Nemcsak a hőhullámok száma nő Magyarországon, hanem a károkozó széllel, intenzív csapadékkal és villámlásokkal kísért zivataros napoké is. Tanulmányukban az ELTE Meteorológiai Tanszék és a HungaroMet kutatói – Szabó Péter, Lakatos Mónika, Pieczka Ildikó és Pongrácz Rita – azt vizsgálták, hogyan változott a zivataros napok előfordulása az elmúlt évtizedekben, milyen folyamatok állnak a háttérben, és mire számíthatunk a következő évtizedekben.
Ha megnézzük az 1991 és 2024 között a társadalmi észlelők által országszerte feljegyzett zivataros napokat a május és szeptember közötti időszakban, akkor azok 99%-os megbízhatósággal is stasztikailag szignifikánsan emelkedő trendet mutatnak az elmúlt 34 évben. Ebben a vizsgált időszakban július volt a legzivatarosabb hónap, majd ezt követi kissé lemaradva a június. A szeptember – vélhetően az alacsonyabb napállás miatt – pedig a legkevésbé zivataros hónapunk. A vizsgált összes hónap közül 2018 júniusa, valamint 1999 és 2002 júliusa emelkedik ki országos átlagban 8-8 zivataros nappal.
Idén nyáron többször előfordult, hogy ún. száraz hidegfront érkezett hazánk fölé. Ezeknek a frontoknak az a jellemzőjük, hogy kevés zivatart produkálnak, mivel a mögöttük beáramló hűvösebb levegő gyorsan veszít nedvességtartalmából, ahogy a nyugatra elhelyezkedő anticiklon hazánk felé terjeszkedik. Ilyen helyzetben főként a hegyvidékek szélárnyékába kerülő térségek számíthatnak zivatarokra – elsősorban a nyugati, délnyugati, valamint az északi és északkeleti területeken. Ugyanakkor a második legmelegebb és legszárazabb júniust követően, a július 7–8. időszakban minden feltétel adott volt heves zivatarok kialakulásához: a gyorsan mozgó, vonalba rendeződő cellák főként károkozó, helyenként 130 km/h-t elérő széllökéseket és jégesőt eredményeztek, miközben voltak olyan területek is, ahol mindössze néhány milliméter csapadék hullott.
A zivatarok kialakulásának leírása a légköri modellek egyik legbizonytalanabb része, számos közelítést kell hozzá alkalmazni – fotó: pexels.com
A zivatar biztos receptje: labilis, nedves levegő és egy kis feláramlás
A villámlásokat, mennydörgést előidéző zivatarokhoz meleg, nedves és egyben labilis légköri viszonyokra van szükség. Magyarországon ez leggyakrabban a május és szeptember közötti ún. konvektív időszakban fordul elő, amikor a nagyobb szögben beérkező napsütés erőteljesen felmelegíti a talajt. A meleg, nedves levegő felszáll, amelyből a magasban lehűlve esőcseppek és jégszemek kiválásával zivatarfelhők alakulnak ki. Minél melegebb az idő, annál több a párolgás, így több nedvesség kerülhet a légkörbe, ami fokozza a felhőképződést.
A zivatarfelhő kialakulásához három feltétel szükséges:
- labilitás – a felszínközeli meleg levegő annál könnyebben felemelkedik, minél hidegebb van a magasban;
- emelő hatás – például egy időjárási front, egy ún. összeáramlási zóna vagy akár a domborzat emelkedésre készteti a levegőt;
- nedvesség – elegendő mennyiségű vízgőz nélkül nincs se felhő, se csapadék.
Fontos, hogy ezeknek mind egyszerre kell teljesülniük! Előfordulhat például, hogy a légkör rendkívül labilis és az emelő hatás is megvan, azonban a nedvességtartalom kis különbségén múlik, hogy heves zivatar alakul ki, vagy egyáltalán nem jön létre zivatar. Ez arra is rámutat, hogy igen összetett és bizonytalan a zivatarok pontos előrejelzése.
