2.2 A Walter-Lieth féle klímadiagram

Mielőtt rátérnénk a biofizikai éghajlat-osztályozási módszerek ismertetésére, bemutatjuk az ismert Walter-Lieth (1960) féle klímadiagramot, ami éghajlat-meghatározó módszernek tekinthető. Walter és Lieth felismerték, hogy az adott terület éghajlata nem jellemezhető kellő pontossággal a potenciális evapotranszspiráció (PET) becslése nélkül. Azt is megállapították, hogy a PET-et a léghőmérséklet alapján kell becsülniük, méghozzá a lehető legegyszerűbb módon. Úgy döntöttek, hogy a PET értékét ki sem számítják pontosan, hanem a hőmérsékleti görbe menete alapján közelítik. Ezért a léghőmérséklet (T) évi menetének ábrázolása során pontosan definiált skálabeosztást használtak. Ahhoz, hogy a feltételezett PET és az ismert csapadék (P) értékeket összevessék, a P évi menetét is egy pontosan definiált, a hőmérsékleti skálabeosztással egy meghatározott arányban levő skálabeosztásban rajzolták meg. Így, a P és a T évi meneteinek összehasonlítása alapján az adott terület vízellátottságának időbeli változásaira [pl. víztöbbletre (P>PET), vagy vízhiányra (P<PET)] is következtethettek . A vízhiány és a víztöbblet évi menetéből pedig képet nyerhettek az éghajlatról, valamint a típikus növényzetről. Walter és Lieth (1960) e diagramokat sok ezer állomásra készítették el, azaz a módszerüket globális léptékben használták. A könyvben nem csupán az egyes állomásokhoz tartozó éghajlati diagramok, hanem a diagramok alapján megállapított éghajlati osztályok területi eloszlása is megtalálható.

Most tekintsük át, hogyan épül fel az egységes Walter-Lieth (1960) féle klímadiagram (2.6. ábra)!

A Walter-Lieth-féle klímadiagramm egy legáltalánosabb esetben

2.6. ábra. A Walter-Lieth (1960) féle klímadiagram elemei, kitalált adatsorra

A diagram egy x és két y tengellyel rendelkezik. Az x tengelyen a hónapok, a bal oldali y tengelyen (A) a hőmérséklet, míg a jobb oldalin (B) a csapadék található. A diagram bal felső sarkába kerül az állomás neve (a), alá vagy zárójelben mögé a tengerszint feletti magassága (b) m-ben kifejezve. Az állomás neve alatt szögletes zárójelben – ha rendelkezésre áll – feltüntethetjük azon időszakok hosszát, amelyre vonatkoznak a hőmérséklet (c) és csapadék adatok (d). Ha a két elem különböző hosszúságú időszakokból származik, akkor mind a kettőt odaírjuk. A jobb felső sarokba kerül az évi középhőmérséklet °C-ban kifejezve (e), alá pedig az évi csapadékösszeg mm-ben (f). Egyik esetben sem írjuk ki a mértékegységet. Ha az adott adatsor az északi félgömbről származik, akkor a január, míg ha a déli félgömbről, akkor a július a kezdő hónap. A hónapok rövidítéseit, kezdőbetűit nem tüntetjük fel. Az egyes hónapokra vonatkozó adatokat úgy ábrázoljuk, hogy a hónapot jelölő intervallum közepére vesszük fel a pontokat, melyeket azután összekötünk. Mint már említettük, a megfelelő skálabeosztással elérhetjük, hogy a hőmérséklet – ezáltal a potenciális evapotranszspiráció – és a csapadék között egyértelmű kapcsolat legyen. Walter és Lieth (1960) e tekintetben azzal a közelítéssel éltek, hogy 10°C havi átlaghőmérséklet mellett a növényzet 20 mm vizet párologtat el havonta. Így a hőmérséklet skálája 10°C beosztású, a 0°C pedig az x és az y tengely metszéspontjában van. A csapadék skálabeosztása 20 mm a 0-tól 100 mm-ig terjedő tartományban. A 0 mm szintén az x és az y tengelyek metszéspontjában található. 100 mm felett a skálabeosztás megváltozik: a korábbi 20 mm-ről 200 mm-re nő. Ez azzal indokolható, hogy a Föld azon területein, ahol az átlagos havi csapadékösszeg nagyobb, mint 100 mm, a havi átlag alig nagyobb 100 mm-nél, vagy annak többszöröse.

