A szél

1. A szél A légkör dinamikája, az atmoszférikus határréteg jellemzői I. Balogh Miklós, Balczó Márton, Goricsán István Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Áramlástan Tanszék 1

2. 2 A légkör dinamikája - a szél • A szél fogalma és jellemzése • A szél keletkezése - hatóerők • Globális szélrendszerek • Mérsékeltövi ciklonok • Trópusi forgószelek • Helyi szelek • Monszun és El Niño • A szélmérés gyakorlata • Mérőműszerek BOREAS (1902) John William Waterhouse festménye *Bóreasz, az északi szél istene, Óreithüiá elrablója – a bóra névadója

3. SZÉL 3 • A szél: mozgó levegő. • Időben és térben változik • Irány: ahonnan fúj! • 4 főirány • 12 mellékirány • Sebesség: • m/s • km/h • (szárazföldi) mérföld/h = 1.609 km/h • Csomó (knots) Észak (É, North): 0° Kelet (K, East, Orient): 90°

4. EGY KIS KITÉRŐ: A CSOMÓ 4 • Tengerészeti sebességmérés • 1 tengeri mérföld/h = 1.852 km/h = 1 szélességi fokperc/h • 28 másodpercig mértek homokórával - csomók 47 láb 4 hüvelykenként A „Danmark” teljes vitorlázatú hajó Forrás: Dr. Gáspár Ferencz: Hét év a tengeren. Budapest,1903. A log

5. A BEAUFORT SZÉLSKÁLA 5 • Beaufort szélerőskála, kategorizálás a szél hatása alapján • 1805 /1832, Sir Francis Beaufort angol sorhajókapitány, hidrográfus Fok Megnevezés Hatás km/h 0 szélcsend a füst függőlegesen száll föl < 2 1 gyenge szellő a füst csaknem függőlegesen száll föl 2-6 2 könnyű szél alig érezhető 7-12 3 gyenge szél a fák levelei mozognak, az árbocszalag leng 13- 18 4 mérsékelt szél az árbocszalag kiegyenesedik 19- 26 5 élénk szél a nagyobb ágak mozognak,kellemetlenül érződik a szél 27- 35 6 erős szél zúgó hangot ad 36- 44 7 igen erős szél vékonyabb fatörzsek hajladoznak 45- 54 8 viharos szél vastagabb fatörzsek hajladoznak, nehéz gyalogolni 55- 65 9 vihar könnyebb tárgyakat elsodor 66- 77 10 erős vihar fákat csavar ki 78- 90 11 igen erős vihar súlyos rombolások 91-104 12 orkán teljes pusztulás 105-119

6. Forrás: http://www.howtoons.com/data/orig/F2/9F/96B/F29F96B736B144DE29DF26BA7D4183DD2.jpg

7. A BEAUFORT SZÉLSKÁLA 7 A balatoni elsőfokú viharjelzés 6-os (12m/s), a másodfokú 8-as (17m/sBeaufort szélnek felel meg. Forrás: wikipedia.org

8. A METEOROLÓGIAI SKÁLÁK 8 • Skála: idő és hosszintervallum, amely egyes meteorológiai jelenségeket jellemez. • L : 10-3m – 107 m (10 nagyságrend) • T : 10-3 s – 1017 s (20 nagyságrend) • Makroskála: L > 2000 km (globális szélrendszerek) • Mezoskála: 2000 km > L > 2 km (mérsékelt övi és trópusi ciklonok, városklíma) • Mikroskála: L < 2 km (tornádók, domb vagy épület feletti áramlás ) Forrás: Roland B. Stull: Boundary Layer Meteorology

9. A METEOROLÓGIAI SKÁLÁK 9

10. A SZÉL KELETKEZÉSE 10 • Légköri áramlások kialakulásának alapvető okai: • Különböző mértékű felmelegedésből adódó hőmérsékletkülönbség(» sűrűségkülönbség »nyomáskülönbség) • Föld forgásából adódó Coriolis-erő (koordinátarendszer függő) • Egyéb hatóerők: • Súrlódás a földfelszínnel, illetve légrétegek között (viszkozitás)A felszín hatása 1.5-2 km magasságig érezhető, ez a planetáris határréteg. E felett található a szabad légkör. • Centrifugális erő – görbült mozgások miatt Térfogategységre ható erők:

11. A CORIOLIS-ERŐ MAGYARÁZATA 11 Fotó: Balczó M.

12. A CORIOLIS-ERŐ HATÁSA A FÖLDÖN W V . C Forrás:http://nsidc.org/arcticmet/images/factors/coriolis.gif 12 f - Coriolis paraméter Forrás: http://www.ux1.eiu.edu/~jpstimac/1400/FIG06_011.jpg

13. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK • Eltérő felmelegedés a szélességi fok függvényében: • alacsony nyomás az Egyenlítőnél (illetve a Nap zenitjénél) • Feláramló nedves levegő a tropopauzáig (csapadékos) • A 30° táján nagyobb a nyomás (4-8mbar-al) – szubtrópusi nagy nyomású zóna • felszíni áramlás innen az Egyenlítőfelé, helyébe száraz levegő fentről. • Trópusi Konvergencia ZónaHADLEY (v. PASSZÁT) CELLA- hőtranszport a sarkok felé • Nagy nyomás, hideg lev. a sarkokon • Áramlás az ún. poláris front felé(kb. 60°, alacsonyabb nyomás) • Felmelegszik, felszáll, vissza a sarkokhoz POLÁRIS CELLA- hőtranszport a sarkok felé- télen erős, nyáron gyenge 13 Forrás:http://www.atmosphere.mpg.de/media/archive/3318.jpg

14. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK 14 • A Hadley-cella és a sarki cella köztes cirkulációt hoz létre a közepes szélességeken (30-60°) a polárfront és a szubtrópusi nagy nyomású zóna között: • A másodlagos hatóerők jobban befolyásolják – óceánok, felszíni hőmérsékletkülönbségek • Nem annyira stabil, mint a másik kettő, változékonyabb • FERREL CELLA- hőtranszport a sarkok felé Forrás:http://www.atmosphere.mpg.de/media/archive/3318.jpg

15. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK 15 Forrás: NASA A Föld az Apollo–17-ről (1972. december)

16. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK - SZÉLIRÁNYOK 16 • Sarki szelek keletiesek • Mérsékelt égövi nyugatias szelek • ÉK-i passzátszél • Szélcsendöv • DK-i passzátszél • … A Coriolis erő a sarkon maximális, de mérsékelt szélességeken is jelentős. Mivel ez utóbbi indirekt cella, a Coriolis erő a legjelentősebb, nagyméretű , nyugatról keletre haladó örvények alakulnak ki benne a Coriolis erő hatására ezek keverik át a cella déli és északi pereme között a levegőt. Forrás: http://www.fas.org/irp/imint/docs/rst/Sect14/FIG07_006.jpg

17. GLOBÁLISSZÉLRENDSZEREK 17 Forrás: NASA A Föld az Apollo–17-ről (1972. december)

18. A GEOSZTRÓFIKUS SZÉL 18 A szél a Coriolis-erőt követve elfordul és az izobárokkal megközelítőleg párhuzamosan halad. Ezt nevezzük geosztrófikus szélnek. Nyomási gradiens erő és Coriolis-erő egyensúlya • Vg izobárokkal párhuzamosan fúj! • A nyomáskülönbség nem tud egyszerűen kiegyenlítődni p1 p3 p2 • ELMÉLETI SZÉL, súrlódásmentes – szabad légkörben, 2km felett

19. MÉRSÉKELT ÉGÖVI CIKLONOK ÉS ANTICIKLONOK 19 • Szinoptikus skálájú (~ 1000km méretű) jelenségek. • Az áramvonalak közel párhuzamosak az izobárokkal • A nyomáserő tart egyensúlyt a Coriolis erővel, valamint biztosítja a centripetális erőt. • Gradiens szélnek nevezzük.

20. MÉRSÉKELT ÉGÖVI CIKLONOK ÉS ANTICIKLONOK Ciklonális Anticiklonális 20 Centripetális, Coriolis-, nyomási gradiens erő | északi félteke Óramutató járásával ellentétes Óramutató járásával megegyező

21. MÉRSÉKELT ÉGÖVI CIKLONOK ÉS ANTICIKLONOK 21 Forrás: NASA Ciklon Izland felett, 2003. szeptember 4-én

22. TRÓPUSI FORGÓSZELEK 22 • Ciklon, tájfun, hurrikán (földrajzi helytől föggően) • Kb 26°C tengervíz hőmérséklet felett erős bepárolgás • Megfelelő hőmérsékletgradiens mellett konvekció a tropopauzáig Kondenzáció , a nedvesség egy része kiesik látens hő felszabadulás  tovább emelkedik alacsony nyomás a felszínen további nedves légtömegek áramlanak a magba - pozitív visszacsatolás • A Nap óceánba sugárzott energiájával működik, hűti az óceánt

23. TRÓPUSI FORGÓSZELEK 23 • Szem 15-40 km, száraz levegő beáramlás fentről • Szemfalak: max. sebesség 200-300 km/h. Haladási sebesség 20-30km/h • Nagy magasságban ellenkező irányú kiáramlás • Szárazföld felé érve megszűnik a hajtóerő, a látens hőfelszabadulás

24. TRÓPUSI FORGÓSZELEK 24 A Catarina trópusi ciklon Brazília partjainál, a Nemzetközi Űrállomásról fotózva, 2004. március 26-án A Katrina hurrikán szeme 2005. aug 28-án repülőgépről fényképezve.

