A légkör függőleges szondázása

Az előadások a következő témára: "A légkör függőleges szondázása"— Előadás másolata:

1 A légkör függőleges szondázása

2 A légkör vertikális szerkezete

3 A légkör vertikális szerkezete
Troposzféra 0 – kb. 10 km magassággal csökken a hőmérséklet időjárási jelenségek helye Felső határa: tropopauza ahol a hőmérséklet magassággal való csökkenése megáll Tropopauza hőmérséklete: kb °C

4 A légkör vertikális szerkezete
Sztratoszféra kb. 10 – 50 km magassággal nő a hőmérséklet ózonréteg: km Felső határa: sztratopauza ahol a hőmérséklet magassággal való növekedése megáll Sztratopauza hőmérséklete: kb. -10 °C

5 A légkör vertikális szerkezete
Mezoszféra kb. 50 – 90 km magassággal csökken a hőmérséklet légköri ionizáció, meteorok elégése Felső határa: mezopauza Mezopauza hőmérséklete: kb °C

6 A légkör vertikális szerkezete
Termoszféra kb. 90 km - világűr magassággal nő a hőmérséklet ionizált, ritka légkör

7 A légkör vertikális szerkezete
Milyen magasan van? Nemzetközi Űrállomás: 360 km Kvázipoláris műholdak: 800 – 900 km Geostacionárius műholdak: km Hold: km

8 Nyomási koordinátarendszer
Miért jó nyomásban megadni a magasságokat? Időjárási folyamatokat a légnyomás irányítja Könnyebben mérhető (repülőgépeken, szondákon) Modellekben könnyebben megadható peremfeltételek (a felső határon nullává válik a nyomás) Könnyen átváltható méterben mért magasságra:

9 Nyomási koordinátarendszer
Nyomás – magasság átváltás: Nyomási szint Réteg átlagos hőmérséklete! Főizobárszintek: 1013,25 hPa referencia-légnyomás tengerszint 1000 hPa felszíni főizobárszint 925 hPa kb. 700 m téli határréteg-magasság 850 hPa kb m nyári határréteg-magasság 700 hPa kb m legnagyobb feláramlás 500 hPa kb m Rossby-hullámok, tiszta geosztrófia 300 hPa kb m jet stream 200 hPa kb m tropopauza körülbelüli helye

10 Nyomási koordinátarendszer
Mitől függ az adott nyomási szint magassága? Nyomási szint Réteg átlagos hőmérséklete!

11 Nyomási koordinátarendszer
Mitől függ az adott nyomási szint magassága? Méterben mért magasság Réteg átlagos hőmérséklete!

12 Konvekció: a részecske-módszer
…egy szép nyári nap…

13 Konvekció Alaptételek: „Fazék a tűzhelyen”
A meleg levegő felfelé száll, mert a sűrűsége kisebb. A légkör alul melegebb, mint magasabban, mert a földfelszín hosszúhullámú sugárzása alulról melegíti, mert fölfelé a csökkenő nyomás miatt kitágul, lehűl. „Fazék a tűzhelyen” Miben különböznek a légköri feláramlások a tűzhelyen forralt vízben kialakulóktól?

14 Konvekció A feláramló levegő emelkedés közben kitágul, lehűl! KÉRDÉS:
Miben különböznek a légköri feláramlások a tűzhelyen forralt vízben kialakulóktól? A feláramló levegő emelkedés közben kitágul, lehűl! KÉRDÉS: A felemelkedő levegő melegebb-e, mint ugyanazon a szinten a környezet? IGEN: tovább emelkedik  labilis NEM: megáll az emelkedése  stabil

15 Konvekció Mennyit hűl a feláramló levegő 1 m emelkedés során?
kb. 1 °C / 100 m Ez a száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens. A felemelkedő levegő nem telített, nincs kondenzáció A felemelkedő levegő nem keveredik és nem cserél hőt a környezetével.

