Elméleti alapismeretek

A meteorológia talán két legfontosabb alapfogalma az időjárás és az éghajlat, melyek mind térben, mind időben különböző skálájú folyamatokat, jelenségeket vizsgálnak.

Az időjárás a légkör fizikai állapotát és folyamatait jellemző paraméterek összessége (például a levegő hőmérséklete, nyomása, nedvességtartalma stb.) egy megadott földrajzi helyen és időben. Értelemszerűen e fogalomhoz kapcsolódnak azok a kisebb tér- és időská-lán zajló légköri folyamatok (pl. zivatar, front, ciklontevékenység) is, melyek a légköri állapot jellemzőinek aktuális értékeit befolyásolják.

Az éghajlat egy adott földrajzi térség időjárási eseményeinek együttese, azok átlagos, illetve szélsőséges eseményeinek statisztikai jellemszámai. A viszonyítási alap az ún. ég-hajlati normálidőszak, mely nemzetközi megállapodás szerint az utolsó lezárt három évti-zedre számított klímaátlagokat tartalmazza. Az éghajlati normálértékek általában egy na-gyobb térséget jellemeznek, de jellemzik egyúttal magát az adott pontot is. Az éghajlat az a keret, melyen belül az időjárás változásai végbemennek, tehát az átlagos állapotokon (évi, havi, napi átlagokon, meneteken) felül a szélsőségeket, az extrémumok gyakoriságát, s egyéb statisztikai paramétereket is tartalmazza.

Egy adott földrajzi hely és időpont időjárását akkor ismerjük, ha meteorológiai megfi-gyelések és mérések alapján vannak adataink a légkör aktuális állapotáról. Egy térség ég-hajlatának leírását a folyamatosan, hosszú időszak alatt észlelt adatok halmazának elemzé-sével, statisztikai karakterisztikáinak kiszámításával végezhetjük el.

A következő alfejezetekben a légkör általános állapotát meghatározó hatásokat, valamint néhány helyi módosító tényezőt mutatunk be.

6.2.1. Sugárzási folyamatok

A földi légkör a Napból érkező sugárzási energia által vezérelt rendszer. Ez azt jelenti, hogy az összes légköri mozgás (mint pl. az általános cirkuláció, a ciklontevékenység, frontok mozgásai, kisebb térskálájú örvények stb.) energetikai forrása a Nap. A földi lég-körbe a Napból rövidhullámú sugárzás érkezik. E sugárzási spektrumnak a légkör felső határára, illetve a föld felszínére érkező hullámhossz tartományait a 6.2.1. ábrán mutatjuk be. A légkörön keresztülhaladó sugárzás egy részét a légkör alkotóelemei szórják vagy elnyelik (abszorbeálják). Így a felszínre kevesebb energia jut, mint a légkör külső határára.

A felszínre érkező rövidhullámú sugárzás egy része a felszínborítottság függvényében visszaverődik, a többi a földfelszínt melegíti.

6.2.1. ábra: A napsugárzás spektruma a légkör külső határán és a felszínen

www.tankonyvtar.hu © Bartholy Judit, Mészáros Róbert, ELTE

A földi légkör sugárzási egyenlegének összetevőit és a természetes üvegházhatás folyama-tát a 6.2.2. ábra foglalja össze.

6.2.2. ábra: A sugárzási folyamatok és az üvegházhatás vázlatos folyamata

A földi népesség robbanásszerű növekedése, az ipar és a közlekedés nagyarányú fejlő-dése következtében szignifikánsan megnövekedett az üvegházgázok légköri koncentrációja az elmúlt évszázadban (néhány gáz esetében csupán az utolsó néhány évtizedben). Ez ma-ga után vonja a légköri sugárzásegyenleg komponenseinek változását, az üvegházhatás fokozódását, melyek a sokrétű visszacsatolási mechanizmusok egyidejű működése miatt nehezen modellezhetők. Az elmúlt évtized óriási fejlesztéseinek köszönhetően mára már a nyolc éghajlati világközpontban több mint 20 világmodell készít becsléseket a XXI. század végére várható éghajlatról. A gazdasági, társadalmi folyamatok várható alakulásának függ-vényében több tucat éghajlati szcenárió (forgatókönyv) létezik. Bár ezen „előrejelzések”

bizonytalansága igen nagy, mégis e változások egyértelműen egy a mainál melegebb lég-kör felé mutatnak. E problémalég-kört nevezzük összefoglalóan a globális felmelegedés fo-lyamatának.