25. FUJITA SKÁLA Rombolás mértéke alapján! Forrás: http://www.hprcc.unl.edu/nebraska/wichita-ks-j2004tornado.JPG Forrás: http://telan.pl/en/wiki/Image:Fujita_scale_technical.svg.html Forrás: http://newsimg.bbc.co.uk/media/images/42063000/jpg/_42063530_scene5.jpg

26. HELYI SZELEK 26 Bóra, sirokkó, kámszin, harmattán, misztrál, főn, száhel, számum, helm, Cape Doctor… Különböző albedó, hőkapacitás és ebből adódó különböző felmelegedés/kihűlés, azaz változó hőmérsékletkülönbség indukálja  napi periodicitás • Parti szél • Városi szél • Lejtő / völgyi szél • Ezek kombinációi, szinoptikus hatásokkal erősítve (pld. bóra – 200km/h) este délelőtt

27. EGYÉB, A GLOBÁLIS CIRKULÁCIÓT MÓDOSÍTÓ SZELEK 27 Különböző albedó, hőkapacitás és ebből adódó különböző hőmérsékletkülönbség indukálja  éves periodicitás • Monszun • El Niño jelenség • El Niño-Southern Oscillation (ENSO)tengeráramlások, és különböző hőmérsékletű víztömegek okozta fokozott esőzés Dél Amerika partjainál, szárazság a nyugati csendes-óceáni partvidéken. Az áramlás iránya megfordul, nyugatról fúj.

28. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK - ÖSSZEGZÉS 28 Talajközeli szélsebesség és légnyomáseloszlás januárban (Weischet, 1977) T: alacsony; H: nagy nyomású terület

29. GLOBÁLIS SZÉLRENDSZEREK - ÖSSZEGZÉS 29 Talajközeli szélsebesség és légnyomáseloszlás júliusban (Weischet, 1977) T: alacsony; H: nagy nyomású terület

30. Szél iránya, nagysága 30 SZÉL: Vektormennyiség » irány és nagyság Milyen magasan mérjünk? Milyen magasságra számítsuk át? Hogyan? Átlagolási idő: ? (3s, 10 s, 1 min, 10 min, 1 h) Forrás: http://shop.idokep.hu/images/products/idokep.hu/WS-TX20.jpg Forrás: http://www.wrds.uwyo.edu/images/wrds/wsc/climateatlas/chapter16/fig1611a.gif

31. A szél, mint adat 31 10 m-re átszámítva, 1 órás átlag, max.:9.2 m/s, 2005, forrás:OMSZ

32. A szél, mint adat 32 Budapest, Lágymányos 2005

33. A szél nagyságának és irányának mérése 33 Forrás: http://www.edsc.dk/Dansk/Produkter/Meteorologi/Sensorer/Cup%20anemometer/Cup.jpg Forrás: http://www.novalynx.com/images/200-ws-02.jpg

34. A szél nagyságának és irányának mérése 34 Forrás: http://www.globalspec.com/FeaturedProducts/Detail/ExtechInstruments/AN200_/50101/0 Forrás: http://www.campbellsci.com/images/05103.gif

35. A szél nagyságának és irányának mérése 35 Forrás:http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Airspeed_p1230157.jpg Forrás:http://content.answers.com/main/content/wp/en-commons/0/0d/Pitot_tube_types.jpg Forrás:http://www.dantecdynamics.com/Default.aspx?ID=1057

36. A szél nagyságának és irányának mérése 36 Forrás: http://www.circuitcellar.com/library/print/0106/Cyliax-186/2601013-f4-t.jpg Forrás: http://www.licor.com/env/Products/GasAnalyzers/7500/7500_graphics/anemometer.jpg Forrás: www.ekopower.nl/gill-anemometer.html

37. A szél nagyságának és irányának mérése 37 Forrás:http://www.dantecdynamics.com/Default.aspx?ID=1046 Forrás: http://mrbarlow.files.wordpress.com/2007/09/doppler_overview.jpg

38. A szél nagyságának és irányának mérése 38 Radio Acoustic Sound System SOnic Detection And Ranging szél és turbulencia mérésére ~ 30 m -1000 m rétegben, felbontás ~10 m Akusztikai hullámok visszaverődnek a hőmérsékleti inhomogenitásokról (turbulens örvények) » széllel mozognak » Doppler-frekvencia eltolódás különböző sugárirányok melletti mérés » 3D széladat RASS: Hőmérsékleti profil mérés Rádióhullámok visszaverődése a SODAR akusztikai hullámairól Doppler-frekvencia eltolódás a hangsebesség függvénye, amely a hőmérséklettől függ Forrás:http://eflum.epfl.ch/research/images/sodar_principle.gif

39. A szél nagyságának és irányának mérése 39 Forrás:http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cowex/wind1.jpg Forrás: http://lidar.jpl.nasa.gov/falo.jpg Forrás:http://salmon.nict.go.jp/systemsum/rayleigh/dopp_e.png Szél-, hőmérséklet- és nedvességprofil mérésére ~60 km-ig (földi) ~40 km-ig (légi), 10-40 m-es felbontással, ~0.25 m/s-os pontossággal, ~10 Hz időbeli felbontással

40. Köszönöm a figyelmet!