A légkör függőleges szondázása

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. - 60 °C

4. A légkör vertikális szerkezete • Sztratoszféra • kb. 10 – 50 km • magassággal nő a hőmérséklet • ózonréteg: 20-25 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. -120 °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: 35 800 km • Hold: 384 000 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. 1500 m nyári határréteg-magasság 700 hPa kb. 3000 m legnagyobb feláramlás 500 hPa kb. 5500 m Rossby-hullámok, tiszta geosztrófia 300 hPa kb. 9000 m jet stream 200 hPa kb. 11500 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: • 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 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 A felhőalap elérése után a feláramlás a felhőben folytatódik.A felszabaduló kondenzációs hő melegíti a feláramló levegőt, növeli az instabilitást. 1. Cu humilis 3. Cu congestus (TCu) 4. Cb calvus

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 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 Videó itt!

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 Videó!

29. A planetáris határréteg • A planetáris határréteg tipikus magassága: • Nyári nappalokon • 1000-2000 m (850 hPa) • Téli nappalokon • 500-800 m (925 hPa) • Derült éjszakákon • 20-100 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 http://weather.uwyo.edu

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 http://weather.uwyo.edu

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 • 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 • 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