Meteorológiai ismeretek - Az éghajlati rendszer - Éghajlatunk titkai
Meteorológiai ismeretek > Meteorológiai elemek

Meteorológiai elemek: hőmérséklet, légnyomás, szél, felhőzet, csapadék

A hőmérséklet magassággal történő változása


Hőtérkép

Alapvetően a napsugárzást elnyelő felszín melegíti a légkört. A légkör saját elnyelése csak csekély melegedést okoz, ezért mondjuk azt, hogy a légkör alulról melegszik fel. Ez a melegedés főként függőleges légáramlásokkal történik. A troposzférában a légkör alulról történő melegedése okozza a hőmérséklet magassággal történő csökkenését. Általános megállapítás, hogy a magasság növekedésével csökken a hőmérséklet. Az átlagos hőmérsékletcsökkenés 100 méterenként a száraz levegőben 1°C, a nedves levegőben 0,65 °C. A troposzférában a hőmérséklet a magassággal általában csökken, előfordul azonban olyan eset, amikor a hőmérséklet a magassággal növekszik. Ez a jelenség, ha közvetlenül a talaj közelében jelentkezik; a talaj menti inverzió. Kialakulásának feltétele a szélcsend és a derült, felhőtlen éjszaka. Ekkor a földfelszín kisugárzása nagy, emiatt a talaj közelében erős a lehűlés. A talaj menti inverzió, amely gyakran sűrű köddel jár, a nappali felmelegedés és megerősödő szél hatására a következő nap délelőttjén rendszerint feloszlik.

Maximumhőmérséklet:
A maximumhőmérséklet az adott időszakban várható vagy már megfigyelt legmagasabb hőmérsékletet jelenti.

Minimumhőmérséklet:
A minimumhőmérséklet az adott időszak várható, illetve mért legalacsonyabb hőmérsékletét mutatja.

Napi középhőmérséklet:
a hőmérséklet napi középértéke.

A 2 m-es léghőmérséklet szabályos mérőműszere

A légnyomás

A légkör vastagsága nehezen meghatározható, a levegő részecskék sűrűsége a Föld tömegvonzása miatt a felszín közelében a legnagyobb, felfelé gyorsan ritkul. Egy területegység fölött elhelyezkedő légoszlop ezért nyomást gyakorol a felszínre, ezt a nyomást nevezzük légnyomásnak. Mivel a levegő sűrűsége fizikai hatások, elsősorban a hőmérsékletváltozás következtében változik, egy levegőoszlop tömege, tehát a légnyomás sem állandó, hanem folyamatosan változó a légkörben, a nyomásváltozás pedig mozgató rúgója a légkör hullámzásainak, áramlásainak. A légnyomás mértékegysége a hPa (hectopasquall). Az átlagos légnyomás a földfelszínen 1013 hPa. 10 km magasságban a légnyomás már csak 225 hPa, azaz a felszíni légnyomás 1 része, 80 km magasságban pedig mindössze 0,01 hPa, azaz a felszíni nyomás tízezred része. 800 km magasságban kezdődik az a réteg, ahol egyes levegőrészecskék már kiszabadulnak a Föld tömegvonzásából és távoznak a világűr felé, de még 1000 km-es magasságban is kimutathatók levegőrészecskék. Ezért nehéz meghatározni légkörünk felső határát. A tengerszintre átszámított légnyomás megadja, hogy mekkora lenne a légnyomás az észlelési pont alatt a tenger szintjében, 0 méteren, ha a közbeeső teret levegő töltené ki. Ez egy megállapodáson alapuló fiktív érték, alkalmazására azért van szükség, mert a meteorológiai állomások különböző magasságokban mérnek, és az összehasonlíthatóság érdekében a légnyomás értékét 0 °C-ra és tengerszintre számítják át. A légnyomásnak napi menete van. Délelőtt és éjfél körül nő, délután pedig csökken. Ezt a jelenséget a Nap és a Hold állása okozza, és csak állandó időjárási körülmények között figyelhető meg. A légnyomás területi eloszlásának rendszerét légnyomási vagy bárikus mezőnek hívjuk. Az egyenlő nyomású pontokat összekötve a térképeken kirajzolódnak a bárikus mezők. A bárikus mezőkben láthatók a légnyomási képződmények, köztük a ciklonok, anticiklonok. A szakemberek a légnyomás alakulását időjárási térképeken jelölik. A légnyomás mérésére a barométert használjuk. A barométer a megfigyelés helye fölötti légoszlop nyomását mutatja. A hideg levegő nehéz, ilyenkor a műszer magas légnyomást mutat. A meleg levegő könnyebb a hidegnél, így az érzékelő csökkenő légnyomást jelez.

