Ítéletidőre figyelmeztetnek: rejtélyes jelenségek tarolhatják le a városokat

A légköri folyók olyan keskeny, hosszú, magas páratartalmú légáramlatok, amelyek nagy mennyiségű csapadékot szállítanak a trópusoktól a sarkok felé. Most új modell készült a légköri folyók működésének leírására, ami segíthet megjósolni az általuk okozott extrém időjárási eseményeket, például heves esőzéseket és viharos szelet.

Amikor a sűrűn lakott óceánparti vidékekre özönvízszerű esők és orkánerejű szelek csapnak le, egész városok dőlhetnek romba – ám a kormányzatok és a lakosság megteheti a szükséges előkészületeket, ha időben kapnak figyelmeztetést. A partvidékekre lesújtó ítéletidőket gyakorta ún. légköri folyók okozzák. Ezeket az erős szelek által szállított magas vízgőztartalmú légtömegeket a meteorológusok folyamatosan szemmel tartják, a viselkedésük pontos jóslásához azonban az őket vezérlő fizikai törvényszerűségek alaposabb ismeretére van szükség.

A légköri folyók heves esőzést, illetve hóviharokat is okozhatnak
Fotó: The Yomiuri Shimbun via AFP

A Nature Communications tudományos folyóiratban most Da Yang, a Chicagói Egyetem geofizikusa és Hing Ong posztdoktor kutató, Yang csoportjának korábbi tagja egy a légköri folyók működésének jobb leírását szolgáló új egyenletet közöltek - írja az EurekAlert. 

Reményeik szerint az általuk javasolt modell javít majd a légköri folyókkal kapcsolatos meteorológiai előrejelzések pontosságán, különösen ami a klímaváltozás közepette egyre gyakrabban bekövetkező extrém időjárási események jóslását illeti.

A folyamat jobb megértése elősegíti majd az extrém időjárási események előrejelzésének egyértelműbb kommunikálását is.

Mik azok az ítéletidőt okozó légköri folyók?

A légköri folyók hosszú, keskeny, magas páratartalmú légtömegek, amelyek erős szelektől hajtva szállítják a nedvességet a trópusoktól a sarkok felé. Egy-egy légköri folyó akár a Mississippi vízhozamának tizenötszörösét is szállíthatja, és heves esőket, havazást és viharos szelet hozhat az érintett régiókba. Kalifornia éves csapadékmennyiségének akár a fele is származhat légköri folyóktól.

Az észak-amerikai kontinens nyugati partvidékére extrém heves esőzést szállító légköri folyónak még beceneve is van – Ananász-expressznek hívják, ha Hawaii környékéről ered –, annyira gyakori itt ez a jelenség. Ám ezek a nedves égi áramlatok mindenütt a Földön fellelhetők. Bármelyik időpontban pillantunk is a földgolyóra, átlagban ötöt láthatunk belőlük az északi és ötöt a déli közepes szélességeken, amint nyugatról keletre mozognak. Nem mind elég erőteljesek ahhoz, hogy kártékony áradásokat és földcsuszamlásokat okozzanak; a gyengébb áramlási rendszerek kimondottan hasznosak is lehetnek, hiszen célterületükön feltöltik a vízkészleteket és enyhítik a szárazságot.

A légköri folyók a globális éghajlat alapvető elemei, ezért működésük megértése elengedhetetlen ahhoz, hogy fejlesszük az időjárási előrejelzések pontosságát, a vízkészletekkel való gazdálkodást és az áradások jóslását.

A légköri folyókkal kapcsolatosan zajló kutatás túlnyomó része leíró jellegű: figyelik, követik és veszélyesség szerint osztályozzák őket. Arról ugyanakkor kevés szó esett eddig, hogy vajon hogyan alakulnak ki és fejlődnek az idő során.

Hogyan jellemezhetők a légköri folyók?

A légköri folyók jellemzésére az integrált vízgőztranszportnak (IVT) nevezett mennyiséget szokás használni, amely a légkörben áramló vízgőz mennyiségét és sebességét hivatott leírni. Ez a mérőszám elegendő volt a figyelő-követő algoritmusok kifejlesztéséhez, de a légköri folyók fejlődésének-változásának leírásához egy alapegyenletre van szükség, vagyis egy olyan matematikai kifejezésre, amely adott szabályok és elvek fennállása esetén leírja a rendszer változását.

