Előzmények: frontok, csapadék

Csapadékképződés a frontokban - animáció

Milyen légköri, fizikai feltételek megvalósulása esetén reménykedhetünk szivárvány kialakulásában? Eltérő hőmérséklettel, sűrűséggel, páratartalommal rendelkező légtömegek vándorlásuk során találkoznak egymással. Mivel a légtömegek előbb említett tulajdonságaikban jelentős eltérés van, egy olyan zóna jön létre, ahol ezek a jellemzők ugrásszerűen megváltoznak. Ez a frontfelület. Természetesen nem egy síkról van szó, hanem egy több kilométer vastagságú zónáról. A frontfelület felszínnel érintkező része az időjárási front. A frontokat annak alapján osztályozzuk, hogy milyen levegő váltja fel a már ott lévőt.

Melegfront

Ha egy terület fölé melegebb levegő érkezik, mint az ott tartózkodó, akkor meleg frontról beszélünk. Mivel a meleg levegő könnyebb, mint a hideg, így az érkező légtömeg szinte felsiklik a hideg levegő fölé (felsiklási front). Ez a lassú felsiklás nem eredményez heves feláramlásokat, így jellemzően réteges szerkezetű felhők jönnek létre. Ha egy adott pontról figyeljük egy meleg front érkezését, általában a következőket tapasztaljuk. Elsőként nagy magasságban megjelenő pehelyfelhőket (cirrus) láthatunk, majd ezt követően magas- és középszintű rétegfelhők következnek. Ezután érkezik meg a melegfront legjellemzőbb és egyben csapadékot is adó felhőzete, az esőrétegfelhő (nimbostratus). A melegfront lassan mozog, erős szelek nem jellemzik, frontzónája széles (több 100 km), ezért több napos, egyenletes, kiterjedt, de nem túl heves esőzéseket okoz. A csapadék a heves feláramlások híján inkább aprószemű. A melegfronti viszonyok mellett szivárványok nem alakulnak ki. (Kép forrása: Department of Atmospheric Sciences University of Illinois at Urbana-Champaign)

Hidegfront

Hidegfront érkezése esetén a sűrűbb, nehezebb, hideg levegő ékszerűen benyomul a melegebb, könnyebb levegő alá és azt hirtelen a magasba emeli. A front mentén fellépő heves feláramlás gomolyos szerkezetű felhők kialakulását okozza. Ennek a frontnak jellemző felhőzete a zivatarfelhő (cumulonimbus), melyből nagy cseppekben, intenzív, záporos csapadék hullik. A hidegfront szélessége kicsi, mozgása gyors és gyakran erős széllel érkezik. (Kép forrása: Department of Atmospheric Sciences University of Illinois at Urbana-Champaign)

Hogyan jön létre a szivárvány?

Jellemzően hideg frontok és helyi záporok, zivatarok alkalmával látható szivárvány. Feltétel, hogy a Nap a hátunk mögül süssön, miközben az előttünk megfigyelhető felhőből csapadék hullik. A szivárványt mindig 42 fokos szögben látjuk a napsugarakhoz képest. A szivárvány kialakulását egyszerű optikai jelenség okozza, a fénytörés. A legismertebb fénytörő eszköz a prizma. Hasonlóan a prizmához az esőcsepp is képes a fény törésére. A napból érkező fény a légkörön áthaladva eléri az esőcseppet. Az esőcseppben a fehér fény alkotóelemei különböző sebességgel mozognak tovább frekvenciájuktól függően. Ez okozza, hogy az egyes fény komponensek különböző szögekben haladnak tovább. Az ibolyaszín pl. jobban törik, mint a vörös. Az esőcsepp "hátsó részén" a fény egy része távozik, egy része azonban visszaverődik és a csepp napfelőli oldalán lép ki ismét csak törést szenvedve. Minden egyes esőcsepp a fent leírtak szerint képes felbontani a fényt. Azonban, ha minden esőcsepp ugyanúgy bontja fel a fehér fényt és ugyanazokra a színekre, akkor hogyan lehetséges, hogy a szivárvány színei mégis sávokban jelennek meg az égen, vagyis egyes régiókban csak egy-egy szín látható? A magyarázat ismét egyszerű. Minden sávból (és így minden esőcseppből) csak egy-egy szín érkezik a szemünkbe. A magasabban tartózkodó esőcseppből kilépő színek közül a vörös fény éppen a helyes szögben halad ahhoz, hogy a megfigyelő szemébe jusson. Az alacsonyabban hulló esőcseppből más szín lép ki olyan szögben, hogy az, pont az észlelő számára látható legyen.

Kettős szivárvány

Előfordulhat kettős szivárvány is. Az egyik mindig éles, a másik halvány és az előző felett (napsugarakkal bezárt szög itt 52 fok) található. A halványabb esetében a színek sorrendje mindig a fordítottja a másiknak. A második szivárvány kialakulása ugyanúgy a fénytöréssel magyarázható, de ekkor a fény még egyszer megtörik az esőcseppben.

Linkek

http://www.unidata.ucar.edu/staff/blynds/rnbw.html - Oktatási oldal
http://www.wrh.noaa.gov/Flagstaff/science/rainbow.htm - Nemzeti Időjárási Szolgálat
http://www.techxhome.com/products/education/html/dispersion/raindrop.html - Hogyan keletkezik a szivárvány?
http://www.fsz.bme.hu/mtsz/szakmai/tvok11.htm - Meteorológiai alapismeretek