A levegıben semmi pára, a csilló könnyőség lebeg! Az éjjel rászálltak a fákra, mint kis lepkék, a levelek. József Attila: Eszmélet (részlet)
Kondenzációs folyamatok a légkörben
Makra László
A teljes légköri vízkészlet 99 %-a a troposzférában található; V(H2O) < 1-4 %; erısen változó gáz (koncentrációja térben és idıben néhány napon belül jelentısen változhat); mindhárom fázisban (halmazállapotban) elıfordul a légkörben; • gız (láthatatlan); • cseppfolyós: cseppek (láthatók); • szilárd: kristályok (láthatók);
fázisváltás • szublimáció • párolgás • olvadás
←→ ←→ ←→
függ a hımérséklettıl;
depozíció; kondenzáció; fagyás;
Definíció: a) forráspont: az a hımérséklet, amelyen a folyadék gıznyomása megegyezik a külsı nyomással. A külsı nyomás növekedtével a forráspont emelkedik és viszont. b) forrás: a folyadék párolgása; pontosabban: ha a folyadéknak a gızfázisba való átmenete nemcsak a határfelületen, hanem a folyadék belsejében is megindul.
„A vidék olyan magas és hideg, hogy még madarat sem látni repülni. … A tőz sem olyan hevesen és forrón ég, s a színe sem olyan, mint más helyeken, így a hús sem tud itt jól megsülni.” Marco Polo, Magas Pamír, ≈ i. sz. 1265
A légköri víz kondenzációja kétféle módon mehet végbe: felületen;
(a kondenzáció a levegıvel közvetlenül érintkezı felületeken / felszíneken történik) • harmat (a lokális vízgız kondenzációja t > 0 ºC-on); • dér (a lokális vízgız depozíciója t < 0 ºC-on); • zúzmara (az advektív vízgız depozíciója t < 0 ºC-on); finom kristályos zúzmara (lokális vízgız depozíciója t < -5 ºC-on); durva szemcsés zúzmara (advektív, frontális, túlhőlt felhıcseppek a felülethez csapódva azonnal kifagynak; -2 ºC < t < -10 ºC; rázásra nem érzékeny);
térfogaton belül;
nagy kiterjedéső levegıtömegben egyszerre igen sok vízcsepp / jégkristály válik ki;
→ köd: a kondenzáció a felszín közelében történik; → felhı: a kondenzáció a felszíntıl távol történik;
Definíció: Felhınek (ködnek) nevezzük a légkör olyan összefüggı részét, melyben a vízcseppek / jégkristályok annyira nagy számban lebegnek, hogy a fény útjában akadályt létesítenek.
A légköri vízgız kondenzációja − fizikai alapismeretek A levegıben lévı vízgız kondenzációjához túltelítettségre van szükség: → t < td ⇒ et > Et; Legyen: Mf = a folyadéktérbıl idıegység alatt annak zárt gızterébe kilépı gızmolekulák száma; Mg = a folyadék zárt gızterébıl idıegység alatt a folyadéktérbe visszalépı gızmolekulák száma; Legyen továbbá: E = a víz fölötti zárt gıztér telítettségi gıznyomása; e = a víz fölötti zárt gıztér tényleges gıznyomása; t = a víz fölötti zárt gıztér hımérséklete; td = víz fölötti zárt gıztér harmatpontja;
Ekkor a fázisátalakulásban idıegység alatt résztvevı gızmolekulák száma között az alábbi összefüggések írhatók föl: • Ha Mf = Mg ⇒ et = Et és t = td; a víz fölötti gıztér telített ⇒ sem párolgás, sem kondenzáció nincs; • Ha Mf > Mg ⇒ et < Et és t > td; a víz fölötti gıztér telítetlen ⇒ párolgás; • Ha Mf < Mg ⇒ et > Et és t < td; a víz fölötti gıztér túltelített ⇒ kondenzáció; A telítettségi gıznyomás függ: • a hımérséklettıl: E = f(T); • a párolgó felszín halmazállapotától; • a párolgó folyadékban feloldott anyagok mennyiségétıl (oldattöménység); • a párolgó felszín alakjától;
• a telítettségi gıznyomás hımérséklet-függése: E = f(T);
• a telítettségi gıznyomás függése a párolgó felszín halmazállapotától;
•
a párolgó folyadékban feloldott anyagok mennyiségétıl (oldattöménység); Raoult-törvény: vizes oldatok fölött kisebb a telítettségi gıznyomás, mint tiszta víz fölött; Legyen: Et = telítettségi gıznyomás a tiszta oldószer (víz) fölött t hımérsékleten; n1 = az oldott anyag gramm molekuláinak a száma; n0 = az oldószer gramm molekuláinak a száma; → Raoult-törvény:
dE = − E ⋅
n1 n0
[ mb]
• a párolgó felszín alakjától; a felhıkben a kondenzálódott vízgız → apró vízgömböcskék; a gömb alakú vízcseppekre a görbült felülettel kapcsolatos felületi feszültség miatt: Eg,t > Es,t (g = görbült felület, s = sík felület, t = hımérséklet);
Thomson-egyenlet:
2,546 ⋅10−6 E g − Es = r
[ mb]
A telítési gıznyomás függése a cseppmérettıl
laborkísérletek → tökéletesen tiszta levegıben csak kb. 440 %-os túltelítettség esetén indul meg a kondenzáció; • ⇒ a tiszta levegı kondenzációs cseppjeire vonatkozó egyensúlyi gıznyomás 4,4-szerese a sík vízfelszínre vonatkozónak; • ⇒ a csepp még akkor is elpárolog, ha környezete a sík vízfelszínre vonatkozóan túltelített; 4,4-szeres túltelítettség a környezetben nincs; ⇒ mi az oka a felhıcseppek / jégkristályok megjelenésének? → a kondenzációs magvak (aeroszolok);
