Az észak-atlanti térség szeptemberi légnyomás-anomáliájának kapcsolata a Kárpát-medence környékének decemberi átlaghőmérsékletével

Babolcsai György

Bevezetés

E cikk szinte járatlan utakon jár: a légköri távkapcsolatok egy nagyon ritka típusát írja le, a Kárpát-medence vonatkozásában hasonló erősségű prognosztikai kapcsolatot eddig nem is ismertünk. A feltárt összefüggés a szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália iránya (vagyis hogy a szeptemberi átlagos légnyomás az adott évben a sokévi átlagnál magasabb (pozitív anomália) vagy alacsonyabb (negatív anomália) volt-e) és a rá következő december Kárpát-medence környéki átlaghőmérséklete között mutatkozik.

A szeptembert és decembert összekötő valamiféle légköri távkapcsolat felismerése nyomán 2013-ban már megjelent egy cikk e honlapon [1], amelyben a hosszútávú előrejelzés szándékával definiálva lett egy új index, a DAI (Decemberi Anomália Index). A most bemutatásra kerülő friss – a korábbinál kétszer olyan hosszú (60 éves) idősor felhasználásával és újfajta megközelítéssel nyert – vizsgálati eredmények fényében a távkapcsolatban az észak-atlanti légnyomás-anomália szerepe a DAI-ban foglaltaknál is fontosabb, az index egy másik komponensét alkotó magyarországi szeptemberi légnyomás-anomália szerepe viszont elhanyagolható. Fontos, új felismerés még, hogy az ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió csak az esetek egy részében játszhat szerepet térségünk decemberi átlaghőmérsékletének alakításában, tehát annak figyelembevétele opcionálisan, egy „ha…, akkor…” típusú döntési eljárás alkalmazása után válhat szükségessé és eredményessé. Mindezek nyomán a légkör ősz eleji viselkedése által hordozott információk megjelenítésére – a DAI többváltozós lineáris regresszióval nyert determinisztikus komplex indexe helyett – ez a cikk már valószínűségi értékközöket ad meg és javasol a jövőbeni decemberi magyarországi átlaghőmérséklet becslésére.

Amit a távkapcsolat összeköt

Az elmúlt hat évtizedben az átlagosnál szignifikánsan hidegebb vagy melegebb decemberi kárpát-medencei hőmérsékleti anomália lehetőségének ősz eleji előjelei voltak: néhány kivételtől eltekintve szeptemberben az átlagosnál magasabb, illetve alacsonyabb észak-atlanti légnyomás előzte meg őket. Az 1. ábrán az 1951-től 2013-ig tartó időszak decemberi magyarországi átlaghőmérsékletei láthatók. A diagramon az egyes decemberek oszlopai aszerint lettek pirossal, illetve kékkel színezve, hogy a definiált észak-atlanti térségben (északi szélesség 50-90°, nyugati hosszúság 0-90°) a szeptemberi légnyomás-anomália az 1951-2013-as átlagnál alacsonyabb vagy magasabb volt-e. (Három évben – 1954, 1960, 1997 – az átlagossal megegyező volt a szeptemberi légnyomás. A légnyomás-anomália irányán a továbbiakban is az 1951-2013-as átlaghoz képesti eltérés előjelét értjük.)

1. ábra
A decemberi magyarországi átlaghőmérséklet (OMSZ, homogenizált adatok, 1951-2013);
Pirossal a negatív, kékkel a pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália utáni decemberek, színezés nélkül a neutrális esetek

Miért éppen december?

A 2. ábra két görbéje a vizsgált időszak magyarországi napi átlaghőmérsékletét mutatja november 15-től január 15-ig aszerint, hogy a definiált észak-atlanti térségben a szeptemberi légnyomás-anomália negatív (piros görbe, 30 eset) vagy pozitív (kék görbe, 30 eset) volt-e.