Zivatarpotenciál – a gyakorlatban használt mutatószám
A zivatarok kialakulásának leírása a légköri modellek egyik legbizonytalanabb része, számos közelítést kell hozzá alkalmazni. A zivatarok valószínűségét számszerűsítve évtizedek óta szokás használni például az ún. K-indexet, amihez megadott küszöbértéket társítva definiálhatjuk a nagy zivatarpotenciálú napokat (a részletes módszertant lásd a cikk végén). Ennek a kvázi-megfigyelésekből számolt idősorát május és szeptember között vizsgálva szintén statisztikailag szignifikánsan növekvő trendet figyelhetünk meg hazánkban 1991 és 2024 között.
Forrás: masfelfok.hu
Ha megnézzük, hogy a nagy zivatarpotenciál a jelenlegi éghajlati viszonyok között az országon belül hol a legmagasabb, akkor az Északi-középhegység és a Tiszántúl emelkedik ki. Itt nagy területen 20 nap feletti a május és szeptember közötti átlagos gyakoriság, de a hegységek emelő hatása miatt, például a Mátrában vagy a Bükkben az előfordulás egyértelműen gyakoribb. Délnyugaton is találunk egy kisebb lokális maximumot, hiszen az Adriai-tenger felől gyakran érkezik egy-egy sorbarendezett zivatarlánc. Végül a területi eloszlás alapján északnyugaton a legkisebb (15 alatti) a nagy zivatarpotenciálú napok átlagos száma. Ezen megállapítások hasonlóak egy nemzetközi tanulmány elemzéséhez, amely szintén az ország keleti felére kapta a nagyobb gyakoriságot és északnyugatra a legkisebbet.
Forrás: masfelfok.hu
Ezért növekedhet a zivatarpotenciál
Az erőteljes nyári melegedés a felszínközeli légrétegekben különösen a múlt század kilencvenes éveitől vált igen intenzívvé. A zivatarpotenciálhoz felhasznált magaslégköri változók vizsgálata alapján a következőket állapíthatjuk meg:
- a hőmérséklet emelkedése nemcsak a felszín közelében, hanem a magasban is megfigyelhető;
- a hőmérséklet közel azonosan emelkedik a felszínhez közelebbi és a középmagas légrétegekben is, azaz gyakorlatilag nem változik a függőleges irányú ún. hőmérsékleti gradiens, amivel a labilitás mértékét szokás jellemezni;
- a hőmérséklet növekedésével a harmatpont (az a hőmérséklet, ahol a légköri vízgőz kondenzálódni kezd, vagyis vízcseppek keletkeznek) is emelkedik, de csak valamivel kisebb mértékben, ami az alsóbb légköri szintek gyenge száradására utal;
- a zivatarpotenciál gyenge növekedése tehát elsősorban a felszínhez közelebbi szint harmatpontjának enyhe emelkedése miatt következik be.
Önmagában a zivatarpotenciál növekedése nem jelent automatikusan több tényleges zivatart, mert ehhez kell a megfelelő időjárási helyzet is, azaz előfordulhat, hogy a zivatarok gyakorisága nem változik, de azok intenzitása nő.
A pesszimista forgatókönyv szerint duplaannyi zivatarunk is lehet
A jövőre vonatkozóan csak az éghajlati modellszimulációkra tudunk támaszkodni, ehhez kétféle jövőképet vizsgáltunk:
- azonnali kibocsátáscsökkentéssel a párizsi klímacélok teljesülését, az ipari forradalomhoz képest legfeljebb 2 °C-os globális felmelegedést feltételezve (zöld forgatókönyv);
- az eddigi üvegházgáz-kibocsátási trendek folytatódását kivetítve a 21. század végéig (pesszimista forgatókönyv).
