Mi a zivatar?
Ahhoz hogy zivatarról beszéljünk két jelenségre van szükség. Először is egy speciális felhőfajtára, amelyet zivatarfelhőnek (latinul Cumulunimbusnak) nevezünk, másrészt villámlásra, dörgésre, azaz elektromos kisülésre. A csapadék nem szükségszerű a zivataroknál, léteznek száraz zivatarok is, amelyből nem hull eső. Ugyanakkor a zivatarokat gyakran kíséri heves eső, viharos szél, sőt akár jégeső is.
A zápor nem zivatar!
Ne keverjük össze a záporokat és a zivatarokat! A zápor egy csapadékforma, amely intenzív csapadék hullást jelent (3mm/óra intenzitás). A zivatarnál, mint láttuk nem szükségszerűen van csapadékhullás. De a záporok továbbfejlődéséből gyakran alakulnak ki zivatarok.
Avihar a fentiekkel szemben a szélhez köthető jelenség. Akkor beszélünk viharról, amikor a szél sebessége meghaladja a 66km/órás sebességet. Köznapi értelemben azonban a vihar szót gyakran használják a heves zivatarok helyett.
Ahogy korábban is említettük megkülönböztethetjük a zivatarokat aszerint, hogy adnak e csapadékot vagy sem. Amennyiben nincs csapadék úgy száraz zivatarról beszélünk, amelyet dörgés-villámlás és szélerősödés kísér. Ha van csapadék is, úgy „nedves” zivatarokról beszélünk, ezek általában hevesebbek a száraz zivataroknál.
Igen ritkán előfordul, hogy a zivatarokból nem eső, hanem hó hull, ekkor hózivatarokról beszélünk.
A zivataroknak többféle fajtája van (multicellás, szupercella), ezekről később bővebben olvashatsz.
A zivatarok keletkezése
A zivatarok kialakulásához három tényező szükséges. Az első, a levegő elegendően magas páratartalma, azaz, hogy a levegő sok vízgőzt tartalmazzon. A második feltétel a levegő instabilitása, amelyről hamarosan még szót ejtünk, míg a zivatarok kialakulásához szükséges harmadik tényező egy olyan mechanizmus, ami a levegőt emelkedésre készteti.
Nézzük ezeket sorra:
- A levegő páratartalma. Ez nem igényel túl sok magyarázatot. Ahhoz, hogy felhők keletkezzenek, és csapadék hulljon víz szükséges. Ha nincs kellő víz a légkörben, akkor hiába van meg a két másik tényező, nincs elegendő „alapanyag” a felhők kialakulásához. Éppen ezért kedvező a zivatarok kialakulásához, amikor délről nagy nedvességtartamú levegő érkezik a Kárpát-medencébe.
- Levegő instabilitása: A légkörben felfele haladva általában csökken a levegő hőmérséklete. Ennek az az oka, hogy a napsugárzás elsősorban a földfelszín melegítésével melegíti a légkört. Ezért a talajtól felfele távolodva egyre alacsonyabb a levegő hőmérséklete. Ha a talajfelszín közelében a levegő felmelegszik, akkor a felmelegedő levegő elkezd felfele emelkedni (hasonlóan a forrásban lévő leveshez). Minél jobban csökken a levegő hőmérséklete felfele haladva, annál könnyebben emelkedik felfele a meleg levegő is. Ebből a levegőből alakulnak ki a felhők, majd a zivatarfelhő is. Az sem ritka azonban, hogy a légkörben kialakul egy olyan szakasz, ahol felfele haladva a hőmérséklet nem csökken, hanem inkább növekszik. Ezt a helyzetet nevezzük hőmérsékleti inverziónak. Ezen a zárórétegen a talajközelből felszálló levegő sokszor nem tud „áttörni”. Ilyenkor gomolyfelhők lesznek az égen, de zivatar nem alakul ki. Ha az inverzió nem túl erős, akkor egy-egy feláramlásnak sikerülhet áttörnie az inverziós réteget, és ilyenkor heves zivatarok alakulnak ki, mert igen sok energia halmozódott fel az inverziós réteg alatt, és a környező területeken nincs más zivatar. Ha nincs inverzió, és a feltételek is adottak a zivatarképződéséhez, akkor leggyakrabban számos kis zivatar alakul ki. Éppen nagy számuk miatt ezek kevésbé hevesek, mint az inverziós helyzetben kialakuló zivatarok.
