 100 150 km/h-t. A szél mellett jelentıs károkat okozhat az intenzív jégesı is. A feláramlási csatorna feletti dóm magassága akár a 14-15 km-t is elérheti. A zivatarfelhı üllıjének horizontális kiterjedése kb. 100 km.

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

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;

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;

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;

Okklúziós front

Hidegfronti és melegfronti okklúzió hidegfronti okklúzió melegfronti okklúzió

Fronthelyzetek

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

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)

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;

Vertikális mozgások és felhıképzıdés idıjárási frontokban

Ciklonok és anticiklonok

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 930-950950 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: 1050-1080 1080 mb p átlagos p max

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

Mozgásformák - ciklon és anticiklon

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;

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;

Mérsékelt övi ciklon

A mérsékelt övi ciklon keletkezése I. a sarkvidéki és a mérsékelt övi légtömegek határán: ϕ 50 0 70 0 ; 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 100-300 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;

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 meleg- frontot, 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 );

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

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

Trópusi ciklonok I.

Trópusi ciklonok II. Izabella szeme Izabella hurrikán, 2003. 09. 13.

Trópusi ciklonok III.

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;

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 10 30 km; körülötte viharzóna: d 20 50 km; v 50 60 m sm - 1 ; heves feláraml ramlások, fejlett Cb-felh felhızet, h Cb 10-12 12 km; intenzív v záporok, z zivatarok;

Trópusi ciklonok VI. nincsenek benne idıjárási frontok; 10-30 km széles; középen a szeme; viharzóna veszi körül; talaj közeli szélsebesség: 50-60 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!!!

Trópusi ciklonok VII.

Trópusi ciklonok VIII.

Trópusi ciklonok IX.

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

Egy trópusi ciklon útvonala

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

Egy trópusi ciklon radarképe

A Hugo hurrikán átvonulása után, Dél-Karolina arolina,, 1989. 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.

Katrina

Katrina hurrikán, New Orleans, 2005

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

Tornádók

Tornádók

Tornádó

Tornádó

Tornádó lábnyoma

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 F0 18 32 kicsi kémények dılnek le, fiatal fák és közlekedési táblák dılnek ki F1 33 50 közepes háztetık szakadnak fel, gépjármővek borulnak fel, vagy sodródnak le az útról F2 51 70 jelentıs tetıszerkezetek szakadnak fel, gépjármővek törnek össze, nagyobb fák törnek ki, vagy gyökerestül csavarodnak ki, kisebb tárgyak sodródnak a levegıben F3 71 92 komoly kıházak falai dılnek össze, vonatszerelvények borulnak fel, minden fa kidıl, vagy kitörik, gépjármővek emelkednek fel, és métereket repülnek a levegıben F4 93 116 szinte minden megsemmisül az épületek többsége a földdel válik egyenlıvé, tetıszerkezetek, gépjármővek és nagyobb tárgyak repülnek a levegıben F5 117 142 teljes megsemmisülés vasbetonból álló házak dılnek össze, nehéz gépjármővek és darabjaik több száz méternyit repülnek a levegıben.

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 T0 17 24 gyenge T1 25 32 mérsékelt T2 33 41 közepes T3 42 51 erıs T4 52 61 heves T5 62 72 intenzív T6 73 83 mérsékelten pusztító T7 84 95 erısen pusztító T8 96 107 hevesen pusztító T9 108 120 intenzíven pusztító T10 121 134 totálisan pusztító

Mára befejeztük, jó éjszakát!