A közepes szélességek egyensúlyi áramlásai

Az előzőek alapján már megérthetjük a ciklonok örvénylését is. Az időjárási térképek sok egyéb mellett megmutatják a légkör nyomás- és hőmérséklet-eloszlását, és a szélzászlók segítségével feltüntetik a szélirányt is. A zászló nyele a szélirányt jelzi, maga a zászló pe-dig rövid és hosszú vonalakból áll. Egy rövid vonal kb. 2 5m

, s , egy hosszú kb. 5m

s sebes-ségnek felel meg. Az 5.25. ábra időjárási térkép részletét mutatja. A folytonos vonalak izobárokat (azonos nyomású helyeket) jelölnek. A rájuk írt szám a nyomás értékét jelenti hektopascalban. Az ábra közepén, az Ír-sziget mellett alacsony nyomású középponttal kon-centrikus izobárokból álló képződmény, ciklon látható. A külső izobárok két pontban, ahol a háromszögekkel jelölt hideg-, illetve félkörökkel jelölt melegfront elmetszi őket, kissé megtörnek.

5.25. ábra: Ciklon képe szinoptikus időjárási térképen

A szélzászlók jól mutatják, hogy a ciklonban a levegő az izobárok mentén mozog, az alacsony nyomású hely körül örvénylik. A ciklon mozgásában elsődleges a horizontális örvénylés, azonban másodlagos mozgásként az alacsony nyomású középpontban felszálló légmozgások is létrejönnek. Az emelkedő levegő lehűl, páratartalma kicsapódik, és felhők keletkeznek benne.

Ha például egy hőlégballon mozgását figyelnénk a ciklonban, akkor a ballon először befelé mozogna a ciklon alacsony nyomású középpontja felé. A Coriolis-erő azonban elté-rítené egészen addig, míg valamelyik állandó nyomású görbe (izobár) mentén „stabil pá-lyára” nem állna.

A ciklonban mozgó légrészek mozgása jó közelítéssel egyenletes körmozgásként mo-dellezhető. A centripetális erőt a nyomáscsökkenés miatt befelé mutató (P) és a radiálisan kifelé mutató Coriolis-erő (F  fv) eredője tartja fenn.

5.26. ábra: Ciklon sémája

Mivel stacionárius mozgásról van szó, az érintő irányú mozgásegyenlet-komponens semmitmondó, hiszen minden erő radiális irányba esik. A gradiens erő és a körmozgás sebessége is állandó. Az utóbbi tény hangsúlyozására a forgás sebességére v helyett a szo-kásos c jelölést alkalmazva, a mozgásegyenlet a

c2

P fc

  r alakot ölti. Az egyenletet zérusra redukálva:

2 0

c  frcPr másodfokú egyenlet adódik, amelynek megoldása:

 

2 4

fr fr

c   rP .

Az egyenletet az északi féltekén zajló ciklonális mozgásra írtuk fel, azaz c csak pozi-tív (az óramutató irányával ellentétes körüljárásnak megfelelő) lehet. Emiatt a gyökjel előtt csak pozitív előjel állhat. Megállapítható továbbá, hogy a gyökjel alatti mennyiség mindig pozitív, így a ciklonban a sebesség megfelelően nagy nyomásgradiens esetén tetszőlegesen nagy lehet.

A ciklonok fenti, egyszerű modellje természetesen nem tükrözi a ciklonális örvények bonyolult fizikai tulajdonságait. A mérsékelt öv örvénylő mozgásai, mint már említettük, többnyire a polárfronton érintkező hideg és meleg levegő határán képződő hullámszerű zavarokról fűződnek le. A ciklonokban a két különböző hőmérsékletű levegő határvonalai, a frontok jól észlelhetőek maradnak. Az örvénylő levegőben a frontok mozgása közben az elől haladó meleg levegő felsiklik az előtte elhelyezkedő hidegebb fölé, míg a hátul haladó hidegfront megemeli az előtte lévő meleg levegőt. Amikor a gyorsabban haladó hidegfront utoléri a melegfrontot, úgynevezett „okkludált” front jön létre, akkor a meleg levegő kiszo-rul a talajszintről és a hideg fölé kerül, a ciklon élete lényegében befejeződik (5.27. ábra).