- A harmadik tényező, amelyre szükség van, valamilyen emelő hatás, amely a levegőt emelkedésre készteti. Ez lehet a már korábban említett napsugárzás, amely levegőt felmelegítve emelkedésre kényszeríti azt. Így alakulnak ki a hőzivatarok. A másik fontos emelő hatás, az un. frontális emelés, amikor egy hidegfront érkezése során nagy mennyiségű hideg levegő hatol be, és a Kárpát-medencében lévő melegebb levegőt maga előtt „tolva” felemeli azt. Ilyenkor gyakran igen heves zivatarok képződnek. E két legfontosabb ok mellett emelő hatás lehet a domborzatnak is. Ha a szél irányában egy magas hegylánc áll, akkor a levegő felemelkedésre kényszerül, hogy megkerülje az akadályt. Ez az emelkedés, szintén a zivatarok kiváló oka lehet. Ezt az orografikus emelésnek nevezett helyzetet hazánkban is meg lehet figyelni, különösen a Bükk és Mátra hegységeknél. Végül emelő hatása lehet egy zivatarnak is. A zivatarfelhőből leáramló hideg levegő szétterül, és ez a szétterülő levegő, beleütközve a környező melegebb levegőbe megemelheti azt, újabb zivatarokat generálva.
Egy tipikus zivatar élete
A zivatar kifejlődési állapotában a meleg és nagy nedvességtartalmú levegő felemelkedik. Ha a felemelkedő levegőben a levegő páratartalma nem éri el a 100%-ot, akkor a levegő hőmérséklete 100 métert felfele haladva éppen 1oC fokkal csökken. Minél alacsonyabb a levegő hőmérséklete, annál kevesebb vízgőzt tartalmazhat. Éppen ezért a felfele haladó, és csökkenő hőmérsékletű levegő, vízgőzzel való telítettsége egyre nő, amíg el nem éri a 100%-ot. Ekkor a vízgőz kicsapódik, és felhő keletkezik. A vízgőz kicsapódása hőt fejleszt, ezért a tovább emelkedő levegő hőmérséklete száz méterenként már csak 0,6oC fokkal csökken. Ez nagyon fontos, hiszen ezzel a többlet meleggel a felemelkedő levegő tovább emelkedhet.
Ha a környező levegő hőmérséklete felfele haladva ennél nagyobb mértékben csökken (azaz a légkör instabil), akkor a talajközelből induló levegő tud felfele haladni tovább, hiszen még mindig melegebb, mint a környezete. Ha a környező levegő hőmérséklete felfelé kisebb mértékben csökken, vagy éppen növekszik (lásd hőmérsékleti inverzió) akkor az emelkedés megáll és nem nőnek a felhők tovább. Végeredményben ha ismerjük egy légtömeg hőmérsékletét a földfelszínen valamint a levegő hőmérsékletét a troposzféra, azaz az alsó légkör különböző szintjein akkor kiszámolható, hogy milyen magasságig fog a levegő felszállni
Amikor a felhő először megjelenik akkor gomolyfelhők un. Cumulusok keletkeznek. Ennek első állapota a Cumulus humilis, vagyis egyszerű, vagy másképpen szerény gomolyfelhő. Ahogy a gomolyfelhők növekednek elérik a Cumulus mediocris, azaz mérséklet jelzőt. A felhők, ha a körülmények adottak elérhetik a Cumulus congestus, azaz kifejlett gomolyfelhő méretét is. Ez a felhő már csapadékot is adhat, és ha továbbfejlődik zivatarfelhővé, azaz Cumulunimbussá alakulhat.
