Hidrológiai Közlöny 2004 (84. évfolyam)
2. szám - Fövényi Attila: A téli csapadék halmazállapotának valószínűségi előrejelzése és ennek hidrológiai felhasználhatósága
34 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2004. 84. ÉVF. 2. SZ. A csapadék keletkezése télen A csapadék típusát, végső halmazállapotát több, különböző hatás alakítja ki. Ezek egyrészt felhőfizikai folyamatok, amelyek a hullani kezdő csapadékelem sugarát, alakját, tömegét határozzák meg, másrészt a hullás közben fellépő hatások, amelyek vagy megolvasztják, vagy megnagyobbítják, esetleg újrafagyasztják a hulló részecskét. Ez utóbbiakat vizsgáltuk mi, amelyek főként a hőmérsékleti légrétegződéstől filggenek. A mérsékelt égövön a csapadék szinte kizárólag vegyes halmazállapotú felhőkben keletkezik. A halmazállapot lehet gőz, folyékony (ez télen hiányozhat), túlhűlt és szilárd. Télen a felhőkben szinte kizárólag hókristályok keletkeznek, amelyeknek sugara és alakja a felhőben uralkodó hőmérséklettől, a túltelítettség mértékétől, a szél sebességétől fílgg elsősorban. Néhány esetben azonban jégdara (zivatarfelhők), vagy alacsony szintű rétegfelhő esetén apró vízcseppek vagy túlhűlt vízcseppek keletkeznek. A feláramlás bizonyos ideig akadályozhatja a lefelé történő mozgást, ezért a felhőben található túlhűlt vízcseppekről a víz átpárolog a hókristályokra, és megnöveli méretüket. Ez az átpárolgás a -10, -13 °C közötti intervallumban a leggyorsabb. Amennyiben a hókristályok tömege elég nagy lesz ahhoz, hogy legyőzzék a felhőben uralkodó feláramlást, elkezdenek lefelé mozogni. Mozgás közben ütköznek más részecskékkel (túlhűlt víz, hókristály), így általában tovább növekednek, de túl erős ütközés esetén összetapadás helyett széttörhetnek a hulló pelyhek. A felhőből kikerülő kristályok mérete nagyon hasonló, nagyság szerinti eloszlásuk haranggörbe alakú. Míg a kristályok a felszín felé mozognak, újabb hatások érik őket. Amennyiben a felhő alatt a levegő száraz (ez záporos jellegű csapadékok esetében fordul elő leginkább), a hulló kristályok, mielőtt elérik a talajt, elpárologhatnak, elszublimálhatnak. Ez télen nagyon ritkán fordul elő, hiszen hideg levegőben gyenge a párolgás, de a kristályok mérete csökkenhet. Ha a felhő alatt erős a légáramlás, a hópelyhek méretüktől függően tovább szóródhatnak, és esetenként a felhőtől nagyon távol érnek talajt. Amennyiben a felhő alatt a hőmérséklet pozitív, a pozitív hőmérsékletű réteg vastagságától és átlaghőmérsékletétől függően a kristályok részben vagy egészében elolvadhatnak. Ha az olvadás után újra negatív hőmérsékletű rétegbe ér a csapadékelem, már nem hókristály, hanem túlhűlt vízcsepp illetve fagyott eső vagy ónos eső keletkezik belőle. A halmazállapot valószínűségi előrejelzése Az általunk kidolgozott módszerrel megpróbáltuk az összes létező téli csapadék halmazállapotot előre jelezni. Ez az öt halmazállapot a hó (szilárd), havas eső (vegyes), eső (folyékony), ónos eső (túlhűlt) és a fagyott eső (újrafagyott). Vizsgálataink során feltételeztük, hogy a felhőből elinduló csapadék halmazállapota hó, amely az esetek jelentős részében igaz is. Ez alól kivétel az erősen fejlett zivatarfelhő, hiszen abban nem csak hókristályok, hanem hódara, jégdara is található. Ilyen, erősen fejlett zivatarfelhő a téli hónapokban szerencsére csak ritkán fordul elő hazánkban, bár márciusban és áprilisban már nem szokatlan. A másik, nem hókristályokból álló felhőzet, a hidegpárnás rétegfelhő, amelyből a hőmérséklettől függően szitálásként, ónos szitálásként vagy szemcsés hóként kezd hullani a csapadék. Azokat az eseteket, amikor ilyen csapadék hullott, kizártuk a vizsgálatainkból. Vizsgálataink során feltételeztük továbbá, hogy a csapadék halmazállapota a talaj és a talaj + 3000 m közötti légrétegben alakul ki. Ez az esetek jelentős részében igaz, hiszen a jelentősebb (2 mm feletti) csapadékot adó felhők teteje a téli hónapokban a rádiószondás felszállások alapján általában 3-5 km közötti magasságban van. Természetesen, főleg kisebb csapadékok esetén, a csapadék sokkal vékonyabb felhőkből is hullhat, amelyeknek a teteje csak 1800-2500 m között van, de mint vizsgálataink alapján kiderült, a csapadék végső halmazállapota (elsősorban az ónos eső és a fagyott eső kivételével) az alsó 1000 méteres rétegben alakul ki . 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 r -15 -10 -5 0 5 10°C 0m = talaj Hl+H2+... + H10 = 3000 S1 = H1 Ti S10=H 10 Tio 1. ábra -A vertikális hőmérsékleti profil, az olvadási (S2) és az újrafagyási (Sl) réteg A talajtól számított alsó 3000 m-es rétegben megvizsgáltuk a pozitív és negatív hőmérsékletű rétegek egymáshoz viszonyított elhelyezkedését, vastagságukat és átlaghőmérsékletüket (/. ábra). Feltételezéseink alapján maximum 10 egymást követő pozitív-negatív hőmérsékletű réteg helyezkedhet el egymás fölött a talajtól számított alsó 3000 méteres rétegben. A gyakorlat igazolta várakozásainkat, hiszen a vizsgált 22 év alatt mindössze háromszor fordult elő a pesti felszállásokban 5 egymást váltó réteg, és az 1996-1999 közötti időszakban az ALADIN modell előrejelzéseiben sem fordult elő hatnál több ilyen váltás. Összesen 14 különböző hőmérsékleti légrétegződési típust határoztunk meg, és ezekhez a típusokhoz 9 fajta halmazállapot számítási algoritmust dolgoztunk ki. Az algoritmusok azt mutatták, hogy a hőmérséklet és a magasság szorzata, valamint a halmazállapot valószínűsége között logaritmikus kapcsolat áll fenn. Az algoritmusok segítségével képesek vagyunk előre jelezni, hogy adott hőmérsékleti rétegződés mellett, mekkora valószínűséggel éri el a csapadék hó, havas eső, eső, ónos eső, fagyott eső formájában a talajt. A módszer tesztelése A kapott egyenleteket és együtthatóikat statisztikai adatbázisunkon teszteltük. A korrelációs együtthatókat a teljes értelmezési tartományra kiszámoltuk, arra a tartományra is, ahol vegyes halmazállapotú csapadék (hó, eső, ónos eső, havas eső, fagyott eső) is előfordulhat.
