Időjárási Alapismeretek
A levegő állapothatározói
A légkör egy igen nagy kiterjedésű és tömegű, gáz halmazállapotú fizikai rendszer, a légköri folyamatok pedig az ebben a rendszerben bekövetkező állapotváltozások sorozatai.
A gázok állapotjelzői: hőmérséklet, nyomás, sűrűség. A levegőnél még figyelembe vesszük a vízgőztartalmat (nedvességet) is.
Hőmérséklet (T)
A levegő hőmérsékletén a levegő felmelegedési fokát értjük.
Mérése 2 m magasban, hőmérőházban történik, egysége °C.
Radiációs minimum
Az éjszaka folyamán a talajfelszín kisugárzása következtében beálló legalacsonyabb hőmérséklet. A mérésére szolgáló hőmérőt a talajfelszín felett 5 cm-re helyezik el.
Középhőmérséklet
24 óra folyamán mért hőmérsékleti értékek középértéke.
A napi legalacsonyabb, illetve legmagasabb hőmérséklet azonban bizonyos esetekben- frontátvonuláskor, légtömegcsere esetén- napkelte után, illetve napnyugta után is beállhat.
Izoterma
Egy adott szinten az azonos hőmérsékletű pontokat összekötő görbét izotermának nevezzük.
Hőátadás
A légkör hőkészletének jelentős részét a földfelszíntől kapja. A napsugárzás hőenergiáját a légkör csak a földfelszín közvetítésével tudja hasznosítani.
Hővezetés
Az a hőátadási mód, amikor a hő a test egyik részéről a másik részére molekuláról molekulára terjed át. A levegő, rossz hővezető révén, a földfelszíntől vezetés útján csak egy egész vékony, 3-4mm-es rétegben melegszik át, tehát ilyen energiacsere a földfelszín és a vele közvetlenül határos légréteg között figyelhető meg.
Sugárzás
A földfelszín által kisugárzott energia nagy része a levegőben elnyelődik, majd a levegő az elnyelt energiát újra kisugározza. Ennek egy része a felszín felé irányul, ilyen módon csökken a felszín energiavesztesége. A földfelszín minden időben (éjjel-nappal, télen-nyáron) energiaforgalmat bonyolít le: sugárzás révén energiához jut, és sugárzással energiát ad le.
Hőáramlás, átkeverés
Gáz halmazállapotú anyagokban a kis kohéziós erő következtében a részecskék könnyen elmozdulnak, és más közegbe kerülve tulajdonságaikat kicserélik. A keveredés igen hatékony hőátadási mód. A légkörben a hőáramlás iránya szerint két nagy csoportot különböztetünk meg: konvekciót és advekciót.
Konvekció: függőleges légáramlás esetén; ilyenkor függőleges irányú hőcsere zajlik le. A vertikális mozgások fajtái:
- elemi konvekció
- turbulencia
- frontális emelés
- orografikus emelés
Advekció: légáramlással zajló horizontális irányú hőcsere.
A hőmérséklet horizontális és vertikális eloszlása
A hőmérséklet horizontális változékonyságát a különböző légköri képződmények határozzák meg, vertikális változását a légállapotgörbe mutatja. Adott pont felett a levegő hőmérsékletének, nedvességének és a szélnek a magassággal történő változását leggyakrabban rádiószondás mérésekből ismerhetjük meg. A hőmérséklet magassággal történő változásait a legjobban a hőmérséklet - magasság (nyomás) koordinátarendszerben való ábrázolással tudjuk áttekinteni. Az így felrajzolt görbét geometriai állapotgörbének nevezzük.
Cumulus kondenzációs szint
Az a magasság, ahol az emelkedő levegő telítetté válik, és megkezdődik a nedvesség kicsapódása, a gomolyfelhők képződése.
A levegő hőmérséklete a talajtól kiindulva a magassággal változik, a troposzférában rendszerint csökken. Amennyiben nem csökkenés következik be, akkor a következő eseteket figyelhetjük meg:
Izotermia: A légkör olyan rétegében beszélünk izotermiáról, amelyben a hőmérséklet függőlegesen nem változik.