A nagy zivatarpotenciálú napokban a zöld forgatókönyv esetén a jelenhez képest csak pár napos változásra számíthatunk, ami jól érzékelhető, jelentősebb módosulást nem jelent. Ezzel szemben a pesszimista forgatókönyv azt jelzi, hogy fokozatosan egyre több lesz a nagy zivatarpotenciálú napok száma a kritikus, május és szeptember közötti konvektív időszakban: eleinte csak 5-10 nappal, majd később 8-16 nappal, az évszázad vége felé pedig már 16-24 nappal több potenciális zivataros napra kell felkészülnünk az ország különböző területein a jelenlegihez képest (amely közel kétszeres növekedést jelent). A térképek alapján a legnagyobb gyakoriságnövekedés a Duna-Tisza köze vidékén, valamint a nyugati, délnyugati országrészben várható.
Forrás: masfelfok.hu
Összefoglalás és hatások
A zivatarpotenciál önmagában nem jelenti azt, hogy valóban elő is fordul zivatar – az ide érkező és a helyben rendelkezésre álló nedvesség mennyisége döntő szerepet játszik. A meleg levegő több nedvességet képes tárolni, ugyanakkor a gyakran kiszáradó alsó légköri rétegek és a hosszabb száraz időszakok kevésbé kedveznek a zivatarok kialakulásának.
Elemzésünkben a megfigyelt zivataros napok és a számolt nagy zivatarpotenciálú napok múltbeli idősorai között elég jó kapcsolat van. A jelenlegi éghajlat tekintetében az évi előfordulási értékek szélsőértékei, átlagai megfelelő egyezést mutatnak, ami alapján a két, méréseken alapuló idősorból meghatározott összefüggést a jövőre is alkalmazhatjuk. Így összefoglalásként a következőket állíthatjuk a zivataros napokról.
- Jelenleg május és szeptember között évente jellemzően 18 zivataros nap fordul elő az országban, de ez elég változó: volt már olyan év, amikor csak 12, máskor pedig akár 28 ilyen nap is volt.
- A pesszimista forgatókönyv szerint ez a jellemző érték fokozatosan emelkedik, és 55 év múlva akár a jelenlegi közel duplája, 34 nap is lehet. A legviharosabb évben ez 40 fölé is nőhet, míg a legkevésbé zivataros években is elérik majd a jelenleg legszélsőségesebb év értékeit. Feltéve, hogy a zivatarhoz szükséges feltételek teljesülnek.
- A kedvezőbb, zöld forgatókönyv szerint a mediánérték csak enyhén nő, 21-22 napra, és az évek közötti változékonyság is a pesszimistánál kisebb maradhat.
Forrás: masfelfok.hu
Jó volna elkerülni a zivataros napok számának további növekedését a globális kibocsátások csökkentésével, hiszen ezek hatásaira nehéz érdemben védekezni vagy felkészülni. A zivatarok önmagukban is komoly természeti veszély jelentenek, amelyek legfőbb hatásai a következők:
- Az infrastruktúrát súlyosan érintheti: egy-egy kritikus helyre becsapó villám nagyobb térségek áramellátását veszélyeztetheti rengeteg embert érintve. Továbbá a villám épület- vagy bozóttüzeket is okozhat.
- Az extrém nagy csapadék lokális árvizeket, villámárvizeket okozhatnak, különösen a sűrűn beépített városrészekben, rossz infrastruktúra környezetében és hegyvidékek területén, ahol a víz nem tud megfelelően elfolyni.
- A növényzet kevésbé tudja felhasználni a zivatarokkal járó intenzív csapadékot, hiszen az inkább elfolyik, ráadásul ezek gyakran csak kis területre korlátozódnak, így előfordulhat, hogy egymás közvetlen közelében találunk aszályos és elárasztott térségeket is.
- A jégesővel kísért zivatarok súlyos infrastrukturális és mezőgazdasági károkat okozhatnak, különösen a termésérési időszakban.
- A kísérő szélviharok fákat dönthetnek ki, megrongálhatják a házak tetejét, közlekedési fennakadásokat okozhatnak, és veszélyeztethetik az emberek testi épségét.
Köszönet illet két HungaroMet-es kollégát, Horváth Ákost és Hadvári Mariannát, illetve Kolláth Kornélt (ALTEO) kérdéseinkre adott lelkes segítségnyújtásukért. Továbbá köszönjük a megfigyeléseken alapuló ERA5 reanalízis elkészítését az EU ECMWF intézményének és Copernicus programjának, illetve a regionális modelleredményeket az Euro-CORDEX konzorcium modellező intézeteinek tagjainak. A kutatás megjelenését az ECF támogatta.