Az aeroszolok forrásai földfelszíni eredetőek; • • •
por / homok; füst (vulkáni), tüzek, és szennyezıanyagok (szulfátok); pollenek és spórák;
óceáni eredetőek; • tengeri só;
kémiai eredetőek; • fotodisszociáció; • heterogén / homogén kémia;
Aeroszol paraméterek
A légköri aeroszol részecskék koncentrációja (db⋅⋅cm-3) különbözı mérettartományokban (r: a részecske sugara) a földrajzi hely függvényében elnevezés
mérettartomány (r)
Aitken-mag nagy mag óriás mag
r < 0,1 µm 0,1 µm ≤ r < 1,0 µm r ≥ 1,0 µm
kontinentális szennyezett tiszta 100.000 10.000 100 – 1.000 100 0,1 – 1,0 0,05
Az aeroszol részecskék közepes koncentrációja különbözı feltételek esetén hely nagyváros város vidék, szárazföld vidék, tengerpart hegy h: 500 – 1.000 m h: 1.000 – 2.000 m h: > 2.000 m sziget óceán
koncentráció (db·cm-3) 147.000 34.300 9.500 9.500 6.000 2.130 950 9.200 940
óceáni 300 10 0,1
Aeroszolok és szerepük a kondenzációban
a vízgız kondenzációja túltelített levegıben, de akár már R < 100 % esetén is bekövetkezhet; az aeroszol részecskékben található szervetlen sók [(NH4)2SO4, NH4NO3, NaCl, stb.] általában higroszkópos tulajdonságúak; • a konyhasó (NaCl) gyakran összecsomósodik, azaz vizet vesz fel a levegıbıl (kondenzáció); ok: a NaCl már R = 75 % mellett „elfolyósodik” → fázisváltás; sók esetében a fázisváltás (kondenzáció) R < 100 % mellett lép föl; ok: a sók telített oldatára vonatkozó telítési gıznyomás R < 100 % mellett tapasztalható; oldathatás: • elıbb következik be a fázisváltás (kondenzáció), ha vízben jól oldódó összetevıket tartalmaz a részecske; • késıbb következik be a fázisváltás (kondenzáció), amikor oldhatatlan vegyületeket tartalmaz a részecske;
Vízgız molekulák és higroszkópikus aeroszolok
az R < 100 % mellett keletkezett felhıcseppek egyensúlyi állapota stabilis; az esıcseppek kialakulásához további jelentıs növekedés szükséges; → labilis egyensúlyi állapot → spontán növekedés; • a levegı felemelkedése; • a vízgız mennyiségének növelése; a részecske felületére vonatkozó telítési gıznyomás a részecske méretétıl is függ;
Aeroszolok és kondenzáció
Összefoglalás az aeroszolokra tapadó vízmolekulák már nem molekuláris nagyságú, hanem jóval nagyobb mérető vízcseppeket képeznek → Thomson-törvény ⇒ a felületükhöz tartozó telítettségi gıznyomás jelentısen csökken ⇒ csekély túltelítettség már elég a kondenzációhoz; a kondenzációs magvak jelentıs része nedvszívó ⇒ anyaguk a vízben feloldódik → Raoult-törvény ⇒ a felületükhöz tartozó telítettségi gıznyomás jelentısen csökken ⇒ csekély túltelítettség már elég a kondenzációhoz; A kondenzációhoz szükséges túltelítettség (%) különbözı sugarú (µ µm) kondenzációs magvak esetén
sugár (µm) túltelítettség (%)
0,001 314
0,01 112,1
0,02 105,0
0,1 101,15
1,0 100,11
10,0 100,01
Felhıfizika Felhık makrofizikája (felhıdinamika) Tárgya 10 cm - 10 km-es térsálán zajló termodinamikai és hidrodinamikai folyamatok tanulmányozása; felhırendszerek kialakulása, szerkezete és fejlıdése;
Felhık mikrofizikája Tárgya 10-8 cm - 10 cm térskála, felhıkön belüli folyamatok vizsgálata; a légköri víz fázisváltozásai, a felhı- és csapadékelemek növekedésének tanulmányozása;
A felhıképzıdés fizikai folyamata
a felhık alkotórészei: felhıelemek; felhıelemek: felhıcseppek + jégkristályok; az aktív kondenzációs magvak (melyek elıbb-utóbb felhıelemeket képeznek: kondenzációs csírák;
Tekintsünk egy hőlésben lévı légtérfogatot • a kondenzációs magvak eltérı méretőek és oldódóképességőek ⇒ a kicsapódás elıször a nagyobb mérető és jó oldódóképességő magvakon indul meg; • további hőlés ⇒ a túltelítettség nı ⇒ egyre újabb magvak válnak kondenzációs csírává (kisebbek és kevésbé higroszkóposak); • a vízgız a légtérfogatban lassan elhasználódik ⇒ a túltelítettség egy idı múlva csökken;
• A keletkezett felhıelemek mérete és koncentrációja attól függ, hogy a hőlési folyamat során fellépı maximális túltelítettségig hány kondenzációs magból lesz kondenzációs csíra, azaz: hány olyan mag van jelen, amelynek a mérete és oldódóképessége biztosítja, hogy:
Ecsíra vízhártya felülete < Ekörnyezeti maximális túltelítettség ezek és csak ezek a magvak lesznek kondenzációs csírák; sok kondenzációs csíra ⇒ sok, de kicsiny mérető felhıcsepp; kevés kondenzációs csíra ⇒ kevés, de nagy mérető felhıcsepp; → fontos a felhı további fejlıdése szempontjából;
• Kapcsolat az aktív kondenzációs magvak koncentrációja és a környezet maximális túltelítettségének a mértéke között; ha a légtérfogatban kevés a kondenzációs mag ⇒ a magvak nagyméretőek ⇒ csekély (≈ 1 %-os) túltelítettségen aktivizálódnak; ha a légtérfogatban sok a kondenzációs mag ⇒ a magvak kis méretőek ⇒ nagyobb túltelítettségen aktivizálódnak;