A két görbe fekvése és menete alapján 4 nedvességi osztály különíthető el. Ha a csapadékgörbe a hőmérsékleti görbe alatt húzódik, akkor a potenciális evapotranszspiráció nagyobb, mint a csapadék, és a növényzet vízhiányban szenved. Ez az ún. arid időszak, amit meg is jelölünk a hőmérséklet- és a csapadékgörbe közötti terület kipöttyözésével (V1). Ha a csapadékgörbe a hőmérsékleti görbe felett található, de nem éri el a 100 mm-t, víztöbblet keletkezik a területen. Ez az ún. humid időszak, a két görbe közötti területet pedig függőleges vonalakkal jelöljük (V2). Ha a havi csapadékösszeg 100 mm feletti, a vízbőség nagy, és a csapadék jelentős része lefolyik. Az ilyen időszakokban a két görbe között 100 mm feletti területet feketével jelöljük (V3). A száraz (arid) és a nedves (humid) időszakok között egy átmeneti nedvességtartomány is jelentkezhet, amit aszályra hajló időszaknak is értelmezhetünk. Ha a hőmérséklet és a csapadék görbéje közel fut egymás mellett, akkor meg kell vizsgálni, hogy ha a havi csapadékösszeg kétharmadát ábrázoljuk, az hol halad a hőmérsékleti görbéhez képest. Ha a csapadékgörbe kétharmaddal csökkentett értéke a hőmérsékleti görbe alatt húzódik, akkor ezt az időszakot vízszintesen szaggatott vonalakkal jelöljük (V4). Ha elő is fordul arid időszak, az aszályt csak akkor jelöljük, ha az arid időszakot megelőző és követő hónapokban is teljesül az aszályosság feltétele. Rajzolás nélkül is elvégezhetjük a hónapokra a vizsgálatot. Figyelembe véve, hogy a hőmérséklet és csapadékskála között kétszeres szorzó van, azt vizsgáljuk, hogy a P ·(⅔ /2) = P·⅓ kisebb-e, mint a hőmérséklet az adott hónapban.

Walter & Lieth jelölték a hőmérséklet egyes szélső értékeit is. Azokban a hónapokban, amikor a napi minimum hőmérséklet átlaga 0°C-nál kisebb, az x tengelyt megvastagítjuk (T1). Ha csak az abszolút minimum hőmérséklet (a mérési időszak alatt előforduló legalacsonyabb minimum hőmérséklet) fagypont alatti, akkor az adott időszakot az x tengelyen átlós sráfozással jelöljük (T2). E jelölésekkel a potenciális fagyveszély időszakát jelezték. A magasabb földrajzi szélességeken a növényzet számára a nyári időszakok és a tartósan fagyos időszakok hossza a meghatározó. Ezért, ahol legalább az év felében fagypont alatti a havi középhőmérséklet, feltüntetjük a napi középhőmérséklet alapján a +10°C feletti, illetve a -10°C alatti napok számát is. Ezt úgy tesszük, hogy a hőmérsékleti görbe alatt a +10°C, illetve a -10°C mentén egy-egy egyenest húzunk, majd ráírjuk azokra ezen időszakok napokban kifejezett hosszát (T3, T4). Az Egyenlítő környéki klímákra ezzel szemben a kiegyenlített évi menet a jellemző. Ezeken a területeken a hőmérséklet mellett a napi hőmérsékleti ingás évi átlaga is szerepel. Ezt az értéket (T5) a bal oldali y tengelyhez írjuk a hőmérsékleti görbe mellé. A hőmérsékleti szélsőségeket szintén a hőmérsékleti tengely bal oldalán jelöljük. Felülről lefelé haladva a következő mennyiségeket vesszük figyelembe: abszolút hőmérsékleti maximumot (Ta), a legmelegebb hónap átlagos napi maximumát (Tb), a leghidegebb hónap átlagos napi minimum hőmérsékletét (Tc), valamint az abszolút hőmérsékleti minimumot (Td). A hőmérsékleti maximumokat az 50°C értékhez, a minimumokat a 0°C értékhez írjuk (2.6. ábra). A gyakorló feladatokban csak azokat az értékeket tüntetjük fel, amelyek adottak. Mivel a könyv adatbázisában (7. fejezetet) a szélsőséges hőmérsékletek hiányoznak, ezeket nem tudjuk jelölni.

