a légkör függőleges szondázása
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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 koordinátarendszerMiért 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:
RT
gMzexppp 0
Nyomási koordinátarendszerNyomás – 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
Nyomási koordinátarendszerMitől függ az adott nyomási szint magassága?
• Nyomási szint
• Réteg átlagos hőmérséklete!
Nyomási koordinátarendszerMitől 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?
KonvekcióMiben 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?
Ez a száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens.
A felemelkedő levegő nem telített, nincs kondenzáció
A felemelkedő levegő nem keveredik és nem cserél hőt a környezetével.
kb. 1 °C / 100 m
m
K0098,0
dz
dT
KonvekcióA felemelkedő levegő melegebb-e, mint ugyanazon a szinten a környezet?
IGEN: tovább emelkedik labilis NEM: megáll az emelkedése stabil
m
K98,0
dz
dT
Száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens A környező légkör hőmérsékleti profilja
z
T
KonvekcióA feláramló, lehűlő levegő egy bizonyos magasságban telítetté válik, kicsapódik.
Konvektív felhőalap-magasság, LCL
LCL=120⋅(T−T d )
Felszíni harmatpont-hiány
Felhőalap magassága méterben
A felhőben emelkedő, telített levegő mennyit hűl 1 m emelkedés során?
Konvekció
A felhőben emelkedő, telített levegő mennyit hűl 1 m emelkedés során?
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.
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.
s
A felhőalap elérése után a feláramlás a felhőben folytatódik.A felszabaduló kondenzációs hő melegíti a feláramló levegőt, növeli az instabilitást.
1. Cu humilis
2. Cu mediocris
3. Cu congestus (TCu) 4. Cb calvus
Kondenzációs szint (felhőalap) felett:
labilis!
KonvekcióLehetséges, hogy a környezeti hőmérsékleti gradiens a száraz és nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens közé esik.
Kondenzációs szint (felhőalap) alatt:
stabil
s
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.
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 CINAz emagramon az emelkedő részecske és a környezet hőmérsékleti profilja által közrefogott terület.Energia dimenziójú (J/kg) mennyiség.
Pozitív terület (labilis szakasz): CAPEConvective Available Potential Energy
Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll.
Negatív terület (stabil szakasz): CINConvective 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
CAPE és CIN
Az emagramon az emelkedő részecske és a környezet hőmérsékleti profilja által közrefogott terület.
Energia dimenziójú (J) mennyiség.
Pozitív terület (labilis szakasz): CAPEConvective Available Potential Energy
Az az energia, ami a szabad emelkedési szint felett a feláramlás gyorsításához rendelkezésre áll.
Negatív terület (stabil szakasz): CINConvective 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
A planetáris határréteg
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
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• 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
Az inverzió csak a termikus turbulenciát szünteti meg. Mi történik, ha a rétegződés stabil, de erős szélnyírás van?
Videó!
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
Zsugorodási inverzió
• Leszálló levegő felmelegszik (pl. anticiklonban)
• A legnagyobb leáramlás helyén inverzió lép fel– kb. 700 hPa
• Elfojtja a kialakulóban lévő konvekciót.
Zsugorodási inverzió
http://weather.uwyo.edu
Völgyi inverzió
• Hegyről lezúduló levegő felmelegszik ( főn)
• A völgy mélyén megül a hideg levegő
Völgyi inverzió
Parti inverzióA felszín közelében a hideg óceán felől fújó szél lehűti a part feletti levegőt.
• elsősorban hideg tengeráramlatok közelében figyelhető meg
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
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