A hőhullámok nyomában
Az időjárásról nehéz nem tudomást venni, főleg ezekben a napokban. A téma aktualitásánál fogva kezdtünk bele ebbe a cikkbe, amelyben azt szeretnénk megvilágítani, hogy minek is köszönhető az időjárás egyre szélsőségesebb jellege. Miért sújtanak le ránk hetekig tartó tikkasztó hőhullámok, majd miért hűl le szinte egyik napról a másikra a levegő, és rontja el nyaralásunkat egy 5-10 napon át tartó borús, esős időszak a nyár közepén. Utóbbiak azok a napok, amikor dühösen dörmöghetjük magunk elé: „Nesze neked globális felmelegedés!”. A „felmelegedés” kifejezés noha pontos az átlagos tendenciákat illetően, valójában sokkal kifejezőbb, ha klímaváltozásról beszélünk. Az átlagos felmelegedés ugyanis sok esetben nem szárazságot és a higanyszálakat az ég felé hajtó meleget eredményez, hanem pusztító viharokat, hatalmas esőzéseket, sőt, néha hetekig tartó havazásokat és lehűléseket is. Miért történik mindez?
Bizonyára sokan látták az elmúlt héten a híroldalakat bejáró „Omega-blokk” képét. Ez a látványos, színes diagram aligha mond sokat önmagában, de reményeink szerint a magyarázat végére egy kicsit közelebb hozhatjuk a mögöttes tartalmat az olvasókhoz. Ehhez azonban messziről kell indulnunk!
Időjárásunk ugyan változékony, de a földi atmoszféra ennek ellenére rendelkezik bizonyos állandó, nagyméretű áramlási struktúrákkal, úgynevezett cellákkal. Ha bolygónk nem forogna, tengelye nem zárna be szöget a keringési síkkal, és felszínén nem lennének kiterjedt óceánok, meg ha még kereke is lenne..., akkor az áramlási cellák meglehetősen unalmasak lennének! Konkrétan egy-egy hatalmas cella uralná mind az északi, mind a déli félgömböt.
Az Egyenlítőre merőlegesen érkeznének a napsugarak, míg a sarkvidékekre meglehetősen laposan, aminek következtében az előbbi környezetében magasabb lenne a hőmérséklet. A meleg levegő sűrűsége kisebb a hidegénél, így elkezdene felfele áramlani, a felszálló légtömegek pedig a sarkok felől szívnának helyükbe hideg levegőt. A légkör felső rétegeiben a sarkok felé igyekvő légtömegek aztán ott lehűlve leereszkednének, ezzel bezárva a cellát.
Valójában azonban a Föld forgástengelye 23,5 fokot zár be a keringési síkkal, emiatt nem mindig az Egyenlítőre érkeznek merőlegesen a napsugarak. Továbbá az északi félgömbön sokkal több a szárazföld, mint a délin, ráadásul a planéta forog is, ami alapvető hatást gyakorol az áramlásokra (annak idején az ELTE fizikus szakán a „Környezeti Áramlások Hidrodinamikája” tantárgy keretében szinte minden héten rácsodálkozhattunk a forgás okozta következményekre). Ezen tényezők együttes eredményeként az áramlási cellák az alábbi formát öltik: 
Egyetlen hatalmas zóna helyett hármat különíthetünk el:
1. Hadley-cella: megközelítőleg a 30. szélességi kör és az Egyenlítő közt húzódik. A meleg levegő az Egyenlítő felé áramlik a felszín közelében (ez a passzátszél), ahol aztán hőmérsékleténél fogva felemelkedik. A felszálló légtömegek lehűlnek, aminek következtében kicsapódik belőlük a páratartalom, ezzel létrehozva a trópusi esőzéseket. Az ily módon kiszáradó levegő utána ismét leszáll a 30. szélességi kör vidékén, ezzel létrehozva a szubtropikus övben megtalálható sivatagokat.
2. Ferrel-cella: a mérsékelt övet uralja ez a cella, melyben a felszín közelében a meleg, szubtrópusi levegő észak fele áramlik (hőséget hozva Európába).
3. Poláris-cella: a 60. szélességi köröknél föláramló levegő egy része a légkör felső rétegeiben a sarkok felé veszi az irányt, ahol lehűlve és leereszkedve létrehoz egy magasnyomású zónát. A felszín közelében aztán a hideg sarkvidéki levegő visszaáramlik a mérsékelt öv felé.
A leírásban északi és déli áramlásokról beszéltünk, de ha az ábrára tekintünk, akkor azt láthatjuk, hogy a felszíni szeleket illusztrálni hivatott nyilak kelet vagy nyugat felé „kanyarodnak”. Ennek oka a Föld forgásából adódó Coriolis-erő. Nézzük meg, hogy miről van szó! 
