Regionális idıjárási helyzetek és légszennyezettség 3.

Meteorológiai elemek

� Szél

� Hımérséklet

� Függıleges hımérsékleti profil

� Felhızet

� Relatív páratartalom

� Napsugárzás

Napsugárzás

� A földfelszín és a légkör hımérsékletének forrása

� Napállandó: � A Nap elektromágneses sugárzásának erıssége

� Az a sugárzási energia, amely közepes Nap-Földtávolság esetén a légkör külsı határán a sugárzásra merıleges egységnyi keresztmetszeten idıegység alatt áthalad

Napsugárzás

� A felszínre érkezı energiamennyiség kisebb, ennek fıbb okai:� A maximális energiát hordozó hullámhossz

növekszik a felszínen, ami már a látható tartományba esik (550 nm)

� A légkörön áthaladva és a felszínre érkezve a sugárzás spektrumában elnyelési sávok találhatók, melyek a légköri H2O-nak és CO2-nek tulajdoníthatók

Napsugárzás

� A látható tartomány szolgáltatja a Földet melegítı energia nagy részét

� Befolyásolja a látástávolságot, a színeket az atmoszférában

� A sugárzás erıssége csökken, ahogy a légkörön áthalad – abszorpció, szóródás

Abszorpció� Fényintenzitás gyengülése:

dI(λ) = I(λ) - I’(λ)� dI(λ) az egységnyi

keresztmetszető nyalábban a dxszakaszon való áthaladás alatt bekövetkezı energiaveszteség, vagyis az anyag egységnyi keresztmetszető, dx vastagságú rétege által abszorbeált energia

� Abszorpciós együttható: az anyagok abszorpcióját jellemzi

� Minél nagyobb egy gáz abszorpciós együtthatója a látható tartományban, annál jobban csökkenti a látási viszonyokat

dx

I’(λ)I’(λ)

I0(λ)

I(λ)

Abszorpció

� A különbözı gázok a spektrum más-más tartományát nyelik el

� Az O2 és N2meggátolja, hogy a 245 nm-nél rövidebb hullámhosszú sugarak elérjék a troposzférát

� Formaldehid, salétromsav, O2, CO2, H2O, N2 aránya alacsony ⇒ sugárzásra gyakorolt hatása nem jelentıs

<100 nmN2

<210 nmH2O

<210 nmCO2

<245 nmO2

<330 nmSalétromsav

<360 nmFormaldehid

UV

<710 nmNO2

<670 nmNO3

<350; 450-750 nmO3

VIS/UV

Elnyelt hullámhosszGáz

Abszorpció

� NO2: a látási viszonyokat befolyásolja, a szennyezett levegıben jelentıs

� NO3: a látási viszonyokat éjjel és hajnalban is befolyásolja <100 nmN2

<210 nmH2O

<210 nmCO2

<245 nmO2

<330 nmSalétromsav

<360 nmFormaldehid

UV

<710 nmNO2

<670 nmNO3

<350; 450-750 nmO3

VIS/UV

Elnyelt hullámhosszGáz

Abszorpció

� Az aeroszolok és a kondenzációs magvak az IR-tartományban nyelnek el, némelyikük az UV és a látható tartományban is

� C, Fe2O3, Al2O3: a látható tartomány abszorberei

� Az UV tartományban mellettük bizonyos szerves komponensek is vannak: PAHs, benzaldehidek, fenol…

� Az UV és látható tartomány gyenge abszorberei: SiO2, NaCl, H2SO4

Abszorpció

� A szerves komponensek UV abszorpciója befolyásolja az UV sugárzás mennyiségét, ami eléri a felszínt

� Los Angeles: mérések a város közepén (a part mentén), két helyen (Claremont, Riverside) a parttól egyre messzebb

Szóródás

� A közegtıl eltérı törésmutatójú, gyengén abszorbeáló részecskéken

� Rayleigh-féle szóródás� A hullámhossz nagyobb, mint a gázmolekulák,

aeroszol részecskék

� N2, O2, Ar, H2O

Szóródás - aeroszolok és kondenzációs magvak

� Visszaverıdés

� Fénytörés

� Elhajlás

Visszaverıdés

� A beesés szögével azonos szöggel verıdik vissza a nyaláb

� A részecskékrıl, esıcseppekrıl…

� A tárgyak színe attól függ, milyen hullámhosszat ver vissza

Fénytörés

� Két különbözı közeg határának átlépésekor

� A beesési és törési szögek szinuszai úgy aránylanak egymáshoz, mint a terjedési sebességeik.

