12.6. A magyarországi megfigyelő hálózat

Az Országos Meteorológiai Szolgálat által üzemeltetett meteorológiai megfigyelő hálózat korszerű, európai színvonalú és megfelelő sűrűségű (12.14. ábra).

 

Az Országos Meteorológiai Szolgálat által üzemeltetett magyarországi meteorológiai megfigyelő hálózat

12.14. ábra: Az Országos Meteorológiai Szolgálat által üzemeltetett magyarországi meteorológiai megfigyelő hálózat. A nagy fekete körök azokat az automata (MILOS 500) állomásokat jelölik, ahol észlelők is dolgoznak. A nagy szürke körökkel jelölt automata (MILOS 500) állomásokon nincs észlelő. A kisebb fekete körök szintén automata (QLC 50) állomások, de kevésbé részletes programmal rendelkeznek. A kis körök a csapadékmérő állomások helyét jelölik, ezeknek legsűrűbb a hálózata. A fehér körök a hagyományos éghajlati állomásokat jelölik (mérési programjuk 2013-ra megszűnt). Időjárási radart három állomáson, Budapest-Pestszentlőrincen, a Dunántúlon Pogányár állomáson és a keleti országrészben Napkoron üzemeltet az Országos Meteorológiai Szolgálat. Rádiószondát Budapest-Pestszentlőrincről és Szegedről bocsátanak fel. A hazai villámdetektáló hálózat 1999-ben kezdte működését, 5 állomása: Bugyi, Varbóc, Zsadány, Véménd, Sárvár. Háttérszennyezettség mérések folynak Szentgotthárd-Farkasfán, Nyírjesen, Hortobágyon és K-pusztán.

Az állomások között megtalálhatók a Globális Megfigyelő Rendszer részei és sajátos mérési programmal rendelkező, helyi vagy regionális igényeket kielégítő állomások is. A megfigyelési alaprendszert 32 automata szinoptikus állomás (egyes állomásokon észlelőkkel), 59 automata éghajlati állomás, 10 hagyományos klímaállomás és 560 csapadékmérő állomás alkotja. Ezen kívül két állomáson magaslégköri (rádiószondás) méréseket, három helyen radarmegfigyeléseket, a Pestszentlőrinci Főobszervatóriumban és Szegeden emellett ún. windprofiler-méréseket is végeznek. Öt állomásból álló hálózatot alkot a villámlás lokalizációs mérőrendszer, négy helyen végeznek levegőkémiai és csapadékkémiai méréseket, valamint feldolgozzák a műholdas adatokat is.

12.6.1. A megfigyelési alaprendszer

A felszíni mérések területén világszerte egyre nagyobb tért hódítanak az automata meteorológiai állomások, ahol teljesen vagy részlegesen automatikusan történik a mérés és az adatok tárolása vagy továbbítása. Telepítésük célja a felszíni megfigyelések megbízhatóságának növelése. Ez a már meglévő állomáshálózat sűrűségének növelésével (új állomások, nehezen megközelíthető területen telepített automaták), a csak nappal, részlegesen észlelő állomások méréseinek kiterjesztésével, új technológiák alkalmazásával, valamint a mérési technika egységesítése által a mérések homogenitásának biztosításával érhető el. Az automata állomások ugyanakkor a folyamatosan változó észlelési követelményeket és szükségleteket is jobban kielégítik, csökkentik az emberi hiba lehetőségét, s mindemellett hosszú távon még gazdaságosabbak is. A fentiek miatt a magyarországi állomáshálózat döntő részét automatizálták.

 

Vaisala MILOS-500 felszíni automata meteorológiai mérőállomás

12.15. ábra: Vaisala MILOS-500 felszíni automata meteorológiai mérőállomás. Az állomás mérési programja során az alábbi állapotjelzőket méri: léghőmérséklet és relatív páratartalom a felszín felett 2 m magasságban, fűszinti (radiációs minimum) hőmérséklet 5 cm magasan, talajhőmérséklet különböző mélységekben, globálsugárzás 2 m magasan, csapadékmennyiség és -intenzitás a felszín felett 1 m magasan, szélirány és szélsebesség a felszín felett 10 m-es magasságban, légnyomás, felhőalap (lézer ceilométerrel), jelenlegi időjárás (jelenidő szenzorral). Az adatokat a központi adatfeldolgozó egység gyűjti, alakítja át, tárolja és továbbítja.

