2019. július 24., szerda
Egy kitűnő könyv apropójából. Negyedik rész: milyen titkokat fedtek fel a szinoptikai térképek?

Érdekességek - Publikálva: 2019-06-20 10:22

Nemrégiben ismét kezembe került Koppány Györgynek Az időjárás hosszútávú előrejelzése című könyve. Ez az 1984-es kiadású írás meteorológiai amatőr számára alapmű; elejétől a végéig érdekes, érthető, lényegre törő. Olvasása igazi élvezet minden érdeklődő számára. Sajnos, később a könyvet már nem adták ki, ezért példányai ma már csak könyvtárban, antikváriumban lelhetők talán fel. Éppen emiatt határoztam el, hogy szemelvényeket közlök a műből, erre alapozva egy cikksorozatot terveztem. Ennek negyedik darabját adom most olvasóim kezébe. Mindenkinek jó szórakozást, hasznos időtöltést kívánok!                                                        

                                                                      

                                                                       

                                         Koppány György meteorológus, nyugalmazott egyetemi tanár (1932-2016)

 

Az előzőekben láthattuk, hogy hogyan lépett a meteorológia az asztrológia, néphiedelmek, laikus megfigyelések mezejéről az igazi, modern értelemben vett természettudománnyá válás útjára. Ezen az úton mérföldkő, jobban mondva a döntő lépés a szinoptikai térképek megrajzolása, tanulmányozása volt. Az egyidejűleg mért adatoknak nagy térségeket felölelő térképeken való ábrázolása rendkívül figyelemreméltó összefüggéseket árult el, melyek az ilyen ábrázolás nélkül egész biztosan rejtve maradtak volna. Megmutatta például az izobár-vonalak sajátosságát: azok görbültségét, koncentrikus körökbe záródását. Így kerültek felfedezésre az alacsony és magasnyomású légköri képződmények, azaz a ciklonok és az anticiklonok. Az egymást követő szinoptikai térképeken úgyszintén feltűnt ezeknek mozgása, áthelyeződése. A korabeli szinoptikusok csodálkozó szeme előtt egy addig ismeretlen világ bontakozott ki. Erről így ír Koppány György:

"A szinoptikai térképeken feltüntették a mért légnyomás-, szél-, hőmérsékleti és felhőzeti adatokat. Az egyenlő légnyomású helyeket összekötő vonalakat izobároknak nevezzük. A térképeken jól elkülönülő nyomásképződmények ismerhetők fel: az alacsony nyomású ciklonok és a magas nyomású anticiklonok. A ciklonokban a légáramlás az óramutató irányával ellentétes, az anticiklonokban az óramutatóval megegyező irányú örvényt alkot az északi félgömbön. A ciklonokra általában a felhős, csapadékos idő a jellemző, az anticiklonokra a kevésbé felhős, száraz időjárás."

A szélirányok berajzolása a szinoptikai térképeken felfedte az izobárok és az áramlási irány közötti összefüggést is. Kiderült, hogy ez utóbbi jó közelítéssel párhuzamos az izobárokkal (ellentétben azzal, ahogy elsőre gondolnánk). Azaz többnyire a légpályák is görbültek. A légnyomási és légáramlási mintázat alapvető összefüggése a Buys Ballot féle bárikus széltörvény.

"1860-ban a Holland Meteorológiai Intézet igazgatója, Buys Ballot felfedezi a róla elnevezett bárikus széltörvényt. E szerint a széliránnyal megegyező irányba fordulva bal felé  alacsony, jobb felé magas nyomás található. A törvény a déli féltekén fordított előjelű."

Hogy a légáramlások a Buys Ballot törvénynek engedelmeskedve körüljárják az alacsony illetve a magas nyomások központjait (pontosabban csigavonalban befelé vagy kifelé mozognak a centrumba illetőleg a centrumból) ahelyett, hogy egyenes vonalban a magas nyomású terület felől az alacsony nyomású felé irányulnának, annak oka a Coriolis-erő.

