2024. július 20. szombat
Tanulmányok

HungaroMet: 2023. október 26. 08:00

A Balaton bórája

A Balaton időjárása számos sajátossággal rendelkezik. A nagy kiterjedésű vízfelület, valamint a tőle északra húzódó Bakony nagy mértékben képes módosítani a balatoni időjárás alakulását. Mindez határozottan meglátszik az időjárási elemek, így a levegő hőmérsékletének, a szélviszonyoknak, a felhőzetnek és a csapadékhullásnak az alakulásában is. A viharok látszólag hirtelen csapnak le a tóra, és különösen a nyílt vízen gyakran jóval erősebbek, mint a környező szárazföldi területeken.

Kurcsics Máté, Horváth Ákos, Geresdi István


A balatoni viharok számos megjelenési formái közül kiemelkednek az északnyugatról lecsapó szélviharok, amelyek gyakran veszélyhelyzetek forrásai is lehetnek (1. ábra). Jelen tanulmány a Balaton északias szelét mutatja be, amit nem véletlenül neveztek régen a Balaton bórájának.

 1. ábra

1. ábra
Hidegfront érte el a Balatont északnyugat felől.
Nagy hullámok még nem alakultak ki, a víz azonban egyre jobban fodrozódik, porzik a viharossá fokozódó szél hatására,
miközben felvette az ilyenkor jellegzetes, zöldes színét. A lecsapó szélviharban egy vitorláshajó próbál partra jutni
.


A Balaton északi szele

A Balaton térségében az északi, északnyugati a leggyakoribb szélirány, ami a földrajzi fekvéséből adódik, a helyi hatások pedig erre még inkább ráerősítenek. Az északi széllel járó vihar többféleképpen is kitörhet a Balatonnál: egy markáns, gyorsmozgású hidegfront érkezésekor a gyenge szélből percek alatt 60-90 km/h-s szél kerekedhet, míg egy mediterrán ciklon, vagy egy atlanti viharciklon hátoldalán hosszabb idő alatt fokozódik viharossá a szél. A mai − meteorológiai modelleket, műholdas és radaradatokat, időben és térben is sűrű felszíni méréseket felhasználó − modern meteorológia kora előtt úgy tartották, hogy a Balatont az északi viharok (a hidegfrontok) „orozva” érik el, azaz váratlanul csapnak le a tóra. Már jó ideje tudjuk azonban, hogy erről általában szó sincs, legfeljebb kellő tájékozódás, körültekintés hiányában érheti a vízen tartózkodókat kellemetlen meglepetés és érezhetik úgy, hogy hirtelen, a semmiből csapott le az északi szél. Napjainkban a hidegfrontok érkezését, különösen az erősebb frontokat meglehetősen pontosan előre lehet jelezni, így aki követi a viharjelzést, azt nagy valószínűséggel nem éri váratlan északi szélvihar a Balatonon. A balatoni viharjelző szolgálat 1934-es elindulása előtt azonban sok tragédiát okoztak az északi hidegbetörések a tónál. A legnagyobb feljegyzett balatoni tragédia is ilyen időjárási helyzethez kötődik: 1796. július 9-én a Révfülöp és Balatonboglár között közlekedő révhajó 60 aratómunkással indult el az északi partról, a déli partot azonban közülük csak ketten érték el élve. A hajó a viharossá fokozódó északi szélben felborult és 58-an fulladtak a Balatonba.

Az északi szélviharok különlegességének hátterében több ok is húzódik, melyek külön-külön nem feltétlenül lennének meghatározók, együttes hatásuk azonban igen változatossá teszi a Balaton időjárását és ezzel együtt a Balaton északi szelét is. Ezek közül a legfontosabbak:

  • a Kárpát-medencét határoló domborzat
  • a Balatontól északra húzódó Bakony
  • a Balaton környezetétől eltérő hőmérséklete
  • a Balaton, mint sík, nyílt térszín