• Adott légtérfogatban, adott túltelítettségen eltérı a szárazföldek, illetve az óceánok fölött keletkezı kondenzációs csírák száma; a szárazföldek fölött több ⇒ kisebb mérető csíra keletkezik; ok: a kondenzációs magvak zöme szulfát só [(NH4)2SO4] → kevésbé jól oldódik; az óceánok fölött kevesebb ⇒ nagyobb mérető csíra keletkezik; ok: a kondenzációs magvak zöme klorid (NaCl) → jól oldódik;
Adott légtérfogatban, adott túltelítettségen az óceánok fölött kevesebb, de nagyobb mérető csíra keletkezik;
A felhıelemek méret szerinti eloszlása a légkörben átlagos feláramlási (hőlési) sebesség mellett hőlési sebesség: ettıl függ az idıegység alatt kondenzálódó vízgız mennyisége;
A felhıcseppek spektrumának, koncentrációjának, illetve a felhı víztartalmának változása a magasság függvényében Cumulus congestus felhı esetén
A felhıcseppek közepes spektruma és víztartalma különbözı típusú felhık esetében
Felhıvíz paraméterek a felhıcseppek sugara: 1 µm < r < 30 µm; a felhıcseppek koncentrációja: 300 db·cm-3; a leggyakoribb felhıcsepp sugár: 5 µm < r < 12 µm; felhı víztartalom a mérsékelt övben: 0,1 g·m-3 < m < 1 g·m-3; felhı víztartalom a trópusokon: 10 g·m-3 < m < 20 g·m-3; adott felhıtérfogatban a kondenzálódott vízgız tömege nagyságrenddel kisebb a légnemő vízgız tömegénél; példa: -3 vízgız és 0,5 g·m-3 kondenzálódott víz; ttelí telített levegı levegı = 0 ºC → 5 g·m
A felhık alkotóelemei: felhıcseppek és jégkristályok Szilárd fázisú víz keletkezése a légkörben 1. Szilárd részecskéken (jégmagvakon) → gızdepozíció (fordított szublimáció); A jégmagvak eredete: •
földfelszíni; vízben oldhatatlan ásványi részecskék, hexagonális kristályszerkezet, 0,05 µm < r < 1,5 µm;
•
extraterresztikus meteoritpor;
2. A felhıkben lebegı túlhőlt vízcseppek kifagyása; A kifagyás módjai: •
a kifagyást elıidézı részecske már a kondenzációs folyamatnál a vízcseppbe kerül;
•
jégmag / jégkristály ütközik utólag a túlhőlt csepphez;
A túlhőlt cseppek fagyási hımérséklete a cseppsugár függvénye; → minél kisebbek a cseppek, annál alacsonyabb hımérsékleten fagynak meg; ok: a nagyobb cseppben nagyobb valószínőséggel vannak aktív jégmagok (nagyobb felületük miatt nagyobb valószínőséggel ütköznek jégmagokkal); A kondenzációs magvak között kevés a jégmag; ⇒ a túlhőlt felhıcseppek kifagyása lassú folyamat;
Miért nem hullanak le a felhık? A kis mérető, gömb alakú vízcseppek esési sebessége: → Stokes-formula:
v = 1, 26 ⋅106 ⋅ r 2
cm ⋅ s −1
ahol r = a gömb alakú csepp sugara (cm);
ha egy átlagos felhıcsepp sugara: r = 10-3 cm; ⇒ esési sebessége: v = 1,26 cm·s-1; ha egy nagy felhıcsepp sugara: r = 2·10-3 cm; ⇒ esési sebessége: v = 5,04 cm·s-1; ⇒ 4 km magasságból ≈ 3,674 nap alatt jutna le egy átlagos mérető felhıcsepp a földfelszínre; elméletben: a felhıcsepp csak akkor érhet a felszínre (a föntinél hosszabb idıtartam alatt), ha a felhı alatti föláramlás sebessége kisebb a felhıcsepp esési sebességénél, azaz, ha:
v felhıcsepp esési sebessége↓ > v feláramlási sebesség a felhı alatt ↑ valóságban: a felhıcsepp alatti föláramlás sebessége jóval nagyobb, mint a felhıcsepp esési sebessége, azaz;
vfelhıcsepp esési sebessége↓ < v feláramlási sebesség a felhı alatt ↑
A felhıelemek halmazállapota a hımérséklet függvényében hımérséklet 0°C < t − 7,0°C < t −20,0°C < t < − 7,0°C −38.9°C < t < −20,0°C t < −38.9°C
a keletkezı felhıelemek halmazállapota meleg felhık vízcseppek, túlhőlt vízcseppek vegyes halmazállapot, túlhőlt vízcseppek túlsúlya vegyes halmazállapot, szilárd fázis túlsúlya szilárd halmazállapot
A felhıképzıdés meteorológiai feltételei
Milyen meteorológiai folyamatok révén jöhet létre túltelítettség a légkörben? párolgás révén; túltelítettség csak akkor léphet föl, ha: tpárolgó vízfelszín > tlevegı levegı; ⇒ párolgási köd; ⇒ völgyi köd;
a levegı lehőlésével; • advekció ha a meleg, nedves levegı hideg felszín fölé érkezik ⇒ advekciós köd; ⇒ feláramlási köd;
• kisugárzás a talaj, illetve a levegı saját kisugárzása lehőti a levegıt ⇒ kisugárzási köd;
• keveredés ha két eltérı hımérséklető, de a telítettséghez közeli vízgıztartalmú légtömeg keveredik; tkeverék < tmelegebb légtö gtömeg ⇒ túltelítettség ⇒ keveredési köd;
• adiabatikus folyamatok a levegı lehőlésének leghatékonyabb módja; → felhı felhıképzı pzıdés; → csapadé csapadékké kképzı pzıdés;
köd
A látástávolság kisebb, mint 1000 m
párolgási köd
Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.
