1. fejezet - A meteorológiai mérések céljai, módszerei, rendszere

Tartalom

1.1. Történeti áttekintés
1.2. A meteorológiai megfigyelések
1.2.1. A meteorológiai mérések céljai
1.2.2. A meteorológiai megfigyelések módszerei
1.2.3. A megfigyelések reprezentativitása
1.2.4. Metaadatok
1.3. Meteorológiai megfigyelő rendszerek
1.4. Adatkövetelmények
1.4.1. Globális adatkövetelmények
1.4.2. Regionális adatkövetelmények
1.4.3. Nemzeti követelmények
1.4.4. Egyedi alkalmazási területek megfigyelési követelményei
1.4.5. Veszélyjelzések speciális adatkövetelményei
1.4.6. Adatkövetelmények vulkáni aktivitáshoz kapcsolódóan
1.5. Meteorológiai állomások általános követelményei
1.6. A meteorológiai műszerek követelményei
1.7. Mértékegységek

A meteorológia a légkör fizikai, kémiai folyamatait és jelenségeit vizsgáló tudomány. E különböző tér- és időskálájú folyamatok és jelenségek határozzák meg egy-egy térség időjárását és éghajlatát.

Az időjárás a légkör fizikai állapotát és folyamatait jellemző állapotjelzők (például a levegő hőmérséklete, nyomása, nedvességtartalma stb.) összessége egy megadott földrajzi helyen és időben. Ugyanakkor az időjárást meghatározzák azok a kisebb tér- és időskálán zajló légköri folyamatok (például ciklontevékenység, időjárási frontok, konvektív rendszerek stb.) is, melyek a légköri állapot jellemzőinek aktuális értékeit befolyásolják.

Az éghajlat ezzel szemben egy adott földrajzi térség időjárási eseményeinek együttesével, azok átlagos, illetve szélsőséges eseményeinek statisztikai mutatóival jellemezhető. A statisztikai mérőszámok viszonyítási alapja az ún. éghajlati normálidőszak, mely az utolsó lezárt három évtizedre meghatározott normálértékeket tartalmazza. Az éghajlati normálértékek általában egy nagyobb térséget jellemeznek, de vonatkoztathatjuk őket egy-egy adott pontra is. Az éghajlat gyakorlatilag meghatározza azt a keretet, melyben az időjárás változásai végbemennek, leírja az átlagos állapotokat (pl. évi, havi, napi átlagokat, időbeli meneteket), a szélsőségeket és azok gyakoriságát, valamint egyéb statisztikai mérőszámokat.

Az időjárásról és az éghajlatról, vagyis a légkör aktuális állapotáról, valamint hosszú távú változásairól a meteorológiai mérések és megfigyelések során a légkörről és a vele közvetlenül érintkező felszínről szerzett adatok nyújtanak információt. E fejezetben a meteorológiai mérések és megfigyelések rövid történeti áttekintése után azok céljait és eszközeit, valamint alapfogalmait mutatjuk be.

1.1. Történeti áttekintés

A légkörben tapasztalt jelenségek iránti kíváncsiság valószínűleg egyidős az emberiséggel. Az ókori civilizációk próbáltak magyarázatot is adni a különféle jelenségekre. Az első, légkörrel kapcsolatos írásos feljegyzések közel 3000 éve a Babiloni Birodalomban születtek. Később a tudatos megfigyelés, s a jelenségek magyarázatának igénye a görögöknél bontakozott ki.

Az akkori kor tudásanyagát Platón tanítványa, Arisztotelész (Kr. e. 384–322), a modern tudományok előfutára foglalta össze „Meteorologica” című munkájában. Arisztotelész az Empedoklész (Kr. e. 495–435) által megnevezett 4 őselem (víz, levegő, tűz, föld) mindegyikét két tulajdonsággal jellemezte (hideg, vagy meleg, illetve száraz, vagy nedves) és azt gondolta, hogy ha egy elem tulajdonsága megváltozik, akkor átalakul. E szemlélet alapján magyarázta például a felhőképződést. Művében leírást adott a különböző csapadékfajtákról, a szélről, villámlásról, vagy légköri optikai jelenségekről. Megállapításai természetesen még nem minden esetben voltak pontosan, műve mégis óriási jelentőségű, s egészen a középkorig az egyetlen átfogó munka a légkörről.

A megfigyelések mellett a XVI-XVII. században egyre erősödött az igény a légkör állapotának objektív meghatározására. Ehhez pedig műszerekre volt szükség. A légkör egyre pontosabb feltárásának első pillére volt a különböző műszerek (hőmérő, légnyomásmérő stb.) feltalálása.

Galileo Galilei (1564–1642) a páduai egyetemen 1592-ben mutatta be először a hőmérséklet változásának jelzésére szolgáló termoszkópját. Ez az eszköz még nem jelezte a hőmérsékletet, de annak változását már demonstrálni lehetett vele. Néhány évvel később, az 1600-as évek elején, ugyancsak Páduában, Santorio Santorio (1561–1636) alkalmazott először skálát a termoszkópon, ezáltal megalkotva a hőmérő ősét. A hőmérsékletmérés máig elterjedt skáláit azonban csak jóval később, a XVIII. században alkották meg Celsius, Fahrenheit, vagy Kelvin.

1647-ben Evangelista Toricelli (1608–1647) felfedezte a légnyomásmérő (barométer) működésének elvét (1.1. ábra). Egy higanykádba állított, leforrasztott végű, higannyal töltött üvegcsövekkel kísérletezve felfedezte a vákuumot és a légnyomás mérésére alkalmas higanyos barométert.