A balatoni szélviszonyokat befolyásoló hatások

Az első fontos tényező nem is a tó közelében van, hanem attól 150-200 kilométernyire északnyugatra. A Kárpát-medencét hegyvonulatok ölelik körül, amelyek erősen lekorlátozzák, hogy a légtömegek milyen irányokból érkezhetnek meg a medencébe. Egy érkező hidegfront mögött kezdetben sem az Alpok, sem a Kárpátok magas hegyei felett nem tud átáramlani a levegő, hanem a hegyek közötti hágókba, völgyekbe szorul. Az Alpokat és a Kárpátokat a medencén kívülről elérő légtömegek zömében csak a két hegység között, a Dévényi-szoros térségében tudnak bejutni a dunántúli területekre. Ez azt jelenti, hogy ilyenkor a szél erősen be van „csatornázva”, nem fújhat a Balatonnál akármilyen irányból, a nagy szélviharok többsége pontosan északnyugat felől érkezik a Balatonhoz. A szél aztán a Dunántúl északi részén haladva legyező-szerűen szétterül, így a Balaton nyugati felében az északi, keleti felében az északnyugati a leggyakoribb szélirány. Ennek igazolására még szélmérésekre sincs feltétlenül szükség, elég csak ránézni egy részletes domborzati térképre, azon határozottan kirajzolódnak a széliránynak megfelelően hosszan elnyúló völgyek.

A második szélviszonyokat alakító összetevő a Bakony. Mielőtt az északnyugati szél elérné a Balatont, valamilyen módon át kell kelnie a Bakony vonulatán (amibe jelen esetben beleértjük a Keszthelyi-hegységet és a Balaton-felvidéket is). Itt kicsiben ugyan, de nagyon hasonló a helyzet, mint az Alpok és a Kárpátok esetén: van, amikor inkább a hegyek közötti csatornákban, míg máskor a domborzati akadály felett áramlik tovább a levegő nagyobb része. A Bakony azonban jóval alacsonyabb hegység, ráadásul északi oldalának kicsi a meredeksége, így könnyebben tud felette átjutni a levegő, ez pedig összetett folyamatokat eredményez. Egyes esetekben a Bakony szélárnyékot ad a Balatonnál, ezzel gyengébbé, de lökésesebbé téve a szelet, máskor a szélcsatornákban okoz kiugróan nagy szélsebességet (2. ábra), megint máskor pedig éppen a Bakony takarásában alakul ki kiugróan erős szél. Jelen tanulmányban ezzel a hatással foglalkozunk majd részletesebben.

 2. ábra

2. ábra
A Balatontól északra húzódó domborzat egyik jellegzetes áramlásmódosító hatása a Szigligeti-öbölben jelentkezik.
Nyári éjszakákon gyakori, hogy a Keszthelyi-hegység és a Bakony közötti szélcsatornában felgyorsul a szél,
a meleg víz felett pedig le is keveredik a felszín közelébe. Ilyenkor az egész országban egyedül itt fúj erős szél.


A harmadik szélviszony alakító hatás a Balaton vízhőmérséklete, amely azt eredményezi, hogy a tó feletti levegő hőmérséklete eltér a környezetétől. Ez a tényező nem csak a szélviszonyokat, hanem például a felhőzetet is módosítja. A nappali órákban a víz hőmérséklete általában alacsonyabb a környezeténél.  Ismert jelenség, hogy a délelőtt folyamán a hideg Balaton felett nem képződnek gomolyfelhők, így a déli órákra nem ritka, hogy az égen egy felhőmentes területként kirajzolódik a Balaton. A vízhőmérséklet a szélviszonyokat is jelentősen befolyásolja. Délelőtt a Balaton felett kialakulhat egy ún. hideg dóm, vagy kupola, ugyanis a víz felett a levegő jóval lassabban melegszik, mint a szárazföld felett. Ez különösen a meleg, délies szeleket gyengítheti, ugyanis azok felsiklanak erre a hideg dómra. Ezzel szemben éjszaka a Balaton vize rendszerint melegebb, mint a környezete, így a nappali stabil hideg dóm helyett egy könnyen átkeveredő meleg, labilisabb légoszlop jön létre a tó felett. Mindez lehetővé teszi a magasban lévő levegő lekeveredését amivel együtt az erősebb magassági szél is lejut a felszín közelébe.  Mindez modellkísérletekkel is pontosan igazolható (3.ábra).