párolgási köd
Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.
völgyi köd
Figure 7.25
Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.
völgyi köd
Akkor keletkezik, amikor hővös levegı meleg vízfelszín fölé áramlik.
advekciós köd
Meleg, nedves levegı érkezik hideg szárazföldi felszín, vagy vízfelszín fölé.
advekciós köd Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.
advekciós köd – feláramlási köd
Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.
advekciós köd – feláramlási köd
Ha a levegı fölemelkedik, akkor lehől. Ha a levegı magas hegység fölé emelkedik, elegendı mértékben lehőlhet ahhoz, hogy elérje harmatpontját.
kisugárzási köd
A leggyakoribb ködtípus. Szárazföldek fölött keletkezik, amikor a hımérséklet a kisugárzás miatt a harmatpontra, vagy az alá csökken.
Keveredési köd (ködképzıdés bepárolgással)
A víz kondenzációja
A víz kondenzációja Felületen Mikrocsapadék
>0°C harmat
Talaj közelében Köd <0°C Ködtípusok keletkezés alapján: dér, zúzmara ok: bepárolgás Meleg vízfelszín felett hideg levegı – páraköd Hideg levegıbe magasból meleg vízcseppek hullanak – frontális köd ok: lehőlés Kisugárzás révén – kisugárzási köd Áramló levegı hideg felszín felett – áramlási köd Orográfiai akadály - lejtıköd
A légkörben FELHİKÉPZİDÉS Túltelítettség a) bepárolgás b) lehőlés kondenzációs magvak
Magasban Felhı (lásd: felhık osztályozása)
Cseppnövekedési folyamatok CSAPADÉKKÉPZİDÉS hulló csapadék 1. As-Ns rendszerbıl hulló tartós esı 2. Cb felhıkbıl záporos csapadék 3. St és Sc felhıkbıl szitáló csapadék tartós csap. + szitáló csap. túlhőlt vízcseppekbıl⇒ ónos esı
Örök felhık, jöjjetek; szálljatok föl a zúgó óceáni mélységekbıl, apáink; repüljetek a fenséges hegyek fölé, terjesszétek ki szárnyainkat erdıs csúcsaikra. . . tüntessétek el a nyirkos ködöt, mely elrejti a föld végtelen szépségét, hogy örökké gyönyörködhessünk benne. Aristophanes, A felhık (részlet)
A felhık osztályozása [Luke Howard angol vegyész (1803) → WMO]
A felhıalap – kondenzációs szint (Bora-Bora, Csendes-óceán)
A felhık magasság szerinti osztályozása felhıcsoportok magas szintő felhık közepes szintő felhık alacsony szintő felhık függıleges felépítéső felhık
mérsékelt övi magasságuk 5 – 13 km 2 – 7 km a talajfelszín és 2 km között alapja átlagosan 500 m, teteje átlagosan 8000 m-ig ér (zivatarfelhık)
Felhıtípusok és azonosításuk
A felhık alak szerinti osztályozása felhıcsoportok réteges jellegő felhık gomolyos jellegő felhık függıleges felépítéső felhık
mérsékelt övi magasságuk vízszintes kiterjedésük a függılegeshez képest nagy függıleges kiterjedésük a vízszinteshez képest nagy mindkét irányú kiterjedése nagy (azonos nagyságrendő)
A felhık fajtái, alfajtái, változatai és kiegészítı jellemzıi A FELHİK FAJTÁI latin név Cirrus (Ci) Cirrocumulus (Cc) Cirrostratus (Cs) Altocumulus (Ac) Altostratus (As) Nimbostratus (Ns) Stratocumulus (Sc) Stratus (S) Cumulus (Cu) cumulonimbus (Cb)
VÁLTOZATAI latin név vertebratus undulatus radiatus lactunosus duplicatus translucidus perlucidus opacus
magyar név pehelyfelhı bárányfelhı fátyolfelhı párnafelhı lepelfelhı esırétegfelhı gomolyos rétegfelhı
rétegfelhı gomolyfelhı zivatarfelhı
magyar név gerinc alakú hullámos fényes, sugárzó lyukas kettıs átlátszó fényáteresztı árnyékos, vastag
szint magas magas magas középmagas középmagas több szintet átfog alacsony alacsony alacsony több szintet átfog
ALFAJTÁI latin név fibratus uncinus spissatus castellanus floccus stratiformis nebulosis lenticularis fractus mediocris congestus
magyar név szálas, rostos kampós vastagodó kastélyszerő csomós réteges ködös, homályos lencse alakú töredezett, szakadozott
közepes felhalmozódó
