How To Read Skew-T Charts

Ha még nem láttál Skew-T diagramot, akkor azt mondani, hogy egy kicsit ijesztőnek tűnhet, az egy hatalmas alulértékelés. De egy kis gyakorlással Skew-T mesterré válhatsz, és új ajtókat nyithatsz meg a különböző meteorológiai témák megismeréséhez. A Skew-T diagramok hihetetlenül hasznosak a légkör szerkezetének gyors és pontos áttekintéséhez a felszíntől egészen 100 000 láb magasságig, és már régóta léteznek – egészen pontosan 1947 óta1.

A Skew-T diagramok leggyakrabban a rádiószondák által mért paraméterek ábrázolására szolgálnak, ahogy azok a légkörben emelkednek. Csak három mérést ábrázolnak: hőmérséklet, harmatpont és szélsebesség (a szél sebessége ÉS iránya). Ezenkívül a Skew-T-n 5 vonal található: izoterma, izobárok, száraz adiabátok, nedves adiabátok és telítési keveredési arány vonalak.

Amellett, hogy egyszerűen sablonként szolgálnak a hőmérséklet, a harmatpont és a szél ábrázolásához, a Skew-T-k hasznosak a légkör fontos szintjeinek és paramétereinek helyének és értékeinek egyszerű megtalálására. A CAPE, az LCL és az LFC csak néhány olyan dolog, amelyet egy Skew-T segítségével könnyen megtalálhatunk.

Kezdjük utazásunkat azzal, hogy megismerjük a Skew-T egyes vonalait.

Izotermák

Az izotermák állandó hőmérsékletű vonalak. Ezek a Skew-T diagram névadói, mivel 45 fokkal jobbra ferdék. A Ts ferdítése kissé unintuitívnak tűnhet, de a Skew-T segítségével könnyen kiszámíthatunk olyan fontos légköri szinteket és paramétereket, mint az emelő kondenzációs szint (LCL), a szabad konvekció szintje (LFC), az egyensúlyi szint és a CAPE. A Stüve olyan, mint a Skew-T, de a ferde hőmérsékleti vonalak nélkül. A legtöbb meteorológiai alkalmazáshoz nem olyan hasznos, mert a rajta lévő adiabátok nem görbék, vagyis nem tudjuk pontosan kiszámítani a fent felsorolt dolgokat.

Isobárok

Az izobárokat “állandó nyomású vonalak”-ként definiálják. A Skew-T diagramon az y-tengelyen a nyomást, NEM a magasságot ábrázolják, így az izobárok egyszerűen párhuzamosak az x-tengellyel. Mivel a nyomás a magassággal lassabban csökken, minél magasabbra megyünk, a nyomást logaritmikusan ábrázolják a Skew-T diagramokon. Emiatt a Skew-T diagramokat általában Skew-T/Log-P diagramnak is nevezik. Ha nem logaritmikusan ábrázolnánk a nyomást, a Skew-T diagramok olyan magasak lennének, mint amilyen magasan az általuk ábrázolt meteorológiai ballonok utaznak – körülbelül 100 000 láb magasan!

Száraz adiabátok

Adiabatikus folyamatok olyan folyamatok, amelyekben nem történik hőcsere a külső rendszerrel (esetünkben a légkörrel), és a száraz adiabátok megmutatják, hogy egy telítetlen csomag mennyire hűl le, amikor a légkörön átemelkedik. Valószínűleg arra gondolsz, hogy “hogyan hűlhet le egy csomag úgy, hogy közben megmarad ugyanaz a hőtartalom?”. Nos, ne feledje, hogy ahogy egy légcsomag felemelkedik, kitágul, mivel a környező légkör kisebb nyomást gyakorol rá, így a teljes hőtartalom ugyanaz marad.

Az adiabatikus folyamatok a termodinamika első törvényének következményei, amely kimondja, hogy egy gáz bizonyos tömegéhez hozzáadott hő egyenlő a belső energia változásával + a gáz által a környezeten végzett munkával. Néhány ügyes matematikai manőverrel és az ideális gázok törvényének alkalmazásával azt találjuk, hogy az első törvény kimondja, hogy a hőmérséklet változása pozitívan korrelál a nyomás változásával. Ezt és még többet fogok tárgyalni egy későbbi bemutatóban, de a fontos dolog, amit tudnunk kell, hogy amikor egy telítetlen légtömeg felemelkedik és MINDEN légtömeg süllyed, akkor ezekkel az adiabatákkal párhuzamosan fog haladni.

Ezek az adiabátok követik a “száraz adiabatikus lappse sebességet”, ami körülbelül 10 Celsius-fok kilométerenként.