5.27. ábra: Ciklonban zajló folyamatok

Időjárási szempontból a frontok a leglátványosabb képződmények, változatos felhőze-tük és csapadékuk mindig szolgálhat meglepetéssel. Nagy általánosságban azt mondhatjuk, hogy a ciklon melegfrontja előtt rétegfelhők alakulnak ki, a meleg szektorban (a meleg és hidegfront között) kicsit javul az idő, elszórtan véletlenszerűen gomolyfelhők keletkeznek, a hidegfront pedig általában viharos széllökésekkel érkezik, és erős zivatarokat hoz.

Anticiklonok

Az anticiklonok a ciklonokhoz hasonló örvénylő képződmények, azonban bennük a nyo-más középen a legmagasabb, és kifelé haladva csökken. Ez azt jelenti, hogy a forgás mel-lett fellépő másodlagos mozgás ebben az esetben középen leszálló és kifelé tartó áramlás.

A leszálló levegő melegszik, ezért a benne lévő felhők vízcseppjei elpárolognak. Az anti-ciklonokban jellegzetes „felhőoszlató” hatás működik. Emiatt a nagy kiterjedésű anticik-lonok felelősek a nyári tartós meleg, és téli tartós hideg gyakorlatilag felhőmentes idősza-kaiért.

Legegyszerűbb modellként az anticiklonokban áramló légrészekről is feltételezhetjük, hogy egyenletes körmozgást végeznek. Most azonban a körmozgás iránya az óramutató járásával megegyező, így a P nyomású gradiens erő és az F  fv Coriolis-erő is a kör középpontja felé mutat. Következésképpen a mozgásegyenlet a

c2

P fc

  r alakban írható fel. Ebből:

 

2 4

fr fr

c  rP .

Látható, hogy a körmozgás adott helyen és adott nyomásgradiens mellett kétféle sebes-ségnél is megvalósulhat. A négyzetgyökjel alatt azonban csak pozitív mennyiség állhat, azaz

2

4

f r P, következésképpen a sebesség legfeljebb fr lehet. A fentiekben vázolt kép természetesen elnagyolt. Az időjárást rengeteg helyi tényező alakítja, a szárazföldek és vizek váltakozása, a hegységek elhelyezkedése, mind-mind befolyásoló tényező, de a mik-roklímán akár egy fasor kivágása is változtathat.

Ha a nyomási gradiens abszolút értéke meghaladja a

2

4

f r P kritikus értéket, akkor a szél átfúj az izobárokon, és leépíti az extrém magas nyomású képződményt. A jelenség megértéséhez kövessük egy légrész útját! A légrész nem haladhat párhuzamosan az izobá-rokkal, mozgása olyan, hogy csökkenteni próbálja az anticiklonális görbületet, miközben növekszik a sebessége. A szélsebességnek tehát lesz a magasabb nyomású hely felől az alacsonyabb nyomású hely felé mutató komponense.

A nagyobb szélsebesség, a nagyobb Coriolis-erő miatt azonban egy idő után már növe-li az anticiklonánöve-lis görbületet, azaz a mozgás oszcillálóvá vánöve-lik. Ennek eredményeként az anticiklonális területtől délre, a magasban gyakran anticiklonális, míg az anticiklontól dél-keletre gyakran ciklonális görbület épül fel.

Speciális anticiklonális áramlások

Anticiklonális áramlás nemcsak magas, hanem alacsony nyomású centrum körül is kiala-kulhat. Ilyenkor a sebesség abban az esetben sem lesz nulla, ha a nyomási gradiens nullá-hoz tart, hiszen P0 esetén c fr. Ez az úgynevezett inerciális áramlás, amely az óceánokban kialakuló és több hónapig megmaradó örvényekre jellemző (például a Golf-áram leszakadó örvényei), ahol a viszonylag nagy sebesség miatt a Coriolis-erő lényegesen meghaladja a nyomási gradiens erőt. Ilyen különleges anticiklonális áramlással a légkörben csak nagyon ritkán találkozhatunk.