Szél

A légkör állandó mozgásban van, ritka eset, amikor nincsenek vízszintes és függőleges légáramlások. A vízszintes légáramlást nevezzük szélnek. A felszínen különböző áramlási és termikus okból jelenlevő vízszintes irányú nyomáskülönbségek kiegyenlítődésre törekszenek, az így meginduló, kiegyenlítődésre törekvő tömegáramlás a szél. A szél a magas nyomás felől az alacsony nyomású terület felé fúj, azonban a Föld forgásából származó eltérítő erő miatt ettől az iránytól az északi féltekén jobbra tér el. A nyomáskülönbség és a szél erőssége egyenesen arányos, ez azt jelenti, hogy ha nagyobb a nyomáskülönbség, erősebb szél fúj. 1805-ben Beaufort 12 kategóriából álló tapasztalati skálát állított fel a szélsebesség meghatározására. A szél erősségét a szél által kiváltott természeti jelenségek alapján osztályozta. Ezt a tapasztalati skálát a vitorlázók ma is használják. A meteorológiában a szélsebességet általában m/s-ban (méter/secundum), a köznapi életben inkább km/h-ban (kilóméter/óra) mérjük. Az angol nyelvterületeken mérföld/órában vagy csomó-ban (knot) mérik a szél sebességét. 1 m/s = 3,6 km/óra = 2,237 mérföld/óra A talajfelszínnel és a tereptárgyakkal való súrlódás, valamint a helyi hőmérsékleti különbségek miatt a légáramlás sosem egyenletes, hanem lökésszerű. A széllökés általában 20-40 %-kal haladja meg a szél átlagsebességét. Éjjel a szél gyengébb és kevésbé "lökéses", mint nappal.

Szélirány


Kanalas-zászlós kombinált szélmérő
A szél irányát égtájjal jelöljük, mindig ahonnan fúj. Az égtájak nevei szerint a szél négy főiránya a következők lehetnek:

Észak (É) = North (N)
Dél (D) = South (S)
Kelet (K) = East (E)
Nyugat (Ny) = West (W)

A négy főirány mellett 12 mellékirányt különböztetünk meg.
Az ábrázolásoknál a szakemberek és a repülősök a szél irányát gyakran fokokban fejezik ki, ezt vagy a fő/mellékirányok (égtájak) vagy az északi iránnyal jobbforgással bezárt szög megnevezésével adják meg. A szinoptikus meteorológiai, repülésmeteorológiai és többnyire a környezetvédelmi gyakorlatban a fokokat használják, 10 foknyi tartományokra kerekítve azokat (tehát 36 fokozatú szélirány-skálát alkalmaznak).

 

