A légszennyezés és a zivatarok kapcsolata

Egy új tanulmány megpróbál rámutatni arra, hogy a szélnyírás, ami a repülőgépek rázkódásáért is felelős, miként változtatja meg a légszennyező anyagok szerepét a zivatarok kialakulásában. Erős szélnyírás esetén nehezebben, vagy egyáltalán nem alakulnak ki zivatarfelhők, míg gyenge szélnyírás esetén épp ellenkező hatás tapasztalható.

A kutatók munkájuk során új ismeretekkel gazdagodtak, hogy az aeroszolok, azaz a levegőben lebegő, láthatatlan, apró részecskék, miként befolyásolják a zivatarok kialakulását. Az aeroszoloknak a felhők kialakulásában betöltött szerepe az egyik legkevésbé ismert területe a meteorológiának. A jelen kutatás lehetővé teszi a tudósok számára, hogy jobban megismerjék a felhő és csapadékképződés folyamatát. 

Jiwen Fan, légkörkutató, és a kutatás egyik résztvevője szerint a tanulmány rámutathat arra, hogy azokon a területeken, ahol a délutáni órákban gyakran fordulnak elő záporok, zivatarok, milyen szerepet töltenek be az antropogén eredetű szennyezőanyagoknak a viharok kialakulásában. A levegőben lebegő apró részecskék megváltoztatják a felhők tulajdonságait, ám ezek a változások sohasem egyformák, megismerése ezért nagy kihívást jelent a kutatók számára.

Fan eredményeit a 2009. december 17-én az Amerikai Geofizikai Társaság (American Geophysical Union) közgyűlésén ülésén hozta nyilvánosságra.

A kutatás kezdete 

A kiterjedt zivatarfelhők, jelentős mértékben visszaverik a napból érkező sugárzást, közben jelentős mennyiségű csapadékot szolgáltatnak, ami általában eső formájában hullik. A zivatarfelhők ezen két tulajdonságuk miatt, kulcsfontosságú szerepet töltenek be Földünk éghajlatának alakításában.

A felhők úgy alakulnak ki, hogy a talajról a meleg, nedves levegő felszáll, közben a felfelé áramló levegő magával viszi a levegőben lebegő apró aeroszol részecskéket, melyek elengedhetetlenek a felhőképződéshez. Ezt a folyamatot nevezik konvekciónak.

Az aeroszolok felhőképződésre gyakorolt hatását vizsgáló korábbi tanulmányok gyakran zárultak egymásnak ellentmondó eredményekkel. Például az egyik esetben arra a következtetésre jutottak, hogy magas légszennyezettség esetén erősebb viharok alakulnak ki, de ugyanerre az eredményre jutottak alacsony légszennyezettség esetén is.

Fan és kollégái számítógépes modelleket használtak, hogy rájöjjenek, valójában mi is játszódik le a légkörben. A kutatás középpontjában a szélnyírás állt, ami a szélirány és szélsebesség magasság szerinti megváltozása. Szélnyírások legtöbbször frontok és viharok közelében fordulnak elő.

Ausztráliai és kínai adatok alapján számítógépes modelleket futattak. Nyolc konvektív eredetű felhőt vizsgáltak, melyek egymástól az aeroszol koncentrációban, szélnyírásban és páratartalomban különböztek. Ezután vizsgálták a felhőkben a felszálló légáramlatok sebességét és a csapadékot.

Tornyosuló gomlyfelhők, nyáron hazánkban is gyakran megfigyelhetők

A hosszú munka eredménye

Az első szimuláció során arra az eredményre jutottak, hogy abban az esetben, ha erős a szélnyírás, a magas légszennyezettség gátolja a konvekciót. Amikor gyenge a szélnyírás, a magas légszennyezettség erős viharok kialakulásához vezet. Ugyanakkor a konvekció függ a páratartalomtól is, ezért ki kellett deríteni, hogy melyik tényező van nagyobb hatással a konvekcióra.

A kérdés eldöntése érdekében újabb futtatásokat végeztek. Két kialakulási módot különböztettek meg, az egyik esetben erős, a másikban gyenge volt a feláramlási sebesség. A két kialakulási módon belül megkülönböztettek száraz, illetve nedves esetet is. A négy elvégzett szimuláció egyértelműen kimutatta, hogy a szélnyírás nagyobb szerepet tölt be, mint a páratartalom.

Amikor megvizsgálták az eredményeket, kiderült, hogy a csapadék mennyisége és a zivatarfelhőkben uralkodó feláramlás sebessége között összefüggés van. Erős szélnyírás esetén a magas légszennyezettség kevesebb csapadékot okoz, míg a gyenge szélnyírás, magas légszennyezettséggel párosulva hevesebb viharokat és nagyobb csapadékot eredményez. Ez a folyamat csak egy bizonyos küszöbértékig érvényes, ugyanis ha a szélnyírás mértéke ez alá az érték alá csökken, a légszennyezettség ismét gátló tényezőként jelenik meg.

Fizikai magyarázattal is szolgál a tanulmány. Amikor az aeroszol részecskéken kicsapódik a pára, akkor hő szabadul fel, ami kedvez a konvekciónak, ennek eredményeképpen nő a zivatarfelhőkben uralkodó feláramlás sebessége. A csapadékhullás éppen ellenkező hatással van a konvekcióra, ugyanis a hulló csapadéknak hűtő hatása van. Erős szélnyírás esetén a hűtő hatás mindig erősebb, mint a fűtő hatás, amely a konvekció gyengülését és a zivatarfelhő megszűnését eredményezi.