9. fejezet - Mérsékelt szélességek időjárási rendszerei

Tartalom

9.1. Mérsékeltövi ciklonok
9.2. Mérsékeltövi anticiklon
9.3. Időjárási frontok
9.3.1. Melegfront
9.3.2. Hidegfront
9.3.3. Okklúziós front
9.4. Légtömegek

9.1. Mérsékeltövi ciklonok

A közepes földrajzi szélességek időjárási viszonyait jelentős mértékben a nagy kiterjedésű alacsony- és magasnyomású légköri képződmények határozzák meg. Ezek a hatalmas légköri mozgásrendszerek a mérsékeltövi ciklonok és anticiklonok. Már a korai meteorológiai megfigyelések során azt tapasztalták, hogy csapadékhullás leginkább alacsony nyomású területeken következik be. A nagy kiterjedésű mérsékeltövi ciklonok létét, szerkezetét a norvég bergeni iskola kutatói már a XX. század elején ismerték (lásd 1. fejezet), s a század közepén az ún. polárfront elmélettel kialakulásának mechanizmusát is kidolgozták. A front elnevezés is ebből az időből ered, mely az egymástól nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkező légtömegek „összecsapására” utal a frontfelület mentén.

 

A polárfront elmélet magyarázza a mérsékeltövi ciklonok keletkezését

9.1. ábra: A polárfront elmélet magyarázza a mérsékeltövi ciklonok keletkezését. E folyamat fázisai: (a) Kis mértékben hullámzó magaslégköri áramlás, (b) A polárfront nagymértékű meanderezésének megjelenése, (c) Erősebb hullámok megjelenése, a ciklon-leválás kezdete, (d) A mérsékeltövi ciklon leválása után visszatérés a kisebb mértékű hullámzásra.

A polárfront a légkör globális cirkulációjának részeként körbefutja a Földet (9.1. ábra), s megközelítőleg ott helyezkedik el, ahol a magasban a poláris futóáramlás mozog. A polárfront a mérsékelt övben található, s elválasztja egymástól egyrészt az alacsony szélességek meleg trópusi és a magasabb szélességi övek sarkvidéki eredetű hideg légtömegeit, másrészt a poláris keleties áralmások, illetve a mérsékeltövi nyugatias szelek által uralt térségeket. Ennek következtében a kelet-nyugati irányban húzódó, cirkumpoláris jellegű polárfront környezetében a fronttól északra alacsonyabb nyomású, hidegebb, míg délre magasabb nyomású, melegebb légtömegeket találhatunk. A meleg és hideg légtömegeket elválasztó frontfelület mentén a meteorológiai elemeket gyors, szinte ugrásszerű változás jellemzi. A polárfront két oldalán párhuzamosan, ellentétes irányban, zonálisan áramlik a levegő. A délebbre elhelyezkedő meleg levegő áramlása nyugatias, míg az északabbra található hideg légtömegé keleties. Mivel az észak-déli irányú légmozgás gyenge, ezért a polárfronttól délre fekvő területeken egyre melegebb, míg a tőle északra fekvőkön egyre hidegebb levegő halmozódik fel. A hőmérsékleti különbség hatására meridionális (észak-déli) irányú áramlás jön létre, mely a polárfront fodrozódásához vezet. A így létrejövő hullámok elmélyülése eredményezi az örvények kialakulását, melyek leszakadnak a polárfrontról, és önálló mérsékeltövi ciklonként kezdik meg tevékenységüket. E folyamatot mutatja be, s értelmezi a 9.2. ábra.

 

A mérsékletövi ciklonkeletkezést leíró polárfront elmélet

9.2. ábra: A mérsékletövi ciklonkeletkezést leíró polárfront elmélet. A kék háromszögek a hidegfrontot, a piros félkörök a melegfrontot, a lila háromszögek és félkörök együtt az okklúziós frontot jelölik. A: alacsonynyomású terület, M: magasnyomású terület. Az ábrán az egyes időpontok a következő eseményeket jelölik: 1.) A polárfront északi oldalán hideg, déli oldalán meleg levegő halmozódik fel. 2.) A meridionális hőmérsékletkülönbség hatására egy hullám alakul ki a polárfronton. 3.) A hullám egyre erősödik. Közepén csökken a légnyomás. Közben az egész légörvény kelet felé helyeződik át. 4.) A gyorsabban mozgó hidegfront utoléri a lassabban haladó melegfrontot. Megkezdődik a frontok összezáródása. 5.) A hideg- és melegfront összezáródása során a ciklon a talajon fokozatosan egy hideg légörvénnyé válik, majd lassan leépül.

A hullámzó polárfront megtörik, s meleg- és hidegfrontra bomlik ketté. Ezek a frontok választják el a kifejlődő ciklon belsejében a hideg és a meleg légtömegeket. A melegfront mögött délről északi irányba áramlik a meleg, a hidegfront mögött pedig délre halad a sarkvidéki, hideg levegő. A hideg- és melegfront találkozási pontja lesz a ciklon középpontja, ahol a légnyomás a legalacsonyabb. Kedvező feltételek mellett a hullám egyre erősödik, s a középpont nyomása egyre jobban csökken. Az alacsony nyomás kedvez a feláramlásnak, így a frontok mentén ennek hatására megindul a felhőképződés.

A frontok három szektorra osztják a ciklont: (1) a melegfront előtti tartományra, (2) a két front közötti meleg szektorra, (3) a hidegfront mögötti hideg tartományra (9.3. ábra felső I. metszet és a középső rész).

 

Mérsékeltövi ciklon szerkezete, jellemző vertikális metszetei és a frontok felhőrendszere.

9.3. ábra: Mérsékeltövi ciklon szerkezete, jellemző vertikális metszetei és a frontok felhőrendszere. Az ábrán jelölt felhők: Ci: Cirrus, Cs: Cirrostratus, As: Altostratus, Ns: Nimbostratus, St: Stratus, St fra: Stratus fractus, Sc: Stratocumulus, Cu: Cumulus, Cb: Cumulonimbus.

A ciklon melegfronti részén hosszan elnyúló, széles felhőzóna található, kiterjedt csapadéksávval, míg a hidegfront mentén csak egy keskenyebb sávban hullik a csapadék. A meleg szektorban csak részben felhős az ég, és csak néha fordul elő egy-egy zápor. A fejlődő mérsékeltövi ciklon végül leválik a polárfrontról, s zárt izobárokkal rendelkező, meleg- és hidegfrontból álló hatalmas örvénnyé alakul. Az alacsonynyomású centrummal rendelkező mérsékeltövi ciklon nyugati oldalán a hideg levegő délre, míg a mozgásrendszer keleti oldalán a meleg levegő észak felé nyomódik a hideg-, illetve a melegfront révén. Egy fejlett ciklon átmérője akár 3 000 km is lehet. A ciklon határának kijelöléséhez általában a földi átlagnak megfelelő felszíni légnyomást, azaz az 1013 hPa-os nyomási görbét használják, mely elnyújtott, kerekded alakú területet zár közre. Ezen belül a légnyomás mindenhol 1013 hPa alatti.

A ciklon a Föld forgásának hatására az északi féltekén az óramutató járásával ellentétes irányban forog. A déli féltekén éppen fordított a helyzet, az ottani ciklonok az óramutató járásával megegyező irányban forognak. Az egyes levegőrészecskékre ható erők eredőjeként a mozgás spirálisan a ciklon középpontja felé irányul, mely jól megfigyelhető a műholdképeken a mérsékeltövi ciklonok felhőrendszerén. A forgás közben az egész örvénylő ciklon kelet felé mozog, követve a magasabb légrétegekben uralkodó nyugatias irányú általános áramlási képet. A mérsékeltövi ciklonok a keletkezésükhöz, s mozgásukhoz szükséges energiát elsődlegesen a frontfelület mentén kialakult nagyon jelentős hőmérsékletkülönbségből, pontosabban e különbségek által indukált helyzeti (potenciális) energiának mozgási energiává való átalakítása révén nyerik. Amint a ciklonok mozgásuk révén kiegyenlítik a frontfelület mentén a hőmérsékleti különbségeket, úgy a továbbiakban már nem áll rendelkezésre az a potenciális energia, mely a további mozgásban tartáshoz szükséges lenne. Így a ciklon disszipálódik, feloszlik, elhal.

Az eltérő tulajdonságokkal rendelkező légtömegek egyensúlyra törekszenek, vagyis arra, hogy a meteorológiai állapothatározók értékei közötti különbség kiegyenlítődjön. Miközben a ritkább, meleg levegő feláramlik, a sűrűbb, hideg levegőtömeg lesüllyed, s potenciális (helyzeti) energiája kinetikus (mozgási) energiává alakul át. A felemelkedő levegőben lévő nedvesség a kicsapódás (kondenzáció) révén szintén növeli a forgó rendszer energiáját ún. látens (rejtett) hő formájában. Ilyenkor a víz párolgásánál a környezet – pontosabban a napsugárzás – által szolgáltatott, s a vízgőzbe „rejtett” energia szabadul fel. A ciklon közepe felé tartó levegő sebessége felgyorsul, ami szintén a kinetikus energia növekedésével jár együtt.