A folyamat elején a felhőben kizárólag feláramlás van, ekkor látjuk a tornyosuló gomolyfelhőket. Ahogy a folyamat folytatódik, és egyre több vízgőz csapódik ki, lassan megkezdődik a csapadékképződés is. A csapadék eztán hullani kezd és a felhőben a feláramlások mellett megindulnak a leáramlások is. A zivatarfelhő tetején a felhő eljegesedik és üllő formájában szétterül, ami a zivatar jellegzetes felhője. Ekkor lép a zivatarfelhő az érett állapotba.
A csapadék miközben hull lefelé részben párolog, ez lehűti a levegőt, így a lefele áramló levegő a környezetéhez képest igen hideg. Ekkorra a zivatarban már felfelé- és lefele áramlások egyaránt jelen vannak, és idővel a lefele áramlások egyre nagyobb szerepet kapnak. Ahogy a hideg levegő eléri a felszínt , és ott szétterjed, egyre jobban kiszorítja azt a meleg levegőt, amely éppen az éltetője a zivatarfelhőknek. Ezzel a zivatar eléri öregedő, vagy elhaló állapotát, a csapadék csökken, majd eláll, a felhőzet pedig fokozatosan feloszik. Ezzel a zivatar elérte élete végét. Üllőjének a felhőzete még akár több óráig is megmarad, de idővel az is eloszlik.
Zivatarok típusai, heves zivatarok
A fentebb leírt zivatar életút a hőzivatarokra jellemző, vagyis amikor az intenzív napsütésnek köszönhető a zivatarok léte. Ezek a zivatarok általában rövid életűek, hiszen a feláramlás és a leáramlás egy helyen megy végbe, így amint megkezdődik a csapadékhullás, az a zivatar halálát is jelenti egyben. Ritka esetben, van amikor a zivatar új erőre kap ezek az un. pulse type zivatarfelhők, amelyek tevékenysége, mint elnevezésük is mutatja pulzáló, ám ezek inkább ritka kivételt jelentenek. A hőzivatarokban a csapadékhullás általában nem tart fél óránál tovább és a legritkább esetben kíséri jégeső. Ezek a zivatarok a délutáni órákban jönnek létre, amikor a nap besugárzása már elég energiát tudott előállítani. Előrejelzésük nagyon nehéz, hiszen elsősorban a helyi körülményeknek köszönhetik létüket.
A hőzivataroknál hevesebb eseményeket produkál a multicellás zivatar. Ez a zivatar típus nem egyetlen feláramló cellából áll, hanem több egymással kapcsolatban lévő feláramlás, vagy ahogyan a nevük is mutatja multi cella alkotja őket. A cellák kapcsolatban vannak egymással, és az egyes cellák más-már életstádiumban vannak. A rendszer együtt mozog, és amíg az egyik cella elhaló fázisban van, addig a másik éppen fejlődési szakaszban. Ez úgy lehetséges, hogy a magasban a szél nem ugyanabba az irányba fúj, mint a felszínen, vagy a magasban erős szelek uralkodnak, így a zivatarfelhőkben elválik egymástól a feláramlási és a leáramlási rész, így a zivatarfelhők nem halnak el, hanem folyamatosan újrakeletkeznek. Az elöregedő zivatarfelhőből kiáramló hideg levegő a szomszédos területen megemeli a meleg levegőt és így új zivatarnak ad életet. Az egyes cellák élettartama itt sem hosszabb, mint a hőzivataroknál, de újabb és újabb cellák kapnak életre, és így az egész rendszer élettartama igen hosszú is lehet. Az egyes cellák időnként vonalba rendeződnek ezeket multicellás vonalas zivataroknak nevezzük. A zivatarokból kiáramló hideg levegő igen heves lehet és un. szélrohamvonal jöhet létre. A multicellás zivatart igen heves események jellemezhetik. Nem ritka a jégeső, és a heves szélvihar sem, valamint a nagyon intenzív csapadék.
