Éghajlat, klíma „Az életközösségekre, szupraindividuális rendszerekre ható kényszerfeltételek egy csoportja” WMO def.: az éghajlati rendszer által véges.

Az előadások a következő témára: "Éghajlat, klíma „Az életközösségekre, szupraindividuális rendszerekre ható kényszerfeltételek egy csoportja” WMO def.: az éghajlati rendszer által véges."— Előadás másolata:

1 Éghajlat, klíma „Az életközösségekre, szupraindividuális rendszerekre ható kényszerfeltételek egy csoportja” WMO def.: az éghajlati rendszer által véges időszak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága Éghajlati rendszer elemei: légkör hidroszféra krioszféra földfelszín bioszféra +ezek közötti kölcsönhatások Legfontosabb éghajlat alakító tényezők: besugárzás földrajzi elhelyezkedés (távolság az óceánoktól, tengeráramlatoktól) tengerszint feletti magasság

2 Csökken a jég mennyisége
Visszacsatolások Csökken a jég mennyisége Melegszik a légkör Csökken az albedó Növekszik a CO2 mennyisége Melegszik a légkör Növekszik a H2O koncentráció Több lesz a felhő Hűl a légkör (több napsugárzás verődik vissza)

3 Sugárzási törvények: Planck tv.: E = f (λ-5,T)
Wien tv.: λmax = 2897 / T (eltolódási tv.) Stefan-Boltzmann tv.: E=σ*T4

4

5 Egyes bolygók felszíni hőmérsékletei sugárzásmérések (a spektrum enregiaeloszlása alapján)→ Planck eloszlás, Wien törvénye

6 Üvegházhatás (H2O, CO2, CH4, N2O, O3, CFC-k)
Üvegházhatás nélkül a földi átlaghőmérséklet 33°C-kal lenne alacsonyabb.

7 Milyen irányú a Föld forgása?
„tévhitek”: Télen a Föld távolabb van a Naptól mint nyáron Az északi sarkkörön túl mindig hideg van (de valami tényleg jellemző arrafelé)

8 Napállandó: 1360 Wm-2 (a Föld légkörének tetejére egységnyi merőleges felszínre egységnyi idő alatt érkező besugárzás)

9 Lambert-féle koszinusz törvény I= Io*cosΘ

10 Éghajlati övek (többféle osztályozás):
SZOLÁRIS jellegű - csak a Nap évi járása alakítja ki, csillagászati elkülönítés  3 öv  trópusi öv: a besugárzás mennyisége a legnagyobb, és legalább egyszer zeniten delel a Nap (térítők között)  mérsékelt öv: a Nap minden nap felkel és lenyugszik, de egyszer sem delel a zenitben  poláris öv: a sarkkörön túl, a besug. itt a legkisebb, a Nap évente legalább egyszer a horizont felett/alatt marad - az osztályozás hibái:  túl kevés fajtát különböztet meg  ezek területi megoszlása aránytalan  a mérs. övön belül nagy különbségek vannak (itt nagyon szélsőségesek az égh. viszonyok)   veszi figyelembe a földi tényezők hatását

11 TREWARTHA-FÉLE: 6 fő öv, 16 típus
A] Trópusi nedves éghajlatok a hőm. sohasem < 0C leghidegebb hónap középhőm. > 18C évi hőingás kicsi évi csap.összeg > 1000mm, zöme záporeső. B] Száraz éghajlatok csap. évi összege < 500mm. A hőm. a jelentős földrajzi szélességbeli különbségek miatt nem egységes. C] Meleg-mérsékelt éghajlatok kifejezett évi hőingás. a leghidegebb hónap középhőm. is > 0C. zömmel a közepes szélességeken találhatók, csak a kontinensek nyugati partvidékén húzódnak magasabb szélességekre (a meleg tengeráramlások miatt).

12 D] Hűvös éghajlatok hideg tél, meleg nyár, alacsonyabb évi khek. a közepes és magas szélességeken a kontinensek belsőbb részein alakulnak ki csap. évi összege mm, nagy része nyáron hull le Magyarország: D1: Kontinentális égh. hosszabb meleg évszakkal E] Sarkvidéki éghajlatok hiányzik a meleg évszak. évi csap. összeg < 250mm, mégis vízfelesleg van  gleccserek. F] Magashegyi éghajlatok hőm. felfelé csökk. csap. a magassággal nő több egymás fölött fekvő égh-i zóna állandó hóhatár a földrajzi szélesség szerint vált.