Az automata állomások három fő részből állnak: az érzékelők (szenzorok), a központi adatfeldolgozó egység és a perifériák. Az elektromos szenzorok által mért értékeket a központi adatfeldolgozó egység gyűjti össze. Ennek feladata a különböző, előre beprogramozott számítási feladatok elvégzése, az adatok átmeneti tárolása és azok továbbítása is. A mérésekhez különböző perifériák is tartoznak, például energiaellátó-rendszer, számítógép, monitor stb.

A hazai szinoptikus állomásokon a finn Vaisala cég MILOS-500 típusú automatáit telepítették (12.15. ábra). Ezek 2 másodpercenkénti mintavételezéssel és 10 perces átlagolási idővel határozzák meg a légköri állapothatározók értékeit. A mért adatokat óránként továbbítják a központba. Az egyes műszerek elhelyezése a Meteorológiai Világszervezet ajánlásai alapján történt.

A levegő hőmérsékletének mérése sugárzás-árnyékoló alatt vagy hőmérőházban történik a talajfelszín felett 2 m-es magasságban. Ehhez egy Pt100-as, platina ellenálláshőmérőt használnak, melyben a léghőmérséklet változásával egyenes arányban változik az elektromos ellenállás. Hasonló módon mérik a hőmérséklet talajközeli értékét (a fűszinti vagy radiációs minimum hőmérsékletet) a felszín felett 5 cm-re. A légnedvességet a hőmérővel egybeépített műszer méri a 2 m-es szinten. A mérés során a levegő relatív páratartalma meghatározható egy kis kondenzátor kapacitásának változásából.

A nyomás mérését is az elektromos kapacitás mérésére vezetik vissza. A központi adatfeldolgozó egység dobozában található elektromos barométer a pontosság növelése érdekében három aneroid cellából áll, és a három mérés átlagaként határozzák meg a légnyomás pillanatnyi értékét. A felszíni meteorológiai állomáson mért légnyomásérték az ún. műszerszinti légnyomás. Mivel azonban a légnyomás függ a tengerszint feletti magasságtól, ezért annak érdekében, hogy a különböző magasságban lévő állomások adatait össze lehessen hasonlítani, ezt az értéket átszámítják tengerszinti légnyomásra. A tengerszintre redukált nyomásértékek alapján készülnek a légköri mozgásrendszereket bemutató felszíni nyomástérképek (lásd 12.2. ábra).

A szélirány és a szélsebesség mérése a felszín felett 10 m-es magasságban történik. A szél sebességét forgókanalas szélmérővel mérik, melynek indulási küszöbe 0,4 m/s. A mérés során a szélkanalak tengelyének forgása által keltett elektromos impulzusokból határozható meg a szél sebessége. A szél irányán azt az irány értjük, amerről a szél fúj. Meghatározása alumínium szélzászlóval történik. Ez egy függőleges tengely körül forgó test, melynek egyik végén a szél útjában akadályt képző vitorla található. A szél hatására a vitorla mindig a legkisebb ellenállást jelentő aktuális szélirányba fordul be. A szélzászló tengelyének forgásából egy fototranzisztor segítségével 64 szélirány különböztethető meg.