Nedves adiabátok

Amikor telített levegő emelkedik, akkor a “telítési” vagy “nedves adiabákat” követi. Amikor a levegő eléri a telítettséget, a gáznemű vízgőz folyékony vízcseppekké kondenzálódik, és ez a fázisátalakulás “látens hőt” szabadít fel a légkörben. Emiatt a nedves adiabatikus elfolyási sebesség MINDIG kisebb, mint a száraz adiabatikus elfolyási sebesség, de ahogy fentebb láthatjuk, a nedves adiabaták NEM párhuzamosak, és eléggé változnak mind a hőmérséklettel, mind a magassággal.

A nedves adiabatákkal kapcsolatban a legfontosabb dolog, amit észben kell tartani, hogy egy telített légtömeg CSAK akkor követi őket, ha emelkedik. Ha a csomag süllyed, akkor a telítettségtől távolodik, és a száraz adiabatákat fogja követni.

Telítettségi keveredési arány vonalak

A telítettségi keveredési arány az az arány gramm vízgőz/kilogramm levegőben, amelyet egy légtömegnek egy adott nyomáson és hőmérsékleten kell mutatnia ahhoz, hogy “telítettnek” lehessen tekinteni. Ha egy légtömeg egyszer már telített, akkor általában nem tud több vízgőzt megtartani.

Most, hogy ismerjük a vonalakat – nézzük meg, hogyan használhatjuk őket a légkör néhány különösen fontos szintjének kiszámításához. Megtanuljuk, hogyan számítsuk ki az emelő kondenzációs szintet (LCL), a konvektív kondenzációs szintet (CCL), a szabad konvekció szintjét (LFC) és az egyensúlyi szintet (EL), valamint a konvektív rendelkezésre álló potenciális energiát (CAPE) és a konvektív gátlást (CIN).

Lifting Condensation Level (LCL)

Az LCL az a nyomásszint, amelyet egy levegőcsomagnak fel kell emelnie (adiabatikusan szárítani) ahhoz, hogy telítetté váljon. Az LCL meghatározásához kövesse a száraz adiabatát a felszíni környezeti hőmérsékletből és a telítettségi keveredési arány vonalat a felszíni harmatponti hőmérsékletből. Ezek metszéspontja jelzi az LCL helyét. Az LCL azért fontos, mert ez jelzi azt a helyet, ahol a légtömeg megszűnik a száraz adiabatikus elfolyási sebességgel emelkedni, és átvált a nedves adiabatikus elfolyási sebességre.

Konvektív kondenzációs szint (CCL)

Az ehhez szorosan kapcsolódó szint a konvektív kondenzációs szint, vagy CCL. A CCL az a nyomásszint, amelyen egy csomag, ha a “konvektív hőmérsékletre” felmelegedne, szabadon felemelkedne és gomolyfelhőt képezne. A konvektív hőmérséklet az a hőmérséklet, amelyet a felszínnek el kell érnie ahhoz, hogy a levegő szabadon emelkedhessen, a CCL pedig a környezeti hőmérséklet (NEM a felszíntől számított száraz adiabat… az az LCL) és a felszíni harmatponti hőmérséklettől számított telítési keveredési arány vonalának metszéspontjában van.

Megjegyzések: Az LCL és a CCL hasznos a felhőalapok magasságának meghatározásához. A nem konvektív felhők esetében, amelyek kénytelenek emelkedni, az LCL jó közelítés. Másrészt a CCL jobb becslés a konvekció által kialakult felhők, például a gomolyfelhők esetében. A valóságban a felhőalapok általában valahol az LCL és a CCL között vannak.

Az ok, amiért a sivatagi zivataroknak gyakran magas az alapjuk, az az, hogy a felszíni harmatpontok ott alacsonyak, ami miatt az LCL és a CCL magasan van a légkörben. Ezzel szemben a nedves helyeken lévő zivataroknak általában alacsonyabb az alapjuk, mert az LCL alacsonyabb.

A szabad konvekció szintje (LFC)

Az LFC az a nyomásszint, amelyet egy légtömegnek fel kellene emelnie ahhoz, hogy hőmérséklete megegyezzen a környezeti hőmérséklettel. Ezt úgy találjuk meg, hogy a nedves adiabat az LCL-től addig vesszük, amíg a környezeti hőmérsékletet nem metszi. Ezután a légcsomag melegebb, mint a környezete, és szabadon emelkedhet (innen az elnevezés – szabad konvekció szintje).