13 tengerszint feletti magasság, az évi középhőmérséklet és az éves csapadékösszeg (10 éves átlag)
havi bontású (átlag, összeg) A két függőleges tengely eltérő skálázása (hőmérséklet = 2 x csapadék (100 mm csap. felett 10x-es skála)) teszi lehetővé a száraz és nedves időszakok előfordulásának bemutatását. Ahol a hőmérsékletet ábrázoló vonal a csapadékot ábrázoló vonal fölé fut, ott száraz időszakról van szó, s ez fordítva is igaz. A vízszintes tengelyen a satírozás azt az időszakot jelöli, amikor előfordulnak fagyos éjszakák, a teljes kitöltés pedig a 0°C alatti átlaghőmérsékletű napokat jelöli. A Walter-Lieth klímadiagram potenciális evapotranszspiráció

14 A légkör szerkezete: Troposzféra Tropopauza:
Az energiát a földfelszíntől kapja, így felfelé haladva csökken a hőmérséklet. A magassággal csökken a nyomás, és így a levegő sűrűsége is. Ebben a rétegben zajlanak az időjárási folyamatok. Átlagosan γ = 6,5°C/km DE! időjárástől, évszaktól függően ± 1 és 10°C/km között változhat Tropopauza: kb. 2km vastag rétegben a dt<2°C Az egyenlítő környékén kb km magasan van, a sarkoknál 6-8 km magasan. Csak „szakadás” esetén van anyagcsere a tropopauza és a felette lévő rétegek között.

15 A légkör szerkezete: Sztratoszféra:
Hőmérséklet növekedés: az itt található jelentős mennyiségű ózon sugárzás (UV) elnyelése miatt. Sztratopauza: kb. 50 km ~ tropopauza Mezoszféra: a hőmérséklet újra csökken a magassággal, a hőmérséklet a légkörben a mezoszféra tetején a legalacsonyabb. Mezopauza: kb. 90 km Termoszféra: km A hőmérséklet a molekulák rövid hullámú sugárzás elnyelése miatt emelkedik. A légkör szerkezete:

16 Általános légkörzés George Hadley, 1735
- Egyenlítő melegedés → a tropopauzáig emelkedő levegő a sarkok felé áramlik, miközben a hosszúhullámú kisugárzás hűti → nyomásnövekedés és visszaáramlás. A Föld forgásából származó eltérítő erő figyelembe vétele. William Ferrel, 1856 Három meridionális cellát tartalmaz (2 direkt, 1 indirekt) Jelentősége:  első kísérlet a Corioliserő korrekt figyelembevételére  felvetette, hogy az egymással szomszédos cellák között a levegő jelentős keveredése következik be

17 Az általános légkörzés ma elfogadott modelljét a Defant testvérek, 1958 építettek fel.
Alacsony szélességeken a Hadleycirkuláció dominál. Közepes szélességeken a szinoptikus skálájú hullámok, örvények kerülnek előtérbe, ezek a cellák nem zártak, a poláris eredetű hideg levegő a nagyméretű örvényekkel belép a trópusi övbe, miközben a meleg levegő hasonlóképpen északra hatol. Ráadásul ezek a mozgások 3D-ben zajlanak, így a mérséklet övi örvények nyugati oldalán délre tartó hideg levegő lesüllyed és szétterül, másrészt pedig a keletei oldalon északra tartó meleg levegő felemelkedik, és ott terül szét. 2 fő frontálzóna választja el őket egymástól, a szubtrópusi frontálzóna és a polárfront. Az Egyenlítő térségében és a sarkoknál viszonylag szabályos az áramlási kép.

18 Globális óceáni szállítószalag
termohalin cirkuláció Szubpoláris eredetű (hideg, sós) víz lesüllyedése hajtja.  Helyére az Egyenlítő térségéből érkezik meleg, sós víz. Kölcsönhatás az éghajlattal: Melegedés, több csapadék  gyengül, vagy le is állhat a termohalin cirkuláció. Golf-áramlat  éghajlat módosító hatás

19 ENSO - Normál állapot Normál esetben a szél Dél-Amerika felől fúj Indonézia felé. Dél-Amerika partjainál egy feláramlási zóna alakul ki A hideg és meleg vízfelszín eloszlása miatt Dél-Amerikánál száraz, Indonéziánál nedves időjárási viszonyok az uralkodóak. Normál esetben a szél Dél-Amerika felõl fúj Indonézia felé, ezért ott mintegy fél méterrel magasabb lesz a tengerszint, míg az óceán másik oldalán mintegy 20 cm-rel alacsonyabb. A rózsaszínû meleg vízréteg Dél-Amerika partjainál vékonyabb lesz (kb. 50 m vastag). Ott egy feláramlási zóna alakul ki, és az alsó, hideg mélységi víz jön a felszínre. A hideg és meleg vízfelszín eloszlása miatt Dél-Amerikánál száraz, Indonéziánál nedves idõjárási viszonyok az uralkodóak. A meleg és a mélységi hideg vizet egy olyan zóna választja el, ahol a hõmérséklet elég gyorsan változik, ezért ezt a viszonylag vékony réteget termoklin-nek nevezzük. A normál viszonyokkal ellentétben a szél Indonézia felõl fúj Dél-Amerika felé, ezért ott a tengerszint az átlag feletti, a felszín hõmérséklete is az átlag feletti, nincs feláramlás. Ezért itt nedves viszonyok uralkodnak, míg a medence másik oldalán szárazak. Ezért vannak nagy erdõtüzek az El Niño-s években Indonéziában.

20 El Niño A szél Indonézia felől fúj Dél-Amerika felé  nincs feláramlás. Itt nedves viszonyok uralkodnak, míg a medence másik oldalán szárazak (erdőtüzek). Peruban kevesebb hal, bővebb termés. Az események a légkört instabillá teszik, nagy változásokat okozva ezzel a Föld jelentõs részének idõjárásában és csapadékában Korallok vizsgálata alapján a jelenség kb E éve létezik.

21 La Niña A normálisnál hidegebb a tengerfelszín.
A keleties passzátszelek megerősödnek Nagyon stabillá teszi a légkört, és közel ellentétes éghajlati hatásai vannak, mint az El Niño-nak. Fele olyan gyakran fordul elõ, mint az El Niño.

22 Észak Atlanti Oszcilláció (North Atlantic Oscillation, NAO)
Normál állapot: izlandi ciklon D = alacsony nyomás azori anticiklon A = magas nyomás

23 Pozitív NAO (Észak-Atlanti Osszciláció)
az átlagnál nagyobb szubtrópusi magas nyomású központ az átlagnál alacsonyabb nyomású izlandi ciklonnal. több és nagyobb téli vihart eredményez az Atlanti-óceánon, amelyek pályája északabbra van. Ennek hatásaként meleg és nedves a tél Európában, hideg és száraz a tél Észak-Kanadában és Grönlandon. Kelet-Amerikában ilyenkor enyhe és meleg tél uralkodik. A pozitív NAO index az átlagnál nagyobb szubtrópusi magas nyomású központot jelent, az átlagnál alacsonyabb nyomású izlandi ciklonnal. A növekvõ nyomáskülönbség több és nagyobb téli vihart eredményez az Atlanti-óceánon át, amelyek pályája északabbra van. Ennek hatásaként meleg és nedves a tél Európában, de hideg és száraz a tél Észak-Kanadában és Grönlandon. Kelet-Amerikában ilyenkor enyhe és meleg tél uralkodik. Például magas index volt 1989, 1990 és 1995 telén és tavaszán, amikor a légtömegek az arktikus és az izlandi régióból áthelyezõdtek a szubtrópusi övbe, közel az Azori-szigetekhez és az Ibériai-félszigethez, illetve megerõsödtek a nyugati szelek az Atlanti-óceán északi területein. Az erõsebb nyugati szelek több meleg és nedves levegõt szállítanak Európa fölé, ezáltal óceáni jellegû, enyhe telet okoznak.

24 Negatív NAO gyenge szubtrópusi anticiklont és izlandi ciklont jelez
A kelet-nyugat irányú mozgás legyengül. Ez inkább a mediterrán területekre visz nedves levegõt, jellemzõek a hideg levegõ kitörések és ezért a havas idõjárás. Grönlandon azonban enyhébb a tél. A negatíve NAO index gyenge szubtrópusi anticiklont és izlandi ciklont jelez. A nyomáskülönbség kicsi, ezért a kelet-nyugat irányú mozgás legyengül. Ez inkább a mediterrán területekre visz nedves levegõt, jellemzõek a hideg levegõ kitörések és ezért a havas idõjárás. Grönlandon azonban enyhébb a tél. Az alacsony index volt 1917, 1936, 1963 és 1969 telén és tavaszán, amikor a gyenge nyugati szelek uralkodtak az Atlanti-óceán északi fele felett, ami megfelel az átlagnál hidegebb európai télnek.

