Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés
Légköri áramlások, meteorológiai alapok
A Légkör A szél Légnedvesség
Balogh Miklós Áramlástan Tanszék
Időjárás
2015. november 05.
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
1 / 39
Vázlat Meteorológia Balogh Miklós
1
Bevezetés
2
A Légkör
3
A szél
4
Légnedvesség
5
Időjárás
Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
2 / 39
Meteorológia és környezetvédelem Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Meteorológiai előrejelzések • Globális • Regionális • Lokális • Adatszolgáltatás • Veszélyjelzés (Katasztrófavédelem) • Speciális adatok (Paksi Atomerőmű Zrt., ELMŰ, stb.) • Modellezés (eseményanalízis) • Elő-vizsgálatok • Utó-vizsgálatok
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
3 / 39
A légkör Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• A Földet körülvevő gázburok • A Föld szféráinak összekapcsolója • Atmoszféra - Légkör • Hidroszféra - Folyók, Tavak, Tengerek, Óceánok • Litoszféra - Földkéreg • Bioszféra - A fentiek élőlények által benépesített része • Fizikai folyamatokban játszott szerepe • Sugárzás szűrése • Energia átadása • Anyag szállítása
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
4 / 39
A légkör összetétele Meteorológia
• állandó gázok (alsó 100 km)
Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség
Gáz neve
Vegyjele
Súlya [%]
Térfogata [%]
Nitrogén Oxogén Argon Egyéb
N2 O2 Ar -
75.5 23.2 1.3 0.1
78.0 21.0 0.8 0.2
Időjárás
• Vendég gázok
Balogh Miklós
Gáz neve
Vegyjele
Térfogata [%]
Vízgőz Szén-dioxid Ózon Por, korom
H2 O CO2 O3 -
0.4 0.03 2 10−5 - 3 10−6 ∼0
Meteorológia
2015. november 05.
5 / 39
A légkör állapothatározói - hőmérséklet Meteorológia
• Anyagi jellemző, fizikai állapothatározó
Balogh Miklós
• Az anyag részecskéinek átlagos mozgási energiájával
arányos
Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Jelölés: T [◦ K], t [◦ C] • Mérése: • Hőmérőházban (árnyékban), 2 méter magasságban • Hőtáguláson alapuló eszközökkel (pl. folyadékos hőmérő) • Elektromos módszerrel (pl. termoelem) • Hőátadás • Hővezetés - Molekulák kölcsönhatásával adódik át • Sugárzás - hosszúhullámú sugárzás formájában adódik át • Hőáramlás - anyag áramlásával, keveredésével adódik át • Tengerszinten: t0 = 15◦ C, T0 = 273 + 15◦ K = 288◦ K
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
6 / 39
A légkör állapothatározói - légnyomás Meteorológia Balogh Miklós
• Fizikai állapothatározó
Bevezetés
• Felületegységre ható (nyomó)erő: p = F/A
A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Jelölés: p [P a] vagy [N/m2 ] • Mérése: • Mechanikus (szelencés műszerekkel) • Folyadékoszlop magasságának mérésével (pl. higanyos barométer) • Elektromos módszerrel (pl. piezoelektromos érzékelővel) • Tengerszintre vonatkozó értéke: p0 = 101325P a
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
7 / 39
A légkör állapothatározói - sűrűség Meteorológia Balogh Miklós
• Anyagi jellemző
Bevezetés
• Az anyag részecskéinek térfogategységre eső tömegével
A Légkör
arányos
A szél Légnedvesség Időjárás
• Jelölés: ρ [kg/m3 ] • Származtatása: • A levegő más állapothatározóinak ismeretében kifejezhető • Gáztörvény: p = ρRT , ahol R = 287 a specifikus gázállandó • Tengerszintre vonatkozó értéke: ρ0 =
Balogh Miklós
Meteorológia
p0 = 1.225 RT0
2015. november 05.
8 / 39
A légkör vertikális felépítése I. Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Stabilitás - a légkör függőleges rétegződése ∆T T (z2 ) − T (z1 ) • Hőmérsékleti gradiens: γ = − =− ∆z z2 − z1 • Stabil rétegződés: γ < Γ • Neutrális rétegződés: γ = Γ • Instabil rétegződés: γ > Γ • Ha a levegő telítetlen: Γ = 9.8◦ C/km (a száraz hőmérsékleti gradiens) • Ha a levegő telített (pl. felhőben): Γ ≈ 5◦ C/km (a nedves hőmérsékleti gradiens, de értéke erősen függ a lokális hőmérséklettől) • Hőmérsékleti gradiens standard értéke: γ = 6.5◦ C/km
Stabil
Balogh Miklós
Neutrális (indiferens)
Meteorológia
Instabil
2015. november 05.