Inverzió: A légkör olyan rétege, amelyben a levegő hőmérséklete a magassággal növekszik.
Az állapotgörbe jellemzői, stabilitási viszonyok
A gázok állapotát három állapotjellemző (hőmérséklet-T, nyomás-p és sűrűség) egyértelműen meghatározza. A gázokban, így a levegőben végbemenő folyamatoknál általában mindhárom állapotjelző változik, egyik sem mutat állandóságot. A folyamatok közül ki kell emelni az adiabatikus folyamatokat.
Adiabatikus folyamat
Akkor beszélhetünk róla, ha a rendszer és környezete között nincs hőcsere, vagyis a rendszer nem vesz fel és nem is ad le hőenergiát környezetének (elsősorban fel- és leáramlások).
Hőmérsékleti gradiens
A hőmérséklet eloszlásának jellemzése. Az egységnyi távolságra eső hőmérséklet-változás.
- Vízszintes (horizontális) hőmérsékleti gradiens: A hőmérséklet vízszintes eloszlásának jellemzése. Vektormennyiség, amely megmutatja, hogy a léghőmérséklet mely irányban csökken a legnagyobb mértékben a felület mentén a vizsgált pontban, megadja mekkora a távolságegységre eső hőmérséklet-csökkenés.
- Függőleges hőmérsékleti gradiens: A hőmérséklet függőleges eloszlását jellemzi, általában a 100m-re eső hőmérséklet-változást értjük alatta. Megadja a léghőmérséklet vertikális csökkenésének vagy növekedésének mértékét, magasságegységre vonatkoztatva.
- Átlagos hőmérsékleti gradiens: A sokévi magaslégköri mérések alapján a troposzférában az átlagos hőmérsékleti gradiens értéke: 0,65°C/100m a mérsékelt övben.
- Tényleges hőmérsékleti gradiens: Változékony jellemszám, az időjárás változékonysága határozza meg. A rádiószondás mérésekből meghatározott gradienst: tényleges vagy lokális gradiensnek nevezzük.
- Száraz-adiabatikus hőmérsékleti gradiens: Az állapotváltozás adiabatikus. Értéke: 1°C/100m. A telítetlen levegő adiabatikus állapotváltozása során fellépő hőmérséklet-változást írja le.
- Nedves-adiabatikus hőmérsékleti gradiens: A telített levegő adiabatikus állapotváltozása során fellépő hőmérséklet-változás. Mivel a kondenzáció látens (rejtett) hője a felfelé emelkedő légrészecskét melegíti, ezért a nedves-adiabatikus hőmérsékleti gradiens mindig kisebb a száraz- adiabatikus hőmérsékleti gradiensnél.
Egyensúlyi helyzetek
Az adiabatikus hőmérsékleti gradiens és a lokális hőmérsékleti gradiens viszonya határozza meg a légkör egyensúlyi állapotát, attól függően, hogy a légkör valamely rétegének hőmérsékleti gradiense az adiabatikus gradiensnél nagyobb, kisebb vagy egyenlő.
- Stabilis egyensúlyi állapot: Ha egy légtömeget nyugalmi helyzetéből elmozdítunk, közte és környezete között olyan hőmérséklet-különbség alakul ki, amely a légrészecskét eredeti helyére visszavinni igyekszik.
- Labilis (instabil) egyensúlyi állapot: Ha egy légtömeget nyugalmi helyzetéből elmozdítunk, magától is tovább emelkedik vagy süllyed.
- Közömbös (indifferens) egyensúlyi állapot: Ha egy légtömeget nyugalmi helyzetéből elmozdítunk, új helyén is ugyanúgy nyugalomban marad.
Kisugárzási inverzió
Az éjszakai órákban a talajfelszín általában lehűl, ezzel egyidejűleg lehűl a vele érintkező levegő is; ez a lehűlés a kisugárzási időszak alatt egyre vastagabb rétegre terjedhet ki. Hajnalra az inverziós hőmérsékleti eloszlás több száz méter vastagságot is elérhet. Különösen erős inverzió keletkezik derült, szélcsendes éjszakákon, ha a levegő nedvességtartalma kicsi és tiszta az idő. A kisugárzási inverzió besugárzás, élénkülő szél, illetve vertikális átkeverés hatására gyengül vagy feloszlik. A felhőzetnek és nedvességnek fontos szerepe van az inverzió kialakulásának meggátlásában.