A csapadék a légköri páratartalomból folyékony vagy szilárd halmazállapotban a felszínre hulló víz. A csapadékmennyiség mérése során azt a milliméterben kifejezett vízmennyiséget határozzák meg, mely a sík terepen képződne lefolyás, hozzáfolyás, szivárgás és párolgás nélkül. A főállomásokon automatizált billenőedényes csapadékmérőket használnak, melyek mind a csapadék mennyiségét, mind az intenzitását (az időegység alatt lehullott csapadékot) képesek mérni. A csapadékmérőt úgy helyezik el, hogy a 200 cm2 felfogó felület a felszín feletti 1 m-es magasságban legyen. A csapadékmérő fűthető, benne a hó, jég formájában hulló csapadék fölolvad, ezáltal meghatározható annak vízegyenértéke. A felfogott csapadék egy tölcséren keresztül a kétrészes billenőedényes mérőrendszerbe jut. A billenőedény formája olyan, hogy vízzel megtelve átbillen és kiürül. Az átbillenések 0,1 milliméterenként történnek és ezek összesítéséből meghatározható a lehullott csapadék mennyisége. Egy milliméter csapadék egy négyzetméternyi felületen egy liter víznek felel meg. A lehullott hó víztartalma tág határok között mozog. Általában 1 cm frissen hullott hó 1 mm víznek felel meg, de enyhébb időben 6 mm, nagy hidegben pedig akár 30 mm friss hó jelent 1 mm csapadékot.

Néhány állomáson a fentieken kívül más meteorológiai elemeket is mérnek. Ilyenek a talajhőmérséklet értékei 5, 10, 20, 50 és 100 cm mélységben, a Napból jövő teljes rövidhullámú sugárzás (globálsugárzás), valamint annak egy spektrális része (UV-B sugárzás), a természetes radioaktivitást jellemző gamma-dózis teljesítmény, továbbá a Siófoki állomáson a nyári félévben a Balaton vízhőmérséklete.

Az automata műszeres mérések mellett az állomások egy részén hagyományos megfigyeléseket is végeznek. Az észlelőszemélyzet óránként végez kiegészítő méréseket, illetve vizuális észleléseket. Ezek során meghatározzák a szabad vízfelület párolgását, vagyis az egységnyi felületről a légkörbe jutó vízmennyiséget. Mértékegysége, akár a csapadéké, milliméter. A mérés párolgási kád segítségével történik április 1. és október 31. között, naponta két alkalommal.

Megállapítják a napfénytartamot is. Ehhez egy ún. Campbell-Stokes-féle napfénytartam-mérőt használnak. Ez egy megfelelően elhelyezett üveggömb, ami a nap sugarait fókuszálva égésnyomot hagy egy időbeosztással ellátott papírszalagon. Mérik továbbá a hóréteg és a zúzmara-lerakódás vastagságát. Előbbit szélvédett helyen a hóba helyezett mérőlécen, utóbbit egy vezetékdarabokból álló kereten mérik. Megadják a zúzmara-lerakódás víztartalmát és a lerakódás jellegét is.

A vizuális megfigyelések az időjárási jelenségekre, a látástávolságra, a felhőzetre vonatkozó információkra (felhőzet típusa, mennyisége, a felhőalap magassága stb.), valamint a talajállapot jellemzőire terjednek ki. Az időjárási jelenségek észlelése során följegyzik a csapadék fajtáját (lásd 6. fejezet), a látást rontó jelenségeket (pl. köd, por- vagy homokvihar, hófúvás), valamint a légköri elektromos jelenségeket (zivatar). A felhőzet megfigyelése gyakorlati tapasztalatot igénylő feladat. A megfigyelés során meghatározzák a felhők égbolton elfoglalt arányát (ezt oktákban, azaz nyolcadokban adják meg), valamint az egyes szinteken (alacsony-, közép- illetve magas szinten) lévő felhők fajtáit. A felhőfajták azonosítása egységes nemzetközi felhőosztályozás alapján történik. Ez tartalmazza a 10 felhőfajt (lásd 6. fejezet), a felhőformákat, változatokat, járulékos képződményeket és kísérőfelhőket, valamint a felhő-transzformációs folyamatokat. Az észlelt felhőfajták alapján a szinoptikus kód segítségével kódolják az égképet alacsonyszintű (CL), középszintű (CM) és magasszintű (CH) felhőzet szerint. A kódszámokat az időjárási táviratokban, a hozzá tartozó szimbólumokat a térképek rajzolásakor használják. A felhőalap magasságát becslik, vagy egyes állomásokon felhőalapmérővel, ún. lézer ceilométerrel mérik. A látástávolságot vizuálisan, a meteorológiai állomás körüli tereptárgyak ismert távolsága alapján becslik, vagy ún. látástávolság-mérővel (köd-detektorral) határozzák meg. Végül a talajállapot jellemzésére (száraz, nedves, hóval borított stb.) egy 20 kategóriát tartalmazó táblázatot használnak.

