Ahogy tavasszal melegszik az idő, az időjárás-jelentésekben is egyre gyakrabban hallhatjuk, olvashatjuk: zivatarok várhatók. A nyári hónapokban aztán főszerepet kapnak ezek az időjárási jelenségek, majd az ősz kezdetétől fokozatosan csökkenő gyakorisággal fordulnak elő, és télen majdnem teljesen meg is szűnnek. Mi valójában a zivatar? Mi váltja ki ezt a jelenséget? Mi az oka annak, hogy elsősorban nyáron fordul elő? Hogyan osztályozzuk a zivatarokat? Ezekre a kérdésekre adja meg a választ ez az írás.
Mi a zivatar?
Mielőtt a jelenség kialakulásának okait vizsgáljuk, ki kell térnünk a zivatar fogalmának pontos meghatározására. Tapasztalat, hogy az emberek a zápor, a zivatar és a vihar szót gyakran szinonimaként kezelik. A nyári, hirtelen lehulló csapadékot nevezik így, amely időnként megerősödő széllel, dörgéssel és villámlással jár együtt. A zivatar valójában légköri elektromos jelenség: villámlás, amit dörgés kísér. Tehát függetlenül attól, hogy az adott észlelési helyen hullik-e csapadék, vagy nem, ha dörgés és villámlás észlelhető, akkor zivatarról beszélünk. Ugyanakkor a zivatar kapcsolata a felhőzettel, a csapadékkal és a széllel nagyon szoros. A zivatar kialakulása minden esetben zivatarfelhőhöz (Cumulonimbus, rövidítve: Cb) köthető, amely olyan gomolyos szerkezetű, jelentékeny függőleges kiterjedésű (8-10 km), záporszerű csapadékot adó felhőfaj, amelyet gyakran elektrosztatikus jelenségek kísérnek. Azonban ez nem mindig van így, téli körülmények között általában csak 3-5 kilométeres szinten van a zivatarfelhők teteje, és ezekben – a kis magasság miatt – nem elégséges a töltésszétválasztódás az elektromos kisülések létrejöttéhez. Ezért van az, hogy a záporszerű csapadékot általában csak a nyári félévben kíséri villámlás és dörgés. Nyáron a zivatarfelhők gyakran hatalmas méretűvé nőnek, bizonyos tényezők hatására ún. szupercellák alakulhatnak ki, amelyekből pusztító erejű forgószelek, tornádók keletkezhetnek.
Milyen légköri folyamatok vezetnek a zivatarok kialakulásához?
A légköri folyamatok között meghatározó szerepük van a koncentrált, erőteljes függőleges feláramlásokkal járó jelenségeknek, amelyeket összefoglaló néven konvektív folyamatoknak nevezünk. Konvektív jelenségek közé tartoznak a szabad szemmel láthatatlan termikek (a környezethez képest kissé magasabb hőmérsékletű, felszálló légbuborékok), a gomolyfelhők vagy a zivatarok. A konvekciót elsősorban a környezet hőmérsékletének a magassággal történő változása befolyásolja, másodsorban pedig a nedvesség függőleges eloszlása játszik szerepet. Minél inkább hűl a levegő a magassággal, annál kedvezőbbek a feltételek az erős, tartós konvekció kialakulásához.
Azonban a feláramlást komolyan gátolhatja, ha a hőmérséklet a magassággal növekszik, azaz inverzió áll fenn. Ha az emelkedő levegő egy adott magasságban melegebb, mint a környezete, akkor labilis légállapotról beszélünk. Ilyen esetben, ha kellő nedvesség áll rendelkezésre, akkor a gomolyfelhők a képződésük során felszabaduló látens hő (az a hő, amit a levegőbe kerülő vízgőz a párolgásakor vont el a környezetéből) hatására robbanásszerű fejlődésnek indulhatnak.