 3. ábra

3. ábra
Modellkísérletek (WRF) igazolták, hogy a vízhőmérséklet nagy mértékben képes befolyásolni a szélsebesség alakulását.
A bal oldali ábrán 20 fokos, a jobb oldalin 24 fokos vízhőmérséklettel számoltuk ki a tó felett fújó szelet.
A melegebb vízfelszín felett többfelé jóval erősebb szél adódott.


A negyedik fontos tényező, hogy a Balaton egy nyílt térszín. Ez azért fontos, mert az érdes, fákkal, épületekkel borított területeken a nagyobb súrlódás hatására jelentősen csökken a szél sebessége ahhoz a sebességhez képest, amit a légkörben ható erők (például a légnyomás-különbségből eredő nyomási gradiens erő) eredményeznének. A vízfelszín felett azonban a súrlódás hatása jóval kisebb, így az áramlás minél hosszabban a víz felett fúj, annál nagyobb sebességet érhet el. Ez gyakran megfigyelhető az északias szeleknél, általában ez áll annak hátterében, hogy a déli parton erősebb a szél, mint az északin. De különösen meghatározó tényező akkor is, amikor a Balaton hossztengelye mentén fúj végig az északkeleti vagy a délnyugati szél (4. ábra).

4. ábra 

4. ábra
Délnyugati szél esetén a Balaton keleti medencéje (bal oldali ábra), északnyugati áramlásnál a déli part a szelesebb (jobb oldali ábra)
a nyílt vízfelszín felett felgyorsuló áramlás miatt.


Hogy mikor melyik hatásnak nagyobb a szerepe, az nagy mértékben függ az időjárási helyzettől, de általában egyik tényező sem hanyagolható el. Az OMSZ Siófoki Viharjelző Obszervatóriumának szuperszámítógépén futtatott meteorológiai modell (WRF) segítségével lehetőség nyílik ezen hatások modellezésére és azok egymástól való elkülönítésére. Ennek fontos gyakorlati jelentősége van, ugyanis egy döntéshozatalnál a viharjelző meteorológusnak szükséges tudnia, mikor melyik hatással, milyen mértékben kell számolnia.

Négy modellkísérletre került sor, melyek közül három egy fiktív, a negyedik pedig valós eset. Először kivettük a modellből a Bakony hegyvonulatát és a Balaton víztömegét is, ezzel egy sík, szárazföldi területet hagytunk a modellben a Bakony-Balaton térségben. Ebben az esetben csak a Kárpát-medencét körülölelő hegyek hatása érvényesült. Jól látható, hogy ekkor a legkisebb a szél sebessége a Balaton helyén (5, 6. ábra). Ezt követően a következő kísérletbe már betettük a modellbe a Balaton vizét, de még nem melegítettük fel, a szárazföldével azonos hőmérsékletet kapott. Ebben az esetben már egy jelentős szélnövekmény figyelhető meg a korábbihoz képest. Megállapítható tehát, hogy nagy szerep jut a vízfelszín miatti kisebb súrlódásnak. A harmadik modellfuttatásban a valós vízhőmérsékletet adtuk meg, ezzel kisebb-nagyobb mértékben tovább nőtt a szélsebesség az időszak során. Itt meg kell jegyezni, hogy ezt a vizsgálatot egy téli esetre végeztük el, nyáron sokkal nagyobb szerep jut a vízhőmérsékletnek is. Végezetül a Balaton valós állapota mellé a valós domborzatot, a Bakonyt is betettük a modellbe, ezzel az időszak második felében egy minden korábbinál nagyobb szélnövekményt kaptunk, ami a valóságban is jelentkezett, szélmérések igazolták. Ezzel a kísérlettel belátható tehát, hogy a Bakonynak még a korábban véltnél is nagyobb szerepe van a balatoni szélviszonyok alakításában. A bemutatott példában jelentősen megerősítette a szelet, de a hatására kialakuló légköri hullámmozgások (le és feláramlások) más esetekben, illetve a Balaton más területein a szél gyengülését is okozhatják.

 5. ábra

5. ábra
 A szélsebességet módosító egyes hatások mértékének időbeli menete WRF modellkísérletek alapján.
A vonalak a Balaton egy adott pontján mutatják a szélsebesség időbeli menetét különböző módosítások elvégzése esetén.
Az alsó, zöld vonal esetén a modellben nincs benne sem a Bakony, sem a Balaton.
A következő két esetben már a Balaton igen, de a Bakony még nem került be a modellbe:
a kék vonal mutatja a hideg, a piros a meleg Balatonnal végzett modellfuttatást.
Végül a fekete vonal már a valós esetet ábrázolja: a Bakony és a Balaton is benne van a modellben.