A Walter-Lieth (1960) féle klímadiagram hátrányai elsősorban abból adódnak, hogy egy egységes és egyszerű jelölési rendszert alkalmaztak. Ha vesszük a skálabeosztást, a 10°C=20 mm közelítés csak bizonyos esetekben alkalmazható, mivel a potenciális evapotranszspiráció nem-lineáris függvénye a hőmérsékletnek. A PET logaritmikusan változik a hőmérséklet függvényében kb. +15°C-tól kezdődően, továbbá e függés növény-specifikus. Minden bizonnyal reálisabb képet nyerhetünk a PET értékéről, ha a terület növényborítottságának és a növényzet tulajdonságainak ismerete alapján megváltoztatjuk a konstans, 2-es szorzót.

Példák

Az alábbi példák keretében néhány tipikus Walter-Lieth (1960) féle klímadiagramot fogunk bemutatni és elemezni. A klímadiagramok Fort Nelson (északi félgömb), Cape Don (déli félgömb), Malaga (északi félgömb) és Pécs helységekre vonatkoznak. E 4 állomás éghajlati adatai a 2.2a., 2.2b. táblázatban találhatók.

2.2a. táblázat A példákban szereplő állomások klimatológiai adatai a GHCN adatbázis alapján (tszfm: tengerszint feletti magasság, T átl: átlaghőmérséklet (°C), Pátl: átlagos csapadékösszeg (mm), Tmin/Tmax: átlagos minimum/átlagos maximum hőmérséklet (°C), Tabszmin/Tabszmax: abszolút minimum/abszolút maximum hőmérséklet (°C), ϕ=földrajzi szélesség (°) (a pozitív előjel északi, a negatív előjel déli szélességet jelöl), λ=földrajzi hosszúság (°) (a pozitív előjel keleti, a negatív előjel nyugati hosszúságot jelöl)).

2.2b. táblázat A példákban szereplő állomások klimatológiai adatai a GHCN adatbázis alapján (a jelölések megegyeznek 2.2a. táblázatban használt jelölésekkel)