A szinoptikus észleléseket éghajlati megfigyelések egészítik ki. Ezek egy része a főállomásokhoz hasonló automata mérőállomásokon folyik. A Vaisala QLC automaták mérési programja megegyezik a korábban ismertetett MILOS automatákéval, de a klíma-automaták nem mérik a légnyomást. A klímaállomások abban is különböznek a szinoptikus állomásoktól, hogy az adatokat csak háromóránként jelentik.

Az automata állomásokon kívül néhány éghajlati állomáson hagyományos módon végeznek megfigyeléseket és az adatokat havonta kétszer jelentik. Ezeket az állomásokat évtizedek óta változatlan mérési programmal üzemeltetik. Erre azért van szükség, hogy a korszerű, elektromos szenzorokra való áttérés által a mérési adatsorokban okozott esetleges eltéréseket kiszűrjék. A hagyományos éghajlati állomásokon a hőmérséklet mérésére folyadékos hőmérőket, a nedvesség meghatározására Assmann-féle pszichrométert, ezen kívül a folyamatos értékek regisztrálásához termo-higrográfot használnak. A csapadékot Hellmann-rendszerű csapadékmérővel mérik. A radiációs minimum-hőmérséklet meghatározására borszeszes minimumhőmérőt használnak, melyet reggel olvasnak le. A fentieken kívül vizuális megfigyeléseket is végeznek.

A megfigyelési alaprendszer részét képezi még egy 560 állomásból álló csapadékmérő hálózat. Azért van szükség ilyen nagyszámú állomásra, mert a csapadék tér- és időbeli eloszlása nagyon változatos. Egy nyári zápor például néhányszor 10 km2-es területen igen nagy csapadékot adhat, de előfordulhat, hogy egyetlen főállomás vagy éghajlati állomás sem esik a csapadékzónába. A sűrű csapadékmérő állomáshálózat azonban lehetővé teszi, hogy még a finomabb skálájú területi változékonyságokról is képet kapjunk. A csapadékmérő állomásokon önkéntes észlelők mérik a 24 órás csapadékösszeget, valamint följegyzik a csapadék fajtáját, a hóréteg vastagságát, a csapadékhullás kezdetét és végét. Az észlelési naplót havonta küldik el az adatgyűjtő központba.

12.6.2. Egyéb mérések

Magyarországon két helyről, a budapesti pestszentlőrinci obszervatóriumból és a szegedi meteorológiai állomásról 00 UTC-kor bocsátanak fel rádiószondát. A mérésekből képet kaphatunk a légkör stabilitási viszonyairól, a felszínközeli határréteg (a felszíni súrlódás hatása alatt álló légréteg) magasságáról, a felhőzet és köd vertikális szerkezetéről, a felhőzet mennyiségéről (lásd 12.4. ábra).

A csapadék területi eloszlásáról és intenzitásáról, a felhőzet mozgásáról rendkívül hasznos információt nyújtanak az időjárási radarberendezések. Az Országos Meteorológiai Szolgálat három korszerű radart üzemeltet Napkoron, Budapest-Pestszentlőrincen és a nyugat-dunántúli Pogányváron. A radarok által kibocsátott impulzus a felhő- vagy csapadékelemekről szóródik vissza. Az időjárási radaroknak elsősorban lokális időjárási jelenségek (pl. zivatarok) detektálásakor, illetve a nagy csapadékok keltette árvizek előrejelzésekor van pótolhatatlan szerepük.