A higanyos barométer működési elve

1.1. ábra: A higanyos barométer működési elve

Később folyamatosan megjelentek a különböző légköri állapothatározók (légnedvesség, csapadék, szél stb.) mérésére alkalmas műszerek. Az évek során az eszközök egyre kifinomultabbakká váltak. Lehetővé vált a meteorológiai elemek mérése, az adatok gyűjtése és archiválása.

A légkör objektív megismerésének következő jelentős lépését a mérések egységesítése érdekében tett erőfeszítések jelentették. 1657-ben, Firenzében, a kor rangos tudósai, többek között Giovanni Alfonso Borelli (1608–1679) és Vincenzo Viviani (1622–1703), a Mediciek támogatásával megalapították az „Accademia del Cimento” (A kísérlet akadémiája) szervezetet, mely 1667-ig működött. Fő célkitűzéseik voltak a kísérletezés, műszerek készítése és a mérések egységesítése. A 18. században Európa-szerte elterjedté váltak a műszeres meteorológiai mérések. Több helyen is hálózatba szervezték a mérőállomásokat és a mérések egységesítésére törekedtek. A Londoni Királyi Társaság 1724 és 1735 között néhány évig működő meteorológiai mérőhálózatot hozott létre, melynek Anglián kívül Európában, Észak-Amerikában és Indiában is voltak állomásai. Ezen előzmények után 1780-ban Karl Theodor (1724–1799) 1780-ban Mannheimben megalapította az első tisztán meteorológiai szervezetet Societas Meteorologica Palatina (Mannheimi Meteorológiai Társaság) néven. A társaság célja egy európai mérőhálózat létrehozása volt (1.2 ábra). Ehhez a hálózathoz csatlakozott a budai csillagvizsgáló is, ahol 1780-ban kezdődtek a meteorológiai mérések (csapadék, légnyomás, felhőborítottság, szél).

A 18. században alakuló mérőhálózatok, így a Societas Meteorologica Palatina is még csak néhány évig működtek, de ennek ellenére rendkívül fontos volt annak felismerése, hogy a légkör alapos megismerésére irányuló meteorológiai mérések csak nemzetközi összefogással, egységes mérésekkel valósíthatók meg. A 19. század második felében aztán sorra alakultak a nemzeti meteorológiai szervezetek, melyek elsődleges céljai voltak a mérőrendszerek fejlesztése és az állomáshálózatok bővítése.

A Societas Meteorologica Palatina állomáshálózata

1.2. ábra: A Societas Meteorologica Palatina (Mannheimi Meteorológiai Társaság) állomáshálózata. Az évszámok a mérési időszakokat jelölik. A társaság keretében 1792-ig történtek meteorológiai mérések. A budai mérőállomás a kezdetektől részt vett a nemzetközi együttműködésben.

Magyarországon 1870. április 8-án ellenjegyezte Ferenc József a „Meteorológiai és Földdelejességi Magyar Királyi Központi Intézet” (mai nevén: Országos Meteorológiai Szolgálat) alapító okiratát (Czelnai, 1995). Az intézet élére a bencés paptanárt, Shenczl Guidót (1823–1890) nevezték ki (1.3. ábra). Az egyes országok közötti adatcsere elősegítése érdekében pedig néhány évvel később, 1873-ban megalapították a Nemzetközi Meteorológiai Szervezetet (IMO – International Meteorological Organizations).

Shenczl Guidó

1 3. ábra: Shenczl Guidó, a „Meteorológiai és Földdelejességi Magyar Királyi Központi Intézet”, (ma Országos Meteorológiai Szolgálat) élére kinevezett első igazgató.

A 19. század végére, 20. század elejére, a mind pontosabb és részletesebb mérések révén egyre árnyaltabb kép rajzolódott ki a légköri viszonyokról, ami elősegítette a meteorológia elméleti alapjainak lefektetését. Ráadásul a méréseket már csak a felszín közelében végezték, hanem a légkör magasabb régióiban is. A kezdeti kísérletezgetés (forrólevegős léghajók, meteorológiai sárkányok) után, 1892-ben Gustave Hermite (1863–1914) és Georges Besançon (1866–1934) egy ballonnal sikeresen juttattak meteorológiai műszereket a magasba. Ezzel lehetővé vált, hogy a meteorológiai elemek eloszlását már ne csak horizontálisan, hanem vertikálisan is megismerjék.

A 20. századtól a méréstechnika rohamos fejlődése tapasztalható. A közvetlen mérések mellett megjelentek a távmérésen alapuló közvetett módszerek is (pl. időjárási radar, villámdetektálás). Ugyancsak fontos mérföldkőnek számított, hogy 1960. április 1-jén pályára állt az első sikeres meteorológiai műhold, a TIROS-1 (1.4 ábra). A műholdas észlelés új távlatokat nyitott a légköri megfigyelések terén.

Az amerikai TIROS-1 műhold által készített első kép

1.4. ábra: Az amerikai TIROS-1 műhold által készített első kép (forrás: www.noaa.gov). A műholdak meteorológiai célú alkalmazása új távlatokat nyitott. A TIROS-1 műhold volt az első sikeres pályára állított meteorológiai műhold. 78 napon keresztül szolgáltatott adatokat.

Manapság, a különböző föld- és űrbázisú megfigyelő rendszerek automatizált mérései jelentik a korszerű meteorológiai megfigyelések alapját.