A multicellás zivatarnál is hevesebb eseményeket okozhat a zivatarok „királya” a szupercella. A szupercella kialakulásához nem elegendő a feláramlás, hanem egy további tényező is szükséges. Ez pedig nem más mint a szélnyírás. A szélnyírás a szél sebességének és irányának megváltozása. Ezt úgy kell elképzelni, hogy a különböző magasságokban más–más irányba és sebességgel fúj a szél. Ennek egyik hatása, hogy a feláramlási zóna másutt lesz , mint a leáramlás, így a zivatar nem emészti fel önmagát. A másik jellegzetesség, hogy a magasban nagyon erős szél fúj és ez mintegy „megszívja” a feláramlást, felerősítve azt. A szélnyírás miatt a légkörben örvények keletkeznek, hiszen nem egyenletes az áramlás. Ezek a kezdetben vízszintes tengelyű áramlások a feláramlások miatt függőleges tengelyűvé válnak, és a szupercellás zivatarban forgó mozgású feláramlások keletkeznek. Ez a forgó feláramlás igen alacsony légnyomást eredményez, és ekkor már mezociklonról beszélünk (közepes méretű ciklon). Ez a forgó feláramlás eredményezheti a tornádó kialakulását is.
A szupercellák élettartam igen hosszú akár hat óráig is fennállhatnak. Igen nagy magasságig felhatolnak a légkörbe, nem ritka a 12-14 méter magas zivatarfelhő sem. A leghevesebb zivatar jelenségek a szupercellákhoz kapcsolódnak (heves esőzés, szélvihar, tornádó, stb.)
A kisvízfolyások villámárvizeit is leggyakrabban zivatarok okozzák. Az un. mezoléptékű konvektív rendszerek, zivatarok egymással összefüggő csoportja, melyek akár napokig is élhetnek. Konvektív komplexumról beszélünk, ha a rendszer szupercellás szerkezetű. Ez drámai csapadékmennyiségeket eredményezhet. Ha ezek a zivatarrendszerek vonalba rendeződnek akkor, a kiáramló hideg levegő igen erős lehet és heves szélviharokat okozhat.
Zivatar, villám és mennydörgés
Nem esett eddig szó a zivatar alapvető feltételéről a villámlásról és a mennydörgésről. Ha nincs villámlás, akkor nem zivatarról, hanem csak záporról beszélünk.
Villámlás
A villám nem más, mint nagy energiájú, jellemzően természetes légköri kisülés. Keletkezhet felhő–felhő és felhő–föld között. A villám elektromos gázkisülés, amely a felhők között, vagy a talaj és felhők között jön létre. Többnyire vonalas szerkezetű, de van felületi villám is, amely a felhők felületén keletkezik. Ritkább jelenség a gömbvillám. A villám keletkezése a felhők vízcseppjeinek, jégkristályainak súrlódására, széttöredezésére vezethető vissza. A tulajdonképpeni villámot elővillám vezeti be, amely több lépésben ionizálja a levegőt, és így egyre nagyobb szakaszát vezetővé teszi. Eközben a földfelületről (vagy az ellentétes előjelű elektromossággal feltöltött felhő felől), főként a kiemelkedő részekből megindul az ellentétes előjelű elektromosság áramlása a felhő felé.
A mennydörgés
A villámok felhevítik a levegőt, amely hirtelen kitágul és összeütközik a környező légtömegekkel s ez nagy robajjal jár.
Felhasznált források:
Molnár Ákos: Zivatarok és tornádók Magyarországon
Wikipédia: Zivatarok
Angela Schuh:Bioklíma
Czelnai Rudolf: Bevezetés a meteorlógiába