2. ábra
A magyarországi napi átlaghőmérséklet november 15-től január 15-ig aszerint, hogy a definiált észak-atlanti térségben
a szeptemberi légnyomás-anomália negatív (piros görbe, 30 eset) vagy pozitív (kék görbe, 30 eset) volt-e (OMSZ, 1951-2013)

November utolsó napján kezd „szétnyílni az olló”, addig a hónap második felében az átlagos körül ingadozott mindkét görbe. Ezt követően egészen január 9-ig, tehát december minden egyes napján hidegebb volt az átlaghőmérséklet, ha a szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália pozitív volt. Negatív légnyomás-anomália esetén egyetlen napon sem volt átlagosan fagypont alatti napi átlaghőmérséklet decemberben, pozitív anomália után viszont a hónap első hetét követően átlagosan fagypont feletti átlaghőmérsékletű nap nem fordult elő. A két görbe közti különbség december egészére nézve 1,5 °C. A legnagyobb – 3 °C-ot is meghaladó – különbség december 24. és 28. között mutatkozott, ami 60 év átlagában igencsak szignifikánsnak mondható. Érdemes megnézni ezen öt nap napi átlaghőmérsékletének alakulását mind a hatvan évben (3. ábra). A piros színű görbék a negatív, a kék színűek a pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália után következő decemberek napi átlaghőmérsékleti menetét mutatják.

3. ábra
A magyarországi napi átlaghőmérséklet alakulása december 24-28-ig;
A piros színű görbék a negatív, a kék színűek a pozitív szeptemberi
észak-atlanti légnyomás-anomália után következő decemberek napi
átlaghőmérsékleti menetét mutatják (OMSZ, 1951-2013)

A 4. ábra már a távkapcsolat valószínűsíthető mibenlétét, magyarázatát szemlélteti: a szeptemberi légnyomás-anomália az esetek jelentős részében néhány ezer km-rel keletebbre, a Skandináv-félsziget térsége fölött decemberre visszatért.

4. ábra
Az észak-atlanti térségben a 10-10 legalacsonyabb és 10-10 legmagasabb légnyomású szeptember,
és az azokat követő decemberek átlagolt mezői;
átlagolt szeptemberi légnyomási, átlagolt decemberi légnyomási és átlagolt decemberi felszíni hőmérsékleti anomália;
az anomália az 1981-2010-es átlaghoz viszonyul (NCEP)

Az észak-atlanti térségben a húsz legalacsonyabb és húsz legmagasabb (tíz-tízes további bontásban) légnyomású szeptember és az azokat követő decemberek átlagolt mezői (4. ábra) mellett az 1951-2013-as decemberi országos átlaghőmérséklethez (0,3 °C) képest 1,5 °C-ot elérő eltérést mutató huszonnyolc eset szeptemberi észak-atlanti és decemberi Skandináv-félsziget térségi (északi szélesség 55-90°, keleti hosszúság 0-30°) légnyomás-anomália görbéi (5. ábra) is alátámasztják az anomáliák többnyire „együtt mozgását”.

5. ábra
Az 1951-2013-as decemberi magyarországi átlaghőmérséklethez képest 1,5 °C-ot elérő eltérést mutató esetek
szeptemberi észak-atlanti és decemberi Skandináv-félsziget térségi (északi szélesség 55-90°, keleti hosszúság 0-30°)
légnyomás-anomáliája, és a decemberi magyarországi átlaghőmérséklet (OMSZ, NCEP)

A decemberi átlagolt légnyomási mezők közti drámai különbségnek (ellenkező előjelű anomália) a hőmérsékletre nézve egyértelmű következményei vannak. Minél inkább anticiklonális a Skandináv-félsziget térsége fölött a légnyomási mező, az annál hidegebb téli időjárási helyzetet vetít a Kárpát-medence vidékére, illetve megfordítva: tartós ciklonális helyzetben, azaz a zonális, félzonális szituáció esetén zömmel az átlagosnál enyhébb az idő környékünkön.

A „magyarázat magyarázata”, azaz, hogy mi okozza a szeptemberi légnyomási-anomália gyakori decemberi újra megjelenését, egyelőre nem ismert.

1951-1980 vs. 1981-2013

Jelen tanulmány már a Decemberi Anomália Indexet megalapozó 1981-2010-es klíma normál előtti 30 évet is bevonta a vizsgálatba. Szkeptikus hozzáállás még tarthatta úgy, hogy az 1981-2010-es időszakban a számos meteorológiai változó között időben és térben lehetséges számtalan kapcsolat között talált „összefüggés” pusztán a véletlen műve, ám annak valószínűsége, hogy a Decemberi Anomália Indexet megalapozó időszakot megelőzően, 1951 és 1980 között ugyanazon meteorológiai változók véletlenül viselkedtek ugyanolyan módon, nagyságrendekkel kisebb, mint annak, hogy mindez egy valóságos fizikai jelenség következménye volt.