Szélfajták

A szél nem csak térben nagy- , hanem egészen kis területeken is megjelenhetnek. Ezek az úgynevezett helyi szelek. Ezek különböző felszínek, különböző mértékben való felmelegedése révén alakulnak ki, amelynek oka a felszínek különböző napsugárzás elnyelő képességben rejlik. A felszínek sugárzás elnyelő képességéről a Napsugárzás című fejezetben már olvashattunk.
A tavi-, tengeri szél - a tó-, tengerpartokon tapasztalható - napszakosan váltakozó irányú szél. Nappal a szárazföld gyorsan és intenzíven melegszik, így melegebb lesz, mint a tó vagy a tenger felszíne. Emiatt a levegő a felszín közelében a hidegebb, magasabb nyomású vízfelszín felől a melegebb, alacsony nyomású szárazföld felé áramlik. A magasban aztán záródik a kör, és a szárazföld felől áramlik a levegő a víz felé. Éjjel a helyzet fordított. A tenger, óceán nehezebben hűl le, ezért éjszaka a vízfelszín lesz a melegebb és a levegő a hidegebb szárazföld felől áramlik a melegebb tenger felé, és a magasban záródik a kör.
Ezt a jelenséget nevezzük parti-, szárazföldi szélnek. Ilyen szelekkel találkozunk a Balatonnál is.
Főn- és bukószelek a magas hegyvidékeknél alakulnak ki. A hegység felé áramló levegőt a szél a magasba kényszeríti. A hegycsúcson, a főn a levegő irányt vált, és a völgy felé veszi az útját. Az emelkedés közben a levegőre egyre kisebb nyomás hat, ezért a hőmérséklet 100 méterenként közel 1 °C-ot csökken. Ezt hívjuk adiabatikus lehűlésnek. A felemelkedett levegő azonban még tartalmaz vízpárát, amely a lehűléssel felhővé alakul és csapadék formájában lehull. A felszabaduló hő felmelegíti a levegőt, és közel 100 méterenként hozzávetőlegesen 0,5 °C -kal csökkenti a lehűlést.
A hegyvidéki szél napszaktól függő irányú helyi szél. Nappal a hegyoldalakon a domborzat hatása miatt a levegő jobban felmelegszik, mint a völgyekben. Emiatt a levegő a völgyekből áramlik a hegycsúcsok irányába (völgyi szél), éjjel viszont a hegycsúcsokon hűvös levegő megindul a völgyek felé. Ezek a hegyi szelek.
A helyi szelek természetesen csak akkor figyelhetők meg, ha egyébként nagyobb térségű légköri folyamat nem zavarja meg kialakulásukat.
Léteznek olyan helyek, ahol bizonyos irányú szelek nagyobb gyakorisággal, bizonyos rendszerességgel fordulnak elő, és jellegzetes időjárási jellemzőkkel bírnak.
A legismertebb helyi szelek az alábbiak:
A légkör függőleges légáramlásai kialakulhatnak egyrészt valamilyen akadállyal való találkozás miatti kényszerpályán való áramlással, például egy hegység emelőhatásakor. Emelkedő áramlások alakulhatnak ki továbbá a felmelegedés következtében előálló hőmérséklet- és sűrűségkülönbség miatt is. Ilyenkor a levegő szabadon emelkedik a magasba. Ezeket termiknek hívjuk.
A troposzféra és a sztratoszféra határán hozzávetőlegesen 8-12 km közötti magasságokban a 30°-40° szélességek környékén erőteljesen megnövekszik a szélsebesség. Ezt a jelenséget és légtömeget futóáramlásnak, angolul jet stream-nek nevezzük. A futóáramlás körbehálózza az egész Földet. Nyáron a 40° szélességi fok fölött található, télen az Egyenlítő felé a 32° szélességi fok felé húzódik.

A szél mérése


"Sodar" hangradar a szél méréséhez
A szelet szélzászló-hálózattal mérik. A mérő részt általában 10 méter magasságban helyezik el. A műszerek elhelyezésénél ügyelni kell, arra, hogy a környező fák, épületek ne módosítsák a szél áramlását. A szakemberek a szélzászlón kívül szélíró műszerekkel is regisztrálnak. Kisebb szélsebességek mérésére a kézi kanalas szélmérőt, nagyobb szelek mérésére pedig az úgynevezett wind profiler-eket alkalmazzák.

Csapadék- és felhőképződés


A Doppler-radar csapadék megjelenítése.
A víz három halmazállapotban is jelen van a légkörben: légnemű halmazállapotban vízgőz formájában, folyadékállapotban az esőcseppek formájában, és szilárd halmazállapotban a jégszemek, vagy a jégtűk formájában. A különböző halmazállapotok között halmazállapot-változások zajlanak le. A szilárd és a folyadék állapot között megy végbe az olvadás és a fagyás. A folyékony és a légnemű állapot között a párolgás és lecsapódás, a szilárd és a légnemű között a szublimáció(a jég vízgőzzé alakulása) és a depozíció(a vízgőz jégkristályokká alakulása). Ezek az átalakulások egy része energiát termel, míg más részéhez energia kell. Energia kell a párolgáshoz, olvadáshoz, szublimációhoz, viszont energia szabadul fel a fagyáskor, a lecsapódáskor, illetve a depozíció során.