6.2.2. Légköri mozgásrendszerek

A légkör általános cirkulációját különböző tér- és időskálájú mozgásrendszerek összessé-ge alkotja (pl. a trópusi területek passzátszélrendszerei, a mérsékelt övi ciklonok, a torná-dók vagy akár a kis portölcsérek). A következőkben csak néhány, hazánk időjárását is be-folyásoló, nagyobb skálájú légköri mozgásrendszert említünk meg. Magyarország időjárá-sának alakulását leginkább a mérsékelt övi ciklonok (a hozzájuk kapcsolódó időjárási fron-tokkal), valamint az anticiklonok határozzák meg. A ciklonok és anticiklonok alacsony-, illetve magasnyomású középponttal rendelkező légörvények, melyek egymással ellentétes irányba forognak. Kiterjedésük az Atlanti-Európai térségben meghaladhatja az 1000–2000 km-t is. A hideg- és melegfrontok az örvénylő mozgás során egymásra felsikló, eltérő hő-mérsékletű légtömegek elválasztó felületei. A 6.2.3. ábrán egy mérsékelt övi ciklon szer-kezetét, a meleg- és a hidegfront jellegzetes felhőrendszerét, hőmérsékleti és szélviszonyait mutatjuk be.

www.tankonyvtar.hu © Bartholy Judit, Mészáros Róbert, ELTE

A mérsékelt övi ciklonokban elhelyezkedő időjárási frontok mentén feláramlik a leve-gő, sajátos frontális felhőrendszert alkotva. Ez eltérő jellegű a hideg-, a meleg-, illetve az okklúziós frontok mentén. A meleg- és hidegfrontok alkotják a ciklon belsejében a külön-böző hőmérsékletű légtömegek elválasztó felületeit. Az északi féltekén a melegfront mö-gött dél felől északi irányba áramlik a meleg, a hidegfront mömö-gött pedig délre a sarkvidéki, hideg levegő. A frontok töréspontja, azaz a hideg- és melegfront találkozási pontja lesz a ciklon középpontja. Itt a legalacsonyabb a légnyomás. A frontok mentén elhelyezkedő ala-csony nyomású területek kedveznek a felhőképződésnek, a levegő feláramlása miatt. A frontok három szektorra osztják a mérsékelt övi ciklonokat. Az első a melegfront előtti tartomány. A következő, a melegfront mögötti, illetve a hidegfront előtti terület, ezt a két, front által közrezárt területet, meleg szektornak nevezzük. A meleg szektor után követke-zik a hidegfront, a hozzá kapcsoló, mögötte haladó hideg légtömeggel. A ciklon melegfronti részén hosszan elnyúló, széles felhőzóna található, kiterjedt csapadéksávval, míg a hidegfront mentén csak egy keskenyebb területen hullik csapadék. A meleg szektor-ban csak részben felhős az ég és csupán egy-egy zápor fordul elő néha. A melegfront terü-letén a csapadéksáv 300–400 km szélességben is elhúzódhat, végig a front mentén. Ez akár néhány ezer kilométer hosszúságot is jelenthet. A melegfront felhőzetének zömét több ezer méter vastag eső-rétegfelhő (nimbostratus) alkotja. Ebből váltakozó intenzitással, de álta-lában folyamatosan hullik az eső vagy a hó, mely gyakran jelentős mennyiségű. A téli fé-lévben az ónos eső kialakulásának kedvező feltételek szintén a melegfront átvonulása előtt következnek be.

A hidegfront csapadéka általában intenzívebb, de jóval keskenyebb területre korláto-zódik. A felhőrendszer azonban ez esetben is elhúzódik akár több ezer kilométer hosszan a front mentén. Tipikus hidegfronti helyzet az erős széllel érkező zivatarfelhőkből hulló zá-por-szerű csapadék. A légkört átmosó csapadékot erős szél követi, mely a felhők feloszlá-sát, az idő tisztulását s ezzel a látási viszonyok javulását vonja maga után.