Zsugorodási inverzió
Magasban, általában 1-3km között, rendszerint anticiklonális nyomásmezőben kialakuló inverziós réteg. Ennek létrejöttében az anticiklonban felszálló-leszálló légmozgások játszanak szerepet.
Hidegpárna
Az az inverziós hőmérsékleti eloszlás, amely a téli időszakban napközben sem oszlik fel, és az időjárási körülményektől függően tartósan (akár hetekig is) fennmarad. Jellemző a Kárpát-medencére.
A talajközeli hőmérséklet változása
A hőmérséklet-változásokat két csoportra oszthatjuk: periodikus, illetve aperiodikus változásokra. Periodikus változás, pl. a nappali-éjszakai vagy az évszakos hőmérséklet-változás. Aperiodikus változásokat többek között légáramlás, légtömegcsere okoz; ez a változás elnyomhatja az előzőt. Egy adott helyen a levegő hőmérsékletében beálló változást, azaz lokális hőmérséklet-változást individuális és advektív okokra vezethetjük vissza.
A hőmérséklet individuális változása
Két okra vezethető vissza. Az első adiabatikus, azaz hőcserementes változás. Ez függőleges légmozgásokkal vagy a légnyomás időbeli változásával jöhet létre. A második, nem adiabatikus (transzformációs) változás vagy molekuláris hővezetés, turbulens hőcsere, vagy sugárzás útján történő energia felvétellel, illetve leadással valósulhat meg. A talajfelszín közelében transzformációs, a magasban adiabatikus individuális hőmérséklet-változás az elsődleges.
A hőmérséklet advektív változása
Hőmérsékleti advekción (szállítás) valamely helyen az oda érkező levegő eltérő hőmérséklete által okozott hőmérséklet-változást értjük. A légkörben alig van advekciómentes állapot. Az advekció függ: a hőmérséklet horizontális eloszlásától, a légáramlás irányától és nagyságától, tehát a szélsebességtől. Hideg advekcióról abban az esetben beszélhetünk, ha egy hely fölé az ott lévőnél hidegebb levegő áramlik, ellenkező esetben pedig meleg advekcióról van szó.
A sűrűség magassággal történő változása
A magasban levő légrészecskék súlyuknál fogva nyomást gyakorolnak az alattuk lévőre, ezáltal azokat összenyomják, így a sűrűség a talajfelszínen a legnagyobb. A sűrűség a magasság növekedésével logaritmikusan csökken. A sűrűségcsökkenés az alsó légrétegekben valamivel gyorsabb, mint a nagyobb magasságokban. Kb. 5500m magasan a sűrűség közel fele a talajon észlelhető sűrűségnek, 12km magasságban közel negyede, 30km magasságban pedig már csak kb. százada.
Légnyomás
A nyomás a felületegységre ható nyomóerőt jelenti, vagyis a nyomás a felületre ható erő és a felület hányadosa által értelmezett fizikai mennyiség. A légnyomásnál a nyomóerőt a légkör egy bizonyos helyén az adott hely fölött elhelyezkedő levegőoszlop súlya okozza. A légnyomást a meteorológiában hekto-Pascal-ban (hPa) adjuk meg. A légnyomás a légkörben felfelé haladva közel exponenciálisan csökken; a tiszta exponenciális csökkenés akkor valósulna meg, ha a légkör állandó hőmérsékletű volna.
Horizontális bárikus gradiens
A nyomásgradiens mint térbeli vektor vízszintes síkra vonatkoztatott komponense. Vektormennyiség, megmutatja, hogy a horizontális felület mentén (a vizsgált pontban) mely irányban csökken a légnyomás a legnagyobb mértékben, valamint azt is megadja, hogy mekkora a távolságegységre eső nyomáscsökkenés.
Izobárok
Az azonos légnyomású pontokat egy adott vízszintes felületen összekötő görbék.
Izobár felület
Az azonos légnyomású pontokat térben összekötő felülelet.