Mivel a Föld saját tengelye körül forog, így felszínének minden pontja rendelkezik egy bizonyos sebességgel. Ez a sebesség annál nagyobb, minél messzebb található az adott pont a forgástengelytől. Ne feledjük, ha gömbként tekintünk a bolygóra, akkor a Föld középpontjától a felszín minden pontja ugyanolyan messze van, de a forgástengelytől már nem: a sarkpontok éppen a tengelyen vannak, míg az Egyenlítő pontjai a tengelytől a lehető legtávolabb. 1 nap leforgása alatt minden pontnak körbe kell érnie, így a messzebb lévők kénytelenek jobban igyekezni. Ennek következtében a kerületi sebesség az Egyenlítőnél lesz a legnagyobb, és a sarkok felé haladva fokozatosan csökken. Mi történik így egy légtömeggel, amely egy adott szélességi körről északi irányba indul (az északi félgömbön)?
A légtömeg alatti felszín pontjainak kerületi sebessége észak fele fokozatosan csökken, a légtömeg viszont tehetetlenségénél fogva megőrzi a nagyobb sebességét, és „lehagyja” a felszínt, vagyis pusztán északi haladás helyett jobbra fordul, és a szél kelet felé kezd fújni. Ugyanezen logika mentén haladva könnyen belátható, hogy a dél felé induló légtömegek pedig „lemaradnak”, és ezáltal az északi félgömbön ismételten csak jobbra fordulnak, vagyis a szelek nyugat felé fújnak. A déli félgömbön a hatás éppen ellentétes lesz. Ezt láthatjuk az ábrán, és ezért fújnak nyugati irányba a passzátszelek.
Az időjárás szempontjából fontos, hogy a cellák határainál magas és alacsony nyomású sávok alakulnak ki attól függően, hogy a légtömegek süllyednek vagy emelkednek. A felfelé emelkedő – és ezáltal lehűlő – légtömegek alacsony nyomású zónákat hoznak létre. A lehűlés miatt a pára kicsapódik, ami esőzésekhez vezet. Ez figyelhető meg a trópusokon illetve a 60. szélességi körök vidékein. Ezzel szemben a magas nyomású zónákban a levegő lefelé áramlik, ezáltal fokozatosan melegszik, amely nem vezet újabb pára kicsapódásához: az időjárás meleg és száraz lesz, mint a szubtrópusi területeken.
Ha az egyes cellák határai mindig ugyanott húzódnának, ezáltal mindig ugyanott lennének a magas és alacsony nyomású zónák, akkor időjárásunk nem lenne igazán változatos. Tapasztalatból tudjuk, hogy ez nem így van. Következő lépésként nézzük meg, hogy mi történik az egyes cellák határain, mert ezen határok eltolódása a felelős az időnként betörő hőhullámokért és azok maradásáért is! Vessünk egy pillantást az áramlási cellák keresztmetszeti képére:
Ezen az ábrán láthatunk két olyan zölddel jelölt képződményt, amelyekről ezidáig nem esett szó. Ezek az úgynevezett futóáramlatok (jet stream), amelyek közül a polárisra fogunk fókuszálni, mivel ez lényegesen erősebb, és sokkal fontosabb a hatása is.
A futóáramlat a szubtrópusok felől érkező meleg mérsékelt övi levegő és a hideg sarkvidéki levegő találkozásánál alakul ki, és döntő szerepet játszik az északi félgömb időjárásának alakításában. A két említett légtömeg találkozásánál – ez a poláris front - a hőmérséklet különbség igen jelentős, ami erős légáramlatokat hoz létre. A Coriolis-erő fentebb taglalt hatásának eredményeként ezek a légáramlatok eltérülnek, és létrehozzák a kelet felé süvítő futóáramlatot a poláris front felett. A futóáramlat 7-12 km magasságban húzódik, több száz kilométer széles, több kilométer vastag levegőréteg, jellemző sebessége pedig 160-320 km/h, de ennél magasabb értékeket is mértek már (4-500 km/h). Ezek az áramlatok körbeölelik egész bolygónkat:
Észrevehetjük, hogy a leírtak alapján várt „egyenes” nyugat-kelet irányú görbék helyett hullámokat láthatunk. Ezeket felfedezhetjük az alábbi meteorológia képen is, amelyet a szélsebesség alapján színeztek:
A hullámzás kialakulásának oka, hogy a légkörben számos lokális zavar is fellép, amelyek befolyásolják a nagyobb struktúrákat. Ilyenek például a hatalmas hegyvonulatok, amelyek megváltoztatják az áramlási viszonyokat, és felemelnek melegebb légtömegeket a légkör felsőbb részeibe. Ezen zavarok eredményeként kialakulnak ezek a jellegzetes hullámok, melyeket Rossby-hullámoknak nevez a szakirodalom. Mivel fentebb láttuk, hogy a futóáramlat és vele együtt a poláris front választja el egymástól a hideg és meleg légtömegeket, így a következő kérdés az, hogy miként viselkednek ezek a hullámok.
