2011 novemberi szmog-helyzetek Miskolcon

Kovács Attila

A talajalapú inverzió

Hogy megértsük, milyen folyamatok vezetnek a szálló por felszín közeli felhalmozódásához, elengedhetetlen megérteni a légköri inverzió fogalmát, valamint kialakulásának és fejlődésének modelljét. Az inverzió fordított hőmérsékleti rétegződést jelent a légkörben. Normál esetben ugyanis a magasság csökkenésével, csökken a nyomás és így csökken a hőmérséklet is, hiszen a gázok nyomása, térfogata és hőmérséklete között szoros összefüggés van. Az inverziós rétegben azonban a magassággal nem csökken, hanem nő a hőmérséklet.

Ha elképzelünk egy derült, szélcsendes, késő őszi napot, akkor naplemente után a következő folyamatok játszódnak le a felszín közeli légrétegben: a felszínről induló kisugárzás hatására a felszín elkezd lehűlni. Ez folyamatosan hűti a vele érintkező légréteget. Az idő előrehaladtával, miközben a felszín kisugárzása és így lehűlése tovább folytatódik, a fölötte lévő légréteg is egyre jobban lehűl, és egyre jobban vastagszik a lehűléssel érintett réteg. Ez a hőmérséklet csökkenés bizonyos magasság (pl. 600-800 m) fölött már nem érződik, ugyanis az már elég távol esik a felszíntől ahhoz, hogy az éjszaka időtartama alatt ez a hatás abba a magasságba már ne érjen el. Egy derült, szélcsendes éjszakán így könnyen kialakul a légkörben olyan hőmérsékleti rétegződés az alsó pl. 500 m-es légrétegben, melyben a leghidegebb közvetlenül a felszín közelében van, e fölött pedig fölfelé haladva egyre melegebb levegő helyezkedik el. Ezt nevezzük talajalapú inverziónak.

Jelentősége abban áll, hogy egy ilyen hőmérsékleti rétegződés ebben a rétegben a függőleges irányú légmozgásokat kizárja. A hideg levegő a réteg alján megül, így a felszínről kibocsátott szennyezőanyagok nem tudnak a magasabb légrétegekbe eljutni, azaz elkeveredni, hanem mind a légkör legalsó, néhány méteres, néhány tíz méteres rétegében gyűlnek össze. Jól jellemzi ezt a mindannyiunk által ismert jelenség, amikor is esténként a családi házakból kiáramló füst vízszintesen száll. Azaz nem emelkedik föl a magasabb rétegekbe, hanem a házak szintjén szétterül, vagyis a keveredési réteg vastagsága néhány méteresre csökken. Jellemzően ilyen időjárási helyzetekben fordul elő, hogy a szállópor koncentráció túllépi a határértékeket.

Ha tovább haladunk gondolatkísérletünkben, a reggeli napkelte után a sugárzási egyenleg pozitívvá változik, emelkedni kezd a felszín hőmérséklete. Ez melegíti a fölötte lévő légréteget, így az inverzió akár meg is szűnhet. A téli félévben a gyenge napsugárzás miatt gyakran túl kevés a felszín fölmelegedése az inverzió teljes megszűnéséhez, legtöbbször csak megvastagszik a keveredési réteg, így a nappali órákban a szennyezőanyag koncentrációk csökkennek. Az újabb napnyugta után (felhőzet és számottevő szél hiányában) viszont már ismét kialakul a talajalapú inverzió. Így a keveredési réteg vastagsága ismét jelentősen lecsökken, elölről kezdve a szennyezőanyag koncentrációk napi ciklusát.