25 Beérkező rövid és hosszúhullámú sugárzás
Visszavert rövid- (albedo) és hosszúhullámú sugárzás A felszín hőmérsékletétől függő hosszúhullámú (infravörös) kisugárzás

26 A felszíni energia (nettó radiáció)
melegítésre (talaj—levegő), párolgásra (halmazállapot változás, látens hő), fotoszintézisre fordítódik.

27 Bowen arány: H/(L*E) Rn:nettó radiáció (összes↓-összes↑) Rn=H+LE+G+P
H: érzékelhető/szenzibilis hőáram L: a (víz) párolgás látens hőmennyisége (2 440J/g) E: evapotranszspiráció Bowen arány: H/(L*E) Ha kicsi a párolgás (látens hőáram)  B nagy Sivatgok: 10 Száraz területek: 2-6 Mérsékelt övi gyepek, erdők: 0.4 – 0.8 Trópusi esőerdők: 0.2 Rn=H+LE+G+P

28 A légkör évi átlagos sugárzási egyenlege
Kimenő, hosszúhullámú sugárzás Visszavert összesen Beérkező, rövidhullámú sugárzás A felhőkről, aeroszolokról, légköri gázokról visszavert 31% A légkör által kibocsátott 20% A felhők által kibocsátott Légköri ablak 16+7% Üvegházhatású gázok A légkör által felvett Napállandó:1370 Wm-2 Teljes felszínre átlagolva:342 Wm-2 Látens hő 49% A felszínről visszavert Viszza-sugárzás 8% A felszín hosszúhullámú kisugárzása Szenzibilis hő A felszín által felvett Párolgás Forrás: IPCC, 2007 A felszín által felvett

29 Éghajlatváltozás Sugárzási kényszer:
a globális energiamérlegben az éghajlati rendszer valamely elemének megváltozása által okozott kiegyensúlyozatlanság (a sztratoszféra szintjében )

30 CO2 Forrás: fosszilis tüzelőanyagok égetése,
280 ppm  389 ppm (2010) Ez magasabb, mint az elmúlt évben valaha ( ppm). A növekedés átlaga között: 2 ppm/év ( : 1,9 ppm/év, : 1,4 ppm/év) Forrás: fosszilis tüzelőanyagok égetése, 6,4 GtC (1990)  7,2 GtC ( ) földhasználati ágak megváltoztattása 1,5 GtC (1990)

31 CH4: 715 ppb  1774 ppb (2005) Ez magasabb, mint az elmúlt évben valaha ( ppb). A növekedés üteme azonban 1990-től csökken. Forrás: mezőgazdaság, fosszilis tüzelőanyagok (arány nem ismert) N2O: 270 ppb  319 ppb (2005) A növekedés üteme kb tól állandó. Forrás: mezőgazdaság

32 1995-2006 közötti évekből a 11 legmelegebb 12 év közé tartozott.
Lineáris trend: : 0,6°C : 0,74°C Vízgőz növekedés (1980) = amennyivel többet a meleglevegő be tud fogadni.

33 Extrém hőmérsékletek:
Hideg napok, hideg éjszakák, fagyok: ritkábbak Forró napok, forró éjszakák, hőhullámok: gyakoribbak Az egyes extrém esetek (pl. hőhullámok az utóbbi években) Különböző faktorok egybeesése: 2003-as hőhullám okai: Állandósult magasnyomású rendszer (több besugárzás), száraz talaj (kevesebb hő fordítodott párolgásra). Egy svájci állomás átlag-hőmérsékletei 1864 és 2003 között

34

35 A nedves levegő mérőszámai
a vízgőz parciális nyomása (e, hPa, mbar) (gőznyomás) a telített levegő gőznyomása: (es): hőmérséklet függő, Magnus-Tettens formula telítési hiány (es-e) (telítési gőznyomás – tényleges gőznyomás) relatív nedvesség (f=e/es) (adott hőm-en lehetséges vízgőztartalomnak hány %-a van a levegőben) nedves hőmérséklet (Tw): az a hőmérséklet, amit a levegő akkor vesz fel, ha abba mindenkori hőmérsékletén infinitezimális mennyiségben vizet vezetünk be, és ott adiabatikus feltétellel állandó nyomáson elpárologtatjuk a telítettségig; a levegőnek az a legalacsonyabb hőmérséklete, amelyre izobárikusan lehűthető harmatpont (Td): az a hőm, amelyre lehűtve a levegőt az éppen telítetté válik. Magnus-Tetens formula: adott hőmérsékletre a telítési gőznyomás értéke