Van néhány elszigetelt helyzet, amikor ez a megközelítés nem működik – például ha a felszín elérte a fent említett “konvekciós hőmérsékletet”, az LFC a felszínen van. De a helyzetek túlnyomó többségében ez a módszer gyönyörűen működik.

Nem minden szondázásnak van LFC-je. Ha a nedves adiabat soha nem metszi a környezeti hőmérsékletet, mert a légkör viszonylag stabil, és nem mutat éles hőmérsékletcsökkenést a magassággal, akkor nincs LFC. Ráadásul sok helyen, ahol nappal van LFC, éjszaka nincs, amikor a felszín hűvösebb és a légkör stabilabb.

Egyensúlyi szint (EL)

Az egyensúlyi szint csak akkor létezik, ha van LFC, és az a szint, ahol a légtömeg útját jelölő nedves adiabat újra keresztezi a környezeti hőmérsékletet. Az EL-en a légpárna hőmérséklete megegyezik a környezetével, felette pedig hűvösebb és sűrűbb. Az EL-t a zivatarok “üllői” alapján lehet megtalálni, mivel ezek jelzik azt a helyet, ahol az emelkedő légtömeg már nem rendelkezik pozitív felhajtóerővel. A zivatar “túlszárnyaló teteje” meghaladja az egyensúlyi szintet, de ez csak azért van, mert a vihar rendkívül erős felhajtóerejének lendülete lehetővé teszi, hogy nagyobb magasságot érjen el, NEM azért, mert az egyensúlyi szint feletti levegő pozitív felhajtóerővel rendelkezik.

Konvektív rendelkezésre álló potenciális energia (CAPE) és konvektív gátlás (CIN)

A CAPE a környezeti hőmérséklet és a nedves adiabatikus lapse rate mentén emelkedő csomag hőmérséklete által határolt terület. Definíció szerint a CAPE alsó határa az LFC, felső határa pedig az EL. Mivel a CAPE azt méri, hogy egy légtömeg milyen felhajtóerővel rendelkezik a környezetéhez képest, felhasználható a viharban a feláramlások maximális erősségének becslésére, és ezzel összefüggésben arra, hogy a vihar milyen súlyossá válhat. Ha nagy viharokat akarunk, akkor nagy CAPE-re van szükségünk.

A CIN a CAPE ellentéte: míg a CAPE a pozitív felhajtóerőt és a lehetséges konvekció erősségét méri, a CIN a negatív felhajtóerőt és a konvekcióval szembeni ellenállást. A CIN-t a jobb oldali környezeti hőmérséklet és a jobb oldali emelkedő csomag hőmérséklete határolja, és az LFC-től lefelé mérik addig a pontig, ahol a környezet hőmérséklete és a csomag hőmérséklete megegyezik, ami szinte mindig a felszín. Ezen a területen a csomag hőmérséklete alacsonyabb, mint a környezeté, így a csomag sűrűbbé válik, és külső kényszer hiányában süllyedni kezd. A CIN általában a kora reggeli órákban tetőzik, és napközben csökken, ahogy a nap felmelegíti a felszínt.

A CIN valójában a súlyos viharok szükséges összetevője, mert lehetővé teszi, hogy a CAPE óriási szintre emelkedjen azáltal, hogy megakadályozza a konvekciót és a légkör keveredését a reggeli órákban. Amikor a felszíni felmelegedés végül leépíti a CIN-t, a CAPE-értékek csillagászati méretűvé válnak, és minden viharfejlődés robbanásszerűvé válik, ami nagy jégesővel, károkozó széllel és tornádókkal járó erőteljes szupercellákhoz vezet.

Itt egy klasszikus, Oklahoma Cityből származó heves időjárási hangfelvétel, amely 3 órával a 2013-as pusztító Moore, OK EF-5 tornádó előtt készült. Nézze meg, hogy megtalálja-e az LCL-t, CCL-t, LFC-t, EL-t, CAPE-t és CIN-t ezen a hangzáson!

Köszönöm az olvasást, remélem, tanultál valamit!

Az író Charlie Phillips – charlie.weathertogether.net. Utolsó frissítés 2017. 5/17.

1. National Weather Service (n.d.). Skew-T Log-P diagramok. Letöltve: 2017. május 10. http://www.srh.noaa.gov/jetstream/upperair/skewt.html
2. University Corporation for Atmospheric Research (n.d.). Skew-T elsajátítása. Retrieved May 17, 2017, from http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/skewt/
3. Ladd, R. (2014, April 25). A heves időjárás-hangjelzés alapjai. Retrieved May 17, 2017, from http://wx4cast.blogspot.com/2014/04/the-basics-of-severe-weather-sounding.html