"A bárikus széltörvény fizikai alátámasztását a földforgásból származó eltérítő erő szolgáltatja. Ennek a földi mozgások szempontjából fontos inerciaerőnek pontosabb megismerése és leírása egy francia mérnök-fizikus, Coriolis nevéhez fűződik. Róla nevezik ezt az erőt Coriolis-erőnek."

A Coriolis-effektus végeredményben a földfelszín kerületi sebességének földrajzi szélességek szerinti eltéréséből származik. A sebességkülönbség gyorsulást, az pedig tömeggel rendelkező testre nézve erőhatást jelent. A Coriolis-erő mindazon testeket kitéríti egyenes vonalú mozgásukból, melyek elmozdulásának meridionális komponense van. Az ilyen mozgást végző testeket az északi féltekén jobb kéz felé téríti ki, a délin bal kéz felé. Mellesleg éppen ebből adódik, hogy míg az északi féltekén a ciklonok forgásiránya ellentétes az óramutató járásával és az anticiklonoké azzal megegyezik, a délin ez fordítva van. A Coriolis-hatás voltaképp Newton 1. törvényének egy speciális alkalmazása: a mozgó testek megtartják egyenes vonalú, egyenletes mozgásukat mindaddig, míg valamely erőhatás annak megváltoztatására nem kényszeríti őket. Hogy ez a hatás a földfelszín fölött elmozduló légtömegekre is érvényes, annak felismerése az elméleti meteorológia nagy fegyverténye, egyben sarkalatos törvénye.

A légköri frontok felfedezése a szinoptikai térképeken kissé késett a légköri képződmények detektálásához képest. Ennek oka talán az előbbiek keskeny, vonalszerű voltában keresendő. Az állomáshálózat ritkássága miatt kezdetben túl kicsi lehetett a felbontóképesség a megtalálásukhoz.

"A helyi időjárást addig a ciklonok vagy anticiklonok jelenlététől vagy közeledésétől tették függővé. Ezek a képződmények a mérsékelt és magasabb szélességeken 1500-3000 km átmérőjűek. A frontok ezzel szemben keskeny zónát képeznek, és a front két oldalán nagyon is eltérő lehet az időjárás. Ezt az eltérést a különböző eredetű légtömegekre vezették vissza. Az 1920-as, 30-as években ezért divatossá vált az akkor nagyon korszerűnek tartott légtömeg-szinoptika. Ennek lényege, hogy a különböző területekről származó légtömegeket, amelyek föltehetően pár ezer km kiterjedésben viszonylag homogének, osztályozni próbálták: sarki, mérsékelt övi, trópusi, tengeri, szárazföldi stb. levegőfajták szerint."

Tény, hogy a levegő hőszigetelő tulajdonsága miatt a gyors mozgású légtest kevéssé tud hőt leadni vagy felvenni az eltérő hőmérsékletű környezetében. A légtömegek ezért valóban elég sokáig megtartják  a keletkezési helyükre jellemző hőmérsékleti, nedvesség és egyéb viszonyokat. Ez a sajátosság azonban nem abszolút érvényű.

"Bár ennek az osztályozásnak volt bizonyos alapja, nagyon sok zavaró körülmény is nehezítette a levegőfajták megkülönböztetését. Minthogy a légtömegek eredőhelyüktől eltávolodva igen különböző pályákon és nagyon eltérő sebességgel mozognak, jellemző sajátosságaikat (szennyezettség, hőmérséklet, légnedvesség) erősen különböző mértékben veszítik el, ezért az a felfogás, amely szerint az egyes levegőfajtákat mindig meghatározott időjárási viszonyok jellemzik, csak nehezen tartható. A légtömeg-szinoptika az utóbbi 2-3 évtizedben sokat veszített jelentőségéből."

A légtömeg-szinoptika említése már átvezet a különböző szinoptikai iskolák kérdéséhez. Ezekből a múlt században több is akadt. Közülük az előbbiekben már utaltunk az ún. izobárszinoptikára. Ez a rég túlhaladott elképzelés az időjárási jelenségeket kizárólag az akkoriban frissen felfedezett légnyomási képződmények -ciklonok és anticiklonok- hatásának tulajdonította. Később a már az időjárási frontokat is figyelembe vevő elméletet norvég meteorológusok dolgozták ki az 1920-as években. Ez a ciklonok hullámelmélete.

"E szerint a sarki hideg és a mérsékelt övi enyhébb légtömegek határvonalán, az ún. poláris frontfelületen (polárfront), a front két oldalán uralkodó eltérő (irányú) légáramlások miatt hullámok jönnek létre. A hullám nyugati oldalán a sarki hideg levegő nyomul a melegebb területek felé, a keleti részén enyhébb levegő áramlik a magasabb szélességek felé. Az előrenyomuló hideg levegő hidegfrontot, a meleg levegő melegfrontot alakít ki. A frontok két oldalán a talaj közelében összeáramlás, konvergencia figyelhető meg, ez fokozza a hőmérsékleti kontrasztot. Ugyanakkor a frontok mentén föláramlási zóna alakul ki, ami felhőképző. A jól fejlett frontokat tehát hosszan elnyúló, mintegy 100-300 km széles és 1000-2000 km hosszú felhőzóna jellemzi."

Ehhez nem nagyon lehet mit hozzáfűzni. Legfeljebb annyit, hogy a hullámból ciklon fejlődik, a hideg és a melegfront ennek a frontrendszeréhez tartozik. A meteorológia alapvető törvényszerűségeiről van itt szó, melyek ismerete nélkül amatőr szinten sem lehet érdemben foglalkozni ezzel a tudományággal. Végezetül ki kell térnünk a dinamikus meteorológiára, bár azt a szinoptikával éppenséggel szembeállítva szokás emlegetni. Ez az utóbbival párhuzamosan fejlődött, mint a Nagy Alternatíva. Esetében a következőről van szó.

"A légkörre a fizika jól megfogalmazott törvényeit a dinamikus meteorológia tartalmazza. Ezek: a Newton-féle mozgástörvények, az energiamegmaradás, a tömegmegmaradás (kontinuitás) törvénye, az általános gáztörvény, továbbá az impulzusmomentum megmaradásának törvénye. Az 1900-as évek elején a norvég B. Bjerknes vetette fel először a gondolatot, hogy az időjárás előrejelzése olyan matematikai feladat, amelyben hidrodinamikai differenciálegyenletek integrálása szolgáltatja a megoldást. A feladat végrehajtására 1920 körül egy angol katonatiszt-meteorológus, L. F. Richardson vállalkozott. A terjedelmes számítás eredményeként kapott numerikus előrejelzés a valósággal összehasonlítva -lehangoló volt. Richardson ennek ellenére bízott abban, hogy az emberfeletti erőfeszítést kívánó rengeteg számítómunka egyszer meghozza a várt sikert: "Talán egyszer a távoli jövőben eljön az a nap, amikor az időjárás előrejelzéséhez szükséges számítás rövidebb időt vesz igénybe, mint a kiszámított időjárás-változás, és az emberiségnek ebből származó haszna nagyobb lesz, mint a ráfordított költsége. De ez csak álom." Richardson álma az 1950-es évektől kezdett megvalósulni. A nagy teljesítményű elektronikus számítógépeket ui. a II. világháborút követő években kezdték polgári célokra, így az időjárás numerikus előrejelzésére alkalmazni. Nagynevű tudósok, többek között a magyar származású, Amerikában élő Neumann János matematikus, foglalkoztak az időjárás hidrodinamikai alapokon nyugvó, számszerű előrejelzésének megalapozásával. Azóta nemcsak az elektronikus számítógépek 3 generációja (elektroncsöves,tranzisztoros, nyomtatott áramkörös) követte egymást, hanem az egyre kifinomultabb numerikus előrejelzési modelleket kifejlesztő kutatók generációi is."

Az egykori álom ma a hétköznapok valósága. A numerikus előrejelzési módszer teljesen háttérbe szorította a régebbi módszereket, melyeknek most már csak tudománytörténeti érdekessége van. A "történeti" előrejelző metódusokat a későbbi írásaimban fogom bemutatni.

 

 

 

 

Vissza a hírek főoldalra