Mely tényezők járulnak hozzá a függőleges légmozgások kialakulásához? A légköri feláramlásokat többféle hatás is ki tudja váltani (Horváth Á. 2005). A legismertebb a légköri felhajtóerő, az ún. hőlégballon hatás, ami a légtömegen belüli zivatarok legfőbb kiváltója. Ahogy már tudjuk, minden zivatarfelhő kialakulásának alapja a légköri konvekció. Amikor nincs elég nedvesség a légkörben, a konvekció megmarad termik állapotban, azaz a néhány száz méter magas láthatatlan cellákból nem jönnek létre gomolyfelhők. Abban az esetben azonban, amikor az emelkedő légtestben van elegendő nedvesség, akkor – az adiabatikus hűlés miatt – a légtest telítetté válik, és a vízgőz kicsapódása miatt felszabaduló látens hő melegíteni kezdi a levegőt, ezzel csökkenti az adiabatikus hűlést. A jelenség hasonlít a hőlégballon működéséhez. Ha a ballont felmelegítjük, emelkedni kezd. De a ballon levegőjének további melegen tartásához szükség van egy gázégőre, amellyel tovább melegíthetjük a ballon belsejét. A konvekció során ez a gázégő a kondenzáció, a tüzelőanyag szerepét pedig a vízgőz tölti be. Ebben a szakaszban jelennek meg az égen az első gomolyfelhők. A gomolyfelhő további sorsát az határozza meg, hogy a környező levegő hidegebb vagy melegebb, mint az emelkedő, látens hővel „fűtött” légtest. Az utóbbi esetben tovább fejlődik tornyos gomolyfelhő, zivatarfelhő fázisba kerül.
A másik kiváltó tényező az, amikor valamely kényszerhatás feláramlásra kényszeríti a levegőt. Ezt a jelenséget konvergenciának nevezzük. A levegő torlódásával létrejövő kényszerkonvekció legtipikusabb formája a domborzat keltette feláramlás. A domborzat minden körülmények között megemeli az áramló levegőt, ezért van az, hogy a hegyek szél felőli oldalán hamarabb kialakul a zivatar, mint síkvidéken. A hidegfrontok mentén is hasonló jelenség játszódik le. Ebben az esetben a nagyobb sűrűségű hideg levegő feláramlásra kényszeríti a front előtti melegebb, kisebb sűrűségű légtömegeket. A gyengébb összeáramlási zónáknak, az ún. konvergencia vonalaknak ugyancsak szerepük van a konvekció kiváltásában, hiszen ha egyébként labilis a légrétegződés, akkor a kisebb torlasztó hatás is elegendő lehet a zivatarok kialakulásához.
A harmadik tényező a szél sebességének vagy irányának a magassággal történő változása, azaz a szélnyírás, ami az előző két tényezővel együtt különösen a heves zivatarok, szupercellák kialakulásáért felelős. A szél magassággal való növekedése erősítheti a konvekciót. Ennek a folyamatnak a beindulásához azonban az szükséges, hogy már létezzenek fejlett zivatarok. Erős magassági szél esetén a zivatar hasonlóan kezd viselkedni, mint egy óriási kémény. Minél erősebb a magasban a szél, annál inkább „húz” a kémény, annál intenzívebb lesz a feláramlás. A szélnyírás következménye az is, hogy – meglehetősen összetett folyamat eredményeként – a zivatarfelhő feláramlási csatornája körül örvénylő mozgás alakul ki, a felhő forogni kezd.
Hogyan osztályozzuk a zivatarokat?
A zivataroknak három alaptípusát különböztetjük meg: egycellás zivatar, multicellás zivatar és szupercellás zivatar (Sándor V. – Wantuch F. 2005). Az egyes típusok kialakulása jelentősen függ a labilitás és a szélnyírás viszonyától.
Az egycellás zivatarok leginkább nyáron, szinte teljesen áramlás- és szélnyírás mentes időben keletkezhetnek, a már korábban ismertetett egyszerű, a felszín felmelegedésétől függő konvekciós folyamat révén. Ezért hőzivataroknak is nevezik azokat. Esetenként a domborzat, illetve a helyi konvergenciák (összeáramlás) is befolyásolhatják kialakulási helyüket. Az egycellás zivatarnak három életfázisa van (Bartholy J. et al. 2013). Az első a kialakulás, amikor megkezdődik a gomolyfelhő képződés, és kifejlődik a zivatarfelhő. Ilyenkor még nincs csapadékhullás és villámtevékenység sem. Ezt követi az érett fázis, amikor már elektromosan aktívvá válik a felhő és csapadék is hullik. Mivel ez utóbbi hidegebb a környező levegőnél, ezért a földet érve lehűti a levegőt, és ez a hideg légtest a felszínen minden irányban szétterül. Ez megakadályozza a további meleg levegő beáramlását a cellába, és ezzel megkezdődik az utolsó fázis, amikor a teljes zivatargócban a leáramlás veszi át az uralmat. Ezzel együtt megszűnik a zivatartevékenység, lassan a csapadék is alábbhagy, végül feloszlik a felhőzet. Egy-egy átlagos zivatargóc többnyire fél–egy órán keresztül él, amíg végigmegy mindhárom stádiumon.
