2019. november 17., vasárnap

Egy kitűnő könyv apropójából. Nyolcadik rész: a hőegyensúly

Érdekességek - Publikálva: 2019-10-26 18:35

A következő néhány alkalommal a légkör egyensúlyi állapota, ezen belül elsőként a hőegyensúly "kerül terítékre". Folytassuk hát búvárkodásunkat a légkörfizika mélységeiben a kitűnő meteorológus és tanár, Koppány György vezetésével!                                                               

                                                                         

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

 

 

"A napsugárzás övezetes eloszlása miatt a sugárháztartás mérlege évi átlagban a pólustól kb. a 35. szélességig negatív, a 35. szélesség és az egyenlítő között pozitív. Az előbbi területen a negatív mérleg miatt állandó lehűlésnek, az utóbbi területen a pozitív mérleg miatt állandó fölmelegedésnek kellene bekövetkezni. A lehűlésnek azonban határt szab, hogy a csökkenő hőmérséklettel együtt csökken a hosszúhullámú kisugárzás, a fölmelegedésnek pedig az, hogy az emelkedő hőmérséklettel növekszik a kisugárzás. Az emisszió, azaz kisugárzás ui. a kisugárzó felszín hőmérsékletének negyedik hatványával arányos. (Ha a hőmérsékletet K-ben mérjük, 2-szer magasabb hőmérsékletű felszín 16-szor több hőt sugároz ki, és viszont.) Így létrejön a ki- és besugárzás egyensúlyának megfelelő ún. egyensúlyi hőmérséklet. Elméletileg kiszámítható, hogy a napsugárzás övezetes eloszlását figyelembe véve, az egyes szélességi körökre milyen egyensúlyi hőmérsékletek adódnak. A számításokat először a jugoszláv Milankovich végezte el. Az egyensúlyi hőmérsékleteket az egyes szélességi körök átlagos hőmérsékletével összehasonlítva megállapították, hogy a 40. szélesség és a  pólusok között a valóságos hőmérséklet  magasabb, a 30. szélesség és az egyenlítő között alacsonyabb az egyensúlyi hőmérsékletnél. Ez azt bizonyítja, hogy a légkörben jelentős hőszállítás történik a trópusokról a pólusok felé."

 

Az energia, amelytől a Föld hőmérséklete ered, és amely működésben tartja a légkör gépezetét, végeredményben a Nap sugárzó energiája. Ezért légkörfizikai szempontból az energiasugárzás, annak összefüggése a hőmérséklettel kiemelten fontos terület. Az összefüggés első látásra egyszerű. Legfeljebb azon lepődhetünk meg, mennyire jelentős és progresszív a testek kisugárzás általi hővesztesége. A negyedik hatvány szerinti növekedés a fizikában nem gyakori, szemben a második és harmadik hatvánnyal. Az egyensúlyi hőmérséklet elve igazán szép, és azzal kecsegtet, hogy ebből könnyen levezethetjük a földi klíma övezetes voltát, és számszerűleg is nehézség nélkül megadhatjuk egy bizonyos földrajzi szélesség jellemző hőmérsékletét. Az egyenlítőtől a pólusok felé haladva a napsugarak beesési szöge csökken, tehát kisebb lesz a felületegységre jutó sugárzó energiamennyiség. Emiatt a földrajzi szélesség növekedésével az egyensúlyi hőmérséklet csökken. Mindez matematikailag is meglehetősen szimplán megformulázható lenne, ha a földfelszín légüres térben helyezkedne el. Azonban a Föld felszínét egyenletesen beburkolja egy gázkeverék, a levegő. A levegő egyrészt a lebegő szilárd részecskék, másrészt a kicsapódott vízgőz részecskéi (felhők) miatt akadályozza a besugárzást. Másrészt a benne levő ún. üvegház-gázok (elsősorban a szén-dioxid és a vízgőz) révén a felszín hősugárzásának egy részét visszaveri, így a világűrbe való hőkisugárzást is akadályozza. Hogy e kettő közül melyik hatás az erősebb, az a körülmények függvénye. A légkörnek a sugárzási mérlegre gyakorolt hatásával a látszatra egyszerű sugárzás-hőmérséklet összefüggés rögtön nagyon bonyolulttá válik. S hogy még bonyolódjanak a dolgok, a légkör elmozduló, azaz a felszínhez képest szinte állandó mozgásban van. Emiatt a földfelszíntől egy helyen felvett hőt egy másik helyen leadja. Tulajdonképp ez az időjárás lényege a hőenergia oldaláról: a felszínnek a hősugárzás általi felmelegedése illetve lehűlése, és a felszíni hőmérsékletet átvevő, majd azt transzportáló levegő.

 

"A 0-35. szélességek közötti zónából a pólusok felé eltávozó hőenergiának mintegy 10%-át a tengeráramlások szállítják, a megmaradó rész elszállítása részben az érzékelhető, részben a vízgőzben tárolt latens hő meridionális átvitele révén az általános cirkulációra hárul. A mérsékelt és a magas szélességeken a hőszállítás fontos tényezői az aló rétegekben a ciklonális és anticiklonális örvények, a magasabb szinteken a planetáris hullámok. A meridionális hőcsere azonban az említett szélességeken nem egyenletesen játszódik le, hanem ciklikusan erősödik és gyengül. A nyugat-keleti áramlásnak két alapvető formája különböztethető meg: az erős zonális áramlás, valamint a gyenge zonális áramlás. Az erős zonális áramlás során a délkör menti hőszállítás minimális, a hullámok, örvények gyengén fejlettek, a pólus és egyenlítő közötti hőmérsékleti kontraszt egyre éleződik. A sarkvidéken a lehűlés miatt a levegő összezsugorodik, a magasban a légnyomás csökken, a trópusokon a melegedő levegő kitágul, a magasban a nyomás növekszik, végeredményben az észak-déli irányú nyomáskülönbség erősödik. A légmozgás sebessége arányos a nyomáskülönbséggel, a Coriolis-erő miatt azonban az áramlás iránya az északi félgömbön jobbra térül, így a zonális szél erősödik. A kialakuló intenzív zonális áramlás hosszan elnyúló szélcsatornát képez, melynek szélein erős szélnyíródás lép fel. A szélnyíródás erős dinamikai erők hatására fokozatosan növekvő amplitúdójú hullámokat kelt.  A hullámok erősödésével azok belsejében örvények alakulnak ki, eközben a zonális áramlás minimálisra csökken. Ebben a stádiumban a meridionális hőcsere a legintenzívebb, a sarkvidékre sok meleg, a trópusokra sok hideg levegő szállítódik. A sarkvidékre érkező meleg légtömeg hűlni, a trópusokra szállított hideg levegő melegedni kezd. Néhány nap vagy pár hét elteltével a pólus-egyenlítő közötti hőkontraszt ismét kiéleződik, és a ciklus kezdődik elölről. A zonális áramlásnak, ill. meridionális hőcserének  ezt a ciklikus váltakozását az amerikai J. Namias fedezte fel."

 

A fenti mondatokat különös nyomatékkal ajánlom minden, meteorológia iránt érdeklődő olvasóm, meteorológiai amatőr figyelmébe. A pólusok és az egyenlítő közötti hőcsere ciklikus volta, a légköri képződmények ennek megfelelő változása, mozgása a légkörtudomány egyik sarokkövét képezi. Enélkül a mérsékelt és a magasabb szélességek szinoptikai folyamatai egyáltalán nem érthetők meg.

 

A következőkben is maradunk a légköri egyensúlyok témájánál. Legközelebb a vízforgalom egyensúlyáról olvashatunk.

 

Vissza a hírek főoldalra