veszÉlyes lÉgkÖri jelensÉgek kÜlÖnbÖzŐ skÁlÁkon · •a veszÉlyes És extrÉm esemÉnyek...
TRANSCRIPT
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