KIEGÉSZÍTİ JELLEMZİI (ALAK) latin név magyar név incus üllı mammatus emlı virga veszı, rızse pretipitatio csapadékhullás arcus boltív tuba trombita, nyúlvány pileus sapka pannus rongy
Felhıfajták helyzetükkel és szerkezetükkel Cirrus (Ci) (pehelyfelhı):
helyzete: magas szintő; szerkezete: fehér, finom rostok, fehér / túlnyomóan fehér foltok, esetleg keskeny szalagok; anyaga: jégkristályok; képzıdési magassága a közepes földrajzi szélességeken: 5 - 13 km;
Cirrocumulus (Cc) (bárányfelhı):
helyzete: magas szintő; szerkezete: fehér folt, felhılepel / réteg; önárnyék nélküli; fodorszerő gomolyok, többé-kevésbé szabályos elrendezıdés;
Cirrostratus (Cs) (fátyolfelhı):
helyzete: magas szintő; szerkezete: rostos, fonalas vagy sima; áttetszı, fehéres felhıfátyol; részben / egészben eltakarhatja az eget;
Altomcumulus (Ac) (gomolyfelhı, párnafelhı):
helyzete: közepes szintő; szerkezete: lemezes, gömbölyded párnás, hengeres; fehér / szürke árnyalatú felhıréteg, önárnyékkal;
Altostratus (As) (lepelfelhı):
helyzete: közepes szintő; szerkezete: szürkés, kékes felhılepel / csíkos, rostos, sima réteg; részben / egészen elboríthatja az eget; vegyes halmazállapotú felhı;
Nimbostratus (Ns) (réteges esıfelhı):
helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: szürke / sötét felhı, a erısen elkent alakkal; tartós, folytonos csapadék;
helyzete: alacsony szintő; szerkezete: szürke / fehéres felhıréteg; Stratocumulus (Sc) (gomolyos rétegfelhı): Mozaikos elemek, párnák / hengerek; Stratus (St) (rétegfelhı):
helyzete: alacsony szintő; szerkezete: szürkés felhı, egyenletes felhıalappal; gyakran alakul ki a talajról felemelkedı ködbıl;
Cumulus (Cu) (gomolyfelhı):
helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: különálló, sőrő / éles körvonalú felhık; tömb, kupola, torony alakúak; feldudorodó felsı részük ragyogóan fehér, míg alapjuk viszonylag sötét és vízszintes;
Cumulonimbus (Cb) (zivatarfelhı):
helyzete: függıleges felépítéső; szerkezete: vastag, sőrő, torony formájú felhı; csúcsa általában lapított; gyakran üllı alakú; a felhıalapból csapadékszálak (virga) ereszkednek alá; csapadéka mindig heves és záporszerő; mennydörgéssel, villámlással;
A tölgyek alatt – Felhık szeme rebben" – Van-e szép, vagy kép, Vagy értelem ebben? "Felhık szeme" ilyen Csoda-bogarat Képzelni... ha cédrus, Nem tölgyek alatt!... Arany János. A tölgyek alatt (részlet)
Alacsony szintő felhık
Stratiform felhırétegek
Stratocumulus stratiformis opacus undulatus
Stratus undulatus
Stratus (felülrıl)
Felhın vet ágyat már az alkonyat s a fáradt fákra fátylas fény esız. Kibomló konttyal jı az édes ısz. Radnóti Miklós: Naptár, szeptember (részlet)
Közepes szintő felhık
Nimbostratus
Altocumulus translucidus
Altocumulus lenticularis
Altocumulus stratiformis perlucidus undulatus
Ne bántsatok, ha most rossz vagyok, Ha most kicsit halkabban élek. Halkabban élnek a felhık is, Meg a halottak, meg a rétek. József Attila: Ezüst élet (részlet)
Magas szintő felhık
Cirrus - Cirrostratus
Cirrocumulus undulatus
Cirrostratus
Cirrostratus - felhıvászon
Már karcsú idomaira pongyolát ölt a lég. Az alkony a felhın féső... Ülünk együtt, mint kedves és fia... A főben gyepként sarjad a sötét. József Attila: Alkalmi vers a szocializmus állásáról (részlet)
Függıleges felépítéső felhık
Cumulus
Cumulonimbus
Nimbosratus
Cumulonimbus
Cumulonimbus kifejlıdése
A víztartalom eloszlása Cumulonimbus (Cb) felhıben
De hiába, már nincs levél a fákon, halk tőz robogja be a tőzhelyet, felhık – mint soha régen – bóbiskolnak az égen, s már nem lehet, már nem lehet... Dsida Jenı: Öreg október (részlet)
Orografikus felhık
A domborzat hatása a levegı áramlására stabil légkör esetén. Ha a levegı nedvesség tartalma elég magas, a hullámhegyeknél lenticuláris (lencse alakú) felhık alakulnak ki.
