VESZÉLYES LÉGKÖRI JELENSÉGEK KÜLÖNBÖZŐ METEOROLÓGIAI SKÁLÁKON TASNÁDI PÉTER ÉS FEJŐS ÁDÁM ELTE TTK METEOROLÓGIA TANSZÉK 2013
VÁZLAT Veszélyes és extrém jelenségek A veszélyes definíciója Az extrém és ritka események A veszélyes jelenségek különböző skálái Időbeli és térbeli, az érintettség Példák (fizikai háttérrel) A konvektív örvények energetikája Nagy szélsebességek A nyomásesés Porördög, víztölcsér, tornádó, hurrikán A ciklonok klaszteresedése 2013.11.21. 2
NAGY IDŐSKÁLÁN H ő m é r s é k l e t v á l t o z á s A NAGY KIHALÁSOK (Term. Vil. 129. 3. 105) Ha a veszélyt a hőmérséklet alakulásában mérjük Az energiamérleg megbomlása: 4 4 E T T T T 4 4 E T T 2013.11.21. 1 fokos hőmérsékletnövekedés 1,4% os besugárzási többlet 3
RITKA ESEMÉNYEK OSZTÁLYOZÁSA 2013.11.21. 4
IPCC 2001 DEFINÍCIÓK Egyszerű extrém esemény Valamilyen lokális jellemző folytonos skálán meghaladja a kritikus értéket Komplex extrém esemény A veszélyes időjárás különböző változók kritikus kombinációjaként jön létre Extrém időjárási esemény Az időjárási esemény ritkább mint a 10. percentilis Extrém klimatikus esemény Bizonyos periódusban az időjárási esemény átlaga extrém 2013.11.21. 5
VESZÉLYES LÉGKÖRI FOLYAMATOK 2013.11.21. 6
KONVEKTÍV ÖRVÉNYEK ENERGETIKAI LEÍRÁSA KÜLÖNBÖZŐ SKÁLÁJÚ ÖRVÉNYEK: Porördög (dust devil) Víztölcsér (waterspouts) Tornádó Hurrikán Közös vonás: Középen szem típusú zóna Energetikailag Carnot szerű körfolyamat Rankin szerű örvényszerkezet Renno: Tellus (2008) 60A 688 2013.11.21. 7
KONVEKTÍV ÖRVÉNY TERMODINAMIKAI KÖRFOLYAMATA M A G A S S Á G ALUL: Meleg hőtartály FENT: Hideg hőtartály KÜLÖNLEGES TULAJDONSÁG: a-c közelítőleg izotermikus c-d adiabatikus (az abszolút örvényesség is megmarad) d-e izotermikus??? e-a adiabatikus A MUNKA DISSZIPÁLÓDIK ÉS A MELEG HŐTARTÁLYBA KERÜL VISSZA 2013.11.21. 8
AZ ELMÉLETI LEÍRÁS VÁZA A folyamatokra felírható Termodinamika I. főtétele A mozgásegyenletekből adódó munkatétel Összefüggés a nyomási depresszióra hatásfok becslés az örvényszerkezet figyelembevétele 2013.11.21. 9
A HATÁSFOK Tds irrevtagok Tds c a Tds irrevtag Tds c a rev Carnot Renno, 2008 Carnot T Z ( T ) 2 T a a a a a 2T Z a 2013.11.21. 13
EGY VADHAJTÁS A disszipatív fűtés növeli a hatásfokot! C W Q fel T T T 1 2 1 A SUPERCANE A trükk: a munka változatlan, de a felvett hőt csökkentjük a meleg hőtartályba történő visszatáplálás miatt W W 1 1 T T Qfel Qfel W Qfel T1 1 T2 1 W T T 1 2 1 2 M. Bister, K Emanuel Meteor. Atmos. Phys. 1997 A hurrikánok maximális sebessége: 2 Cent v C ( hhatr hteng ) C mom C Megnöveli a maximális szélsebességet 1 suph v T T 2 v h 2013.11.21. 14
A NEMHIDROSZTATIKUS NYOMÁSESÉS Összeadódik: a magon kívüli (munkatételből) számított és a magon belüli (Rankine örvényszerkezetből számított) nyomásesésből z p p p h W H ab nh a s na irrev s z p p p c T l q R H 2 2 nh a s p ab v ab s m s v 2 2 r 2 2 2 2013.11.21. 16
A TORLÓDÓ VESZÉLYES ESEMÉNYEK A biztosítási károk megnövekednek, ha egymást követik az extrém események 1999 3 vihar (Anatol, Lothar, Martin) 18,5 billió Eu 1990 8 vihar (10,5 billió Eu) Az újrabiztosítás növeli a biztosítási kockázatot A biztosítók modelljei független eseményekre alapoznak 2013.11.21. 17
A KLASZTERESEDŐ ESEMÉNYEK LEÍRÁSA I. Független események: homogén Poisson folyamat t P( N n) exp( t) n! Várható érték (E) megegyezik a szórásnégyzettel 2 E s t Empirikusan kiszámítva n 2 s 1 túlszórás klaszteresedés E 1 alulszórás regularizáció 2013.11.21. 18
KLASZTERESEDÉS SZEMLÉLETESEN Stephenson nyomán 2013.11.21. 19
A KLASZTERESEDŐ ESEMÉNYEK LEÍRÁSA II. Inhomogén Poisson folyamat (E változik időben) Poisson regresszió 15 ln( ) 0 k k k 1 x t x k 10 teleconnection index, 5 évszakra jellemző adat A paraméterek meghatározása maximum likelihood módszerrel. Mailier 1 hónapos klaszteresedés Vitoló 3 hónapos és csak az erős viharokra ( 850 a 90%-os kvantilis felett) Mailier at al. Monthly Wea. Rew. 154. (2006) 2224 Vitolo at al. Meteorol. Zeitschr. 18. (2009) 411 2013.11.21. 20
EREDMÉNYEK A ciklongyakorisághoz illesztett Poisson folyamat túlszórásából A véletlenszerűnél gyakoribb klaszteresedésre lehet következtetni Európában és a Csendes Óceán északi részének közepén Észak Amerikában nincsen klaszteresedés A Poisson regressziós modellel kimutatható: A ciklonok havi gyakorisága erősen függ a a szinoptikus skálánál alacsonyabb frekvenciájú klimatikus változóktól Öt teleconnection mintázat játszik fontos szerepet az európai ciklonok számában Európában az intenzívebb ciklonok az átlagosnál hajlamosabbak a klaszteresedésre 2013.11.21. 21
ÖSSZEFOGLALÁS A VESZÉLYES ÉS EXTRÉM ESEMÉNYEK DEFINÍCIÓJA NEM EGYÉRTELMŰ A VESZÉLYES ESEMÉNYEK OKAI ÉS GYAKORISÁGA A JELENSÉG FIZIKAI ÉRTELMEZÉSE A GYAKORISÁG STATISZTIKAI LEÍRÁSA A CIKLONPÁLYÁKAT A NAGY SKÁLÁJÚ MEZŐK MINTÁZATÁNAK VÁLTOZÁSA SZABJA MEG 2013.11.21. 22
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET