3.2. Csapadék

A csapadék a hidrológiai egyenleg bevételi tagja, definíció szerint a légkör vízgőzkészletéből keletkező és a felszínre lejutó vízmennyiséget jelenti. A légkörből vízáramként érkezik a felszínre, éppen ezért a csapadék teljes mennyiségén kívül a csapadékhullás időtartama és intenzitása (időegységre vonatkoztatott mennyisége) is lényeges jellemzők. A hidrológiai elemek közül a legkönnyebben mérhető.

Fontos tulajdonsága a csapadéknak az időjárás-alakító szerepe, mellyel – a hőmérséklet mellett – alapvetően meghatározza a meteorológiai viszonyokat. A csapadéktevékenység a bioszféra (azon belül is elsősorban a növényzet) szempontjából nélkülözhetetlen, mivel ez jelenti az életműködésekhez elengedhetetlen víz forrását. A csapadék rendkívül változékony tér- és időbeli eloszlású, ezért nagy sűrűségű állomáshálózat szükséges a minél pontosabb megadásához. Az első csapadékmérések Magyarországon a XVIII. század végére nyúlnak vissza, de csapadékmérő-hálózat kialakulásáról csak a XIX. század végétől beszélhetünk. A csapadékméréseket jelenleg is az Országos Meteorológiai Szolgálat koordinálja, melyhez a mérőállomásokon hagyományosan ún. Oláh-Csomor-féle csapadékmérő eszközt használnak. Ezeknek a csapadékmérőknek a lényege egy kettős falú alumínium hengerben felső részén lévő felfogó edény (melynek felülete 200 cm²), melyből az alsó részben elhelyezett gyűjtőhengerbe kerül a felfogott csapadékmennyiség. A csapadékmérőt 1 méteres nagasságban kell elhelyezni úgy, hogy a közelben ne legyenek fák, épületek, melyek gátolhatnák a csapadék bejutását a felfogó edénybe. Tartozéka egy mérőhenger, melyen egy beosztás 2 g vizet jelent, azaz 0,1 mm csapadékmennyiséget. Az észlelő a gyűjtőedényben összegyűlt vizet áttölti ebbe, s így meghatározza az előző leolvasás óta lehullott csapadékösszeget. A jelenleg egyre inkább elterjedő automata csapadékmérésben leggyakrabban ún. kétrekeszes billenőedényt (3.4. ábra) alkalmaznak, amely a felfogó edény és a gyűjtőedény között helyezkedik el. A felfogott csapadék a billenőedény egyik rekeszébe kerül. Ezek a rekeszek meghatározott tömegű vizet bírnak el, ezután az edény átbillen egyik helyzetből a másikba. Ezért amint megtelik az egyik rekesz, az átbillenés során kiürül a benne lévő víz, s ettől kezdve a másik rekeszbe kerül a felfogó edényből jövő csapadékvíz. A csapadékmérés az átbillenések számlálásával történik, mely elektronikusan rögzíthető, mivel a billenőedény érintkezései egy beépített áramkör ki- és bekapcsolását biztosítják. A hagyományos csapadékméréshez képest hatalmas előnye, hogy nem igényli az észlelő személyzet jelenlétét a leolvasások idején. Télen viszont kissé pontatlan, hacsak nincs megoldva a felfogó edénybe kerülő hó felolvasztása fűtőszál segítségével (amihez természetesen az energiát biztosítani szükséges). Ugyancsak pontatlan lehet nagy intenzitású csapadék esetén, amikor az átbillenések túl gyorsan követik egymást. Újabban van terjedőben a súlymérés elvén végzett automata csapadékmérés, melyhez nincs szükség a téli fűtésre.

Billenőedényes csapadékmérő belseje

3.4. ábra. Billenőedényes csapadékmérő belseje (nem az automatában alkalmazott változat)

A csapadék pontosabb területi szerkezetének vizsgálatát és az egyes csapadékesemények szinte azonnali részletes elemzését teszik lehetővé a radarberendezésekkel végzett csapadékmérések. Ezek felhasználásával nemcsak a csapadék teljes mennyiségét, hanem az intenzitását, a halmazállapotát és térbeli változékonyságát is értékelhetjük. Nagyobb területek, akár az egész Föld teljes területi lefedését biztosítják a különböző hullámhossz-tartományban végzett műholdas csapadékmérések.

Csapadék rendszerint akkor keletkezik, ha ehhez elegendő nedvesség van a légtérben. Ez leggyakrabban úgy jelentkezik, hogy a felfelé mozgó levegő relatív nedvessége a hidegebb környezetbe érve egyre növekszik, majd telítetté válik. A telített levegőben a kondenzációs magvakon elindul a kondenzáció, vagyis a légköri vízgőz-tartalom a hőmérséklet függvényében vízcseppek vagy jégtűk formájában jelenik meg. E folyamat során felhők fejlődnek, vagy ha a felszínre is leérnek, akkor köd képződik. A felfelé történő mozgást többféle légköri mechanizmus okozhatja (3.5. ábra). Kis térskálán jellemző például a felszínt érő erős besugárzás hatására a felmelegedett felszínű térség fölött lejátszódó konvekciós folyamatok hatására képződő felhők, melyek tehát termikus okokból jönnek létre. Egy másik gyakori felhő- és csapadékképződési kényszer a domborzat, az orográfiai eredetű csapadék a domborzati akadályok szél felőli (luv) oldalán jelentkezik. Ezzel ellentétben a hegy másik oldalán a szélvédett (lee) oldalon leszálló légáramlások hatására száraz viszonyok jellemzők. Néhányszáz kilométeres térskálán a légtömegek felszínközeli rétegben történő összeáramlásával, a konvergenciazónákban is felszálló légmozgás, s ennek következtében felhők, majd csapadék alakulhat ki. E feláramlás elsősorban az izobárok ciklonális görbületű területén jelentkezik. Még nagyobb térskálán, akár 1000 km-es hosszúságban a feláramlást okozhatják a mérsékeltövi frontrendszerek, ciklonrendszerek.

A csapadékkeletkezés fő mechanizmusai

3.5. ábra. A csapadékkeletkezés fő mechanizmusai

Az évi csapadékösszeg globális területi eloszlását a légköri globális cirkulációval való szoros kapcsolat jellemzi. A legtöbb csapadék a trópusi övben az ITCZ (Inter-Tropical Convergence Zone, azaz trópusi összeáramlási zóna) régiójában jelentkezik, ahol a 2000 mm-t is meghaladja az évi csapadékmennyiség. A térítőkörök mentén, a sivatagokban 100 mm alatti csapadékösszeg jellemző. Szintén alacsony az évi csapadékmennyiség a sarkvidékek közelében, ahol a hideg miatt a kevesebb abszolút nedvességtartalom nem teszi lehetővé a nagy mennyiségű csapadékhullást.

A rendkívül nagy időbeli változékonyságot illusztrálja a 3.6., a 3.7. és a 3.8. ábra, ahol rendre Budapest évi, téli és nyári csapadékösszegeinek XX. századbeli alakulását láthatjuk. A száz év alatt előfordult legkisebb évi csapadékösszeg Budapesten alig haladta meg a 300 mm-t (1997-ben), a legnagyobb pedig csaknem elérte az 1000 mm-t (1937-ben). A két érték között mintegy háromszoros szorzó van. Egymást követő években is nagy különbségek jelentkezhetnek: például az 1999-ben mért 842 mm után 2000-ben ennek kevesebb mint a fele, csupán 389 mm volt az évi összcsapadék. A teljes évszázadban az átlagos évi csapadékösszeg csaknem 600 mm volt, mely megegyezik az országos átlagos évi összeggel. Az átlagos nyári csapadékösszeg (170 mm) csaknem másfélszerese az átlagos téli csapadékösszegnek (125 mm), mely a hazai havi csapadékok éves eloszlásából (3.9. ábra) következik. Ennek megfelelően az évi csapadék 60%-a a nyári félévben, 40%-a a téli félévben hullik le. A május-júniusi csapadékosabb időszak oka a magas vízgőztartalom, az erős felszíni felmelegedés miatt kialakuló konvektív zivatarok és az intenzívebb Atlanti-óceán-i hatás (erősebb északnyugati áramlási mező). Az ősz végi másodlagos csapadékmaximum a térségünk fölé érkező mediterrán ciklonok nagy gyakoriságának következménye. Ez a hatás a Dunántúlon a legjelentősebb.

Az évi csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000. Legnagyobb évi csapadékösszeg: 988 mm (1936), legkisebb évi csapadékösszeg: 327 mm (1997). Átlagos évi csapadékösszeg: 593 mm.

3.6. ábra. Az évi csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000 (OMSZ adatok alapján, www.met.hu). Legnagyobb évi csapadékösszeg: 988 mm (1936), legkisebb évi csapadékösszeg: 327 mm (1997). Átlagos évi csapadékösszeg: 593 mm.

A téli csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000. Legnagyobb évszakos csapadékösszeg: 300 mm (1936), legkisebb évszakos csapadékösszeg: 33 mm (1990). Átlagos évszakos csapadékösszeg: 125 mm.

3.7. ábra. A téli csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000 (OMSZ adatok alapján, www.met.hu). Legnagyobb évszakos csapadékösszeg: 300 mm (1936), legkisebb évszakos csapadékösszeg: 33 mm (1990). Átlagos évszakos csapadékösszeg: 125 mm.

A nyári csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000. Legnagyobb évszakos csapadékösszeg: 427 mm (1999), legkisebb évszakos csapadékösszeg: 48 mm (1904). Átlagos évszakos csapadékösszeg: 170 mm

3.8. ábra. A nyári csapadékösszeg Budapesten, 1901-2000 (OMSZ adatok alapján, www.met.hu). Legnagyobb évszakos csapadékösszeg: 427 mm (1999), legkisebb évszakos csapadékösszeg: 48 mm (1904). Átlagos évszakos csapadékösszeg: 170 mm.

Átlagos havi csapadékösszegek Budapesten, 1901-2000

3.9. ábra. Átlagos havi csapadékösszegek Budapesten, 1901-2000 (OMSZ adatok alapján, www.met.hu)

Adott térség csapadékviszonyait alapvetően két tényező határozza meg. Egyrészt, hogy a rendelkezésre álló nagy mennyiségű nedvességforrástól (tengertől/óceántól) milyen távolságra helyezkedik el a vizsgált régió és milyen nagyskálájú áramlási viszonyok uralkodnak a térségben. Ebből adódik, hogy a mérsékelt övben jellemző nyugati áramlási mező miatt Európában a nyugati partmenti területek csapadékosabbak, s a szárazföld belseje felé haladva csökken az évi csapadékösszeg (3.10. ábra). Másrészt a domborzati viszonyoktól, azaz a térség tengerszint feletti magasságától. Ennek oka, hogy a domborzat hatására emelkedő levegő mozgás közben hűl, s így a relatív nedvessége növekszik. Ha eléri a telített állapotot, akkor felhő keletkezik, melyből csapadék hullik. Magyarországon a tengerszint feletti magasság növekedésével 100 méterenként átlagosan 35 mm-rel nő az évi csapadékösszeg. Az ország különböző hegyvidékein valamelyest eltérő ez az összefüggés, mivel a tengertől/óceántól való távolság is növekszik nyugatról kelet felé haladva. Ezért 500 m-es magasságban a dunántúli Bakonyban például 850 mm fölötti az évi csapadékösszeg, míg az északkeleti országrészben fekvő Bükkben csupán 700 mm (3.11. ábra). A jellemző áramlási képnek megfelelően a hegyvidékek nyugati oldalai csapadékosabbak, mint a keleti lejtők.

Az átlagos évi csapadékösszeg mm-ben megadva Európában, 1981-2010 időszakban. A térkép a 25 km felbontású rácshálózatra interpolált E-OBS adatbázis alapján készült. Az interpolációhoz rendelkezésre álló felhasznált állomási mérések sajnos nem egyenletesen fedik le Európa térségét, például a délkeleti régióban vagy a Kárpátok területén jelentősen alulbecsli az adatbázis a valóságban lehulló csapadékmennyiségét a hegyvidéki állomások hiánya miatt.

3.10. ábra. Az átlagos évi csapadékösszeg (mm) Európában, 1981-2010 időszakban. A térkép a 25 km felbontású rácshálózatra interpolált E-OBS adatbázis (Haylock et al., 2008) alapján készült. Az interpolációhoz rendelkezésre álló felhasznált állomási mérések sajnos nem egyenletesen fedik le Európa térségét, például a délkeleti régióban vagy a Kárpátok területén jelentősen alulbecsli az adatbázis a valóságban lehulló csapadékmennyiségét a hegyvidéki állomások hiánya miatt. A hegyvidéki területek évi csapadékának alulbecslését erősíti a 25 km felbontású rácshálózat korlátozott térbeli reprezentativitása.