A XX. század közepén kiderült, hogy a repülőgépek és hajók követésére szolgáló radarberendezések – némi átalakítás után – igen jól használhatók a felhők nyomon követésére és a bennük lejátszódó folyamatok tanulmányozására. A zivatarfelhők életciklusára vonatkozó – máig érvényes – megállapítások voltak az első jelentősebb eredmények a radarmeteorológiában. A meteorológiai célra használt radar antennája általában egy 4–5 m átmérőjű forgási paraboloid, amely függőleges és vízszintes tengely mentén is elforgatható. Az elektromágneses energia kisugárzása rövid impulzusokban történik, általában az alábbi hullámhosszak valamelyikén: 1; 3,2; 5 és 10 cm. A radar másodpercenként legalább 250 impulzust bocsát ki. Az egyes impulzusok hossza legfeljebb 600 m, a kibocsátott sugárnyaláb nyílásszöge 0,5–1,5° (12.16. ábra).

 

Meteorológiai radar sematikus képe

12.16. ábra: Meteorológiai radar sematikus képe. A radar által kibocsátott impulzusokat a felhőben lévő részecskék visszaverik. A kisugárzás és a visszaverődés között eltelt időből (Δt) meghatározható a felhő távolsága (d). c az elektromágneses hullámok terjedési sebessége: 300 000 km/s. Az antenna tengelye és a vízszintes sík által bezárt szög ismeretében a h magasság is meghatározható. A γ szöget az Északi irányhoz viszonyítva adják meg.

Egy-egy radarral maximum 300–500 km-es sugarú körben lehet megfigyeléseket végezni. Az impulzusok kisugárzása és visszaverődése között eltelt időből határozható meg a megfigyelt objektum távolsága. A radarantenna pozíciójának ismeretében a felhő pontos koordinátái is megállapíthatók. A visszavert jel erőssége arányos a sugárzást visszaverő részecskék koncentrációjával, és igen erősen függ a részecskék méretétől (a méret hatodik hatványától), alakjától és halmazállapotától. A visszavert jel erősségéből többek között arra is következtethetünk, hogy fejlődésének mely fázisában van a felhő, vagy mennyi csapadék hullik belőle.

Az időjárási radar az alapkutatás mellett mára már a mindennapi meteorológiai megfigyelőrendszer szerves részévé vált, a mérési adatokat igen széles körben használják. A radarok fontos alkalmazási területi a zivatarok és az azokat kísérő erős széllökések ultrarövid-távú előrejelzése (pl. a balatoni viharjelzőrendszerben), vagy a felhő által visszavert elektromágneses hullámok erősségéből a csapadékintenzitás és a kihullott teljes csapadékmennyiség meghatározása. A hazai gyakorlatban mindhárom meteorológiai radarral 240 km-es tartományban 15 percenként végeznek méréseket különböző magassági szögeken. Egy-egy mérési folyamat 3–6 percig tart a magassági szögek számának függvényében. A három magyarországi radar méréseit egy ún. kompozit képen jelenítik meg (12.17. ábra).

 

Csapadékintenzitás a hazai radarmérések által készített kompozit radarképen

12.17. ábra: Csapadékintenzitás a hazai radarmérések által készített kompozit radarképen. A két képen 2 óra különbséggel látható egy kiterjedt csapadéksáv fejlődése és elmozdulása hazánk területén, kelet- északkeleti irányba.

A hagyományos radaroknak ma már több továbbfejlesztett változata létezik: (1) a Doppler-radar segítségével a levegő radiális áramlási sebessége is mérhető a felhőben; (2) a polarizációs radar méréseivel időben és térben nagy biztonsággal szétválaszthatók a jégszemeket és az esőcseppeket tartalmazó tartományok; (3) az akusztikus (hang) radarral, vagy más néven SODAR-ral a légkör azon tartományaiban is mérhető a levegő sebessége, amelyben nincsenek csapadékelemek.

