A légóceán szeszélyes vándorai, a magassági hideg légörvények

CsonkaTamás

Közismert, hogy a Földet érő napsugárzás nem egyenletesen oszlik el bolygónkon, ezért a sarkvidékeken hidegebb, míg az Egyenlítő térségében melegebb van. A kettő közötti terület a mérsékelt öv (ide tartozunk mi is), ahol a két különböző típusú levegőfajta találkozik, keveredik (ciklonok keletkeznek), ezt a mérsékelt öv helyett szemléletesebben kiegyenlítési övnek, vagy a ciklonok zónájának is hívhatnánk, itt ugyanis a hideg levegő dél felé halad miközben melegszik, a meleg levegő pedig észak felé tart és fokozatosan lehűl (természetesen eközben függőleges áramlás is jelen van).  A sarkvidék felett elhelyezkedő hideg levegő a Föld forgása (Coriolis-erő) és a domborzat miatt nem egyenletesen oszlik el, mozgásban van és hullámok képződnek rajta, ezeket a hullámokat Rossby-hullámoknak nevezzük, amelyek a legtöbbször nyugatról kelet felé haladnak. Az északi és déli féltekére kiterjedő meanderező hullámok határát a magasban jelenlévő futóáramlás (jet stream) jelzi. Leegyszerűsítve, ezen hullámok áthelyeződéséhez és az északi hideg és déli meleg levegőt elválasztó frontfelület (ún. polárfront) hullámzásához kapcsolódik a mérsékelt övi ciklonok kialakulása. A magassági hideg légörvények végső soron ezen hullámok lefűződéseként jönnek létre, úgy, hogy egy-egy hullám igen hosszúra nyúlik (megnövekszik az amplitúdója miközben dél felé kiterjed) és ekkor egy örvény szakad le róla, ekkor a magasban lévő futóáramlás ezt az örvényt körül öleli. Az 1. ábrán az 500 hPa-os nyomási szint hőmérsékletével szemléltetve az ECMWF modell előrejelzésében láthatjuk az északi féltekén a Rossby-hullámok vándorlását illetve a leszakadó örvények mozgását, felszámolódását.

1. ábra
ECMWF hőmérséklet előrejelzése 500 hPa-os (kb. 5500 m) szinten; indulási idő: 2013.05.13 12 UTC (GIF animáció)

A magassági hidegörvények, hidegcseppek igen változatos méreteloszlást mutatnak (2/a. és 2/b. ábra). A néhány száz kilométeres átmérőtől (pl. Magyarország területével összevethető tartomány, sőt esetenként ennél is kisebb) a kontinens nagy részére kiterjedő (több ezer kilométeres átmérő) örvénynek is megjelennek. Az elnevezés során a szakmai terminológiában jellemzően a kisebbeket nevezzük hidegcseppnek, amelyek alapvetően olyan kisebb ciklonok, amelyek elsősorban a magasban rendelkeznek hideg maggal és záródó áramvonalakkal.

2/a. és 2/b. ábra
Magassági hidegcsepp Magyarország fölött 2013.05.14-én, és magassági hideg légörvény Közép-Európa felett 2013.05.26.
14 órakor (12 UTC) az ECMWF modell analízisében (fehér: 500 hPa-os geopotenciál, színezés: 500 hPa-os hőmérséklet)

A magassági hideg légörvények (angol terminológia: cut off low /cyclone; upper low) jelenlétekor jellemző a tiszta levegő (3. ábra), a nagy látástávolság utóbbi természetesen akkor, ha nincs épp csapadék a közelben. A magasban lévő hideg levegő labilizáló (a felmelegedő légrész felfelé irányuló mozgását segítő) hatására többnyire már reggel, kora délelőtt megjelennek a gomolyfelhők, amelyek több szinten, alacsony illetve középmagas szinteken is jelen lehetnek, ezek a nap folyamán egyre nagyobbra híznak (az erősödő napsugárázás hatására) majd záporok, zivatarok alakulnak ki belőlük. Megfigyelési tapasztalat, hogy a korai gomolyfelhők jó előjelei a délutáni zápornak, zivatarnak. Ezen légörvényeket nagyrészt záporos csapadék kíséri, amely a záporeső mellett lehet hó, jég (4. ábra), jégdara, vagy hódara a levegő hőmérsékletétől függően. Bizonyos esetekben azonban a záporok, hózáporok sora nagyobb csapadéktömbbé állhat össze és ekkor már eső, vagy havazás is előfordulhat bennük (5. ábra).