16 Konvekció A felemelkedő levegő melegebb-e, mint ugyanazon a szinten a környezet? IGEN: tovább emelkedik  labilis NEM: megáll az emelkedése  stabil Száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens A környező légkör hőmérsékleti profilja

17 Konvekció A feláramló, lehűlő levegő egy bizonyos magasságban telítetté válik, kicsapódik.  Konvektív felhőalap-magasság, CCL Felhőalap magassága méterben Felszíni harmatpont-hiány A felhőben emelkedő, telített levegő mennyit hűl 1 m emelkedés során?

18 Konvekció A felhőben emelkedő, telített levegő mennyit hűl 1 m emelkedés során? Pontosan nehéz megmondani (függ a hőmérséklettől, feláramlási sebességtől, magasságtól), de biztosan kevesebbet, mint a száraz esetben! (kb. 0,5 °C / 100 m)  A felszabaduló látens hő melegíti az emelkedő levegőt. Ez a nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens. A felemelkedő levegő telített, a kondenzáció hőt szabadít fel. A felemelkedő levegő nem keveredik és nem cserél hőt a környezetével.

19 2. Cu mediocris 1. Cu humilis 3. Cu congestus (TCu) 4. Cb calvus Képek: Wikipedia A felhőalap elérése után a feláramlás a felhőben folytatódik. A felszabaduló kondenzációs hő melegíti a feláramló levegőt, növeli az instabilitást.

20 Konvekció Lehetséges, hogy a környezeti hőmérsékleti gradiens a száraz és nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens közé esik. Kondenzációs szint (felhőalap) alatt:  stabil Kondenzációs szint (felhőalap) felett:  labilis! Ha „valami” (front, hegy, konvergencia) felemeli a levegőt a szabad emelkedési szintig, onnan a felszabaduló látens hő révén már szabadon emelkedik tovább. Ez a feltételes instabilitás.

21 Konvekció Ez a feltételes instabilitás.
Ha „valami” (front, hegy, konvergencia) felemeli a levegőt a szabad emelkedési szintig, onnan a felszabaduló látens hő révén már szabadon emelkedik tovább. Ez a feltételes instabilitás. Miért nem esik egybe a szabad emelkedési szint a kondenzációs szinttel?

22 Gyakorlás: emagram LFC: szabad emelkedési szint; LCL: kondenzációs szint

23 CAPE és CIN Az emagramon az emelkedő részecske és a környezet hőmérsékleti profilja által közrefogott terület. Energia dimenziójú (J/kg) mennyiség. Pozitív terület (labilis szakasz): CAPE Convective Available Potential Energy Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll. Negatív terület (stabil szakasz): CIN Convective Inhibition Az az energiagát, amit az emelkedő légrésznek le kell küzdenie, hogy a szabad emelkedési szintet elérje. Kis CAPE, nagy CIN:  stabil rétegződés Nagy CAPE, kis CIN: záporos, zivataros időjárás Nagy CAPE és CIN: kevés, de heves zivatar

24 CAPE és CIN Az emagramon az emelkedő részecske és a környezet hőmérsékleti profilja által közrefogott terület. Energia dimenziójú (J) mennyiség. Pozitív terület (labilis szakasz): CAPE Convective Available Potential Energy Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll. Negatív terület (stabil szakasz): CIN Convective Inhibition Az az energiagát, amit az emelkedő légrésznek le kell küzdenie, hogy a szabad emelkedési szintet elérje. Kis CAPE, nagy CIN:  stabil rétegződés Nagy CAPE, kis CIN: záporos, zivataros időjárás Nagy CAPE és CIN: kevés, de heves zivatar

25 A planetáris határréteg

26 A légköri turbulencia Turbulencia hatása: hatékony átkeverés
Mi okozza a turbulenciát? Termikus turbulencia: konvekció Mechanikai turbulencia: szélnyírás Mindkettő a felszínhez közel a legnagyobb! Videó itt! Videó