Egy adott levegőtérfogat a hőmérsékletétől függően különböző mennyiségű vízgőzt képes csak magába foglalni. Akkor mondjuk egy levegőtérfogatra, hogy telített, ha az adott hőmérsékleten már magába több vízgőzt nem képes befogadni. Minél magasabb egy levegő hőmérséklete, annál több vízgőzt képes magába foglalni. Ha egy telítetlen levegőtérfogatot elkezdünk lehűteni, egy idő után elérjük a harmatpontot, azt a hőmérsékleti értéket, amelyre lehűtve a levegő telítetté válik, további hűtéskor a felesleges nedvesség folyékony víz formájában kicsapódik.
Azt a maximális vízgőzmennyiséget, amelyet 1m3 levegő adott hőmérsékleten befogadni képes telítési abszolút nedvességnek nevezzük, mértékegysége g/m3. A relatív nedvesség pedig azt fejezi ki, hogy az aktuálisan jelenlevő vízgőzmennyiség hány százaléka az adott hőmérsékleten maximálisan lehetséges vízgőzmennyiségnek. A telített levegő relatív nedvessége 100%.

Csapadékfajták

A csapadék cseppfolyós vagy szilárd halmazállapotú víz, amely a légkörből (többnyire felhőkből) hull a talajra vagy vízfelületre. Nem csapadék a felhő, a köd, a harmat, a dér, a zúzmara, mert ezek nem "hullanak". Csapadék viszont a ködszitálás és a hulló jégtű.
A csapadék mennyisége az a vízréteg vastagság, amely a teljesen sima és vízszintes talajfelszínen alakulna ki, a csapadékhullás után, zérusnak tekintve az elfolyásból, (be)szivárgásból és párolgásból adódó veszteségeket.
Hó esetében a hóvastagságot átszámítjuk "olvadékmagassággá". Hozzávetőlegesen 1 cm vastag hóréteg 1 mm csapadékkal egyenértékű.
A csapadékmennyiséget mm-ben fejezik ki és 0,1 mm-es pontossággal mérik.

A leggyakoribb csapadékfajták
Hulló csapadékok Nemhulló csapadékok
(A terep tárgyaira csapódnak ki.)
Szilárd halmazállapotúak Folyékony halmazállapotúak
Hó, havazás
Tartós, mérsékelt intenzitású, közepes nagyságú kristályok.
Szitálás
A csapadékelemek kis intenzitással esnek. A cseppátmérő 0,006-0,06 mm közötti.
Harmat
A levegő a talaj közelében a harmatpont alá hűl, de a hőmérséklete még pozitív.
Hózápor
Heves, záporjellegű havazás.
Eső
Mérsékelt intenzitású, és tartós folyamat. Az esőcseppek átmérője 1-3 mm között alakul.
Dér
A harmat megfagy.
Havas eső
Esőcseppek és olvadó hókristályok keveréke.
Záporeső
Intenzív, heves, rövid ideig tartó folyamat. A cseppátmérő 3-5 mm között is lehet.
Zúzmara
Ködben a túlhűlt cseppek ráfagynak a terep tárgyaira.
Vízlerakódás
A víz kondenzálódik.
Jégdara
Gömb alakú átlátszó szemcsék, átmérőjük 5mm alatt van.
   
Jégeső
Gömb, golyó alakú, akár tojás nagyságnyi jégdarabok, főként zivatar idején.
   
Jégtű
Könnyű, hosszúkás alakú jégkristályok.
   