 6. ábra

6. ábra
A szélsebességet módosító egyes hatások térbeli struktúrája WRF modellkísérletek alapján.
Bal felső: nincs Bakony, nincs Balaton, jobb felső: nincs Bakony, van Balaton (hideg),
bal alsó: nincs Bakony, van Balaton (meleg), jobb alsó: van Bakony, van Balaton.


A bakonyi szél

A Bakonynak a fenti példában látott igen jelentős szélerősítő hatását lejtőszélnek, lejtőviharnak hívhatjuk. Megfelelő légköri körülmények között a szélsebesség a hegység széliránnyal ellentétes oldalán (tehát északi, északnyugati széliránynál épp a Balatonnál) növekedni fog. Ez egy olyan hatás, amivel a Föld számos pontján találkozunk, elég csak az Adriai-tenger partvidékén fújó bórára vagy az Alpok lábánál kialakuló meleg szélre, a főnre gondolni. Ez a jelenség a Balatonnál is kialakul, csak a környező domborzat magasságával arányosan, értelemszerűen gyengébb formában [3]. Azért tud mégis a Balatonnál jól megfigyelhetően létrejönni, mert a nyílt térszín és a meleg víz is segítik, hogy ez a szélerősödés a felszín közelébe érve is megmaradjon. Úgy kell elképzelnünk ezt a hatást, hogy a már meglevő alapszélre még rátesz egy 20-30 km/h-s többletet. Talán ez nem is hangzik soknak, a Balatonnál azonban ennek nagy a jelentősége. Ugyanis egy vízen tartózkodó horgász, SUP-os, kisebb vitorlás, vagy éppen egy vízi tömegrendezvény esetén ez a 20-30 km/h jelentheti a különbséget a nyugodt, kellemes időjárás és az életveszély között. Az is jól mutatja ennek a többletnek a fontosságát, hogy a Balatonnál már 40 km/h-s széllökések esélyekor I. fokú, 60 km/h-s széllökések várható bekövetkezése esetén pedig II. fokú viharjelzés lép érvénybe. 

A nagytérségű időjárási folyamatok által kialakított lejtőszelek, lejtőviharok mögött összetett légköri folyamatok állnak. Jelen tanulmányban csak a kialakulásukhoz legfontosabb feltételeket említjük meg. Az első fontos tényező, hogy legyen egy határozott alapszél, ami közel merőlegesen fúj a hegyvonulatra úgy, hogy közben az iránya párhuzamos az izobárokkal (geosztrofikus az áramlás). Azaz az izobároknak is szükséges merőlegesnek lenniük a Bakonyra. Ilyen légnyomási mező ciklonok hatására tud kialakulni akkor, amikor a ciklon középpontja a Kárpát-medence keleti felén helyezkedik el, a Bakony-Balaton térség pedig a légörvény hátoldali áramlási rendszerében van. Bakonyi lejtővihart kialakíthat mérsékelt övi ciklon [1], illetve mediterrán ciklon [2] is (7. ábra).

 7. ábra

7. ábra
Időjárási helyzet (hőmérsékleti és szélviszonyok a 850 hPa-os nyomási szinten, tengerszintre átszámított légnyomás)
a vizsgált 2022 decemberi esetben Közép-Európa térségében. Hazánk egy mediterrán ciklon hátoldalán helyezkedett el.
A középpontjukkal tőlünk keletre elhaladó ciklonok különösen kedvezőek lehetnek bakonyi lejtőviharok kialakulásához.


A nagyskálájú időjárási helyzet mellett a légkör lokális állapota is fontos tényező. Lejtővihar kialakulásához szükséges az is, hogy a hegycsúcs felett legyen egy olyan légréteg, amiben a hőmérséklet csak kis mértékben csökken, esetleg még növekszik is a magassággal felfelé haladva (inverziós réteg). Azaz szükség van egy nagy stabilitású rétegre a Bakony felett kb. 600-800 méteres tengerszint feletti magasságban (8. ábra). Szükséges továbbá, hogy a szél sebessége kellő mértékben növekedjen a magassággal felfelé haladva. Ha megvannak ezek a feltételek, akkor hullámmozgások alakulhatnak ki a légkörben, a hullám hegyvonulatot követő leáramlási zónájában pedig jelentős szélerősödés jöhet létre.