orografikus emelkedés
orografikus emelkedés
felhısapkák hegycsúcsok fölött
Orografikus emelkedés és csapadék
Esıárnyék-hatás: az orografikus emelkedés következménye
Orografikus / radiációs felhıképzıdés, Fujiyama, Japán, 3776 m
Orografikus / radiációs felhıképzıdés, Fujiyama, Japán, 3776 m
Az alkonyat, a merengı festı fest: Violára a lemenı felhıket S a szürke fákra vérzı aranyat ken, Majd minden színét a Tiszának adja, Ragyog, ragyog a búbánat iszapja. (Magyar táj: így lát mélán egy magyar szem.) Juhász Gyula: Magyar táj, magyar ecsettel (részlet)
Mechanikailag kikényszerített felhık
Mechanikailag kikényszerített felhık
lenticularis
felhıhullámok
Hajók nyomai: a nagy hajók kipufogógázaiban lévõ részecskék CCN-ként hatnak, és felhõket képeznek (Franciaország a kép jobb oldalán, Spanyolország a kép alján található). Ahogyan a hajók az Atlanti-óceán keleti részén haladnak, áthaladásukat követıen felhõk képzıdnek, láthatóvá téve, hogy a hajó merre járt. A hajók nyomai több órán át megmaradhatnak. Minél gyorsabb egy hajó, annál keskenyebb és hosszabb lesz az általa okozott felhõnyom. A lassabb hajók rövidebb és szélesebb sávot hagynak.
Kondenzációs csíkok a Rhône völgye felett. Ezek a nagy sugárhajtású gépek áthaladásakor alakulnak ki. Jégkristályokból állnak, s ott képzõdnek, ahol a hõmérséklet alacsonyabb, mint -40 °C. Becslések szerint ezek a mesterséges felhõk a földfelszín kb. 0,1 %-át borítják.
Ron Candiloro pilóta átlépi a hangsebességet F/A-18 Hornet vadászgépével a Csendes óceán felett 1997 július 7-én. A felhılabda hatást a hanghullámok keltik, mikor felmelegítik a levegı páratartalmát.
Az égen felhık szállnak, szomorúak, Nehéz párájú, sápadt, bús rajok. Érzem: a kék Semmibe ott vonulnak A földi, párás, fájó sóhajok... Tóth Árpád: Notturno (részlet)
Poláris sztratoszférikus felhık
Poláris sztratoszférikus felhık
Az Antarktisz fölött
Kiruna, Svédország Az Antarktisz fölött Sztratoszférikus felhık csak akkor alakulnak ki, ha elég hideg van (t < -80 ºC) ahhoz, hogy a kis mennyiségben jelen lévı víz kondenzálódjon és jégkristályokat alkosson.
Ó, fent az égen felleg úszik, Aranyfelhı, angyal-hajó, Egy angyal tán a szélre kúszik, Inteni volna néki jó: Tóth Árpád: Az új tavaszra (részlet)
Poláris mezoszférikus világító felhık
Világító felhık
Finnország fölött
A világító felhık (noctilucent clouds = NLC) jellemzıi • magassági elıfordulása: a legmagasabban (h ≈ 83 km) található felhık a légkörben; • szélesség menti elıfordulása: mindkét féltekén a pólusoktól egészen a 40° földrajzi szélességig terjedı tartományban keletkezhetnek; • idıbeni elıfordulása: csak nyáron képzıdnek: általában egy 12 hetes periódusban, jellemzıen két héttel a napforduló után;
• az NLC-k a Föld leghidegebb részén – a poláris nyár mezopauzájában keletkeznek (T ≈ 130 K); • az NLC-k jégkristályokból állnak; rNLC ≈ 50 nm = 50 10-9 µm (remberi hajszál = 500 · rNLC) 1) „Noctilucent (NLC)” = „éjszakai világító” 2) NLC = “poláris mezoszférikus felhı” (PMC)
Röviddel naplemente után a megfigyelı már sötétben van, de az NLC-t még érik a Nap sugarai
világító felhık Finnország fölött
A világító felhık szerkezete Bonyolult szerkezetük a légköri mozgások függvénye
hullámok
sávok
A világító felhık képzıdése • A globális cirkuláció részeként a poláris nyár mezoszférájában fölemelkedik a levegı; • E fölemelkedı levegı a mezoszféra lehőléséhez vezet nyáron; • A vízgız a fagyáspontját (T = 150 K = -123 ºC) a mezopauza közelében (h ≈ 88 km) éri el; Oka: alacsony légnyomás (p = 0,06 mb) alacsony vízgız keverési arány (r = 5 ppmv) • a jégkristályok h ≈ 88 km magasságban képzıdnek; • a jégkristályok innen leereszkednek h ≈ 83 km magasságba, s itt világító felhıket képeznek;
Poláris mezoszférikus felhı (PMC), amerikai őrállomásról
Mi a célja a világító felhık tanulmányozásának ? Egyre több világító felhı figyelhetı meg
A világító felhık egyre inkább az Egyenlítı felé mozdulnak el
MIÉRT ? A világító felhık egyre fényesebbek
Egy látványos ám váratlan esemény: Vliágító felhık Logan fölött (Utah, 1999 június 22.)
Elıször figyeltek meg és fényképeztek le PMC-ket a 40 ºN földrajzi szélesség közelében!