 

A SAFIR-rendszer által készített villámlokalizációs térképek

12.18. ábra: A SAFIR-rendszer által készített villámlokalizációs térképek. A két képen 2 órás eltéréssel látható egy zivatarsáv elmozdulása. A zivataros területek jó egyezést mutatnak a maximális csapadékintenzitással (lásd 12.17. ábra). A bal oldali ábrán bemutatott 10 perces intervallumban 1 104 felhőn belüli és 59 lecsapó villám fordult elő. Ugyanez az arány a jobb oldali ábrán 1 040 és 65. A lecsapó villámok aránya az összes villámhoz viszonyítva 5–6% a két esetben. Az ábrán a lecsapó villámok polaritását is megjelenítik.

A zivatarok detektálásában fontos szerepet játszik az 1999-ben beindított villámlokalizációs hálózat. Az Országos Meteorológiai Szolgálatnál működő SAFIR rendszer 5 antennából álló hálózata (Bugyi, Sárvár, Varbóc, Véménd, Zsadány) a villámok elektromágneses sugárzását határozza meg irányméréssel a 108–118 MHz-es sávban. A SAFIR-rendszer mind a lecsapó, mind a felhőn belüli villámok detektálására, sőt ezek megkülönböztetésére is alkalmas (12.18. ábra). A felhőn belüli villámok megfigyelése lehetővé teszi a zivatarok korai felismerését, továbbá a légi közlekedés számára is fontos. A villámok tér- és időbeli eloszlása, elektromos paramétereinek, statisztikai jellemzőinek ismerete a repülőtereknek, elektromos szolgáltatóknak, biztosító társaságoknak jelent hasznos információt.

A hazai gyakorlatban a Meteorológiai Szolgálat végzi az ún. háttérszennyezettség mérését is. Ezek a mérések olyan állomásokon folynak, melyek a közvetlen légszennyezőanyag kibocsátóktól távol esnek (az Alföldön K-puszta és Hortobágy, az Őrségben Szentgotthárd-Farkasfa, a Mátrában pedig Nyírjes állomások). Ezeken az állomásokon mért koncentrációérték egy adott régió „alapszennyezettségét” adja meg. A kiegészítő meteorológiai mérések alapján képet kaphatunk az időjárási helyzet és a légszennyeződés összefüggéseiről is.

A legrészletesebb mérési programmal a K-pusztai állomás rendelkezik. Ezek a mérések az EMEP (Europen Monitoring and Evaluation Program), a WMO GAW (Global Atmosphere Watch) és az EU EEA (European Enviromental Agency) által előírt nemzetközi adatszolgáltatási kötelezettségeknek is eleget tesznek. A légköri gázok közül mérik a kén-dioxid, a nitrogén-dioxid, az ózon, a szén-dioxid, az ammónia és a salétromsav-gőz koncentrációját, a szulfát-, nitrát-, ammónium-, nátrium-, kálium-, kalcium-aeroszolok mennyiségét, a csapadékvíz pH-ját, vezetőképességét, valamint szulfát-, nitrát-, ammónium-, klorid-, nátrium-, kálium- és kalciumtartalmát. A másik három állomás mérési programja ettől kissé eltérő: Farkasfán és Nyírjesen nem mérik az ammónia és a szén-dioxid mennyiségét, Hortobágyon pedig csak az ózonkoncentrációra, illetve a csapadékvízre vonatkozó mérések folynak. A 12.19. ábrán a K-pusztán, illetve Hegyhátsálon mért szén-dioxid (CO2) keverési arány havi átlagértékei alapján megrajzolt idősor látható. A három évtizedes hazai adatsoron jól kivehető az üvegházhatású szén-dioxid légköri mennyiségének növekedése.

 

A szén-dioxid keverési arányának menete 1981 és 2010 között

12.19. ábra: A szén-dioxid keverési arányának menete 1981 és 2010 között. A méréseket a k-pusztai és a hegyhátsáli háttérszennyezettség-mérő állomásokon végezték.