12.4. A Globális Megfigyelő Rendszer

Az adatgyűjtés eszközeit és módszereit a Meteorológiai Világszervezet szabályozza. A méréseket azonos paraméterekkel rendelkező műszerekkel, azonos módon és azonos időben végzik. Részletes leírások tartalmazzák az egyes műszerek pontossági követelményeit, a mérőhelyen történő elhelyezés feltételeit, a leolvasás vagy adatgyűjtés módját és a különböző korrekciókat is. Az időegyeztetés érdekében a világon mindenütt az UTC-t (UTC –Coordinated Universal Time) használják. Az UTC a greenwichi középidő, régebben GMT-nek, azaz Greenwich Middle Time-nak nevezték. (UTC = CET /Közép-Európai Idő/ – 1 óra a téli, és UTC = CET – 2 óra a nyári időszámítás alatt.) Az egységesített mérésnek köszönhetően a világ különböző pontjain lévő mérőállomások adatai egymással összehasonlíthatók, illetve az időkoordináció miatt globális adatfeldolgozási (pl. időjárás-előrejelzés készítési) célokra hasznosíthatók. A méréseket a Megfigyelő Rendszer végzi, mely földbázisú és űrbázisú alrendszerből áll. A Földbázisú Alrendszer elemei a felszínen (szárazföldön és a tengereken) lévő különböző mérőhelyek és a felszínről esetenként a légkörbe jutatott mérőeszközök (szondák, repülőgépek stb.). Az Űrbázisú Alrendszer a meteorológiai műholdak által történő távméréseket jelenti.

12.4.1. Felszíni megfigyelések

A földbázisú megfigyelő rendszer gerincét a meteorológiai főállomások, más néven szinoptikus állomások képezik. A szinoptikus (áttekintő) megfigyelések alapja az azonos időben végzett észlelés. Ezt az ún. szinoptikus főterminusokban (00, 06, 12, 18 UTC-kor) végzik a legtöbb főállomáson. Több állomás a szinoptikus mellékterminusokban (03, 09, 15, 21 UTC-kor) is észlel, néhány mérőhely pedig óránként szolgáltat mérési adatot. Az állomások egyaránt lehetnek észlelővel ellátott, részlegesen vagy teljesen automatizált mérőhelyek. Mérési programjuk jelenti a legrészletesebb és legpontosabb információt a légkör legalsó tartományáról. A főállomásokon általában a következő meteorológiai elemeket mérik vagy figyelik meg: időjárási helyzet az észlelés időpontjában (12.1 táblázat), valamint az észlelést megelőző órá(k)ban, szélre vonatkozó adatok (szélsebesség, szélirány), a felhőzet mértéke (borultság), a felhőzet fajtái, a felhőalap magassága, léghőmérséklet (aktuális, minimum, maximum, talajközeli minimum), légnedvesség, légnyomás, légnyomásváltozás mértéke és tendenciája, látástávolság, csapadék mennyisége, talajállapot, hóvastagság.

12.1. táblázat: Jelenlegi időjárás kódolása (SYNOP távirat alapján). Egyszerre csak egy jelenséget adnak meg. Mindig a legmagasabb számú eseményt veszik figyelembe. Kivétel a 17-es kódú „Dörgés (száraz zivatar)”, ami előnyt élvez a 20-tól 49-ig terjedő kódokhoz képest.