Abban az esetben, ha a felszín felmelegedése által keltett konvekción kívül más hatás, pl. a hidegfront által keltett erősebb kényszerfeláramlás is szerepet játszik, multicellás zivatarok is kialakulhatnak. A multicellás zivatarok esetében éppen maguk a zivatarok biztosítják a konvergenciát úgy, hogy a zivatarcellából leáramló, a csapadék által lehűtött és a talaj mentén szétterülő hidegebb levegő megemeli a zivatar előtti melegebb levegőt, létrehozva a következő cellát. Az ilyen multicellás zivatarok átlagosan 1-2 óráig is fennmaradnak, és gyakoribbak az egycellás zivataroknál. A multicellás zivatarokban többé-kevésbé periodikusan hol megerősödnek, hol legyengülnek a zivatarcellák.
Korábban említettük már, hogy ha elég nagy a szélnyírás, a zivatarfelhő feláramlási csatornája körül örvénylő mozgás alakul ki, a felhő forogni kezd. A forgó zivatarok egy miniatűr (néhány tíz kilométer átmérőjű) ciklont formálnak, ezt nevezik mezociklonnak, az ilyen típusú zivatarokat pedig szupercellának. A szupercellákba beáramló örvénylő levegő olykor tornádót is létrehozhat. A szupercellában fellépő heves feláramlás szinte mindig pusztító jégesővel, felhőszakadással, orkánszerű zivataros kifutószéllel jár. Szupercellák Magyarországon is viszonylag gyakran előfordulnak és mindig nagy károkat okoznak.
Zivatarrendszerek
A zivatarok – főleg multicellás és szupercellás formában – ritkán alakulnak ki egyedülállóan, leggyakrabban egy sok zivatarfelhőt tartalmazó rendszerbe ágyazódva lépnek fel. A nagyobb méretű, több órán át is fennmaradó multicellás zivatarokra bevezették a mezoskálájú konvektív rendszer (MCS) kifejezést. Az MCS-k nálunk gyakorinak mondható megjelenési formája a vonalba rendezett zivatarok, amelyek főként júniusban és júliusban a Dunántúlon okoznak orkánszerű szelet, gyakran jégesőt. A legnagyobb kiterjedésű, több száz kilométer átmérőjű, több napig is fennmaradó zivatartömböket külön elnevezéssel mezoskálájú konvektív komplexum (MCC) névvel illetik. Ez utóbbiak nálunk ritkán fordulnak elő, azonban megjelenésük mindig heves esőzésekkel jár
Módszertani ajánlás
Végül szót kell ejteni arról, hogyan használhatók fel a leírtak a földrajzi tananyag feldolgozása során? Először is fontosnak tartom, hogy az időjárással kapcsolatos tananyagrész tárgyalásánál az időkeret adta lehetőségeken belül próbáljunk meg nagyobb figyelmet fordítani a zivatarok megismerésére. A zivatar az az időjárási jelenség, amely a nyári hónapokban a leggyakrabban befolyásolja mindennapjainkat: hatással van tervezett programjainkra, de adott esetben súlyosan veszélyeztetheti testi épségünket és vagyontárgyainkat is. Ezért fontos, hogy tanuljuk meg már a képződési fázisban felismerni a zivatarfelhőt, valamint ismerjük meg azokat az alkalmazásokat, amelyek segítségével a zivatarok fejlődése és mozgása bármikor nyomon követhető (pl. az OMSZ ingyenesen letölthető Meteora nevű mobilalkalmazása). Másrészt a konvekció folyamata, a zivatarfelhők keletkezése nagyon jó alkalom arra, hogy átismételjük és egy mindennapos jelenség kapcsán a gyakorlatban alkalmazzuk a fizikaórán a termodinamika tárgykörében tanult ismereteket.