Az emelt inverzió

A téli félév gyakori jelensége a köd. Legtöbbször az éjszakai kisugárzás hatására alakul ki. Ekkor ugyanis a felszín közvetlen közelében erősen lehűlő levegőben apró, lebegő vízcseppek alakjában kicsapódik a levegőben meglévő nedvesség. Az éjszaka képződő köd az őszi, téli időszakban szél hiányában sokszor nagyon nehezen, vagy egyáltalán nem oszlik föl napközben sem, akár napokig is képes megmaradni. Ekkor az egymást követő éjszakákon a ködréteg annyira megvastagodhat, hogy az a felszínről kiinduló sugárzást nem engedi a világűr felé eltávozni, hanem foglyul ejti és részben visszasugározza a felszín felé. Ezáltal a felszín további lehűlése megszűnik, sőt a talaj mélyebb rétegeiből lassan fölfelé érkező hő hatására kissé melegszik is. A kisugárzás döntő része eközben áthelyeződik a ködréteg tetejére, a további lehűlés ott folytatódik. A ködréteg legalsó rétegének csekély melegedése, ill. tetejének hűlése pedig azt eredményezi, hogy a ködréteg és ezzel együtt az inverziós réteg megemelkedik pár száz méteres magasságba. A hőmérsékleti rétegződést ekkor úgy képzelhetjük el, hogy a magassággal fölfelé haladva pár száz méterig csökken a hőmérséklet. A ködréteg fölött kb. 50 m-rel van a leghidegebb rész. E fölött pedig egy hirtelen hőmérsékleti ugrás következik be, néhány 10 m-en belül akár 5-10 Celsius fokot is emelkedhet a hőmérséklet. Ez már az a magasság, ahol a felszíni hatások nem érvényesülnek, a levegő állapotát pedig a nagyskálájú időjárási folyamatok alakítják. Hazánkban többnyire 600-1100 m körül alakul ez a szint. A Kárpát-medence sajátossága, hogy a hegyektől körülvett és így a széltől leárnyékolt medence alján könnyen fölhalmozódik ez a hideg, ködös, párás levegő. Hidegpárna – ezt a kifejezést használjuk ilyenkor erre a légtömegre. Magas hegyeink gyakran a hidegpárna fölé nyúlnak, enyhe, napos idővel. A hegytetőkről lenézve gyönyörködhetünk az alattunk elterülő felhőzetben.

Az időjárás és a szállópor koncentráció kapcsolata

Az alábbi ábrákon 2011 novemberének Miskolc – Görömbölyön mért órás PM10 (szállópor) koncentrációit és a megfigyelt időjárást vetjük össze. Piros vonallal ábrázoltuk a koncentráció (µg/m³) menetét az idő függvényében (év.nap.óra formátumban, minden osztás 12 órás időlépcsőnek felel meg). Külön kiemeltük a 100 µg/m³-es határértéket.

1. ábra
A szállópor (PM10) koncentrációjának órás adatai 2011. november 1. és 10. között
Miskolc – Görömböly, Lavotta u. mérőállomáson és a megfigyelt időjárás

2011 novemberének első dekádjában (1. ábra) a szállópor koncentrációnak gyönyörű napi menete van délelőtti minimumokkal és jóval határérték fölötti, esti maximumokkal. A maximumok két jelenséggel magyarázhatóak. Egyrészt a keveredési réteg vastagsága naplemente után egészen napkeltéig néhány 10 méteresre csökken a talajalapú inverzió miatt. Másrészt estére hazaér a lakosság, és befűtenek. Napközben viszont a napsütés hatására a keveredési réteg vastagsága megnő, lecsökken a koncentráció, valamint ezzel együtt melegszik a levegő, kevésbé kell fűteni. A derült, szélcsendes időjárásban, ebben a jellegzetes napi menetben hosszú ideig semmi változás nincsen. Majd 11-én megerősödő északi széllel sarkvidéki eredetű légtömeg érkezett a térségbe, mely kitisztította a levegőt, jócskán határérték alá csökkentve a szállópor koncentrációt. A légáramlás miatt nem alakult ki éjszaka talajalapú inverzió, eltűnt a koncentráció korábban látott napi menete.

A hideg levegő utánpótlása gyorsan megszűnt, az nyugalomba jutott, leállt a szél, a derült idő pedig tovább folytatódott. Ez a koncentrációkban is jól nyomon követhető: 12-én este ismét megugrott az érték (2. ábra). Folytatódott az első dekádnál részletezett, jellegzetes napi ciklusú folyamat. Abban azonban változás történt, hogy a 12-től 16-ig tartó időszakban a napi menetre egy emelkedő trend rakódott. Egyre kevésbé tudott napközben is elkeveredni a szállópor a magasabb rétegekbe, így az folyamatosan gyűlt az alsó légrétegben. 16-án északnyugat felől kevés sarkvidéki eredetű levegő szivárgott a térségbe, mely csökkentette a koncentrációt, de éjszakára ismét leállt a légmozgás, és bár egy alacsonyabb szintről, de folytatódott az éjszakai maximumok határérték-átlépése.

2. ábra
A szállópor (PM10) koncentrációjának órás adatai 2011. november 11. és 20. között
Miskolc – Görömböly, Lavotta u. mérőállomáson és a megfigyelt időjárás

18-án hajnalban köd képződött, mely nappal sem oszlott föl. Ez a koncentrációban annyi változást okozott, hogy mérséklődött annak napi menete, de mivel talajalapú inverzióval párosult, azok magas szinten alakultak. Az igazi változást a ködréteg felszíntől való elemelkedése okozta 19-én délelőtt. Az inverzió leghidegebb része néhány száz méteres magasságba emelkedett, így a felszín közelében a keveredési réteg vastagsága a kezdeti néhány tíz méterről néhány száz méterre nőtt. Ez a koncentráció drasztikus csökkenését vonta maga után. Mivel ez az emelkedett ködréteg (Stratus felhőzet) 23-ig éjjel-nappal megmaradt (3. ábra), minimálisra csökkent a hőmérséklet napi ingása, nem alakult ki talajalapú inverzió, így a koncentráció is csak csekély mértékben változott. Egy enyhe emelkedő trend azért megfigyelhető, ami nem is csoda, hiszen ebben a néhány száz méteres légrétegben folyamatosan gyűlt a szennyezőanyagok mennyisége.