Az állomáson csapadék nem volt (00–19)

00

A felhőzet változását nem figyelték meg

01

A felhőzet szétoszlott vagy vékonyodott

02

A felhőzet nem változott

03

A felhőzet kialakulóban volt vagy vastagodott

04

Füst által okozott légköri homály

05

Száraz légköri homály

06

Lebegő por nagy terület felett

07

Helyben felkavart por

08

Jól fejlett porforgatag

09

Távoli vagy elvonult porvihar

10

Párásság

11

Sekély köd, szakadozott

12

Sekély köd, összefüggő

13

Villogás (távoli, dörgés nem hallatszik)

14

Csapadéksáv nem éri el a talajt (virga)

15

Csapadéksáv 5 kilométeren túl éri el a talajt

16

Csapadéksáv 5 kilométeren belül éri el a talajt

17

Dörgés (száraz zivatar)

18

Szélrohamok az észleléskor vagy közvetlenül előtte

19

Felhőtölcsér

Csapadék, köd vagy zivatar volt az utolsó órában, de megszűnt

(20–29)

20

Szitálás volt

21

Eső volt

22

Havazás volt

23

Havaseső volt

24

Ónoseső volt

25

Záporeső volt

26

Hózápor vagy záporszerű havaseső volt

27

Jégeső vagy darazápor volt

28

Köd volt

29

Zivatar volt

Por- vagy homokvihar (31–35)

30

Por- vagy homokvihar gyenge, gyengült

31

Por- vagy homokvihar gyenge, változatlan

32

Por- vagy homokvihar gyenge, erősödött

33

Por- vagy homokvihar erős, gyengült

34

Por- vagy homokvihar erős, változatlan

35

Por- vagy homokvihar erős, erősödött

Hófúvás (36–39)

36

Gyenge vagy mérséklet talajmenti hófúvás

37

Erős talajmenti hófúvás

38

Gyenge vagy mérséklet magas hófúvás

39

Erős magas hófúvás

Köd

40

Távoli köd

41

Köd foltokban

42

Köd gyengült, ég látszik

43

Köd gyengült, ég nem látszik

44

Köd változatlan, ég látszik

45

Köd változatlan, ég nem látszik

46

Köd erősödött, ég látszik

47

Köd erősödött, ég nem látszik

48

Köd zúzmarával, ég látszik

49

Köd zúzmarával, ég nem látszik

Szitálás (50–59)

50

Gyenge szitálás, megszakításokkal

51

Gyenge szitálás, folytonos

52

Közepes szitálás, megszakításokkal

53

Közepes szitálás, folytonos

54

Erős szitálás, megszakításokkal

55

Erős szitálás, folytonos

56

Gyenge szitálás, ónos

57

Közepes vagy erős szitálás, ónos

58

Gyenge szitálás és eső

59

Közepes vagy erős szitálás és eső

Eső (60–69)

60

Gyenge eső, megszakításokkal

61

Gyenge eső, folytonos

62

Közepes eső, megszakításokkal

63

Közepes eső, folytonos

64

Erős eső, megszakításokkal

65

Erős eső, folytonos

66

Gyenge eső, ónos

67

Közepes vagy erős eső, ónos

68

Gyenge havaseső

69

Közepes vagy erős havaseső

Havazás (70–76)

70

Gyenge havazás, megszakításokkal

71

Gyenge havazás, folytonos

72

Mérsékelt havazás, megszakításokkal

73

Mérsékelt havazás, folytonos

74

Erős havazás, megszakításokkal

75

Erős havazás, folytonos

Különleges alakú szilárd csapadék (76–79)

76

Jégtűk

77

Szemcsés hó

78

Különálló hókristályok

79

Fagyott eső

Záporszerű csapadék (80–90)

80

Gyenge záporeső

81

Mérsékelt vagy erős záporeső

82

Igen erős záporeső

83

Záporszerű gyenge havaseső

84

Záporszerű közepes vagy erős havaseső

85

Gyenge hózápor

86

Közepes vagy erős hózápor

87

Gyenge, záporszerű dara

88

Mérsékelt vagy erős záporszerű dara

89

Záporszerű gyenge jégeső

90

Záporszerű közepes vagy erős jégeső

Az elmúlt órában zivatar volt, az észlelés idejére megszűnt (91–94)

91

Az elmúlt órában zivatar volt, most gyenge eső

92

Az elmúlt órában zivatar volt, most közepes vagy erős eső

93

Zivatar volt, most gyenge hó, havaseső, jég,vagy dara

94

Zivatar volt, most közepes vagy erős hó, havaseső, jég vagy dara

Zivatar az észleléskor (95–99)

95

Gyenge vagy közepes zivatar, esővel vagy hóval

96

Gyenge vagy közepes zivatar, jéggel vagy darával

97

Erős zivatar, esővel vagy hóval

98

Erős zivatar, homokviharral

99

Erős zivatar, jéggel vagy darával

A Globális Megfigyelő Rendszerhez világszerte mintegy 4000 szinoptikus állomás tartozik. Az állomások nagy száma azonban nem fedi le egyenletesen a szárazföldeket. A sűrűn lakott területeken az állomássűrűség megfelelő, azonban lakatlan vidékeken (pl. nagy kiterjedésű sivatagokban, hegyvidékeken) csak elvétve található egy-egy meteorológiai állomás.

A meteorológiai főállomások adataiból készített szinoptikus térkép az időjárási helyzet egy pillanatnyi állapotát mutatja. A 12.2. ábrán az Országos Meteorológiai Szolgálat 1999. augusztus 10-i napijelentésének egy részlete látható. Az európai időjárási helyzetet bemutató kivonatos térképen az állomáskarikák satírozása a borultság mértékére utal, a kis körök köré írt számok pedig a légköri állapothatározók értékeit mutatják. Az izobár vonalak alapján kirajzolódnak az alacsony (A) és magas (M) nyomású légköri mozgásrendszerek. A nyomási mező és más meteorológiai elemek eloszlása segít a frontok helyzetének megállapításában is.

 

Az Országos Meteorológiai Szolgálat napijelentésének részlete

12.2. ábra: Az Országos Meteorológiai Szolgálat napijelentésének részlete. A felszíni időjárási térkép az 1999. 08. 10. 00 UTC-re vonatkozó időjárási helyzetet mutatja Európa térségére. A vékony vonalak az izobárokat, a vastag vonalak a frontokat jelölik. Az „A” és „M” betűk az alacsony, illetve magasnyomású légköri képződményeket jelzik. Az állomáskarikák körüli számok jelentését lásd az ábrán.

A szárazföldi állomásokon kívül a felszíni mérőhálózatot tengeri megfigyelések is kiegészítik. Az óceánokon végzett meteorológiai mérések eloszlása egyenletesebb, viszont ritkább, mint a szárazföldi megfigyelőbázis. Világszerte mintegy 7200 hajón végeznek önkéntesen meteorológiai és a tengerfelszínre vonatkozó oceanográfiai méréseket. Meghatározzák a szél irányát és sebességét, a légnyomást, az időjárási helyzetet, a felhőzet mennyiségét, típusát és magasságát, a látástávolságot, a levegő hőmérsékletét és nedvességét, a csapadékmennyiséget, a tengerfelszín hőmérsékletét, a hullámok magasságát, irányát és periódusidejét, valamint a tengeri jégre vonatkozó adatokat. A nagy pontosságú, megbízható műszereket a Meteorológiai Világszervezet bocsátja a hajók rendelkezésére. A tapasztalatok alapján olyan mérési módszereket és műszereket fejlesztettek ki, amelyek alkalmasak a hullámokon hánykolódó hajókon történő pontos mérésekre is.

A tengerfelszín és a felszínközeli légkör állapotáról – egyes esetekben a tenger mélyebb rétegeinek állapotáról is – a helyhez kötött és sodródó bóják is fontos adatokat szolgáltatnak. A bóják mérete és mérési programja rendkívül változatos. Egy kötött, lehorgonyzott bóján általában szélesebb körű meteorológiai mérések végezhetők. A Csendes-óceán trópusi területén létrehozott kötött (mélységi szondázást is végző) bójahálózat nagy segítséget nyújt a világszerte szélsőségeket okozó El Niño előrejelzéséhez. A sodródó bóják mozgásai alapján ugyanakkor jól nyomon követhetők a tengeráramlatok.

12.4.2. Magaslégköri mérések

 

Rádiószonda felbocsátás a Budapest-Pestszentlőrinc meteorológiai állomásról

12.3. ábra: Rádiószonda felbocsátás a Budapest-Pestszentlőrinc meteorológiai állomásról. A meteorológiai szenzorokat (elektromos hőmérő, nedvességmérő, esetenként légnyomásmérő egy hidrogénnel töltött ballon juttatja a légkörbe, mintegy 30–35 km-es magasságig. Adott magasságokban a szél sebességét és irányát a szonda rádiós követése alapján számítják.

 

12.4. ábra: A hőmérséklet (1), a szélsebesség (2), a relatív nedvesség (3) és a szélirány vertikális profiljai egy budapesti rádiószondás felszállás mérései alapján. Jól kivehető a hőmérséklet csökkenése a troposzférában. E csökkenő tendencia megszakad a tropopauza magasságában (nagyjából 12 km magasan), majd a sztratoszféra magasabb régióban – az ózonrétegnek köszönhetően – a hőmérséklet magassággal való növekedése tapasztalható. A légkör nedvességtartalma a sztratoszférában gyakorlatilag nullává válik. A szélsebesség a felszíntől távolodva növekvő tendenciát mutat. Egy szélsebesség-maximum tapasztalható a tropopauza szintjén. A sztratoszférában előbb csökkenő, majd növekvő tendencia figyelhető meg. A szélirány a magasban a nyugatias alapáramlásnak köszönhetően fokozatosan nyugativá válik.

A légkör vertikális szerkezetét legpontosabban az ún. rádiószondás, közvetlen mérések adják meg. Világszerte kb. 700 meteorológiai állomásról – köztük 20 hajóról – bocsátanak fel rendszeresen (az aerológiai terminusokban, általában 00, 06, 12 és 18 UTC-kor) olyan ballonokat, amelyekre meteorológiai szenzorokkal felszerelt szondát erősítenek. A műszerek mérik a levegő hőmérsékletét, nyomását és nedvességét. A szél sebességét és irányát általában a ballon radarral (rádióteodolittal) történő követésével határozzák meg, de terjed a GPS használata is e célra. Egyes szondák esetében a nyomásmérés helyett magasságmérést végeznek, és ebből számítják a légnyomást.

A rádiószondás felszállások (12.3. ábra) mérési eredményei igen pontos képet adnak a légkör vertikális szerkezetéről mintegy 30–35 km-es magasságig. A 12.4. ábrán egy budapesti rádiószondás felszállás alapján meghatározott hőmérséklet-, nedvesség-, szélirány- és szélsebességprofil látható. A légkörben fölfelé haladva a felszíni hatások fokozatosan gyengülnek, ezáltal egyre kiegyenlítettebb a meteorológiai állapothatározók horizontális eloszlása. Emiatt a rádiószondás mérések általában nagy területre, akár 100–200 km sugarú térségre szolgáltatnak jellemző értékeket. A feldolgozhatóság érdekében az adatokat szűrik, és csak bizonyos magasságokban mért értékek kerülnek be a globális adatforgalomba. A magasságértékeket az ún. főizobárszintekre adják meg, ezek az 1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30 hPa-os nyomási szintek.

A rádiószondázó állomások átlagos távolsága világviszonylatban kb. 700 km (Európában jóval kisebb, a ritkán lakott Déli féltekén viszont nagyobb). Ez a szám egy mérsékelt övi ciklon 1000 km-es nagyságrendjével összemérhető, ezért a nagyobb skálájú mozgásrendszerek leírásához általában elegendő számú magaslégköri megfigyelőállomás áll rendelkezésre.