Az áramlástani egyenletekből levezethető, hogy minél kisebb az áramlási sebesség, annál nagyobb lesz a hullámok amplitúdója, vagyis annál kanyargósabbá válik ez a légköri folyam. Hasonlóan gondolhatunk erre, mint a hegységből a síkságra kifutó folyóra, amely lelassul, és kanyarogni - meanderezni - kezd. A meanderező futóáramlat következménye, hogy a trópusi meleg levegő időszakonként messze északra is eljut, míg máshol a hideg sarki levegő látogat délre.
A „kanyargásnak” azonban van egy másik következménye is: minél nagyobb a hullám amplitúdója, annál lassabban halad előre maga a hullám. Szélsőséges esetekben akár időszakosan meg is állhat, úgynevezett blokkokat formálva.
Nézzük meg, hogy mit jelent ez az időjárás szempontjából! Az alábbi ábrán látható két eset két különböző időjárási mintázatot eredményez Európa középső részén. 
Ha a futóáramlat relatíve „egyenes” - piros vonal –, akkor a hullámok gyorsan mozognak kelet felé magukkal szállítva a meteorológia képződményeket, ezzel változékony időjárást okozva: hol északról, hol délről tör be levegő egy adott térségbe. Ha azonban a futóáramlat lelassul, ezáltal kanyargósabbá válik – narancs görbe –, akkor a hullámok is lelassulnak, aminek következtében akármilyen is az időjárás egy adott területen, az úgy is marad akár hetekre is. Ha éppen egy messze északra felnyúló meleg légtömeg ragad be Közép-Európa fölé, akkor tikkasztó hőség lesz a lakosok osztályrésze hosszú napokig. Ezt tapasztalhatjuk most is, és ezt jelenti az a bizonyos Omega-blokk.
Már csak egy kérdést kell megválaszolnunk: miért alakul ki ez a meanderező mintázat egyre gyakrabban? Ahogy láttuk, ehhez az kell, hogy a futóáramlat sebessége csökkenjen. Valóban ez történik.
A klímaváltozást tulajdonképpen azért nevezzük globális felmelegedésnek, mert a Föld átlaghőmérséklete növekszik. Ez azonban nem azt jelenti, hogy mindenhol egyforma a növekedés üteme. Az északi sarkvidék feletti levegő ugyanis kétszer gyorsabban melegszik az átlagnál. Ennek több oka van. Az első, hogy a melegedés eredményeként egyre kisebb a sarki jégtakaró kiterjedése. A fehér jégpáncél helyét a sötétkék óceán veszi át, amely kevesebb napfényt ver vissza, ezzel még tovább erősítve a hőelnyelést. Ezen kívül a Föld növekvő átlaghőmérséklete miatt az egész bolygón felgyorsul a párolgás mértéke, aminek eredményeként a légkörben több a vízpára. A sarkvidék fölé érkező légtömegek lehűlnek, a lehűlés következtében a pára kicsapódik – ez már önmagában hőleadással jár –, vagyis felhők képződnek, melyek tovább erősítik az üvegházhatást. A következmény: a trópusi területek és a sarkvidék közti hőmérséklet különbség folyamatosan csökken, hiszen utóbbi gyorsabban melegszik. A kisebb hőmérséklet különbség gyengébb légáramlatokat eredményez, amelynek következtében a futóáramlat is lassul. A lassuló áramlat kanyarogni kezd, a nagyobb amplitúdójú hullámok haladási sebessége pedig lecsökken, ami „blokkosítja” az időjárást: néha hőhullámokkal, máskor hetekig tartó havazással és „szibériai” hideggel sújtva a lakosságot.
A magaslégköri átlagos szélsebesség (folytonos vonal) és a sarki jégtakaró területe (szaggatott vonal) közti korreláció
(Jennifer Francis, based on data from the National Center for Environmental Prediction, National Center for Atmospheric Research, and National Snow and Ice Data Center)
Ezzel a történet végére értünk. Reméljük, hogy sikerült egy kicsit közelebb hozni az olvasókhoz az időjárás szeszélyeinek megértését, és ezzel talán egy új szemszögből megvilágítani, hogy miért is jár nagyon súlyos következményekkel a globális felmelegedés. A téma iránt jobban érdeklődőknek ajánljuk Prof. Jennifer Francis alábbi előadását és a lejjebb megtalálható hivatkozásokat.
---------------------------------------------------
National Weather Service: Global Weather
A beágyazott előadás
---------------------------------------------------
(Ha a kedves olvasó semmiképpen nem szeretne lemaradni a Facebook oldal frissítéseiről sem, akkor látogasson el az oldalra, és a fejlécben található „Tetszik” ikonon található kis nyíl segítségével megnyitható legördülő menüben kattintson az „Értesítéseket kérek” opcióra.)