Elhajlás

� A hullám terjedési iránya megváltozik, ha valamilyen akadály van az útjában

� Esıcseppek, aeroszol részecskék felszínén

� Huygens elv

Szivárvány� Az elsı magyarázatot Newton

adta a XVII. században, Descartes munkásságának felhasználásával

� Szivárvány: a légkör egyik fényjelensége, amely a szemhatár felett, mint fénylı félkör vagy kiálló ívdarab; látható, ritkábban fehér, legtöbbször különbözı színő győrőkbıl áll

� A látható ívdarab képzeletben olyan körré egészíthetı ki, amelynek a középpontja mindig a Napot és a szemlélıt összekötı vonalon fekszik

� Színei a fehér fény színképét alkotó színek, tehát a vörös, narancs, sárga, zöld, világoskék, sötétkék, ibolya

Szivárvány

� Jellemzıen hidegfrontok és helyi záporok, zivatarok alkalmával látható

� Feltétele: � a megfigyelı mögül érkezı napsugár a megfigyelı elıtt

levı cseppekre esik, amelyek megtörik és visszaverik a fényt

� A legszebb szivárványok ott láthatók, ahol az ég nagy része sötét esıfelhıvel borított, ugyanakkor az észlelı felett az ég tiszta, derős

� Gyakran látható vízesések és szökıkutak körül is� Holdvilágos éjszakákon is megfigyelhetı

(moonbow). Mivel az ember szeme nem látja jól a színeket rossz megvilágításnál, kevés hozzá a fény, ezért leginkább fehérnek érzékeljük

Szivárvány

� Kialakulását a fénytörés okozza

� A Napból érkezı fény a légkörön áthaladva eléri az esıcseppet, és megtörik, majd ahogy elhagyja a cseppet, ismét megtörik

� A beérkezı fénysugár egy része 40°-42° szögben visszaverıdik a csepprıl → ez független a csepp méretétıl, de függ a törésmutatójától

Szivárvány

� Nem az ég meghatározott pontján helyezkedik el, hanem a megfigyelı helyzetétıl függıen látszik, vagy nem

� Csak néhány csepprıl jut el a fénysugár a megfigyelı szemébe → látható szivárvány

� Ha a Nap 42°-os szögnél magasabban van → a szivárvány a horizont alatt lenne → nem látható

� Kivételes eset: a megfigyelı egy magas hegyen áll, vagy repülıgépen ül (Repülıgéprıl a teljes kör alakú szivárványt is látni, ha a középpontban a gép árnyéka van)

Kettıs szivárvány

� Az egyik mindig éles, a másik halvány és az elızı felett található

� A második szivárvány:� A cseppen belül

bekövetkezett kétszeres visszaverıdéssel magyarázható

� 50°–53°-os szög alatt látszik

� A színek sorrendje mindig a fordítottja a másiknak

� Alexander sáv: a két szivárvány közötti sötét terület

Látási viszonyok

� Látástávolság tiszta levegıben:� horizontálisan: pár 100 km

� vertikálisan: több millió km

� Max. látástávolság:� látástávolság (visual range)

� jellemzı látótávolság

� meteorológiai tartomány

Látási viszonyok

� Látástávolság:

az a távolság, ahonnan a megfigyelı még meg tud különböztetni egy ideális fekete testet a környezetétıl

Látási viszonyok

� Jellemzı láthatóság:� az a legnagyobb tartomány, amit a megfigyelı a

horizonton a 360°-ból lát

� ismert távolságban lévı tereptárgy még megkülönböztethetı a környezetétıl egy észlelési pontból

� Repülıtereken fontos

Meteorológiai tartomány

� Kevésbé szubjektív

� Tökéletes fekete test a fehér háttér elıtt – egyre nehezebb elkülöníteni a távolság növekedésével

Meteorológiai tartomány

� Kontrasztarány: � Cratio= (IB-I)/IB

� Ha az értéke 1, akkor a test jól látható� Ha 0, a test nem elkülöníthetı a háttértıl� A 0,02 küszöbérték (Koschmieder, 1924)

� Middleton, 1952: a küszöbérték 0,01 és 0,2 közötti

� Campbell és Maffel, 1974: a küszöbérték 0,003

Fehér köd és felhık

� Magas relatív páratartalom, az aeroszol részecskék vizet kötnek meg, így méretük növekszik

� Ha méretük eléri a nyaláb hullámhosszáét, minden hullámhosszat egyenlı intenzitással szórnak, emiatt fehér a köd

� Napos idıben a városok környékén gyakran fordul elı

Vörös és barna a szmogban

� NO2 abszorbeálja a kék és a zöld fény egy részét, a zöld és a piros színt átengedi, a szmog sárga, barna, vagy zöldes-piros színő lesz

� Délelıtt 9 és 11 között lehet látni leggyakrabban, ekkor a legmagasabb az NO2 keveredési aránya

Vörös és barna a szmogban

� A PAH és egyéb aromás vegyületek a kék fényt elnyelik, a barnát átengedik, ezzel barnás színe lesz a szmognak

� Ha magas a talajból származó részecskék koncentrációja, az ég vöröses vagy barnás színő, ezek a részecskék inkább a kék és zöld fényt nyelik el