A domborzat hatása a csapadékra a hazai középhegységek területein

3.11. ábra: A domborzat hatása a csapadékra a hazai középhegységek területein (Stelczer, 2000 nyomán)

Magyarország területén belül a legszárazabb régió a Hortobágy, ahol az átlagos évi csapadékösszeg 500 mm alatt marad – ez a vidék Európa legnyugatibb sztyepp területe. Hazánkban a legnagyobb, 850 mm feletti évi csapadékmennyiség az Alpokalján jellemző. A hosszabb időszakokra vonatkozó átlagértékektől egyes években jelentős eltérések jelentkezhetnek. A Dunántúl délnyugati részén és a középhegységeinkben előfordulhat akár évi 1100–1400 mm csapadék is (a Magyarországon valaha mért legnagyobb évi csapadékösszeget – 1555 mm-t – 2010-ben a Bükk területén, Jávorkúton regisztrálták). Az Alföldön is mértek már 800–900 mm-t. Ezzel szemben a legszárazabb években több alföldi állomáson is csupán 300 mm alatt volt az évi teljes csapadékösszeg (a Magyarországon valaha mért legkisebb évi csapadékösszeget – 203 mm-t – 2000-ben Szegeden regisztrálták), mely jóval kevesebb, mint a hazánkban valaha mért 1 hónap alatt lehullott maximális csapadék (444 mm – Dobogókő, 1958. június). A legtöbb csapadék általában május és július között hullik. A sokévi átlagokat tekintve a Dunántúli-dombvidéken és a Bakonyban májusban, az Alföldön júniusban van a legtöbb eső.

A valaha mért legnagyobb 1 éves csapadékösszeg helyszíne Cherrapunji (India, 1313 m), értéke 26461 mm, ez az óriási csapadékmennyiség 1860.08.01. és 1861.07.31. között hullott le. A legnagyobb sokévi átlagos csapadékösszegeket kontinensenként a 3.1. táblázat foglalja össze. Jól látható, hogy 10000 mm-t meghaladó maximális értéket négy kontinensen is regisztráltak: Afrikában, Ázsiában, Dél-Amerikában és Óceánia térségében. A maximális csapadékérték Európában a legkisebb – melyet Bosznia-Hercegovina területén detektáltak –, nem éri el az évi 5000 mm-t.

3.1. táblázat. A legnagyobb sokévi átlagos csapadékösszegek a különböző kontinenseken (Forrás: http://www.satelliten-bilder.de/)

Kontinens

Érték

Helyszín (ország, tengerszint feletti magasság

Időtartam

Afrika

10287 mm

Debundscha (Kamerun), 9 m

32 év

Ausztrália

8636 mm

Bellenden Ker (Queensland), 1555 m

9 év

Ázsia

11872 mm

Mawsynram (India), 1401 m

38 év

Dél-Amerika

10790 mm

Quibdo (Kolumbia), 37 m

16 év

Európa

4648 mm

Crkvica (Bosznia-Hercegoniva), 1017 m

22 év

Észak-Amerika

6502 mm

Henderson Lake (Kanada), 6 m

14 év

Óceánia

11684 mm

Mt. Waialeale (Hawaii), 1569 m

30 év

A legnagyobb 1 napi csapadékösszeget, 1825 mm-t 1966. január 7/8-án mérték Foc-Foc-ban (Reunion sziget, Indiai-óceán). A legnagyobb 12 órás csapadékösszeget, 1144 mm-t ugyancsak 1966. január 7/8-án mérték Foc-Foc-ban a Denise trópusi ciklonhoz kapcsolódóan. A legnagyobb 1 óra alatt lehullott csapadékösszeget, 401 mm-t Kínában, Shangdi-ban regisztrálták 1975. július 3-án. A legnagyobb 1 perc alatt lehullott csapadékot (38,1 mm-t) Közép-Amerikában mérték a Karibi-szigetek térségében (Basse Terre, Guadeloupe) 1970. november 26-án.

A legkisebb sokévi átlagos csapadékösszegeket kontinensenként a 3.2. táblázat foglalja össze. Jól látható, hogy az 1 mm-t nem éri el a minimális sokévi átlagérték Afrikában és Dél-Amerikában. Nagyobb minimális értékekkel találkozunk három földrészen is (Ausztráliában, Európában és Óceániában), ahol a 100 mm-t meghaladják a mért legkisebb sokévi átlagos csapadékösszegek.