9 / 39
A légkör vertikális felépítése II. Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
10 / 39
A szél és mérése Meteorológia Balogh Miklós
A Légkör
• Szél vektormennyiség • Irány (ahonnan a szél fúj) • Erősség (nagyság)
A szél
• Jelölés: U vagy V [m/s]
Légnedvesség
• Mértékegységek: m/s = 3.6 km/h, 1 m/s ≈ 2 csomó, 1
Bevezetés
Időjárás
csomó = 1.852 km/h • Szél mérése • Mechanikus módszer: kanalas, nyomólapos • Nyomásmérésen alapuló: szelencés sebességmérő (pd = pt − ps ) • Doppler elven alapuló: szonikus anemométer, LDA
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
11 / 39
A szél kialakulása - Erők Meteorológia Balogh Miklós
Típus
Megnevezés
Bevezetés
Felületi erők
A Légkör
Nyomási-gradiens erő
A szél
Súrlódási erő
Légnedvesség
Kiszámítás 1 − ∇p ρ 2 ν ∇2 v − ∇ (∇ · v) 3
Időjárás
Tehetetlenségi erők
Nehézségi erő
gn
Coriolis erő
−2ω × v
Centrifugális erő
ω2r
dv 1 2 2 = g − ∇p + ν ∇ v − ∇ (∇ · v) dt ρ 3 Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
12 / 39
A szél kialakulása - Geosztrófikus szél Meteorológia Balogh Miklós
M 1000 hPa
Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
900 hPa Nyomás gradiens erő Coriolis erő Geosztrófikus szél 800 hPa
Balogh Miklós
A
Meteorológia
2015. november 05.
13 / 39
A szél kialakulása - Ciklosztrófikus szél Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés
Nyomás gradiens erő Coriolis erő Centrifugális erő Geosztrófikus szél
A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
A
Balogh Miklós
M
Meteorológia
2015. november 05.
14 / 39
A szél változása a magassággal a határrétegben Meteorológia
4
Bevezetés A Légkör A szél
2
z [m]
V [m/s]
Balogh Miklós
0
-2
Légnedvesség
2
Időjárás
4
6 8 U [m/s]
10
3000
3000
2500
2500
3000
3000
1500
1500
1000
1000
500
500
0 0
5 10 U [m/s]
0
0
4
2 V [m/s]
Sebesség [m/s]
10 8 6 4
0 0
Balogh Miklós
U V
2 5
10 Idő [óra] Meteorológia
15
20
2015. november 05.
15 / 39
Helyi szelek Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Parti szél • Part és víz eltérő energetikai viszonyai • Nappal a parton feláramlás, este a tó felett (erdő hasonló) • Lejtőszél • Hegy-völgyi szél (nappal feláramlás - éjjel leáramlás) • Orografikus (domborzatnak köszönhető) emelkedés • Bukószél • Hegyláncokon átkelő légtömeg • Erős leáramlás a szél-alóli oldalon
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
16 / 39
Parti szél (forrás: elte.prompt.hu) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
17 / 39
Hegy-völgyi szél (forrás: elte.prompt.hu) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
18 / 39
Bukószél (forrás: elte.prompt.hu) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
19 / 39
Főn és Bora (forrás: elte.prompt.hu) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
20 / 39
Hegyi (Lee) hullámok (forrás: elte.prompt.hu) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
21 / 39
Futóáramlások - Jet stream Meteorológia
Poláris cella
lc el la
Balogh Miklós
Sarkvidéki légtömeg
rre
Bevezetés
Fe
A Légkör
Légnedvesség Időjárás
Hadley cella
A szél
Poláris Jet
Mérsékelt ővi légtömeg
Szubtrópusi Jet
Szubtrópusi légtömeg Egyenlítői légtömeg
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
22 / 39
Turbulencia Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Éjszakai (stabil) határréteg • A föld felszínén a sebesség zérus • A szabad légkörben lényegesen nagyobb • Átmenet a két réteg között ← örvények, turbulencia • Nappali (konvektív) határréteg • Napfelkeltével megindul a felmelegedés • Talajközelben felmelegedő levegő felszáll • Clear Air Turbulence (CAT) • Légtömegek határán • Jet-ek környezetében
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
23 / 39
Víz a légkörben Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Mindhárom halmazállapot előfordul • Gáznemű - Vízgőz (pára) • Folyékony - Víz (felhőcsepp, túlhűlt víz, esőcsepp) • Szilárd - Jég (jégszem, jégtű, hó) • Körforgás • Egész kihullása: 25 mm csapadék az egész Föld-felszínre • Kicserélődése csapadék formájában (10 naponta az egész mennyiség)
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
24 / 39
A légnedvesség mérőszámai Meteorológia Balogh Miklós
Mérőszám
Bevezetés A Légkör
Jelölés
Abszolút nedvesség
a
Specifikus nedvesség
q
Gőznyomás (páranyomás)
e
Telítési gőznyomás
es
Telítési hiány
∆e
A szél Légnedvesség Időjárás
Relatív nedvesség
Balogh Miklós
Kiszámítás
Mértékegység
mv V mv mv + ma 17.67td 6.112 exp td + 243.5 17.67t 6.112 exp t + 243.5
g m3 g kg
e − es e 100 es
Pa
f
Meteorológia
Pa Pa
%
2015. november 05.