3. ábra
Webkamera égképe magassági hidegörvény jelenlétekor (keleti irány) a Budapest II. kerületi OMSZ központból
2013.06.02 17:00 (15:00 UTC)

4. ábra
Jégesővel kísért zivatar 2013.06.02. kora délután (fönt: 14:30-as radarkép, lent: jégszemek, Budapest IX. kerület)

5. ábra
Magassági hideg légörvény felhő- és csapadékrendszere Közép-Európa térségében 2013.05.27 14 órakor (12 UTC)
(MSG Kompozit Natural műholdkép, OPERA Kompozit Radarkép, észlelt időjárás)

Ezek a légörvények (6-8.ábra) döntő befolyással vannak az általuk érintett térségek időjárására. A magassági légörvények (illetve a bennük lévő örvényesség) áthelyeződéskor az áthelyeződés irányában nagytérségű feláramlást hozhatnak létre (főként a nagyobbakra jellemző), ez a talaj közelében nyomáscsökkenésként jelentkezik. Ilyen esetekben a talaj-közeli szinteken a nyomási mezőben is kimutatható erősebb vagy gyengébb (ún. sekély) ciklon is létrejöhet, amely ekkor a hozzá kapcsolódó meleg, hideg és okklúziós frontokat is felvonultathat. Ilyen esetekben a hidegörvény hatása már csak közvetett pl. a meleg- és hidegfronthoz kapcsolódó csapadékformákban (9. ábra).

6. ábra
Hidegcsepp örvénylését szemlélteti a műhold (MSG HRV Kompozit) és radarkép (Kompozit radarkép dbZ-ben)
napkeltétől késő estig 2013.05.14-én (GIF animáció)

7. ábra
Hidegcsepp leszakadása és mozgása (fekete terület) az MSG WV (vízgőz elnyelési) sávjában
2013.05.13 délutántól 14-én kora estig (GIF animáció)

8. ábra
Hidegcsepp leszakadása és mozgása az MSG műhold infravörös érzékelési sávjában
2013.05.13 délutántól 14-én kora estig (GIF animáció)

9. ábra
Időjárási helyzetkép a talaj közelében magassági hidegörvény jelenlétekor (tengerszinti légnyomás (hPa),
hőmérséklet 2 méteres magasságban, észlelt időjárás, frontok) Európában, 2013.05.26. 2 órakor (0 UTC)

A hideg légörvényekben, - a központi részükhöz közelebb, ott ahol már nincs erős áramlás a magasban -, a jelenlévő nagymértékű örvényesség (10. ábra) jó táptalajt biztosít - kellő feltételek esetén - ún. felhőtölcsérek, tubák, esetleg gyengébb tornádók kialakulásához is. (Örvényesség leegyszerűsített jelentése: a levegő lokális forgásának mérőszáma; a légrészek görbült pályája, illetve a térben változó szélsebességek okozhatják ezt a forgást. Szemléletesen egy levegőben sodródó tollpihe forgása mutathatja ezt a fajta lokális forgást.) Ezen jelenségek létrejötte eltér az ún. szupercellákhoz kapcsolódó tubákétól, tornádókétól, amelyek kialakulásához szükséges a magassággal jelentősen növekvő szélsebesség, vagyis szélnyírás jelenléte. (Szupercella: speciális „forgó/örvénylő” zivatarfelhő melyben mezoléptékű - mérettartomány általában néhány vagy néhány 10 km - örvény ún. mezociklon jön létre.) Magassági hidegörvények jelenlétekor, olyan esetekben, amikor a talaj-közeli kb. 2 km-es rétegben a napsütés hatására jelentős energia halmozódhat föl, és erős összeáramlás (szemléletesen: egy irányba, egy sávba fúj a szél) is kimutatható, a kialakuló jól fejlett gomolyfelhőkből, vagyis nem csak zivatarfelhőből felhőtölcsér nyúlhat le, amely talajt érve (illetve az alatta lévő örvénylő áramlás a talajjal kapcsolatba kerülve) tornádóvá válhat. Az említett környezeti feltételek mellett kialakuló tubákat, felhőtölcséreket vagy tornádókat a szakmai szóhasználatban nem mezociklonális tubáknak (11. ábra), tornádóknak is hívják, ezáltal is elkülönítve őket az általában erősebb, szupercellákhoz kötődő társaiktól. Ezen tornádók túlnyomórészt a „gyengébbek” közé tartoznak, de némelyikben igen kis területre - jellemzően néhány tíz vagy száz méterre- korlátozódva a szélsebesség elérheti a „módosított/továbbfejlesztett Fujta skála” alsó határát (EF0, esetleg EF1; kb. 100-160 km/h* Fontos megjegyezni, hogy hivatalos statisztikák, kárfelmérések egyelőre megfelelő mennyiségben, rendszerezett formában nem állnak rendelkezésre ezen jelenségek magyarországi előfordulásáról). A magassági hidegörvények szeszélyességét jól mutatja, hogy a környezetükben szupercellák illetve a hozzájuk kapcsolódó heves események pl. akár tornádók is létrejöhetnek, elsősorban a peremükön, ahol a magasban a már említett futóáramlás húzódik és emellett megfelelő labilitás halmozódik föl.