8. ábra 

8. ábra
WRF modellből számított stabilitási viszonyok a Bakonyra merőleges, ÉNy-DK irányú metszeten
a vizsgált 2022. decemberi esetben.
A pirosas színek erősen stabil rétegződést, míg a sötétzöld színek instabilabb rétegződést jelölnek.
A Bakony felett megfigyelhető a lejtővihar kialakulásához szükséges stabil réteg.


Bakonyi lejtővihar kialakulására számos információ utalhat, melyek lehetnek modelleredmények és mérési adatok is. A WRF modellel elvégzett kísérletekben a bakonyi lejtőszélhez rendre jellegzetes horizontális és vertikális struktúrák társultak. Minden lejtővihar esetén a hegység széllel ellentétes oldalán süllyedésnek indul a légnyomás és lokálisan egy alacsonyabb légnyomású terület alakul ki. Esetünkben ez a Balaton felett helyezkedik el, kialakul egy ún. lee oldali teknő (9. ábra).

 9. ábra

9. ábra
Légnyomás és 3 óra alatt bekövetkező nyomásváltozás a WRF modellben a 2022 decemberi esetben.
A fehér vonalak az izobárok, a piros területek a nyomássüllyedést, a kék területek nyomásemelkedést jelölnek.
A Bakony déli oldalán, a Balaton felett gyorsan, jól kimélyült, lee oldali teknő figyelhető meg.


A vertikális struktúrák is jellegzetesek. A szélsebesség vertikális metszetén egy határozott szélerősödés alakul ki a Balaton felett, melynek maximuma pár száz méteres magasságban figyelhető meg (10. ábra). A szélmaximum felett, kb. 2 km-es magasságban pedig egy szélcsendes terület jön létre, ami például az adriai bórának is jellegzetessége [4]. A vertikális áramlásokat vizsgálva a Bakony déli oldalán egy leáramlási zóna figyelhető meg, amely akár 2 km-es magasságig is kiterjedhet, a legnagyobb leáramlási sebesség pedig a 2 m/s-ot is megközelítheti. A felszínen ezen a leáramlási területen alakulnak ki a legnagyobb széllökések. A leáramlás valahol a Balaton felett feláramlásba vált, ami a szél mérséklődésével jár együtt. Jól megfigyelhető a vertikális metszeteken a leáramlás felhőoszlató, kiszárító hatása is.

 10. ábra

10. ábra
WRF modellel számított szélsebesség (bal felső), vertikális sebesség (bal alsó, kékes színek: leáramlás, narancsszínek: feláramlás),
potenciális hőmérséklet és relatív nedvesség (jobb alsó) vertikális metszete a 2022 decemberi esetben.
A metszet (folytonos vonal jobb felső ábrán) ÉNy-DK irányban metszi a Bakonyt.
A jobb felső ábra a felszínre számolt maximális széllökéseket mutatja.


A Balatonnál üzemelő, sűrűn telepített szélmérő hálózat lehetővé teszi, hogy a Bakony hatására a szélmezőben bekövetkező módosulások pontosan kimérhetők legyenek. Lejtővihar esetén nem az egész Balaton területén nő meg a szél sebessége, csak annak egy adott részén. A bemutatott, 2022 decemberi esetben például nagyrészt a Balaton északi partját érintette a leáramlási zóna és ezzel együtt a szélerősödés. A déli partnál kelet felől egészen Fonyódig feláramlás és mérsékeltebb szélviszonyok alakultak ki (11. ábra). A leáramlási zónában 70-80 km/h-s széllökések voltak a jellemzők, míg a feláramlási területen csupán 30-40 km/h-s lökések alakultak ki. Ilyen struktúrájú szélmező többször megfigyelhető a Balatonnál lejtővihar idején és hosszú ideig is fennmaradhat. Balatonalmádiban a lejtővihar hatására a legerősebb széllökések az időszak egy részében meghaladták a 70 km/h-s sebességet is, miközben Siófokon alig fordult elő viharos széllökés (12. ábra).