A fejlett mérsékeltövi ciklonok élettartamuk közepén egy kelet felé mozgó, forgó hatalmas légörvénnyé válnak. Az egyes ciklonok átlagosan 30 km/óra sebességgel haladnak keleti irányba, míg a ciklonon belüli forgó mozgás során ennél nagyobb sebességek is felléphetnek. A légörvény keleti oldalán az észak, északnyugat felé haladó melegfrontot a nyugati oldalon egy dél, délkelet felé tartó hidegfront követ. A hidegfront mozgása azonban gyorsabb, mint a melegfronté, így az fokozatosan közeledik, s a két front közti meleg szektor egyre kisebb területre szorul. Végül a hidegfront utoléri a melegfrontot, s a meleg szektor felemelkedik. A két front összezáródása, s egyben a meleg szektor okkludálódása (a felszínről való kiszorulása) a ciklon középpontjától kezdődik (9.4. ábra).

 

Műholdkép egy mérsékletövi ciklonról

9.4. ábra: Műholdkép egy mérsékletövi ciklonról. A kék háromszögek a hidegfrontot, a piros félkörök a melegfrontot, a lila háromszögek és félkörök együtt az okklúziós frontot jelölik.

Az okklúziós folyamat azt eredményezi, hogy a hideg és a meleg levegő kicserélődésével egyre stabilabb állapot alakul ki, s az elöregedett rendszer lassan felbomlik. A mérsékeltövi ciklonok élettartama néhány nap és egy hét között mozog.

A ciklonok általában nem egyedül fordulnak elő. Gyakran több hatalmas légörvény kapcsolódik egymáshoz, és egymást követik a polárfrontról leváló mérsékeltövi ciklonok. Az ilyen ciklonrendszert cikloncsaládnak hívjuk. Egy-egy cikloncsaládban 1–2 napos késéssel követik egymást a ciklonok, átlagosan négy–öt. Évente általában 60 cikloncsalád vonul el Európa felett, ezek egy része Magyarország területét is érinti. A ciklonok mentén száraz és csapadékos időszakok váltogatják egymást. Átvonulásuk után egy rövid idő szükséges, amíg a polárfront mentén megfelelő mennyiségű energia halmozódik fel az újabb örvények létrejöttéhez.

A ciklonok kialakulását, életét és felbomlását leíró polárfront elmélet egy leegyszerűsített képe a valóságnak. A közepes földrajzi szélességek alacsonynyomású légörvényei a légkör bonyolult, összetett folyamatainak hatására változatos képet mutatnak. Élete során minden egyes ciklon egyedi utat jár be, mégis azt mondhatjuk, hogy az általános jellemvonások mindegyikre igazak. Ezen túlmenően azonban egy sor egyéb tényezőt is figyelembe kell venni. Egyes ciklonok ugyanis gyorsan növekedve hatalmas légörvénnyé alakulnak, s csak lassan bomlanak fel, mások viszont rövid életűek, kevésbé intenzívek és időjárás-alakító hatásuk is csekély. Előfordulhat az is, hogy egy felbomlóban lévő ciklon újból felerősödik, vagy éppen egyhelyben veszteglő légörvénnyé alakul át. Az eltérés több okból adódik. Egyrészt a ciklonok keletkezési helye különböző, s más-más útvonalon haladnak. Európában Izland és a Genovai-öböl térségében keletkezik a legtöbb mérsékeltövi ciklon. A ciklonpálya mentén a domborzat vagy a tengerek és a szárazföld közötti hőmérsékleti kontraszt egyaránt befolyásolja a ciklonok útvonalát, élettartamát. Az Alpokba ütköző légörvények például gyakran legyengülnek, módosítják pályájukat vagy akár fel is oszlanak. A hegyeken átkelve esetenként újból erőre kapnak.

 

Fejlődő mérsékeltövi ciklon vertikális szerkezete

9.5. ábra: Fejlődő mérsékeltövi ciklon vertikális szerkezete. A ciklon középpontja felé áramló levegő felemelkedik. A magasabb légrétegekben tapasztalható szétáramlás (divergencia) erősíti a feláramlást.

A ciklonok kialakulását, pályájukat alakító legfontosabb tényező a magasabb légrétegekben uralkodó áramlási mező (9.5. ábra). A légkör magasabb részein, a középső és felső troposzférában a közepes földrajzi szélességeken egy nyugatról kelet felé áramló hullámzó mozgás futja körül a Földet, ezek a futóáramlások (jetek). Nagy általánosságban a talaj közeli alacsonynyomású területek ennek a középtroposzférában (kb. az 5 000 m magasságban) uralkodó áramlásnak az irányát követik, sebességük pedig nagyjából az alapáramlás sebességének a fele. A földfelszínen a ciklon középpontja felé áramló, s így ott felhalmozódó levegőtömeg felemelkedésre kényszerül. A feláramló levegőt a magasabb légrétegekben a nyugatias áramlás szállítja el. Az alacsonynyomású centrummal rendelkező mérsékeltövi ciklont a talaj környezetében összeáramlás (konvergencia), míg a magasabb légrétegekben, a középtroposzférában szétáramlás (divergencia) jellemzi. A feláramló, s a magasban elszállított levegő más területeken leáramlik, létrehozva a talajon egy magasnyomású légköri képződményt, az anticiklont.