A világító felhık (NLC-k) és a globális klímaváltozás közötti kapcsolat • Az NLC-k reakciója a légköri hımérséklet és nedvességtartalom változásaira: a hımérsékletet a szén-dioxid (CO2) befolyásolja; a nedvességtartalmat a metán (CH4) befolyásolja;
• A CO2 és a CH4 légköri koncentrációja antropogén hatásra növekszik; • növekvı CO2-koncentráció: melegszik a troposzféra → „üvegházhatás”; hől a mezoszféra, ahol az NLC-k képzıdnek;
• növekvı CH4-koncentráció: A CH4 oxidációja OH-val víz képzıdéséhez vezet a sztratoszférában: CH4 + OH = CH3 + H2O
• ⇒ az NLC-k a klímaváltozás látható indikátorai;
NLC-k és a klímaváltozás konklúzió • az NLC-k képzıdéséhez vízgız és alacsony hımérséklet szükséges;
• ⇒ a mezopauza növekvı vízgıztartalma és csökkenı hımérséklete több NLC képzıdéséhez kell, hogy vezessen;
• a mezopauza növekvı vízgıztartalma és csökkenı hımérséklete együtt jár a metán és a szén-dioxid légköri koncentrációinak növekedésével;
• ⇒ az NLC-k a klímaváltozás további bizonyítékát képezik;
Talajszinti és talaj közeli kondenzáció Fényképek
A folyó csöndes, nagy nyugalmat görget, harmattá vált bennem a gond és teher; se férfi, se gyerek, se magyar, se testvér, csak megfáradt ember, aki itt hever.
harmat;
József Attila: Megfáradt ember (részlet)
harmat;
Egyre várlak. Harmatos a gyep, Nagy fák is várnak büszke terebéllyel. Rideg vagyok és reszketeg is néha, Egyedül olyan borzongós az éjjel. József Attila: Várlak (részlet)
dér;
És minden, minden elhagy minket, A szó, kisértés, dölyf s a vér És visszasírjuk könnyeinket, Mely már az Óceánba ér. És csak hiába, nem jı vissza, De jön helyette téli Dér, József Attila: Az örök elmulás (részlet)
zúzmara;
Valami nagy-nagy tüzet kéne rakni, Hisz zúzmarás a város, a berek... Fagyos kamrák kilincsét fölszaggatni És rakni, adjon sok-sok meleget. József Attila: Tél (részlet)
ónos esı;
Mint ólmos ég alatt lecsapódva, telten, füst száll a szomorú táj felett, úgy leng a lelkem, alacsonyan. Leng, nem suhan. József Attila: Elégia (részlet)
Ónos, csapó esıben ázom S vörös-kék szılılevelekkel Hajló fejem megkoronázom.
ónos esı;
Ady Endre: Elillant évek szılıhegyén (részlet)
pára;
Lágy a táj, gyöngy az est; tömött, fonott falomb. Hegyek párája rezg a halmokon s dalom. József Attila: Harmatocska (részlet)
pára;
Kövér az ég, az üdv a gondja, pislog, dagad a püspök dombja, fütyülnék s számra pára jı hát megfontoltan, mint a dudva, gızölgök szépen, komolykodva, révedek én is, révedı. József Attila: Esik (részlet)
pára;
Les sanglots longs de violons de l’automne blessent mon coeur d’une langueur monotone.
İsz húrja zsong, jajong, busong a tájon, s ont monoton bút konokon és fájón. Tóth Árpád fordítása
Paul Verlaine: Chanson d’automne (İszi dal, részlet)
Zokog, zokog az ısz konok hegedője, zordul szívem, fordul szívem keserőre. Szabó Lırinc fordítása
pára;
Itt van az ısz, itt van ujra, S szép, mint mindig, énnekem. Tudja isten, hogy mi okból Szeretem? de szeretem. Kiülök a dombtetıre, Innen nézek szerteszét, S hallgatom a fák lehulló Levelének lágy neszét. Petıfi Sándor: Itt van az ısz, itt van ujra… (részlet)
pára; Párisba tegnap beszökött az İsz. Szent Mihály útján suhant nesztelen, Kánikulában, halk lombok alatt S találkozott velem. Ballagtam éppen a Szajna felé S égtek lelkemben kis rızse-dalok: Füstösek, furcsák, búsak, bíborak, Arról, hogy meghalok. Elért az İsz és súgott valamit, Szent Mihály útja beleremegett, Züm, züm: röpködtek végig az uton Tréfás falevelek. Egy perc: a Nyár meg sem hıkölt belé S Párisból az İsz kacagva szaladt. Itt járt s hogy itt járt, én tudom csupán Nyögı lombok alatt. Ady Endre: Párisban járt az ısz
Felhın vet ágyat már az alkonyat s a fáradt fákra fátylas fény esız. Kibomló konttyal jı az édes ısz. Radnóti Miklós: Naptár, szeptember (részlet)
pára;
Én mint a gyermek nézem e pokolt már, Bús gyermek, aki mindent megtudott már: Hogy a mennyország kéklõ pára ottan, Vér és könny ára tündöklõ magosban. Juhász Gyula: Tudom már … (részlet)
pára;
Míg elkallódott életébe réved, Már nem emlékszik régi bánatára: Csak mintha némi fínom, messzi pára Vérezné be a dús alkonyatot, Tóth Árpád: Isten törött csellója, hallgatok (részlet)
Alkonyat felé ha fáradtan előlnek, A rónára halvány ködök telepőlnek, S csak félig mutatják A betyár alakját, Kit éji szállásra prüsszögve visz a ló... Háta mögött farkas, feje fölött holló.