25 / 39
Halmazállapot változások Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Energiabefektetés • Olvadás: Jég +Lo → Víz • Párolgás: Víz +Lp → Vízgőz • Szublimáció: Jég +Lsz → Vízgőz • Energiafelszabadulás • Fagyás: Víz → Jég +Lo • Kondenzáció: Vízgőz → Víz +Lp • Depozíció: Vízgőz → Jég +Lsz
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
26 / 39
Köd Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Talajközeli kondenzáció (telített levegő) - Apró vízcseppek • Párolgás • Hűlés • Keveredés • Típusai • Kisugárzási (radiációs) köd: nagy relatív nedvesség, derült ég, stabil rétegződés, gyenge légmozgás • Inverziós köd: anticiklonáris időjárási helyzet, téli évszakban, leáramlás • Áramlási (Advekciós) köd: meleg nedves levegő áramlik hideg felszín fölé • Frontális köd 1: Front előtt meleg csapadék párolgásával hideg levegőben vagy a felhőzet leereszkedésvel • Frontális köd 2: Front után áramlási köd
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
27 / 39
Felhőzet Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
28 / 39
Felhőképződés - Feláramlások Meteorológia Balogh Miklós
• Emelkedés miatti kondenzáció (telítetődő levegő) - Apró
Bevezetés
vízcseppek
A Légkör
• Bepárolgás a talajról • Emelkedés közben hőmérséklet csökken • Kicsapódás a telítés elérésekor
A szél Légnedvesség Időjárás
• Felemelkedés típusai • Orografikus (hegyláncok mentén) • Frontális (időjárási frontok mentén) • Konvektív (termikus feláramlások segítségével)
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
29 / 39
Felhőképződés - Termikus konvekció Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
30 / 39
Felhők osztályozása Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
31 / 39
Csapadék (hidrometeorok) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
• Nem hulló csapadékok • Harmat - kondenzált cseppek • Dér - sublimált jégkristályok • Zúzmara - kristályos és folyékony durva szemcsék kicsapódása áramlásban • Hulló csapadékok • Folyékony • Szitálás - St, köd • Eső, zápor - Ns, Sc, As, Cu, Cb • Ónos eső - Ns • Szilárd • Hó, hózápor - Ns, As, Sc, St, Cu • Hó- és jégdara - Sc, Cu, Cb • Fagyott eső - As, Ns • Jégeső - Cb
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
32 / 39
Légtömegek Meteorológia Balogh Miklós
Poláris cella
lc
el
la
Bevezetés
A szél Légnedvesség Időjárás
Hadley cella
Fe rre
A Légkör
Poláris Jet
Sarkvidéki légtömeg Mérsékelt ővi légtömeg
Szubtrópusi Jet
Szubtrópusi légtömeg Egyenlítői légtömeg
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
33 / 39
Ciklonok Meteorológia Polárfront
Balogh Miklós
Hullámciklon
Bevezetés A Légkör
Fiatal ciklon
A szél Légnedvesség
ás irá A
Halad
Időjárás
nya Okkludálódó ciklon
Hideg szektor
Okkludált ciklon
Meleg szektor
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
34 / 39
Frontok Meteorológia
Tropopauza
Balogh Miklós
10 km Cb
Bevezetés
Meleg
Ci
As
Hideg
A Légkör
Cs
Hideg
Ns
A szél Légnedvesség Időjárás
10 km
Tropopauza Meleg Hideg Hideg
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
35 / 39
Trópusi ciklonok (forrás: NOAA) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
36 / 39
Szupercellák, tornádók (forrás: NOAA) Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
37 / 39
Légköri áramlások skálái Meteorológia Balogh Miklós
Skála neve
Bevezetés
makro
A Légkör
Méret
Egyéb elnevezés
Példa
Időskála
α
L > 20000km
globális
globális szélrendszer
1 hét
β
L > 2000km
szinoptikus
ciklon, anticiklon
100 óra
α
L > 200km
regionális
trópusi ciklonok
10-100 óra
β
L > 20km
regionális
frontok, főn
10 óra
γ
L > 2km
városi
tornádó, porvihar
10-60 perc
α
L > 200m
lokális
domb körüli áramlás
10 perc
β
L > 20m
lokális
széllökések, utca kanyon
10-60 s
γ
L > 2m
lokális
akadályok körüli áramlás
1s
δ
L > 2mm
lokális
viszkózus disszipáció
0.01 s
A szél Légnedvesség Időjárás
mezo
mikro
Balogh Miklós
Meteorológia
2015. november 05.
38 / 39
Kérdések Meteorológia Balogh Miklós Bevezetés A Légkör A szél Légnedvesség Időjárás
Balogh Miklós
Köszönöm a figyelmet!
Meteorológia
2015. november 05.
39 / 39