A ciklonon belül a hidegfront mozgása gyorsabb, mint a melegfronté, így az fokozato-san közeledik a melegfronthoz. Ezáltal a két front közti meleg szektor egyre kisebb terület-re szorul. Végül a hidegfront utoléri a melegfrontot, s a ciklon középpontjától kezdve fo-kozatosan, cipzárszerűen összezáródik a két front, mely az ún. okklúziós front. Az okklú-ziós front tulajdonságait az határozza meg, hogy milyen a melegfront előtti, illetve a hideg-front mögötti – egyébként mindkét esetben hideg – légtömeg egymáshoz viszonyított hő-mérséklete. Ha a hidegfront mögött érkező levegő a hidegebb, akkor beékelődve a melegfront előtti kevésbé hideg légtömeg alá, elsősorban hidegfronti, fordított esetben pe-dig a melegfronti hatás érvényesül elsődlegesen. Az okklúziós frontban a hideg- és a melegfront felhőrendszere összeadódik, s hatalmas felhőtömeget alkotva, egy nagy kiterje-désű csapadékzónát alkot.

Az anticiklonok felett a magasban összeáramló mozgást (konvergenciát) figyelhetünk meg, s az így felhalmozódó levegő erősödő leáramlást indít meg. A talaj szintjén e folya-mat hatására magas nyomású légköri képződmény épül ki. A leszálló légmozgás nem ked-vez a felhőképződésnek, sőt inkább felhőoszlató hatású. Ezért a ciklonokkal ellentétben az anticiklonokban általában derült az idő. Az erős éjszakai kisugárzás hatására azonban – ami épp a derült égbolt következménye – gyakran keletkezik köd vagy alacsonyszintű fel-hőzet a hajnali órákban. E vékony felfel-hőzetből csak gyenge, szitáló eső, hószállingózás, hódara hullhat. A leszálló légmozgás s a gyenge szél hatására feldúsulnak a légszennyező anyagok, ezért gyakran rosszak a látási viszonyok, erős a levegő szennyezettsége. Az anti-ciklon hatalmas felhőmentes területein az intenzív besugárzás, illetve az erős éjszakai

ki-sugárzás hatására nyáron esetenként szélsőségesen magas, télen szélsőségesen alacsony hőmérsékleti értékek is kialakulhatnak.

6.2.3. Helyi éghajlat-módosító hatások

A felszín, a domborzat, valamint a növényzet típusa és állapota, mind szerepet játszanak egy térség klimatikus viszonyainak kialakításában. Ezeket a kisebb térségre vonatkozó egyedi sajátosságokat felmutató éghajlati jegyeket mezo-, illetve mikroklímáknak nevez-zük. A teljességre való törekedés igénye nélkül vázlatosan bemutatunk néhány helyi hatást, amelyek esetenként egy terepi észlelés során is megfigyelhetők.

6.2.3.1. Az erdő éghajlati sajátosságai

Az erdőben és környezetében jelentős mértékben módosul a légkör fizikai állapota. A fel-szín közeli légréteget erdős környezetben az alábbiak szerint osztjuk részekre: (1) a lomb-korona fölötti réteg, (2) a lomblomb-korona szintje, (3) a törzstér, (4) az alacsony vegetáció al-kotta cserjeszint s (5) a talaj menti réteg. A növényzet e rétegződése befolyásolja az egyes meteorológiai elemek felszín közeli értékeit. Lombhullató erdő esetén ezen felül az egyes évszakok között is markáns eltérések mutatkoznak.

Az erdő belsejében kialakuló időjárási viszonyok legfontosabb jellegzetessége, hogy a szélsőségektől mentesek, az egyes meteorológia elemek változékonysága kiegyenlítettebb.

A következőkben sorra vesszük néhány meteorológiai elem eloszlását lefelé haladva, a lombkorona fölötti térrésztől az erdő talajáig.