A 6. ábra a 4. ábrához hasonló módon, de már a két klíma normál időszakára külön-külön kiszámolva mutatja be az észak-atlanti térségben a 10-10 legalacsonyabb és 10-10 legmagasabb légnyomású szeptember és az azokat követő decemberek átlagolt légnyomás-anomália mezőit.

6. ábra
Az észak-atlanti térségben a 10 legalacsonyabb és 10 legmagasabb légnyomású szeptember,
és az azokat követő decemberek átlagolt légnyomás-anomália mezői az 1951-1980-as
és az 1981-2013-as időszakokban; az anomália az 1981-2010-es átlaghoz viszonyul (NCEP)

A légnyomás-anomália három hónappal később, keletebbre újra kifejlődése (mert nem áthelyeződésről van szó, a két közbenső hónap kaotikus képet mutat) a két időszak 10-10 esetes átlagaiban teljesen hasonlóan történt meg.

A 10 legalacsonyabb szeptemberi észak-atlanti légnyomású esetet követő decemberek 1951-1980-as és 1981-2013-as átlagolt mezői közti hasonlóság (akárcsak a 10 legmagasabb szeptemberi észak-atlanti légnyomású esetet követő decemberekéi közti) még a 6. ábrán láthatónál is nagyobb, ha figyelembe vesszük a két klíma normál decembereinek (minden évre vonatkozó) átlaga közötti különbséget (7. ábra). (A 6. ábra anomáliái ugyanis mind az 1981-2010-es átlaghoz viszonyulnak.)

7. ábra
Az 1951-1980-as és az 1981-2010-es időszakok szeptemberei és
decemberei légnyomás-átlagának különbségei

A 8. ábrán a két időszak decemberi átlaghőmérsékletének kvartilisei láthatók negatív, illetve pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália esetén. 

8. ábra
Az észak-atlanti térség negatív, illetve pozitív légnyomás-anomáliájú szeptembereit követő decemberek
magyarországi átlaghőmérsékletének kvartilisei (1951-1980 és 1981-2013, OMSZ)

A pozitív és negatív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomáliájú esetek felső kvartilisei (a 25 százaléknyi legmelegebb eset alsó határhőmérséklete) közti különbség mindkét időszakban 2 °C körüli. A medián és az alsó kvartilis tekintetében az 1951-1980-as évtizedekben kisebb volt az anomália-irány függvényében megmutatkozó különbség (egyben lényegesen nagyobb a negatív anomáliájú esetek 50 százalékos valószínűségű értékközének szórása). A pozitív anomáliájú esetekben ugyanakkor egészen nagyfokú a hasonlóság a két időszak viselkedése között. Az 1951-2013-as decemberi átlaghőmérséklet (0,3 °C) fölötti tartományba esett az első harminc évben a negatív észak-atlanti légnyomás-anomália után az esetek fele, később több mint háromnegyede, pozitív anomália esetén ugyanez az arány a két részidőszakban egyaránt huszonöt százalék körüli volt.   

Az ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió hatása

A szakirodalomból ismert, hogy az Északi-hemiszféra közepes és magas földrajzi szélességein – vitatott mértékben ugyan, de – hatással van a téli átlaghőmérséklet alakulására, hogy októberben milyen mértékben nőtt Eurázsiában a hótakarós terület nagysága [2] [3]. Az eurázsiai hótakaró területi kiterjedtségéről 1967-től állnak rendelkezésünkre megbízható adatok. Ezek alapján a magyarországi decemberi átlaghőmérséklettel a legerősebb kapcsolatot nem pontosan az októberi, hanem a Rutgers University Global Snow Lab (USA) [4] heti bontású hó-adatbázisa alapján az év 37. és 40. hete (átlagosan szeptember 10-16. és október 3-9.) közötti hótakarós terület-növekedés mutatja. Megvizsgálva e hótakaró-növekedés, a szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália és a decemberi magyarországi átlaghőmérséklet kapcsolatát, a 9. ábra alapján a következő megállapításokat tehetjük (az 1969-es és 1971-es decemberek a hiányzó hóadatok miatt kimaradtak a kimutatásból).