A légkör vertikális szerkezetének feltérképezéséhez a polgári légiforgalomban közlekedő repülőgépek által rendszeresen szolgáltatott meteorológiai információk is hozzájárulnak. A repülőgépekről a nyomás, hőmérséklet és szél adatokat jelentik a repülési magasságról (kb. 10–11 ezer méter), valamint a fel- és leszállás különböző szintjeiről. Naponta több mint százezer jelentés készül a magaslégkör időjárási helyzetéről. Ez különösen olyan területeken hasznos, ahol kevés a rádiószondás mérés vagy egyáltalán nincs.

12.4.3. Műholdas mérések

Az 1960-as évek közepétől az űrtechnika gyors fejlődésének köszönhetően lehetővé vált, hogy a világűrből is nyomon követhessük a légkörben kialakuló felhőzet mozgását, változását. A műholdas megfigyelés lehetősége jelentős változást hozott a meteorológiában. Mivel egyszerre nagy területről képes átfogó képet adni, ezért a nagyobb skálájú folyamatok jól nyomon követhetők.

A Globális Megfigyelő Rendszer Űrbázisú Alrendszerének műholdjait a 12.5. ábra mutatja (2004-es állapot). A műholdakat keringési pályájuk alapján két csoportba soroljuk, ezek a geostacionárius és a kvázipoláris műholdak. A kétféle műholdtípus jellemzőit a 12.2. táblázatban foglaltuk össze.

A geostacionárius műholdak az Egyenlítő fölött mintegy 36 000 km-re találhatók, ahol keringési idejük megegyezik a Föld forgási idejével. Ezek a műholdak a Földhöz képest állni látszanak. A geostacionárius műholdak segítségével – a sarkokhoz közeli területeket leszámítva – az egész Föld megfigyelhető.

A számunkra fontos megfigyeléseket a METEOSAT nevű műholdcsalád egyik műholdja végzi (12.5. ábra), amelynek pozíciója a 0. hosszúsági kör (Greenwich) és az Egyenlítő képzeletbeli metszéspontja fölött van 35 800 km-rel.

 

A Globális Megfigyelő Rendszer mérési programjában résztvevő műholdak 2004-ben

12.5. ábra: A Globális Megfigyelő Rendszer mérési programjában résztvevő műholdak 2004-ben. A geostacionárius műholdak pályasíkja az Egyenlítő síkjában fekszik 35 800 km-rel a tengerszint felett. E műholdak mindig ugyanazt a területet látják. Jóval részletesebb felbontású képeket készítenek a kvázipoláris pályán keringő műholdak, melyeket a tengerszint feletti 600 – 1500 km magasságban állítottak pályára. E műholdak egyszerre csak kis területet látnak, de az egész Földet körbepásztázzák.

12.2. táblázat: A geostacionárius és kvázipoláris meteorológiai műholdak jellemzői

 

Geostacionárius műholdak

Kvázipoláris műholdak

Keringési pálya

A pályasík az Egyenlítő síkjában fekszik. A műhold a Földdel együtt kering.

A pályasík mindkét pólus mellett áthalad. A Földet kb. másfél óra alatt kerüli meg.

Keringési magasság

35 800 km

600–1 500 km

Felbontási képesség

1–10 km

10–100 m

Vizsgált terület

Mindig ugyanaz a térség

φ: (50°D, 50°É)

λ (λ0+50°, λ0–50°), ahol λ0 a műhold földrajzi hosszúsága

Az egész Föld, de egyszerre csak egy kis területet „lát”

Mérési program

- képfelvétel

- adattovábbítás

- adatgyűjtés

- képfelvételek

- vertikális szondázás

- közvetlen adatszolgáltatás

- adatgyűjtés

 

 

A METEOSAT-8 műhold által különböző hullámhosszokon készített felvételek

12.6. ábra: A METEOSAT-8 műhold által 2005. 02. 10. 12 UTC-kor, különböző hullámhosszokon (látható tartományban, közeli infravörös tartományban, vízgőz elnyelési tartományban és infravörös tartományban) készített felvételek. Forrás: EUMETSAT.