3.2. táblázat. A legkisebb sokévi átlagos csapadékösszegek a különböző kontinenseken (Forrás: http://www.satelliten-bilder.de/)

Kontinens

Érték

Helyszín (ország, tengerszint feletti magasság)

Időtartam

Afrika

0,7 mm

Dakhla (Egyiptom), 111 m

53 év: 1932–1985

Antarktisz

20 mm

Déli-sark (Amundsen-Scott Kutatóállomás), 2800 m

10 év

Ausztrália

103 mm

Mulka (Dél-Ausztrália), 49 m

42 év

Ázsia

46 mm

Aden (Jemen), 7 m

50 év

Dél-Amerika

0,5 mm

Quillagua (Chile), 37 m

37 év: 1964–2001

Európa

163 mm

Astrachan (Oroszország), 14 m

25 év

Észak-Amerika

30 mm

Batagues (Mexikó), 5 m

14 év

Óceánia

227 mm

Puako (Hawaii), 2 m

13 év

A meteorológiai mérések történetében az egy szezon alatt legnagyobb mennyiségben hullott hó 28,96 méter volt, melyet Észak-Amerikában a Baker-hegyen (Washington államban) regisztráltak 1998/99-ben. Az 1 hónap során lehullott legnagyobb hómennyiséget, 9,91 métert a kaliforniai Tamarack-ban mérték 1911 januárjában. Az előző két rekordhoz hasonlóan, a 24 óra alatt lehullott legnagyobb hómennyiséget (1,93 métert) szintén Észak-Amerikában mérték: a Colorado állambeli Silver Lake-ben 1921. április 14/15-én.

Hidrológiai szempontból a csapadékon belül különlegesen fontos szerepe van a hó formájában (3.12. ábra) hulló hányadnak a tározási szerepe miatt. Éppen ez a tározási szerep indokolja azt is, hogy nem a lehullás időpontja számít elsősorban, hanem az olvadásé – hiszen a felszínre lehullott hó csak ekkor lép be a víz körforgalmába, s kerül a lefolyási folyamatba. A hidrológiai szolgálatok a télen lehullott hómennyiség alapján készítik a tavaszra várható lefolyási viszonyok, valamint a tavaszi és nyári időszak talajvíz-háztartási viszonyainak előrejelzését. A csapadék-lefolyási modellekben szintén külön modult alkalmaznak a hó kezelésére a téli félévben. Az éghajlati modellekben elsősorban a kialakult hótakarónak van fontos szerepe, mivel a felszín albedóját jelentős módosítja. A friss hófelszín albedója magas, a beérkező rövidhullámú sugárzás nagy részét visszaveri, s így jóval kevesebb energiát nyel el, mint a hómentes szárazföldi felszín (akár a növényzettel borított, akár anélküli esetben). A hóréteg öregedésével az albedó valamelyest csökken.

A lehullott hótakaró az olvadásig nagyrészt tárolja a felszínre leérkezett vizet, mely így csak jelentős késleltetéssel lép be a lefolyási folyamatba. A fotón az Alpok hófödte hegyvidéke látható.

3.12. ábra: A lehullott hótakaró az olvadásig nagyrészt tárolja a felszínre leérkezett vizet, mely így csak jelentős késleltetéssel lép be a lefolyási folyamatba (az Alpok hófödte hegyvidéke)

A hó jellemzésére alkalmazott legfontosabb mennyiségek a következők.

Magyarországon az Alföldön 20–30, hegyvidékeken 30–60 a havas napok átlagos évi száma. A területi különbségek legfontosabb tényezője az eltérő tengerszint feletti magasság. Míg az Alföldön rendszerint a csapadék 10–15%-a hullik hó formájában, addig a hegyekben akár 30% fölötti is lehet ez az arány. A hótakarós napok átlagos évi száma hazánk síkvidékein 30–50, a hegyvidékeken (főként a Börzsönyben, a Mátrában és a Bükkben) viszont jellemzően 100 feletti. Rendkívül nagy a hótakarós napok számának változékonysága. Például 1989/90 telén egyetlen nap sem volt ilyen az ország területén, és az 1962/63 téli időszakban a Dunántúlon csupán egyetlen napot tekinthetünk hótakarósnak. Kékestetőn mértek már 147 cm hóvastagságot is, az alföldi területeken az átlagos legnagyobb hóvastagság 60–80 cm – de akár itt is kialakulhatnak hatalmas hótorlaszok az erős szél miatt. A hóidényben jelentkező első havazás dátuma síkvidékeinken általában november 10. és november 20. közé esik, a hegyekben november legelejére. A hóidény utolsó havazásának dátumában nagyobbak az országon belüli területi különbségek. Míg a síkságokon rendszerint március 10. és március 30. közé esik, addig a hegyvidékeken akár április közepén vagy végén is előfordulhat hóesés.