9. ábra
Az észak-atlanti térség negatív, illetve pozitív légnyomás-anomáliájú szeptembereit követő
 decemberek magyarországi átlaghőmérsékletei növekvő ősz eleji eurázsiai
hótakaró-expanzió szerint sorba rendezve (és a lineáris trend) (1967-2013)

Azokban az esetekben, amikor a pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomáliához gyors ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió is társult, még inkább jellemző volt Magyarországon a szignifikánsan hideg december. (A jobboldali grafikonon a sorban a negyedik, a trendből kissé kilógó oszlop az 1991-es decemberhez tartozik, és nagy valószínűséggel a Fülöp-szigeteki Pinatubo vulkán az év júniusi kolosszális kitörésének hatását tükrözi.) Ellenkező előjelű, negatív szeptemberi (majd decemberi) légnyomás-anomália esetén, azaz alapvetően zonális, félzonális európai makroszinoptikus helyzet fennállásakor a szibériai hófelhalmozódás üteme és mértéke nem volt érdemi hatással térségünk decemberi hőmérsékleti viszonyaira. A magyarázat kézenfekvő: nyugati áramlás decemberi túlsúlya esetén nem, illetve kisebb mértékben juthat szerephez a szibériai, illetve kelet-európai hótakaró a Kárpát-medence környéke időjárásának alakításában, viszont amennyiben keleti, északkeleti áramlás dominál térségünkben, akkor a gyengébb atlanti ciklonaktivitás miatt zavartalanul fejlődhet, folyamatosan hűlhet önmagát erősítve és nyugat felé terjeszkedve a termikus szibériai anticiklon, többnyire annál hidegebb levegőt szállítva hazánk fölé is, minél gyorsabb és nagyobb mértékű volt az őszi eurázsiai hófelhalmozódás.

Mindez megmagyarázza a DAI 2013-as sikertelenségét (az előrejelzett -2,1 °C-os helyett +1,1 °C-os tényleges decemberi anomália): a negatív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália ellenére jelentős súllyal figyelembe lett véve a rekordnagyságú ősz eleji szibériai hótakaró-expanzió – most már tudjuk, hogy helytelenül.

A 10. ábra pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália esetén az eurázsiai hótakaró-expanzió szerepét szemlélteti. Az 1967 óta rendelkezésünkre álló huszonkét ilyen esetet a hótakaró-expanzió növekvő mértéke szerint sorba rendezve, majd megfelezve, és azok mezőit átlagolva, külön-külön is megfigyelhető a cikk korábbi részében leírt szeptemberről decemberre történő „anomália újra megjelenés”. Emellett az anomália nagysága is hasonló. Fontos továbbá, hogy az erősebb ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió egyben többnyire lényegesen erősebb szeptemberi észak-atlanti pozitív légnyomás-anomáliával is párosult, amely kiterjedt Észak-Európára is. Az átlagos decemberi hőmérsékleti mezőben látványosan kirajzolódik a korai szibériai hótakaró-expanziós esetek átlagában a Közép-Európába eljutó hideg levegő.

10. ábra
 Az észak-atlanti térségben a pozitív légnyomás-anomáliájú szeptemberek, és az azokat követő decemberek átlagolt mezői;
átlagolt szeptemberi légnyomási, átlagolt decemberi légnyomási és átlagolt decemberi felszíni hőmérsékleti anomália;
az ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió mértéke szerint két részre bontva;
az anomália az 1981-2010-es átlaghoz viszonyul (NCEP, 1967-2013)

Az 1967-től 2013-ig terjedő időszakban a negatív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomáliájú, továbbá a pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomáliájú és 4,4 millió km²-nél kisebb, illetve annál nagyobb ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanziójú esetek – tehát három típus – decemberi magyarországi átlaghőmérsékleteinek kvartiliseit mutatja be a 11. ábra.

11. ábra
Az észak-atlanti térség negatív, illetve pozitív légnyomás-anomáliájú
szeptembereit követő decemberek magyarországi átlaghőmérsékletének kvartilisei (1967-2013, OMSZ)

Szignifikáns különbségeket láthatunk. Negatív légnyomás-anomália után fagypont feletti az esetek háromnegyede, pozitív légnyomás-anomália és „sok ősz eleji szibériai hó” esetén pedig ugyanekkora hányad fagypont alatti. A mediánt illetően 1,5 °C, illetve 2,6 °C a különbség a negatív és a kétféle pozitív anomáliájú típus között. A tizenegy pozitív légnyomás-anomáliájú szeptembert és átlag feletti ősz eleji hótakaró-expanziót követő december egyikében sem volt 0,3 °C feletti az átlaghőmérséklet, a negatív légnyomás-anomáliájú szeptembert követő decemberek negyedében viszont a 2 °C-ot is meghaladta.   