köd;
Petıfi Sándor: A puszta, télen (részlet)
köd;
İszi reggel járok a szabadban, De hiába nézek szerteszét; Sőrü ködnek fátyolában a táj, A toronynak látni csak hegyét Petıfi Sándor: İszi reggel járok (részlet)
jégesı;
A jégesı szakad, Fehérek a habok, A tajték táncol, és A villámlás ragyog El, el! Petıfi Sándor: A szökevények, Shelley után angolból (részlet)
jégesı;
A szılıket tavaly Elverte tán a jég? Vagy a dér csipte meg S bor nem termett elég? Nem volt se' jég, se' dér, Bor terme gazdagon. De mindazáltal én Nem bort... vizet iszom, Vizet bizon. Petıfi Sándor: Vizet iszom (részlet)
hókristály alakzatok
hımérséklet (ºC) -3 ºC − - 8 ºC -8 ºC − -25 ºC -10 ºC − -20 ºC < -20 ºC < -30 ºC
kristálytípus tők lemezek, csillagok csillagok hasábok hasáb-aggregátumok
hókristályok: tők
Derengı rózsa, szomorú, derekán szalmakoszorú. Derő, de bú a foglalatja. Tavaszom, hajnalom lakatja. Szerelmem atyja! el ne dülj! Bár reszketésre született, böködik nagycsontú szelek, hópelyhek zümmögik körül. József Attila: Derengı rózsa (részlet)
hókristályok: lemezek, csillagok
Fehér hópelyhek, pici melódiák, Gazdátlan álmok, fagyott angyal-szárnyak, Jöjjetek, szálljatok, segítsetek A sárnak. Ady Endre: Sárban veszett hó (részlet)
hókristályok: csillagok
Fehér szelek - csordában járnak minthogyha lovak suhannának tiszta fagyból s nem láthatóan, szikrát üt patájuk a hóban. József Attila: Töredékek (részlet)
Téged siratlak, büszke sirató. Az Isten sem néz többé immár hátra És hull a rokkant, tömzsi kis tanyákra, Ó Ady, a magyar Ugarra hull a hó. József Attila: (Téged siratlak…) (részlet)
hókristályok: hasábok / csillagok
Miért foglalkozunk a felhıkkel?
A felhık energiát szállítanak egyik helyrıl a másikra a párolgás révén a meleg felszíni vizekbıl látens hı vonódik el; a kondenzáció során egy másik régió fölött látens hı kerül a légkörbe; a „hıszállítást” a felhıben lévı víz végezte;
A látens hı felszabadulása Egy átlagos mérető zivatar 1.500 tonna csapadékot ad. 1 kg víz kondenzációja ≈ 2.26·106 J látens hıenergia felszabadulásával jár. ⇒ a keletkezı kb. 1500 tonna csapadék 3.45·109 Joule hıenergia felszabadulásával jár.
A felhık módosítják a sugárzási mérleget azáltal, hogy visszaverik a Napból érkezı látható fényt (ily módon hőtik a Földet); és azáltal, hogy visszatartják a felszínrıl visszavert infravörös sugárzást (ily módon melegítik a Földet); a visszaverés/visszatartás a felhıfajtától függ;
A felhık sugárzási hatásai
Az infravörös tartományban A felhık elnyelik a hosszúhullámú felszíni kisugárzást, majd a felhı hımérsékletén azt kisugározzák;
• Cirrus: nagyon hideg ⇒ kevés sugárzást bocsát ki; • Stratus: nagyon meleg ⇒ alapvetıen úgy sugároz, mint a földfelszín;
A látható tartományban A felhık a bennük lévı felhıcseppek számától függıen visszaverik a sugárzást;
• Cirrus: vékony ⇒ nem annyira visszaverı, mint a vastagabb és •
nagyobb víztartalmú felhık; Stratus: vastagabb → sok vízcseppecske ⇒ erısen visszaverı;
Magas szintő felhık • Jégtőkbıl álló vékony, hideg felhık, melyek kevés napsugárzást vernek vissza.
• hımérsékletük rendkívül alacsony;
• az infravörös sugárzást alacsonyabb hımérsékleteken bocsátják ki;
• megakadályozzák, hogy a TISZTA HATÁS: melegedés
meleg felszín infravörös sugárzása eltávozzon a Földlégkör rendszerbıl;
Alacsony szintő felhık • Nagyon vastag és nagy víztartalmú
felhık ⇒ a napsugárzás jelentıs részét visszaverik.
• Nagyon közel van a felszín ⇒ a felhı hımérséklete lényegében megegyezik a felszínhımérséklettel.
• ⇒ az infravörös sugárzás kb. ugyanakkora – mintha nem is lenne ott felhı!
TISZTA HATÁS: hőtés
Megoldásra váró problémák
A felhık figyelembe vételével készülı klímamodelleknél szükség van a felhık fajtáinak és mennyiségeiknek a korrekciójára, ami bonyolult feladat; • ha túlbecsüljük a magas felhıket ⇒ túl nagy lesz a melegedés; • ha túlbecsüljük az alacsony felhıket ⇒ túl nagy lesz a hőlés;
Meg kell értsük a felhık visszacsatolási mechanizmusait; • A CO2 okozta melegedés milyen változást idéz elı a globális felhızetben? • A megnövekedett aeroszol szennyezettség hogyan befolyásolja a felhıfajtákat és azok mennyiségét?
Megfigyelések • A réteges felhık szerkezete nem látható a mőholdakról;
Mára befejeztük, jó éjszakát!
