Nehézségek a havazás mérésében

A számítógépes klímamodellek egyik sarkalatos pontja lehet a csapadék meghatározása. Egy havazással foglalkozó légkörkutató, Walt Peterson rövid tanulmánya mutatja be a problémákat. A kutató részt vesz az új csapadékészlelő műszer kifejlesztésében, amellyel a tervek szerint a NASA a 2013-ban fellövendő új műholdját szerelné fel.

Walt Petersen, a Nemzeti Űrtudományi és Technológiai Központ (NSSTC) légkörkutatója szerint döbbenetesen keveset tudunk az eső és a hó földi eloszlásáról.

Például mennyi hó hullik az egyes napokon és hol? Mennyi víz kerül a felszínre gyenge, szitáló eső által?

Ez csak néhány az eddig megválaszolatlan kérdésekből. Az ezekre adott válasz jelentősen növelné a földi éghajlati rendszerről kialakult tudásunkat. A teljes földi csapadék tanulmányozásának legjobb útja az űrből való megfigyelés.

Ennek érdekében hozta létre a NASA a Csapadék Mérő Missziót. A kutatások célja a föld körüli pályán mozgó hó és jég mérésére szolgáló mérőeszközök tökéletesítése. Petersen is részt vesz a kutatásokban, fő szakterülete a havazások vizsgálata.

Petersen szerint több probléma is felmerül a hóesés körül. A havazás jelenlétének csapadékradarral való vizsgálata ugyanis egyáltalán nem problémamentes. Eső esetében könnyű dolgunk van, hiszen az mindig egyszerű folyékony cseppekből áll. Az esőfelhőkből visszavert radarjelekből viszonylag pontosan lehet következtetni a eső intenzitására. A NASA Trópusi Eső Mérő Missziójának (TRMM) műholdja például a havi csapadékösszegeket 10 százalékon belüli hibával méri.

Sajnos hasonló pontosságot szilárd halmazállapotú csapadék, többek között a hó esetében nehéz elérni. Ugyanis a szilárd csapadék részecskék formája rendkívül változatos. Ismert tény például az, hogy nincs két egyforma hópehely. A különböző méretű, alakú és sűrűségű hópelyhek különböző sebességgel hullnak, ami jelentősen megnehezíti a csapadék intenzitásának meghatározását. Ezen felül a hópelyhek felületét sík lapok és bonyolult élek alkotják, amelyek a visszavert radarjelet rendezetlenné teszik.

És itt még nem értek véget a gondok. "A hó a benne lévő jég és levegőrészek arányától függően változó dielektromos viselkedéssel bír" - teszi hozzá Petersen. (Egy anyag dielektromos állandója megmutatja, milyen erősséggel veri vissza az anyag a radarhullámokat.) "Esőcsepp esetén csupán a vízzel kell foglalkoznunk, amelynek ismert a dielektromos állandója. Hó esetén ugyan ismerjük a jég és a levegő dielektromos állandóját, de a víz és levegő által kialakult közös dielektromos állandó hópehelyről-hópehelyre változik. Továbbá, a hópelyhek növekedhetnek és olvadhatnak is, ami azt jelenti, hogy a vizet is be kell vennünk a számításokba.

Ebből kifolyólag a globális havazás meghatározása meglehetősen bizonytalan - jegyzi meg Petersen. A méréshez mind földi-, mind űrradarok használata szükséges. Jelenleg csak azokon a területeken tudják a tudósok megbecsülni a lehullott hó víztartalmát, ahol állandó hóvastagság-mérés történik. Az a gond, hogy az ilyen területek aránya a havazásnak kitett területekhez képest nagyon kicsi, szükség van tehát a műholdas mérésekre.

A hó jelentős szerepet játszik az éghajlatban. A víz párolgása nagy hőt von el (ezért érezzük mindig hidegnek, amikor a bőrünkön párolog a víz). Később, amikor a nedvesség hópehely formájában csapódik ki, felszabadul ez a tárolt hő, mely melegíti a levegőt. Minél több hókristály csapódik ki, annál több hő szabadul fel. Amikor havazik, nedvesség kerül ki a légkörből, amely így szárazabbá válik. A felszínre lehullott hó visszaveri a napsugárzást, így segít "hűvösen tartani" bolygónkat. A számítógépes klímamodellekben a havazás globális eloszlásának és mennyiségének pontos meghatározása is egy fontos elem az előrejelzések pontosításában.

Az utóbbi időben sok új tanulmány született a havazás radaros meghatározásának javítására. Ez már időszerű is volt, hiszen 2013-ra tervezi a NASA a Globális Csapadék Misszió műhold (GPM) fellövését, amelyen az új radar is helyet kap.

A havazás mellett a GPM gyengébb esőket is meg tud figyelni, mint az eddigi rendszer. A trópusokon a szitálás ugyan ritka jelenség, magasabb szélességeken azonban napokig is eltarthat, miközben jelentősebb csapadékot ad és sok hőt közöl a légkörrel. A fejlett ipari országokban sűrű csapadékmérő hálózat van kiépítve, a világ jelentős részén azonban a műholdas megfigyelésnek nincs alternatívája. A GPM óránkénti kéttized milliméter intenzitással rendelkező szitálást is már érzékelni tud.

Eső, szitálás, hó - "ez mind víz", mondja Petersen. "A klíma valóságos megértéséhez ezeket mind nyomon kell követnünk"