Yang elmondta: egy jól működő alapegyenlet segítségével átfogó kérdéseket tehetnek fel a tudósok, például arra vonatkozóan, honnan származik a légköri folyókat létrehozó és fenntartó energia, és hogy vajon miért mozognak kelet felé.

Az ilyen és effajta kérdések megválaszolására alkalmas elméleti keretrendszer létrehozása érdekében a kutatók egy olyan mérőszámmal álltak elő, amely egyszerre fejezi ki a vízgőz mennyiségét és az erős szelek energiáját. 

Ezt a mennyiséget a vízgőz integrált mozgási energiájának (integrated vapor kinetic energy, IVKE) nevezték el.

Az új mennyiség épp olyan alkalmas és hatékony a légköri folyók figyelésére és követésére, mint az IVT, ugyanakkor „megvan az a további előnye, hogy egy intuitív, alapelvekből kiinduló egyenlet felírására alkalmas, amely megmondja, mitől erősödik vagy tűnik el egy légköri folyó, és mitől sodródik kelet felé – mégpedig valós időben” – emelte ki Yang.

Az áttörő újítás révén a légköri folyókat immár nemcsak statisztikailag elemezhetjük, de megérthetjük az őket vezérlő folyamatokat.

A cikk szerzői ezért a „két legyet egy csapásra” alcímet adták közleményüknek.

Az új keretrendszer alkalmazásával Yang csoportja megállapította, hogy a légköri folyók leginkább azáltal erősödnek, hogy az általuk hordozott potenciális energia mozgási energiává alakul. A pára kicsapódása és a turbulenciák ugyanakkor gyengítik őket, a kelet felé irányuló mozgásukat pedig az okozza, ahogy a légáramlatok vízszintesen sodorják a bennük felgyülemlett mozgási energiát és nedvességet.

A légköri folyók tanulmányozásával előrejelezhetővé válhatnak az extrém időjárási események
Fotó: AFP

Hatékonyan megjósolhatják az extrém időjárást

Az USA-ban a légköri folyók kutatása, megfigyelése és a velük kapcsolatos információ közzététele leginkább az időjárás-előrejelzésért elsődlegesen felelős Nemzeti Óceán- és Légkörügyi Hivatal (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) feladata. Yang úgy vélekedik, hogy a csoportja által kifejlesztett új keretrendszer jól kiegészíti a NOAA által kibocsátott IVT-n alapuló elemzéseket, mivel az alapegyenlet által szolgáltatott valós idejű diagnosztika erősebb fizikai megalapozottságot kölcsönöz az előrejelzéseknek. 

• Módszerük növeli a jóslatok megbízhatóságát, különösen ami az extrém időjárási eseményeket illeti.

Milyen szerepe van a klímaváltozásnak a légköri folyók kialakulásában?

A klímaváltozásnak a légköri folyók kialakulásában játszott szerepe szintén érdeklődés tárgyát képezi. „Tudjuk, hogy a klímaváltozással párhuzamosan nő a légkörbe kerülő vízgőz mennyisége – magyarázza Yang. – Ha feltesszük, hogy maga a légkörzés nem változik jelentősen, logikus azt várnunk, hogy minden egyes légköri folyó erősödik.”

Bár a jelen tanulmányba ez már nem fért bele, a csoport közvetlen tervei közé tartozik ennek az összefüggésnek a vizsgálata. Yang új posztdoktor kutatójának, Aidi Zhangnak kimondottan az a feladata, hogy az új keretrendszer segítségével, a vízgőz-mozgásienergia felhasználásával tanulmányozza a klímaváltozásnak a légköri folyókra gyakorolt hatását.

Ez a kutatás Yang számára is újdonság, bár nem áll távol korábbi munkatapasztalatától, amely a trópusi légkörben kialakuló örvénylő viharokkal volt kapcsolatos. Mielőtt a Chicagói Egyetemhez szerződött, Yang tizenöt éven át Kaliforniában élt, s ez idő során támadt fel benne a légköri folyók iránti érdeklődés. „Most, hogy magasabb földrajzi szélességre költöztem, ideje a közepes szélességeken kialakuló viharokkal foglalkoznom” – tette hozzá a kutató.