A következő változás 23-án következett be. Ekkorra a ködből képződött Stratus felhőzet már olyan magasra emelkedett (kb. 800-1000 m-re), hogy egy viszonylag gyenge délkeleti áramlás lassan elvitte a térség felől a felhőréteget. Így kezdődött minden elölről. Derült éjszaka, talajalapú inverzió, igen magas szállópor koncentráció az éjszakai órákban. 24-én hajnalra ismét kialakult a köd talajalapú inverzióval, mely ezúttal fokozatosan (jóval lassabban, mint korábban), csak több nap alatt emelkedett meg. A koncentráció ismét határérték alá csökkent. Volt azonban egy kiugró csúcs az értékekben: 29-én az esti órákban. Az időjárást megvizsgálva azt találjuk, hogy akkor este kilyukadt a Stratus felhőzet és mindössze 4 órára kiderült az ég. Ez pedig elég volt a talajalapú inverzió ismételt kialakulásához, és a szállópor koncentráció ilyen mértékű megugrásához. Az éjszaka közepére visszazáródott a felhőzet, a talajalapú inverzió pedig felszámolódott.

3. ábra
A szállópor (PM10) koncentrációjának órás adatai 2011. november 21. és 30. között
Miskolc – Görömböly, Lavotta u. mérőállomáson és a megfigyelt időjárás

Ködös november?

Egy érdekes kérdés vár még megválaszolásra. Mégpedig az, hogy miért nem alakult ki köd hetekig? Hiszen Miskolc térsége az ország egyik legködösebb helye, a ködnek pedig novemberben „van itt az ideje”. A magyarázat nem túl bonyolult. Ugyanis, bár az egész hónap időjárást végignéztük, de csapadékról nem beszéltünk. Hiszen nem volt. De alig volt októberben és szeptemberben is. A talaj felső rétege rendkívül száraz volt (4. ábra). A köd kialakulásához pedig nedvesség kell. A felszín felől ez csak több nap alatt tudott összegyűlni, ill. a hónap második felében az egyre jobban lehűlő levegő segítette ezt a folyamatot. Ez a körülmény is fontos szerepet játszott a derült éjszakák előfordulásának nagy számában.

4. ábra
A talajnedvesség (%) a talaj legfölső 20 cm-es rétegében november 30-án

Téli derült éjszaka = szmog?

A felszínről kibocsájtott szállóport a kellő erősségű szél elviszi, a csapadék a legnagyobb részét kimossa, ill. bizonyos légrétegződés esetén a magasabb légrétegekbe szél hiányában is elkeveredik. Ezek hiányában azonban a felszín közelében összegyűlhet, fölhalmozódhat. A téli félévben derült, szélcsendes estéken, éjszakákon gyakran kialakul a talajalapú inverzió, ekkor leggyakoribb a szállópor koncentráció jelentős megemelkedése. Annál magasabbak az értékek, minél régebb óta gyűlik a szennyezőanyag egy vékony légrétegben, minél erősebb az inverzió, és minél hidegebb van. Vastag hóval borított felszín esetén egyetlen derült, szélcsendes éjszaka alatt is igen magas koncentrációk alakulhatnak ki. Ezt fokozza, hogy a nagy hideg miatt ilyenkor jóval erősebb a lakossági fűtés is. Jó példa erre a 2012. február 10. körüli időszak.

Mivel a szmogriadó tájékoztatási és riasztási fokozatát az illetékes szervek több nap megvizsgálásával és a napi átlagos koncentrációk figyelembevételével hirdetik ki, az alcímbeli kérdésre a válasz nem eldönthető.

Azonban általánosságban annyi tanács adható, hogy ha a kémények füstje vízszintesen terül szét (és nem az erős szél miatt száll vízszintesen), megül a házak magasságában, akkor valószínűleg magas a szállópor koncentráció (is). Ezt sokszor az orrunkkal is érezzük. Ilyenkor már nem ajánlott a szabad levegőn való tartózkodás, de a nagyobb szellőztetés sem. Ezeket időzítsük a déli, délelőtti órákra a téli félévben.

Készült: 2012. február 13.

Kapcsolódó tanulmány:

• Kolláth Kornél, Szmoghelyzet 2011 októberében és novemberében