10. ábra
Hőmérsékleti (balra)-, szél és örvényességi (jobbra) mező vízszintes (600 hPa-on) és függőleges eloszlása hidegcseppben
az ECMWF modell analízise alapján 2013.05.14. 14 órakor (12 UTC)

11. ábra
Felhőtölcsér (tuba) a kecskeméti repülőtér közelében; 2013.05.26. 10:00, délkeleti irány
(fotó: Schmidt Attila, forrás: metnet.hu)

Ezen magassági légörvénynek minél délebbre - alacsonyabb szélességi körhöz közelebb - szakadnak le a Rossby-hullámról, annál markánsabb a hatásuk. A tartósan egy terület felett lévő önálló örvények lassan a környezetüknek megfelelő hőmérsékletre melegszenek a környező melegebb levegő bekeveredése révén, a szakmai terminológiában töltődésnek is hívjuk ezt a folyamatot. Nyári félévben a felmelegedő talaj-közeli levegő feláramlása is melegíti a hidegörvényeket, hidegcseppeket, ekkor a vízgőz kicsapódásakor felszabaduló hőnek is jelentős szerepe van. A melegedés ellenére az örvényesség tartós fennmaradása sokáig megfigyelhető az elöregedő hidegörvényekben/hidegcseppekben, emiatt előfordulhat, hogy a hőmérsékleti mező már nem is jelez nekünk hidegörvényt, de a műholdképeken jellegzetes felhőkarokat, nappali gomoly-felhőképződést figyelhetünk meg egy adott területen illetve a magassági szélmező még örvénylést mutat. Megszűnésükre egy másik példa, hogy a leszakadt hideg légörvények egy jó ideig egy térség fölött maradnak, de egy közeledő teknő (Rossby hullám egyik hullámvölgye) vagy egy másik fiatalabb hidegörvény erősebb áramlási rendszere fokozatosan a hatása alá vonja őket és ebbe beleolvadnak, felszámolódnak (12. ábra).

12. ábra
Az ECMWF modell 500 hPa-s hőmérséklet, és geopotenciál mezőjének 10 napra vonatkozó előrejelzése
(indulási idő: 2013.05.26. 12 UTC); az animáción egy magassági hidegörvény mozgását
és beolvadását láthatjuk egy újonnan leszakadó örvénybe (GIF animáció)

A markánsabb magassági hidegörvények nagyobb számban leginkább a tavaszi hónapokban illetve nyár elején fordulnak elő (főként áprilistól júniusig), ekkor ugyanis fokozatosan felmorzsolódik, feldarabolódik a sarkkörtől északra a téli félévben felhalmozódott hideg levegő. Nyár derekára illetve augusztus elejére az északi sarkvidék fölött elhelyezkedő hidegbázis lényegében néhány nagyobb hidegörvényre „esik szét”, majd augusztus második felétől - a Napból érkező besugárzás jelentős csökkenésével, és a sarki éjszaka mind délebbre húzódásával - ismét hízni, növekedni kezd a hideg levegő által elfoglalt terület, hogy aztán tavasszal újrakezdődjön a körforgás.

OMSZ: 2013. június 4.