11. ábra 

11. ábra
 A legnagyobb széllökések a Balatonnál 2022. december 11. 6:10-kor (05:10 UTC).
A Balaton keleti felében, a Bakony mögött az északi parton több mint kétszer nagyobbak a széllökések
a déli parthoz képest. Ez az eltérés a Bakony hatásának tudható be.

   12. ábra

12. ábra
Szélsebesség (zöld) és széllökések (piros) alakulása a Balaton keleti medencéjének északi (Balatonalmádi)
és déli (Siófok) felén 2022. december 10-11.
A éjfélt követő órákban Balatonalmádiban jelentősen megnőttek a maximális széllökések, míg
Siófokon kis mértékű csökkenés figyelhető meg.


Bár a mérési adatok és a modelleredmények is jól kimutatják a Bakony hatására kialakuló légköri hullámokat és a balatoni szélmezőre gyakorolt hatásukat, az a leglátványosabb, amikor a felhőzet is „megfesti” őket és műholdképeken vagy éppen timelapse felhőfilmeken is kirajzolódnak. Lejtővihar idején a Balaton felett általában létrejön egy állóhullám, amely megfelelő nedvességi viszonyok mellett a felhőképen is látható. A Balaton északi részén a leáramlás felhőoszlató hatással bír, míg délebbre, ahogy a vertikális sebesség feláramlásba vált, egy tartós felhőképződési zóna jön létre, hosszan elnyúlva egy délnyugat-északkeleti irányú vonal mentén (13. ábra). Az itt képződő felhőzetet az erős magassági áramlás gyorsan dél felé sodorja, azonban folyamatosan újraképződik (1. videó). A dél felé sodródó felhőzet pedig addig marad meg, amíg bele nem ér egy következő leáramlási zónába, ahol feloszlik. A Bakony hatására kialakuló hullámszerkezet tehát nem feltétlenül ér véget az első le-feláramlással, hanem délkelet felé még többször megismétlődhet, ahogy a műholdképen is látható (13. ábra).

 13. ábra

13. ábra
Álló léghullám a Balaton felett a Siófoki Viharjelző Obszervatóriumnál készített fényképen, illetve
a Suomi NPP kvázipoláris műhold VIIRS szenzorának felvételén [5] 2023. február 2-án.

1. videó: Álló léghullám a Balaton felett 2023. február 2-án


A tanulmányban bemutatott modelleredmények, illetve különböző mérési adatok igazolták, hogy a balatoni szélviszonyok alakításában a tó hatásai mellett a Bakonynak is jelentős szerepe van. A jelenség pontosabb megismerésével megmagyarázhatóvá váltak olyan váratlan szélerősödések, melyek okát korábban nem ismertük pontosan. Ezáltal a balatoni viharjelzések beválási aránya is növelhető a jövőben. Látható vált még, hogy a bakonyi szél számos vonásában hasonlít az olyan tipikus lejtőviharokra, mint például az adriai bóra. Így nem is olyan nagy túlzás a térségben fújó északi szelet a Balaton bórájának nevezni. A Bakonyból lecsapó lejtőviharok nem csak meteorológiai, hanem földtörténeti szempontból is érdekesek. Egyes elméletek szerint a Balaton medrének kialakulásában, fennmaradásában is elengedhetetlen szerepe volt a Bakonyból fújó lejtőszélnek.


Hivatkozások
:

[1] met.hu/ismeret-tar/erdekessegek_tanulmanyok/index.php?id=1084&hir=Az_%22Angela%22_ciklon_meteorologiai_leirasa

[2] met.hu/ismeret-tar/erdekessegek_tanulmanyok/index.php?id=1082&hir=A_%22Zsofia%22_ciklon_meteorologiai_leirasa

[3] met.hu/ismeret-tar/erdekessegek_tanulmanyok/index.php?id=2920&hir=Allo_leghullam_a_Balaton_felett...

[4] met.hu/ismeret-tar/erdekessegek_tanulmanyok/index.php?id=3157&hir=Az_adriai_boratol_a_bakonyi_lejtoviharig

[5] worldview.earthdata.nasa.gov