A már említett METEOSAT-8 műhold tizenkét hullámhossz-tartományban végez negyedóránként méréseket. A légköri vízgőztartalmat például a 6,2 μm körüli tartományban méri. További mérések zajlanak még a látható és az infravörös tartományban, melyek a felhők megfigyelését teszik lehetővé (12.6. ábra). A látható tartományban végzett mérések térbeli felbontása ugyan jobb, mint a többi infravörös tartományban készített képé (kb. 1 km, illetve 3 km), de sajnos éjszaka egyáltalán nem használhatók, míg az infravörös hullámhosszokon végzett megfigyeléseket nem befolyásolja a Nap állása.

A mérési adatokat először egy földi állomásra továbbítják (a METEOSAT-8 esetében ez az EUMETSAT központjában, a németországi Darmstadtban van), ahol a feldolgozás során mesterségesen színezik a képeket és elvégzik a földrajzi azonosítást (pl. a kontinenshatárok megrajzolását). A feldolgozott képeket visszasugározzák a műholdra és a műhold most már a felhasználók számára értékelhető formában, megadott frekvencián kisugározza a képeket. A negyedórás időközönként érkező képek segítségével nyomon követhető a felhőzónák vonulása, fejlődése és viszonylag pontosan meghatározható a felhőtető magassága is (12.7. ábra).

 

A METEOSAT-8 geostacionárius műhold által készített felvétel

12.7. ábra: A METEOSAT-8 geostacionárius műhold által készített felvétel 2003. 07. 18-án. A kép bal oldalán egy mérsékeltövi ciklon örvénylő felhőrendszere látható. Európa középső részén egy hosszan elnyúlt frontrendszer felhőzete látszik, mely a Kárpát-medence időjárását is meghatározta. Forrás: EUMETSAT.

 

A kvázipoláris Terra műhold által látható tartományban készített 250 m felbontású műholdkép

12.8. ábra: A kvázipoláris Terra műhold által látható tartományban készített 250 m felbontású műholdkép a Kárpát-medence térségére 2005. 03. 02-án. A kép feldolgozását az Eötvös Loránd Tudományegyetem Űrkutató Csoport és a Meteorológiai Tanszék munkatársai végezték. Felhőtlen égbolt esetén jól kivehető a hóval borított terület. A kép bal felén az Alpok, jobb felén a Kárpátok látható. Az Alföld nagy része hómentes. A terület déli részén magasszintű felhőzet figyelhető meg. A kép közepe táján a befagyott Balaton látszik.

A geostacionárius műholdak hátránya, hogy a sarkkörökön túli területek megfigyelésére lényegében nem alkalmasak.

A kvázipoláris műholdak általában a felszín felett 700–900 km-rel ellipszis alakú pályán keringenek, pályájuk síkja pedig közel merőleges az Egyenlítőre. Ezek a műholdak már képesek a sarkkörökön túli területek megfigyelésére is. Mivel a földfelszínhez közelebb keringenek, a Föld más területeiről is jobb felbontású képet készíthetnek (12.8. ábra), mint a geostacionárius műholdak. A kvázipoláris műholdak úgy tapogatják le a Földet, hogy miközben a keringési pályájuk síkja nem változik, a Föld elforog alattuk. Ezért minden kör megtétele közben más-más területet látnak, és így naponta kétszer (egyszer felszálló, egyszer leszálló ágban) készítenek felvételt ugyanarról a területről.

A kvázipoláris műholdak a látható tartományon és az infravörös légköri ablakon kívül – ugyan rosszabb térbeli felbontással – a mikrohullámú (MHz-es) tartományban és számos további infravörös hullámhosszon mérnek. Ez lehetővé teszi a légkörben lévő gázok koncentrációjának vizsgálatát (pl. az ózonkoncentráció változása a sztratoszférában), vagy a levegő hőmérsékletének és vízgőztartalmának meghatározását különböző magasságokban.