A felhők
A napkori radarállomás A felhő a levegőben lévő vízgőz halmazállapot-változásának eredménye. Túltelítéskor a vízgőz cseppfolyós (kondenzáció) vagy szilárd (szublimáció) halmazállapotú vízzé alakul. A túltelítés párolgással, döntően azonban a felszálló légtömegek lehűlése révén következik be. A lehűlésen kívül a felhőzet kialakulásához még a légkörben lebegő kondenzációs vagy szublimációs magokra (nagyságrendű részecskék) is szükség van. A folyamat sok részletében még nem tisztázott. A kicsapódási magvakon összeállt cseppfolyós vagy szilárd víz hármasát felhőelemeknek hívják. A felhők alakja szerint azoktól a fizikai folyamatoktól függ, amelyek létrehozták őket. Lassú lehűlés rétegfelhőket képez, hirtelen gyors lehűlés gomolyfelhőket hoz létre. A felhők alakjának, anyagának, magasságának együttes figyelembevételével a Meteorológiai Világszervezet elkészítette a felhők összesített rendszerezését. Az egyes felhőfajták "példaképeit" a Nemzetközi Felhőatlasz tartalmazza. A Nemzetközi Felhőatlaszban szereplő felhőosztályozás 10 alaptípusból indul ki. Ezeket a típusokat fajoknak nevezik és a felhőfajok kölcsönösen kizárják egymást, tehát egy adott felhő nem tartozhat egyszerre több fajhoz.

A köd

A köd kialakulása

A Föld felszínén kialakult felhő a köd. A lehűlés oka szerint kisugárzási- (a talaj hűt), áramlási- (a lehűlt talaj fölé meleg légtömeg érkezik) és lejtőködről (lejtők mentén emelkedő levegő) beszélnek.
A gyakorlatban akkor beszélünk ködről, ha a levegő nedvességtartalma olyan magas, hogy a látástávolság 1 km alá csökken. Köd minden évszakban előfordulhat, de télen gyakoribb. Ködképződéskor a levegő nedvességtartama már annyira telített, hogy nem tudja megtartani a felesleges nedvességet, ezért az kicsapódik. Ez a magas nedvességtartalom 3 féle módon alakulhat ki: bepárolgással (valamilyen módon plusz nedvesség kerül a levegőbe), lehűléssel (a telítetlen levegő a harmatpont hőmérséklete alá hűl), valamint két különböző, de közel telített levegő keveredésével (a melegebb, nedvesebb levegő a közös hőmérsékletre hűlve már telített lehet).

A leggyakoribb ködfajták

A párolgási köd

kialakulásában az játszik szerepet, hogy a levegőnél melegebb vízfelszínről nedvesség párolog be a levegőbe, és ez hozza létre a telítettséget. Meleg álló- és folyóvizek, fölázott talaj, mocsár fölötti hűvösebb levegőbe való bepárolgás esetén fordul elő. Főleg ősszel jellemző, amikor a vizek még melegek, de a levegő már le tud hűlni.

A kisugárzási köd

talajinverzióval jár együtt, tehát derült, szélcsendes éjszakákon alakul ki. Ilyenkor a felszín kisugárzása nagy, emiatt a felszín közeli 10-100 méteres légréteg a harmatpontja alá hűl, és a felesleges nedvesség kicsapódik. Ez az összes ködfajta közül a leggyakoribb, bármelyik évszakban előfordulhat. Általában a délelőtti besugárzás hatására feloszlik, akárcsak az inverzió.

Az áramlási köd

légáramlással kapcsolatos hűlés miatt alakul ki. Ha az enyhe, magas nedvességtartalmú levegő hideg felszín fölött áramlik, lehűl, telített lesz, köd alakul ki.

Keveredési köd

alakul ki, ha a talaj fölötti hideg levegőréteg fölött áramlik meleg nedves levegő, majd a keveredés következtében lehűl, és a felesleges nedvesség kicsapódik.

A lejtőköd

akkor alakul ki, ha egy hegyvonulat emelkedésre készteti a levegőt, és az emelkedés következtében lehűl és telített lesz.