Az erdő egyik legfontosabb klimatikus jellemzője, hogy az erdő felszínén szétterülő lombkorona a sugárzás egy jelentős hányadát fölfogja. A legtöbb besugárzást a lombkoro-na kapja. Az erdőállományba bejutó sugárzás mennyisége függ a fafajtáktól, a lombozat zártságától, illetve az évszakoktól egyaránt. Lombhullató erdőben nyáron kevesebb sugár-zás jut a felszínre, tűlevelű erdőben a sugársugár-záscsökkenés az év során kiegyenlítettebb. A lombozat a különböző hullámhosszú sugárzásokat különböző mértékben nyeli el, ezért nem csak a lejutó sugárzás mennyisége, hanem annak spektrális összetétele is módosul. A lombkorona alá leérkező sugárzás meghatározza a cserjeszinten lévő növényzet jellegét, s egyben a törzstér hőmérsékleti jellemzőit is.

A lombozat a talajfelszínhez hasonlóan elnyeli a Nap rövidhullámú sugárzását, és infravö-rös tartományban sugározza ki a hőt mind a törzstérbe, mind az erdőállomány fölé. Nyáron csak a sugárzás kicsiny hányada jut le a talaj közelébe, ezért itt a legalacsonyabb a hőmér-séklet. Télen több sugárzási energia hatol be az állomány belsejébe (a lombkorona hiánya miatt), ezért a talaj is jobban fölmelegszik, s ehhez viszonyítva a törzstér hőmérséklete valamivel alacsonyabb. Tűlevelű erdőben az egész év során hasonlóan alakul a hőmérsék-let függőleges rétegződése. Mind a lombhullató, mind a tűlevelű erdő az év egészében mérsékli a felszín közeli és a talajhőmérséklet napi ingását a nem fával beültetett

területek-www.tankonyvtar.hu © Bartholy Judit, Mészáros Róbert, ELTE

erdő fölötti, illetve alatti térbe. A felszínre lehulló csapadék mennyisége ezért kevesebb, mint a fátlan területeken, ugyanakkor a felszíni csapadék (harmat, dér, zúzmara) gyako-ribb az erdőállományban.

6.2.3.2. A domborzat hatása

Az orografikus viszonyok értelemszerűen módosítják a felszínre érkező sugárzási energia mennyiségét, s így befolyásolják a helyi éghajlati sajátosságokat. A különböző lejtőszögű felületekre eltérő sugárzásmennyiség jut. A sík felszínhez képest a délies irányú lejtők su-gárzástöbbletben részesülnek, az északi lejtők pedig sugárzáshiányban szenvednek. A téli félévben, alacsonyabb napmagassági értékek mellett nagyobbak a különbségek. A felhőzet ugyanakkor csökkenti a sík terület és a domborzat közötti besugárzási különbséget, mivel ilyenkor a direkt sugárzással szemben megnő a szórt sugárzás aránya. A besugárzási érté-ket az egymást árnyékoló hegyoldalak is befolyásolják.

A domborzat energiavesztesége (kisugárzása a hosszúhullámú tartományban) szintén függ a lejtőszögtől. Legerősebb a kisugárzás a domború felületeken, domb- és hegytető-kön, mivel itt nagyobb térszögben történik a hőenergia kisugárzása, legkisebb a homorú felületek mentén, például völgyekben. Ennek ellenére a völgyekben éjszaka jóval alacso-nyabb hőmérséklet mérhető, mert a dombtetőről a hidegebb, egyben nehezebb levegő lefo-lyik az alacsonyabb részekre. A völgyekben felgyülemlett hideg levegő kedvez a ködkép-ződésnek. A Nap sugarai a völgyekbe csak később jutnak be, ezért a köd általában hosz-szabb ideig meg is marad. Télen ez gyakran okoz zúzmarásodást. Nappal a besugárzás hatására a lejtők alja melegszik fel a legjobban. A domborzat tagoltsága miatt kialakuló hőmérséklet-különbség sajátos lejtő-, illetve hegy-völgyi szelet eredményezhet.

A domborzat az áramló levegő útjában akadályt képez. A feláramlásra kényszerülő le-vegő kedvez a felhő- és csapadékképződésnek. A tengerszint feletti magasság növekedésé-vel ezért növekszik a csapadékhajlam (Magyarországon 100 méterenként átlagosan 35 mm-rel). A nagyobb csapadék a hegynek mindig a szél felőli oldalán hull, hiszen ebből az irányból érkeznek a csapadékfelhőket szállító légtömegek. A hegyek szélvédett oldala gyakran már nem is részesül csapadékban.