Tudományos módszertan
1. Zivataros napok észlelése és számítása a HungaroMet-nél
A csapadékmérést végző társadalmi észlelők többszáz, jelenleg mintegy 430 mérőhelyen feljegyzik a műszerek nélkül megfigyelhető időjárási jelenségeket is, mint például a zivatart. Zivataros napnak számít az adott állomáson egy nap, amennyiben mennydörgést hallott az észlelő, még ha csapadékhullás nem is történt. Országos havi összeget úgy képezünk a zivataros napok számából, hogy havonta összegezzük az összes állomás környezetében kipattant zivatarok számát, majd elosztjuk a beérkező állomások számával, ezeket pedig egészekre kerekítjük.
2. A zivatarpotenciál megfigyelései
A zivatarpotenciál elemzéséhez nem felszíni, hanem a légkör magasabb rétegeit is leíró megfigyelésekre van szükségünk. Ehhez a légkört horizontálisan és vertikálisan is egyenletesen lefedő, a rádiószondák mellett a műholdas, repülőgépes, felszíni és egyéb méréseken alapuló, de szimulációkkal készített ún. ERA5 reanalízis adatbázis 25 km-es, 6 órás eredményeit dolgoztuk fel 1971-től egészen 2024-ig.
A zivatarpotenciál számszerűsítését az USA-ban 1960 óta alkalmazott, ún. K-index elemzésével végeztük. Ehhez három (kb. 1,5 km-es, 3 km-es és 5,5 km-es) magassági szintről, összesen öt légköri változóra volt szükségünk: . Az első zárójeles tag a légköri labilitást reprezentálja, a második tag a felszínhez közelebbi légköri rétegek abszolút nedvességét, a harmadik zárójeles tag pedig a környező szárazabb levegő bekeveredésének csökkentő hatását hivatott számszerűsíteni. A K-index értékeiből a K>32 küszöbértékkel meghatározott napokat elemeztük, melyeket nagy zivatarpotenciálú napoknak tekintettünk – mert ez egyrészt megegyezik a HungaroMet által kiadott riasztáshoz használt értékkel, továbbá egy 0,7-es erős lineáris kapcsolatot mutat a megfigyelt zivataros napokkal.
A magaslégköri nedvességi értékeket 1990 előtt még szovjet rádiószondák mérték, melyek a mainál pontatlanabbak voltak, ráadásul szakadásos profilt adtak meg. Ez bizonyosan befolyásolja a rádiószondákat is felhasználó ERA5 adatbázis megfelelő magassági változóit is, így az eredményeket és a trendeket is csak 1991-től mutatjuk be.
3. Jövőbeli regionális modellszimulációk
A globális klímamodellek a teljes földi légkörzést hivatottak leírni, míg hazánk éghajlatának vizsgálatához regionális klímamodellekre van szükség, hiszen azok a légköri folyamatokat már megfelelőbb térbeli felbontással és sokkal pontosabban írják le. A regionális modellek múltbeli szimulációi nagy számban még mindig csak 2005-ig állnak rendelkezésünkre, míg a jövőre vonatkozóan, 2006-tól indítva 2100-ig azt szimuláljuk, hogy egy-egy feltételezett üvegházgáz-kibocsátási forgatókönyvre hogyan reagál az éghajlati rendszer. Jelen tanulmányban két forgatókönyvet tekintettünk: a Párizsi Megállapodásban szereplő 2 °C-os globális melegedést feltételező RCP2.6-ot (zöld forgatókönyv); és a kibocsátáscsökkentés nélküli RCP8.5-öt (pesszimista forgatókönyv). Az elemzésben adott forgatókönyvön belül az Európa egészét 10 km-es rácsfelbontással lefedő, Euro-CORDEX együttműködés keretében futtatott ugyanazon három-három regionális klímamodell különböző szimulációit elemeztük, az azokból képzett együttes átlag- és szélsőértékeket tekintve.