A felhőzet és a csapadék mennyiségének mérése


Capadékmérők
A felhőzet mennyiségét nyolcadokban, oktákban mérik. A szakemberek azt adják meg, hogy az égbolt hány nyolcadát borítja felhő. A csapadék mennyiségét milliméterben adják meg. Ha 1 m2 területre 1 mm csapadék hullik, akkor annak a térfogata 1 dm3, vagyis 1 liter folyadékról van szó. Ha a csapadék szilárd halmazállapotú (hó), akkor felolvasztással megkaphatjuk a hó vízegyenértékét. Körülbelül 10 liter hó felel meg 1 liter víznek. A hó és a víz aránya tehát 10:1-hez.

A zivatartevékenység

A zivatar és a zápor fogalma nem tévesztendő össze. A zivatar elektromos jelenséggel kapcsolódik össze, tehát villámlás, mennydörgés tapasztalható.
A légkör mindig gyengén ionizált állapotban van, jelen vannak benne az elektromosan töltött részecskék és ionok. Ezek az ionok a napsugárzás és a kozmikus sugárzás következtében keletkeznek. Az ionok töltésüktől függően szétválnak, elektromos tér jön létre. Ez az elektromos tér időben és térben is változik. Általában a talajfelszín negatív töltésű, míg a légkör pozitív töltésű. Köztük feszültség alakul ki. Bizonyos meteorológiai helyzetekben ez a feszültség nagyon megnövekszik, és ha ez a feszültség egy kritikus értéket meghalad, elektromos kisülés indul meg, amit villámnak nevezünk.

A villám


Fonalas villám
(A képet készítette: C.Clark,
NOAA Photo Library)
A villámlás elektromos kisülés. A zivatarfelhő elektromos mezejében keletkezik, ahol a felhők, a felhő és a földfelszín vagy a felhő és a légkör felsőbb rétegei között és a felhőkön belül is potenciál-különbség alakul ki. A szakemberek szerint 1-1 villámlás alkalmával átlagosan 180 kWh energia szabadul fel. A villámlások villámcsatornákon mozognak. Megkülönböztetünk vonalvillámokat, felületi- és gömbvillámokat. A leggyakoribb a vonalvillám, ilyenekkel akár naponta találkozhatunk.
A felületi villám közvetlenül nem látható, csak a felhőket világítja meg.
A villám kékes-lila színét az oxigén emisszió (kibocsátó) vonalai okozzák.
A gömbvillámokra még nincs egyértelmű magyarázat. Több lehetséges megoldás is létezik. Elképzelhető, hogy a villámcsatornában felhalmozódott ionizált gáztömegről vagy elektromos porfelhőkről van szó.
A gömbvillámok színe általában narancssárga színű.
Általános az a vélemény, miszerint a villámlás után eső várható. A kisülés után az elektromos mező már nem tartja magasban az esőcseppeket és a jégdarabokat, így azok aláhullanak.
Kialakulhatnak száraz zivatarok is, ilyenkor a csapadék elpárolog a melegebb légtömegekből.
A zivatar többféle időjárási helyzetben is keletkezhet. Szélcsendes időben, rekkenő hőségben nyáron kezdetben kialakul egy kis gomolyfelhő. Ha a légköri viszonyok engedik, továbbfejlődve egyre nagyobb gomoly lesz belőle, majd a tropopauzát elérve szétterül és a teteje eljegesedik. Ezt onnan figyelhetjük meg, hogy amíg még csak folyékony cseppek vannak a felhőben, addig a teteje határozott éles körvonalakat mutat, de amikor az eljegesedés megindul, a körvonalai elmosódnak. Zivatar kialakulhat olyan terület fölött is, amely fölé korábban hideg levegő érkezett. Ha ekkor a talaj közeli rétegek erősen átmelegednek, a feláramlások következtében zivatarok alakulhatnak ki. Zivatarfelhőből eshet jégeső is. Fontos tudni, hogy még ha kezdetben borsó nagyságú jég hullik is, pillanatokon belül eshet tojás nagyságú is. A zivatar általában 0,5-1 óra időtartamú.

Forrás: Vissy Károly meteorológia iskolája


 


 
ABAKO

Copyright 2006, All Rights Reserved. E-mail: abako@abako.hu