Transcript ppt
A légkör függőleges szondázása
A légkör vertikális szerkezete
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
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
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
A légkör vertikális szerkezete
• Termoszféra • kb. 90 km - világűr • magassággal nő a hőmérséklet • ionizált, ritka légkör
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
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: p p 0 exp gMz RT
Nyomási koordinátarendszer
• •
Nyomás – magasság átváltás: Nyomási szint
Réteg átlagos hőmérséklete!
Főizobárszintek
: 1013,25 hPa 1000 hPa 925 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa 200 hPa referencia légnyomás felszíni főizobárszint kb. 700 m kb. 1500 m kb. 3000 m kb. 5500 m kb. 9000 m kb. 11500 m tengerszint téli határréteg-magasság nyári határréteg-magasság legnagyobb feláramlás Rossby hullámok, tiszta geosztrófia jet stream tropopauza körülbelüli helye
Nyomási koordinátarendszer
• •
Mitől függ az adott nyomási szint magassága?
Nyomási szint
Réteg átlagos hőmérséklete!
Nyomási koordinátarendszer
• •
Mitől függ az adott nyomási szint magassága?
Méterben mért magasság
Réteg átlagos hőmérséklete!
Konvekció: a részecske-módszer
…egy szép nyári nap…
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?
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
Konvekció
Mennyit hűl a feláramló levegő 1 m emelkedés során?
dT dz K 0 , 0098 m
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.
Konvekció
A felemelkedő levegő melegebb-e, mint ugyanazon a szinten a környezet?
IGEN: tovább emelkedik
labilis
NEM: megáll az emelkedése
stabil
dT dz K 0 , 98 m Száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens T z A környező légkör hőmérsékleti profilja
Konvekció
A feláramló, lehűlő levegő egy bizonyos magasságban telítetté válik, kicsapódik.
Konvektív felhőalap-magasság, CCL
CCL 120 T T d Felhőalap magassága méterben Felszíni harmatpont hiány
A felhőben emelkedő, telített levegő mennyit hűl 1 m emelkedés során?
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
.
s A felemelkedő levegő telített, a kondenzáció hőt szabadít fel.
A felemelkedő levegő nem keveredik és nem cserél hőt a környezetével.
3. Cu congestus (TCu) 1. Cu humilis 2. Cu mediocris 4. Cb calvus
A felhőalap elérése után a feláramlás a felhőben folytatódik.
A felszabaduló kondenzációs hő melegíti a feláramló levegőt, növeli az instabilitást.
s
Konvekció
Lehetséges, hogy a környezeti hőmérsékleti gradiens a száraz és nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens közé esik.
Kondenzációs szint (felhőalap) alatt: Kondenzációs szint (felhőalap) felett: s
labilis!
stabil
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
.
Konvekció
s 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?
Gyakorlás: emagram
LFC: szabad emelkedési szint; LCL: kondenzációs szint
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
Negatív terület (stabil szakasz):
CIN
Convective Inhibition
Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll.
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
CAPE és CIN
Pozitív terület (labilis szakasz):
CAPE
Convective Available Potential Energy
Negatív terület (stabil szakasz):
CIN
Convective Inhibition
Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll.
Az az energiagát, amit az emelkedő légrésznek le kell küzdenie, hogy a szabad emelkedési szintet elérje.
Az emagramon az emelkedő részecske és a környezet hőmérsékleti profilja által közrefogott terület.
Energia dimenziójú (
J
) mennyiség.
Kis CAPE, nagy CIN: stabil rétegződés Nagy CAPE, kis CIN: záporos, zivataros időjárás Nagy CAPE és CIN: kevés, de heves zivatar
A planetáris határréteg
A légköri turbulencia
• Turbulencia hatása: hatékony átkeverés • Mi okozza a turbulenciát?
– Termikus turbulencia: – Mechanikai turbulencia:
konvekció szélnyírás
• Mindkettő a felszínhez közel a legnagyobb!
Videó itt!
Videó
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
A planetáris határréteg napi menete
Videó!
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
Inverziók
+1
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?
Kelvin-Helmholtz féle felhők
Videó!
Az inverzió csak a termikus turbulenciát szünteti meg. Mi történik, ha a rétegződés stabil, de erős szélnyírás van?
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)
Kisugárzási inverzió
http://weather.uwyo.edu
• Leszálló levegő felmelegszik (pl. anticiklonban) • A legnagyobb leáramlás helyén inverzió lép fel – kb. 700 hPa • Elfojtja a kialakulóban lévő konvekciót.
Zsugorodási inverzió
Zsugorodási inverzió
http://weather.uwyo.edu
Völgyi inverzió
• Hegyről lezúduló levegő felmelegszik ( főn) • A völgy mélyén megül a hideg levegő
Völgyi inverzió
Parti inverzió
A felszín közelében a hideg óceán felől fújó szél lehűti a part feletti levegőt.
• elsősorban hideg tengeráramlatok közelében figyelhető meg
• 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
Frontális inverzió
Összefoglalás
• •
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