4. Zivataros nap és zivatarpotenciál kapcsolata
Mivel a zivatarpotenciál önmagában nem jelenti azt, hogy valóban elő is fordul zivatar, a jövőbeni országos gyakoriságok becsléséhez a múlt időszaka alapján, egy erre alkalmas program segítségével többféle kapcsolatot határoztunk meg a megfigyelt zivataros napok és a számított országos zivatarpotenciál között. Ezek közül a jelenlegi klímát reprezentáló elmúlt 20 év átlaga, minimuma, maximuma, terjedelme, szórása, átlagos négyzetes hibája és korrelációs mutatói alapján egy lineáris kapcsolat bizonyult a leginkább megfelelőnek.
Feltételeztük, hogy ez az összefüggés a trendektől függetlenül a jövőben is fennáll. Ezt a kapcsolatot először klímamodell-szimulációnként a jövőbeli 20 éves időszakok egyes éveire alkalmaztuk, majd forgatókönyvenként meghatároztuk a felhasznált három-három regionális klímamodell éves átlagait. Az utolsó ábra tehát már a becsült jövőbeli zivataros napokat mutatja a múlt megfigyelései mellett, míg az azt megelőző térképen még a zivatarpotenciál változása szerepel.
5. Átlag, hibakorrekció, korreláció, box-whisker diagramok
Éghajlati skálán egy-egy 20-éves időszak átlagai megadják azt, hogy az időszakon belül bármely évben milyen értékre számíthatunk, míg a változás ezen időszakok közötti különbséget adja meg. A jelenlegi éghajlatot a 2005-2024 időszak átlagai reprezentálják, míg a 15 év, 35 év, illetve 55 év múlva várható jövőt rendre a 2031-2050, a 2051-2070 és a 2071-2090 időszak jelenti.
Mivel a különböző klímamodellek eltérő hibával terheltek, ezért a szimulációs eredmények bemutatásakor az ún. standardizálás módszerét használtuk, amely az átlagok mellett a szórásokat is figyelembe véve végzi a hibák javítását. A korrekciót a nagy zivatarpotenciálú napok május és szeptember közötti számára szimulációnként és rácspontonként végeztük. A korrekciós referencia-időszak egy megfigyelésekkel közös múltbeli időszakot, esetünkben a 2005-2024-et jelenti.
A trendeket lineáris regresszió illesztésével, a legkisebb négyzetek módszerével becsültük. A korreláció, azaz két változó közötti lineáris kapcsolat szorosságát a [-1;1] intervallumba eső Pearson-féle korrelációs együtthatóval adtuk meg. A trendek és a korrelációs együtthatók statisztikai szignifikanciáját t-próbák segítségével vizsgáltuk meg.
Mivel a klímamodellekben az egyes évek nem beazonosíthatók, ezért az utolsó ábrán az egyes időszakok alatti évek változékonyságát az ún. box-whisker diagramokon mutatjuk be. A szélesebb, színes téglalapok az eloszláson belül a legvalószínűbb középső 50% tartományát jelölik, míg az ezen belüli vastag vízszintes vonal a középső elemet, vagyis a mediánt. A boxok alatti és feletti vékonyabb függőleges vonalak a 20-éves időszakok alatt előforduló szélsőértékeket jelzik (pontosabban a boxok tartományának másfélszeresén belüli szélsőértékeket, és ha ezen kívül esik a minimum- vagy a maximumérték, azokat nem).
Forrás: masfelfok.hu (Szerzők: Szabó Péter, éghajlatkutató, az ELTE Meteorológiai Tanszékének doktorandusza; Lakatos Mónika, éghajlati szakértő, a földtudományok doktora, a HungaroMet tanácsadója; Pieczka Ildikó, meteorológus, a földtudományok doktora, az ELTE Meteorológiai Tanszékének adjunktusa; Pongrácz Rita, meteorológus, hidrológus, a földtudományok doktora, az ELTE Meteorológiai Tanszékének adjunktusa.)
Indexkép: pexels.com