Az adatokat a GHCN ( Global Historical Climatology Network) (Peterson and Vose, 1997; Lawrimore et al., 2011) adatbázisból vettük, ahol az átlagok mellett az egyes extrém értékek[1] is rendelkezésre állnak. A Fort Nelson klímadiagramja a 2.7. ábrán látható. A hőmérsékleti görbéről látható, hogy az fagypont alatti az év felében. Ugyanakkor a csapadékgörbe egész évben a hőmérsékleti görbe felett található, ami víztöbbletet jelent. Áprilisban a két görbe közel kerül egymáshoz, ezért meg kell vizsgálni az aszályosságot is. Az aszályosság feltétele az, hogy a havi csapadék harmada kisebb legyen, mint a hőmérséklet. Áprilisban a csapadék 18,2 mm, ennek harmada kb. 6,1 mm, ez az érték nagyobb, mint a havi középhőmérséklet (2,2°C), tehát az aszályosság jelölésére nincsen szükség. A táblázatból láthatjuk, hogy az átlagos minimum hőmérséklet októbertől árpilisig 0°C alatti, ezért az x tengelyt jelentősen megvastagítottuk. A fennmaradó hónapokban – július kivételével – sráfozással jelöltük azokat a hónapokat, amelyekben a minimum hőmérséklet fagypont alatti. Az adatbázisból kikerestük azon napok sokévi átlaghőmérsékletét (74 éves átlag), melyek meghaladják a +10°C-ot, illetve nem érik el a -10°C-ot. E napok száma rendre 114 (+10°C felett), illetve 109 (-10°C alatt). A két értéket az y=+/-10°C egyeneseken tüntettük fel a hőmérsékleti görbe alatt. Az abszolút maximum hőmérsékletet (36,7°C) a hőmérsékleti tengely 50°C-os értékénél tüntettük fel. Alatta látható a legmelegebb hónap, a július, átlagos maximum hőmérséklete 23,1°C. A 0°C szintjében először a leghidegebb hónap, a január, átlagos minimum hőmérsékletét (-26,1°C), majd alatta az abszolút minimumot (-51,7°C) tüntettük fel. A helyszín ismerete nélkül is elmondhatjuk, hogy Fort Nelson valahol a sarkkörök környékén lehet, valamelyik kontinens belsejében. A hőmérséklet és a csapadék ilyen évi menete csak a kontinensek középső területein fordulhat elő, ahol a telet típikusan sarki eredetű, hideg légtömegek alakítják, míg nyáron a nedvességet a ritkán előforduló, mérsékelt övi ciklonok biztosítják. Nyáron a hőmérséklet emelkedésével a ciklonok mellett a zivatartevékenység is hozzájárul a nagyobb csapadékmennyiséghez. Ugyanakkor az állomás bizonyosan nem az ázsiai kontinens legbelsőbb területein található, hiszen ott az évi csapadékösszeg nem érheti el a 445 mm-t a hiányzó ciklontevékenység miatt. A napsugárzás energiája nyáron elegendően nagy a 10°C feletti napi átlaghőmérséklet biztosításához, ami a fás szárú növények megmaradásához szükséges. A hőmérséklet évi ingása (az átlagos minimum- és maximum hőmérséklet különbsége) megközelíti az 50°C-ot, ami szintén az erős kontinentális hatás jellemzője. Ilyen jellegű éghajlattal a Föld déli féltekéjén legfeljebb elvétve találkozhatunk, hiszen ott nincsenek nagy kiterjedésű szárazföldi felszínek a sarkkörök környékén. Ha megkeressük Fort Nelson települést a térképen, Kanada nyugati részén a Sziklás-hegység északi vonulatában található, a sarkkörtől mintegy 8°-kal délre.

A következő állomás, Cape Don, lényegesen melegebb környezetben helyezkedik el. A klímadiagramja a 2.7. ábrán látható.

Fort Nelson és Cape Don Walter-Lieth-féle klímadiagramjai a GHCN adatbázisban szereplő adatok alapján

2.7. ábra. Fort Nelson és Cape Don Walter-Lieth típusú klímadiagramja a GHCN adatbázis alapján

Az évi átlaghőmérséklet 27,4°C, míg az évi csapadékösszeg 1312 mm, ami arra utal, hogy a település az Egyenlítő és a térítők között található. Mivel az állomás a déli félgömbön található, itt az év első hónapja a július, amit az állomás tengerszint feletti magassága (19 m) mellett egy mínusz jellel jelölünk. A hőmérséklet évi menetének két maximuma van, melyek a Nap delelése után általában áprilisban és októberben jelentkeznek, azonban esetünkben áprilisban és novemberben lépnek fel. A csapadék időbeli eloszlása típikusan félévi száraz és félévi nedves időszakot mutat. Az esős évszakban a csapadékösszeg havi átlaga 200-300 mm. Itt összehasonlításként jegyezzük meg, hogy Magyarországon az évi átlagos csapadékösszeg 660 mm. Az állomás neve alatt két számot találhatunk. Ez azt jelzi, hogy ezen az állomáson 33 év hőmérsékleti, illetve 73 év csapadék adatai álltak rendelkezésre. Fort Nelson esetén megkerestük a +10°C feletti és a -10°C alatti középhőmérsékletű napok számát, amire Cape Don esetében nem volt szükség, hiszen ott az abszolút minimum hőmérséklet (14,4°C) igen magas. Mivel Cape Don Egyenlítő környéki állomás, ezért a hőmérsékleti görbe mellett itt fel kell tüntetni a hőmérséklet átlagos évi ingadozását is. Ezt a havi maximum és minimum hőmérsékletek különbségének átlagolásával kapjuk meg, ami esetünkben 6,3°C. A trópusi esőerdőkben ez az ingadozás mindössze 2-3°C, így láthatjuk, hogy az Egyenlítőtől kissé távolabb vagyunk.