A 1. táblázat ismerteti a három típushoz tartozó medián, az 50 százalékos valószínűségű intervallum, és a 10-10 százalékos valószínűség számszerű értékeit, amelyek a jövőben felhasználhatók a decemberi magyarországi átlaghőmérséklet valószínűségi előrejelzésének elkészítéséhez.

1. táblázat
Az 1967-2013-as időszak decemberi magyarországi havi átlaghőmérsékletének mediánja,
50 százalékos valószínűségű intervalluma, és a 10-10 százalékos valószínűség értéke a három típusra 

Végezetül pentádonként is megvizsgálva a decembert (12. ábra) elmondhatjuk, hogy a három típus mediánjának hőmérsékleti sorrendje minden ötnapos időszakot tekintve megegyezik a 11. ábráéval.  A harmadik pentádtól szignifikánssá válik a különbség a típusok között, az utolsó két pentádban pedig különösen markáns (mediánban 5-7 °C) az eltérés a negatív és az erős eurázsiai hótakaró-expanzióval párosuló pozitív légnyomás-anomáliájú esetek viselkedése között.

12. ábra
Az észak-atlanti térség negatív, illetve pozitív légnyomás-anomáliájú szeptembereit követő decemberek
magyarországi átlaghőmérsékletének pentádonkénti kvartilisei (1967-2013, OMSZ)

Összefoglalás

Az 1951-től napjainkig tartó időszak vizsgálata alapján immár nagy bizonyossággal elmondható, hogy a szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália iránya – a légkör alapvetően kaotikus viselkedése miatt meglévő bizonytalanság mellett is – a magyarországi decemberi hőmérsékleti anomália valószínűsíthető irányát előrevetítő ősz eleji előjelnek tekinthető. A légkör ősz eleji viselkedése tehát olyan információkat hordozhat a soron következő december magyarországi hőmérsékleti anomáliájáról, amelyek felhasználhatók valószínűségi előrejelzés készítéséhez.

A távkapcsolat magyarázata az, hogy a szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomália az esetek jelentős részében néhány ezer km-rel keletebbre, a Skandináv-félsziget térsége fölött decemberben ismét megjelenik, jelentős részben meghatározva ezzel az átlagos áramlási és hőmérsékleti viszonyokat a Kárpát-medence környékén is.

Megfigyelhető továbbá, hogy azokban az esetekben, amikor a pozitív szeptemberi észak-atlanti légnyomás-anomáliához gyors ősz eleji eurázsiai hótakaró-expanzió is társult, még inkább szignifikáns hideg jellemezte hazánk decemberi időjárását. Ellenkező előjelű szeptemberi (majd decemberi) légnyomás-anomália esetén, azaz alapvetően zonális, félzonális európai makroszinoptikus helyzet fennállásakor a korai szibériai hófelhalmozódás üteme és mértéke nem volt hatással térségünk decemberi hőmérsékleti viszonyaira.

Hivatkozások

• [1] Babolcsai György: Decemberi Anomália Index, met.hu, 2013
  met.hu/ismeret-tar/erdekessegek_tanulmanyok/index.php?id=615&hir=Decemberi_Anomalia_Index
• [2] Judah L. Cohen and Kazuyuki Saito: Eurasian snow cover, more skillful in predicting U.S. winter climate than the NAO/AO?, Geophysical Research Letters, vol. 30, 2003
  web.mit.edu/jlcohen/www/papers/Cohen_SaitoGRL03.pdf
• [3] Judah Cohen and Justin Jones: A new index for more accurate winter predictions Geophysical Research Letters, vol. 38, 2011
  web.mit.edu/jlcohen/www/papers/CohenandJones_GRL11.pdf
• [4]  climate.rutgers.edu/snowcover/files/wkcov.eurasia.txt
• www.esrl.noaa.gov/psd/cgi-bin/data/composites/printpage.pl

A legfontosabb légköri távkapcsolatokról a Természet Világa 2013. 2. különszámában olvasható Homonnai Viktória hasznos, összefoglaló cikke, melynek címe: A légköri hosszú távú kapcsolatok titka.

OMSZ: 2014. március 31.