27 A légköri turbulencia Az a felszín feletti tartomány, ahol a turbulencia átkeverő hatása jelentős, a planetáris határréteg. Mit kever át a turbulencia? Hőmérsékletet (fentről lefelé, adiabatikusan) Szennyezőanyagokat (lentről felfelé, hígulás!) Nedvességet (köd feloszlása!) Momentumot (szélerősséget) Mitől függ a turbulencia erőssége? Stabilitás és besugárzás (nyári, nappali max.) Szélerősség

28 A planetáris határréteg napi menete
Kép: wikipedia Videó!

29 A planetáris határréteg
A planetáris határréteg tipikus magassága: Nyári nappalokon m (850 hPa) Téli nappalokon m (925 hPa) Derült éjszakákon m (stabil éjszakai határréteg) A határréteg-magasság pontos értéke függ: besugárzás, borultság, labilitás, talajnedvesség, felszínhasználat, domborzat, felhőalap-magasság… Ahol a határréteg biztosan véget ér: Ahol a hőmérséklet felfelé emelkedni kezd: felhőalap v. inverziók

30 Inverziók +1

31 Inverzió Rendkívül stabil rétegződés
Gyilkolja a turbulenciát és a konvekciót A hőmérséklet emelkedik a magassággal Az inverzió, mint „kupak”, elszigeteli az alatta lévő levegőt a magasabb szintektől Az inverziós réteg hullámzik (gravitációs hullámzás) A tartósan fennmaradó inverziók szmoghelyzet kialakulásához vezethetnek Az inverzió csak a termikus turbulenciát szünteti meg. Mi történik, ha a rétegződés stabil, de erős szélnyírás van?

32 Kelvin-Helmholtz-féle felhők
Videó! Az inverzió csak a termikus turbulenciát szünteti meg. Mi történik, ha a rétegződés stabil, de erős szélnyírás van?

33 Kisugárzási inverzió Derült éjszakákon
A felszín és a talajközeli levegő gyorsan hűl Turbulencia híján a fenti melegebb levegő nem keveredik le Késő ősszel és télen kisugárzási köd és hideglégpárna kialakulásához vezethet Felszakadása: erősödő szél, melegadvekció, besugárzás (napkelte)

34 Kisugárzási inverzió

35 Zsugorodási inverzió Leszálló levegő felmelegszik (pl. anticiklonban)
A legnagyobb leáramlás helyén inverzió lép fel kb. 700 hPa Elfojtja a kialakulóban lévő konvekciót.

36 Zsugorodási inverzió

37 Völgyi inverzió Hegyről lezúduló levegő felmelegszik ( főn)
A völgy mélyén megül a hideg levegő

38 Völgyi inverzió

39 Parti inverzió A felszín közelében a hideg óceán felől fújó szél lehűti a part feletti levegőt. elsősorban hideg tengeráramlatok közelében figyelhető meg

40 Frontális inverzió Hidegfrontok mentén
A hideg levegő a felszín közelében előretör Általában erős széllel jár és rövid ideig tart, ezért a többi inverzióval ellentétben nem jelenik meg benne köd vagy szmog

41 Összefoglalás Planetáris határréteg A légkör vertikális szerkezete
Troposzféra: időjárás Sztratoszféra: ózonréteg Mezoszféra, termoszféra Konvekció Függőlegesen elmozduló légrészt vizsgálunk Száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens Stabil és labilis hőmérsékleti rétegződés Nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens Feltételes instabilitás Kondenzációs szint, szabad emelkedési szint CIN és CAPE Planetáris határréteg Mechanikai és termikus turbulencia A határréteg-magasság napi és évi menete A határréteg jelentősége az időjárás alakításában Inverziók Kisugárzási inverzió Zsugorodási inverzió Völgyi inverzió Parti inverzió Frontális inverzió

42