A fenti két szélsőséges eset mellett nézzünk meg két további szélsőséges esetet, hogy meggyőződhessünk Földünk éghajlati változatosságáról. Malaga klímadiagramját 2.8. ábra szemlélteti. Az évi középhőmérséklet 18,2°C, míg az évi csapadékösszeg 550 mm. Fagyos napok csak elvétve fordulnak elő, de volt rá példa a decembertől márciusig tartó időszakban a 69 éves adatsorban. A csapadék télen jelentős, nyáron 20 mm alatti. A nyári szárazság nem szűnik meg olyan hirtelen, mint Cape Don esetében, ezért vizsgáljuk meg, hogy lehet-e számítani aszályos időszakra. Ha előfordul arid időszak, akkor ennek feltételeit az ezt követő és megelőző hónapokra kell megvizsgálnunk. Az arid időszak májustól szeptemberig tart. Áprilisban a havi csapadékösszeg 41,1 mm, amelynek harmada 13,7 mm, ez kisebb, mint a havi átlaghőmérséklet, ami 16°C. Októberben a 19,2°C havi középhőmérséklethez 52,3 mm havi csapadékösszeg tartozik. Így látható, hogy a csapadékösszeg harmada szintén kisebb, mint a havi átlaghőmérséklet, következésképp az aszályosság fennáll, amit be is jelöltünk. Ezt megtesszük minden egyes hónapra április és október között, majd az így kapott aszályossági görbe és a csapadékgörbe közötti területet vízszintes csíkozással töltjük ki. Malaga esetében az éghajlat jellemzése igen egyszerű: a nyári szárazság és a téli csapadékos jelleg – melynek köszönhetően az évi csapadékösszeg 500-600 mm – a mediterrán éghajlatot biztosítja.

Pécs klímadiagramja a 2.8. ábrán látható. Pécs évi csapadékösszege (543 mm) nem különbözik számottevően Malagáétól, annak évi menete azonban markánsan eltér tőle. A csapadékgörbe az év egész év során a hőmérsékleti görbe felett húzódik, ami alapján arra következtethetünk, hogy Pécsett a 11°C-os évi átlaghőmérséklet mellett elegendő nedvesség áll rendelkezésre az év folyamán. Ugyanakkor júliusban és augusztusban kisebb a csapadék, ami miatt meg kell vizsgálnunk az aszály-érzékenységet e két hónapban. A havi középhőmérsékletek (21,3°C és 20,9°C) magasabbak, mint a havi csapadékok (53,3 mm és 51,5 mm) harmada (17,8 és 17,2), így erre a két hónapra bejelölhetjük az aszályosságot. Ez azt jelenti, hogy egyes években nyaranta nem hullik elegendő csapadék, ami miatt szükséges a mezőgazdasági növények öntözése. Az átlagos minimum hőmérsékletek télen (december-február), míg az abszolút minimum hőmérsékletek az októbertől májusig tartó időszakban vannak fagypont alatt. Fort Nelson esetében azt mondtuk, hogy éghajlatának kontinentális jellegére a csapadék nyári maximuma és a hőmérséklet jelentős ingadozása utal. A hőmérséklet ingadozása Pécsett mindössze 30°C, ami annak tulajdonítható, hogy alacsonyabb földrajzi szélességen vagyunk. A nyári csapadékmaximum nem olyan karakterisztikus, mint Fort Nelson esetében. Ennek két oka is van. Magyarország időjárását – földrajzi helyzetéből adódóan – nemcsak a kontinentális, hanem az óceáni és a mediterrán térségből érkező légtömegek is befolyásolják. A mediterrán légtömegekkel télen nedvesebb, míg nyáron szárazabb légtömegek érkeznek hazánk fölé. A mérsékelt övi ciklonok tavasszal és ősszel juttatnak el hozzánk nedvesebb légtömegeket. A két hatás eredményeképpen a csapadék évi menete kiegyensúlyozottabb, és a nyári maximum nem olyan markáns.

Malaga és Pécs Walter-Lieth-féle klímadiagramjai a GHCN adatbázisban szereplő adatok alapján

2.8. ábra. Malaga és Pécs Walter-Lieth típusú klímadiagramja a GHCN adatbázis alapján



[1] A Lamb és a Kakas féle adatbázisokban ezek az extrém értékek hiányoznak.