6. fejezet - Víz a légkörben

Tartalom

6.1. A levegő nedvességtartalmának mérőszámai
6.1.1. A vízgőz nyomása (e)
6.1.2. A vízgőz sűrűsége (ρv)
6.1.3. A keverési arány (rv)
6.1.4. Harmatpont hőmérséklet (Td)
6.1.5. Nedves hőmérséklet (Tw)
6.1.6. Relatív páratartalom (f)
6.2. A víz körforgása
6.3. Felhők osztályozása
6.4. A felhők kialakulásának dinamikai feltételei
6.5. A csapadék kialakulása
6.5.1.Kondenzáció
6.5.2. A vízgőz depozíciója és a Bergeron-Findeisen folyamat
6.5.3. Vízcseppek fagyása
6.5.4. Vízcseppek és jégkristályok növekedése ütközés útján
6.5.5. Vízcseppek és jégkristályok kialakulása különböző felhőkben
6.5.6. Köd kialakulása
6.6. Fontosabb csapadékfajták
6.6.1. Szitálás
6.6.2. Eső
6.6.3. Havazás
6.6.4. Záporos csapadék
6.6.5. Havas eső
6.6.6. Hódara
6.6.7. Jégdara
6.6.8. Jégeső
6.6.9. Ónos eső
6.6.10. Mikrocsapadékok
6.7. Időjárás-módosítás

6.1. A levegő nedvességtartalmának mérőszámai

Eltérően az egyéb összetevőktől, a víz mind a három halmazállapotban előfordul a légkörben. A levegőben lévő víz mennyisége azonban mind időben, mind térben jelentősen változhat. A folyékony és szilárd halmazállapotú részecskék, a vízcseppek, illetve a jégkristályok és a jégszemek csak a felhőkben, illetve a belőlük hulló csapadékban vannak jelen. A vízgőz mindenhol megtalálható a troposzférában, de lényeges – akár egy-két nagyságrendnyi – eltérés is előfordulhat a különböző területek feletti vízgőztartalomban. A levegő vízgőztartalma számos légköri folyamat szempontjából döntő fontosságú, ilyen pl. a felhő- és ködképződés, a sugárzásátvitel, illetve az energiaháztartás. A vízgőztartalom jellemzésére többféle mennyiség használatos. Az alábbiakban a legfontosabbakat soroljuk fel:

6.1.1. A vízgőz nyomása (e)

A vízgőz nyomása – csak úgy, mint más gázok esetében – nem csak a vízmolekulák koncentrációjától, hanem a hőmérséklettől is függ. A nyomás mértékegysége a Pascal [Pa], de a meteorológiai gyakorlatban ennek százszorosa, a hektopascal [hPa] is elfogadott. A vízfelszínről mindig távoznak, illetve oda érkeznek vízmolekulák. Ezek egymáshoz viszonyított aránya határozza meg, hogy párolgásról vagy kicsapódásról (kondenzációról) van-e szó (6.1. ábra). Amikor a távozó és a lecsapódó molekulák száma megegyezik, a vízgőz nyomása az ún. telítési gőznyomással egyenlő (es) és a levegő telítettsége éppen 100%.

 

A párolgás és a kicsapódás (kondenzáció) dinamikus modellje

6.1. ábra: A párolgás és a kicsapódás (kondenzáció) dinamikus modellje. Amennyiben a távozó vízmolekulák száma meghaladja a kicsapódók számát (a), a vízfelszín párolog. Ellenkező esetben kondenzációról beszélünk (c). Ha a távozó és a kicsapódó molekulák száma megegyezik, a levegő vízgőztartalma éppen megegyezik a 100%-os telítési értékkel (b).

A telítési gőznyomás erősen függ a hőmérséklettől (6.2. ábra). Magasabb hőmérsékleten a vízmolekulák könnyebben lépnek ki a vízfelszínről, és a dinamikus egyensúly csak akkor alakul ki, amikor a vízmolekulák nagyobb koncentrációban vannak jelen a felszín felett. A telítési gőznyomás nem csak a hőmérséklettől függ, hanem a párolgó felszín halmazállapotától, a felszín görbületétől és a vízben található szennyező anyagok koncentrációjától is. Ezen összefüggésekre még majd visszatérünk a csapadékképződési folyamatok tárgyalásakor.

 

A telítési gőznyomás hőmérsékletfüggése

6.2. ábra: A telítési gőznyomás (es) hőmérsékletfüggése

6.1.2. A vízgőz sűrűsége (ρv)

A vízgőz sűrűsége a vízgőz tömege és a gőz által kitöltött térfogat hányadosa. A mértékegysége: kg/m3.

6.1.3. A keverési arány (rv)

A keverési arány az egységnyi térfogatú levegőben a vízgőz (mv) és a száraz levegő (ml) tömegarányát adja meg:

(6.1)

ahol e és p a vízgőz, illetve a levegő nyomása. Ha a vízgőz nyomása a telítési gőznyomással egyenlő, akkor a keverési arány az ún. telítési keverési arány (rs). A keverési arány tulajdonképpen egy dimenzió nélküli szám, de a definícióját jobban kifejezik a [kg/kg] vagy a [g/kg] mértékegységek, s ezért ezek használatosak. A 6.1 Táblázatban megadtunk néhány hőmérsékleti értékhez tartozó telítési gőznyomást és telítési keverési arányt.

6.1. táblázat: Különböző levegő-hőmérsékletekhez (t) tartozó telítési gőznyomás (es) és telítési keverési arányok (rs). A levegő nyomása 1000 hPa.

t (°C)

–20

–10

0

10

20

30

es (hPa)

1,26

2,87

6,11

12,28

23,39

42,45

rs (g/kg)

0,7

1,6

4,8

9,4

17,3

30,4

6.1.4. Harmatpont hőmérséklet (Td)

A harmatpont az a hőmérséklet, amire a levegőt állandó nyomáson le kell hűteni ahhoz, hogy telítetté váljon.

6.1.5. Nedves hőmérséklet (Tw)

Víz párologtatásával addig növeljük a levegő vízgőztartalmát, amíg az telítetté nem válik. A párolgás következtében a párolgó felszín hőmérséklete fokozatosan csökken, végül egy, a környező levegő vízgőztartalmától függő egyensúlyi értéket ér el. Azt a hőmérsékletet, ahol ez bekövetkezik, nedves hőmérsékletnek nevezzük. A harmatpont meghatározásától eltérően ebben az esetben a levegő vízgőztartalma nem állandó, ezért a harmatpont hőmérséklet és a nedves hőmérséklet különböznek egymástól.

6.1.6. Relatív páratartalom (f)

A relatív páratartalom, vagy más néven relatív nedvesség a vízgőz keverési arányának (rv) és telítési keverési arányának (rs) a hányadosa, ami jó közelítéssel megegyezik a vízgőz nyomásának (e) és telítési nyomásának (es) a hányadosával:

(6.2)

Ez a hányados általában nulla és egy közötti szám, de előfordulhat, hogy egynél nagyobb értékeket vesz fel, azaz a levegő túltelítetté válik. Szokás a relatív páratartalmat százalékban is megadni, ebben az esetben a 6.2 egyenlet jobb oldalát 100-zal kell megszorozni.