VESZÉLYES LÉGKÖRI JELENSÉGEK KÜLÖNBÖZŐ METEOROLÓGIAI

SKÁLÁKON

TASNÁDI PÉTER ÉS FEJŐS ÁDÁM

ELTE TTK METEOROLÓGIA TANSZÉK

2013

VÁZLAT• Veszélyes és extrém jelenségek

– A veszélyes definíciója– Az extrém és ritka események

• A veszélyes jelenségek különböző skálái– Időbeli és térbeli, az érintettség

• Példák (fizikai háttérrel)– A konvektív örvények energetikája

• Nagy szélsebességek• A nyomásesés• Porördög, víztölcsér, tornádó, hurrikán

– A ciklonok klaszteresedése

2013.11.21. 2

H

ő

m

é

r

s

é

k

l

e

t

v

á

l

t

o

z

á

s

NAGY IDŐSKÁLÁNA NAGY KIHALÁSOK (Term. Vil. 129. 3. 105)

Ha a veszélyt a hőmérséklet alakulásában mérjük

Az energiamérleg megbomlása: 4 4

44

T T TE T

E T T

1 fokos hőmérsékletnövekedés 1,4% os besugárzási többlet2013.11.21. 3

RITKA ESEMÉNYEK OSZTÁLYOZÁSA

2013.11.21. 4

IPCC 2001 DEFINÍCIÓK

• Egyszerű extrém esemény

– Valamilyen lokális jellemző folytonos skálán meghaladja a kritikus értéket

• Komplex extrém esemény

– A veszélyes időjárás különböző változók kritikus kombinációjaként jön létre

• Extrém időjárási esemény

– Az időjárási esemény ritkább mint a 10. percentilis

• Extrém klimatikus esemény

– Bizonyos periódusban az időjárási esemény átlaga

extrém2013.11.21. 5

VESZÉLYES LÉGKÖRI FOLYAMATOK

2013.11.21. 6

KONVEKTÍV ÖRVÉNYEK ENERGETIKAI LEÍRÁSA

• KÜLÖNBÖZŐ SKÁLÁJÚ ÖRVÉNYEK:– Porördög (dust devil)

– Víztölcsér (waterspouts)

– Tornádó

– Hurrikán

• Közös vonás:– Középen „szem” típusú zóna

– Energetikailag „Carnot szerű” körfolyamat

– Rankin –szerű örvényszerkezet

Renno: Tellus (2008) 60A 688

2013.11.21. 7

M

A

G

A

S

S

Á

G

KONVEKTÍV ÖRVÉNY TERMODINAMIKAI KÖRFOLYAMATA

a-c közelítőleg izotermikusc-d adiabatikus (az abszolút örvényesség is megmarad)d-e izotermikus???e-a adiabatikus

ALUL:Meleg hőtartály

FENT:Hideg hőtartály

KÜLÖNLEGES TULAJDONSÁG:

A MUNKA DISSZIPÁLÓDIK ÉS A MELEG HŐTARTÁLYBA KERÜL VISSZA2013.11.21. 8

AZ ELMÉLETI LEÍRÁS VÁZA

• A folyamatokra felírható

– Termodinamika I. főtétele

– A mozgásegyenletekből adódó munkatétel

• Összefüggés a nyomási depresszióra

– hatásfok becslés

– az örvényszerkezet figyelembevétele

2013.11.21. 9

A HATÁSFOK

rev Carnotc c

a a

Tds irrevtagok Tds

Tds irrevtag Tds

Renno, 2008

( )2

2

a a aa

Carnot

a a

ZT T

Z

T T

2013.11.21. 13

EGY „VADHAJTÁS” A SUPERCANE

1 2

1

C

fel

T TW

Q T

1 2

1 2

1 2

1 1

11felfel fel

T TW W

Q TQ Q W T

T TW

A disszipatív „fűtés” növeli a hatásfokot!

A trükk: a munka változatlan, de a felvett hőt csökkentjük ameleg hőtartályba történő visszatáplálás miatt

M. Bister, K Emanuel Meteor. Atmos. Phys. 1997

A hurrikánok maximális sebessége: 2 ( )entC hatr teng

mom

Cv h h

C

CMegnöveli a maximális szélsebességet 1

sup

2

h h

Tv v

T

2013.11.21. 14

A NEMHIDROSZTATIKUS NYOMÁSESÉSÖsszeadódik:a magon kívüli (munkatételből) számítottés a magon belüli (Rankine örvényszerkezetből számított) nyomásesésből

2

2

ab

nh a s na irrev s

z vp p p h W

H2 2

2 2

2nh a s p ab v ab s m s

z rp p p c T l q R

H

2013.11.21. 16

A TORLÓDÓ VESZÉLYES ESEMÉNYEK

• A biztosítási károk megnövekednek, ha egymást követik az extrém események

– 1999 3 vihar (Anatol, Lothar, Martin) 18,5 billió Eu

– 1990 8 vihar (10,5 billió Eu)

• Az újrabiztosítás növeli a biztosítási kockázatot

• A biztosítók modelljei független eseményekre alapoznak

2013.11.21. 17

A KLASZTERESEDŐ ESEMÉNYEK LEÍRÁSA I.

• Független események: homogén Poisson folyamat

Várható érték (E) megegyezik a szórásnégyzettel

Empirikusan kiszámítva

( ) exp( )!

nt

P N n tn

2E s t

2 1 túlszórás klaszteresedés

1 alulszórás regularizáció

s

E2013.11.21. 18

KLASZTERESEDÉS SZEMLÉLETESEN

Stephenson nyomán2013.11.21. 19

A KLASZTERESEDŐ ESEMÉNYEK LEÍRÁSA II.

Mailier at al. Monthly Wea. Rew. 154. (2006) 2224Vitolo at al. Meteorol. Zeitschr. 18. (2009) 411

Inhomogén Poisson folyamat (E változik időben)Poisson regresszió

15

0

1

ln( ) k k

k

t xkx 10 teleconnection index, 5 évszakra

jellemző adatA paraméterek meghatározása maximum likelihood módszerrel.

Mailier 1 hónapos klaszteresedésVitoló 3 hónapos és csak az erős viharokra ( a 90%-os kvantilis felett)850

2013.11.21. 20

EREDMÉNYEK

• A ciklongyakorisághoz illesztett Poisson folyamat túlszórásából– A véletlenszerűnél gyakoribb klaszteresedésre lehet következtetni

Európában és a Csendes Óceán északi részének közepén

– Észak Amerikában nincsen klaszteresedés

• A Poisson regressziós modellel kimutatható:– A ciklonok havi gyakorisága erősen függ a a szinoptikus skálánál

alacsonyabb frekvenciájú klimatikus változóktól

– Öt „teleconnection” mintázat játszik fontos szerepet az európai ciklonok számában

• Európában az intenzívebb ciklonok az átlagosnál hajlamosabbak a klaszteresedésre

2013.11.21. 21

ÖSSZEFOGLALÁS

• A VESZÉLYES ÉS EXTRÉM ESEMÉNYEK DEFINÍCIÓJA NEM EGYÉRTELMŰ

• A VESZÉLYES ESEMÉNYEK OKAI ÉS GYAKORISÁGA

– A JELENSÉG FIZIKAI ÉRTELMEZÉSE

– A GYAKORISÁG STATISZTIKAI LEÍRÁSA

– A CIKLONPÁLYÁKAT A NAGY SKÁLÁJÚ MEZŐK MINTÁZATÁNAK VÁLTOZÁSA SZABJA MEG

2013.11.21. 22

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET