Meteorologie
Zdeněk Šebesta
Atmosféra
Složení atmosféry ● ● ● ●
Dusík 78,084 % Kyslík 20,948% Argon 0,934% CO2 0,0314 Pro atmosféru je charakteristický pokles tlaku vzduchu s rostoucí výškou - exponenciálně
Pevné částice v atmosféře kromě kapiček vody a ledových krystalků (tvoří oblaka) obsahuje atmosféra i pevné částice, tzv.aerosoly Aerosoly hrají významnou roli při tvorbě oblak, fungují jako tzv. Kondenzační jádra = urychlují kondenzaci vodní páry
Termosféra (90 až 800 km): vzrůst teploty až na 2000°C. Téměř neměřitelně nízká hustota vzduchu Mezosféra (55 až 90 km): pokles teploty vzduchu na -40 až -130°C podle ročního období. Noční svítící oblaka ve výškách 85 až 88 km Stratosféra (11 až 55 km): izotermie a pak vzestup teploty na 0°C (ozónová vrstva, ozonosféra) Troposféra (0 až 11 km): pokles teploty o 0,65°C/100 m výšky
-40 až -130°C
0°C
-56°C
15°C
Atmosféra dělení podle výšky
Troposféra Charakteristika ●
Nejnižší část atmosféry
●
Výška 0 – 11 km (u pólů 8 km, u rovníku 18 km)
●
Pokles teploty s výškou (0,6 – 1°C / 100 výšky) ●
Suchá mokrá adiabata
●
Obsahuje veškerou atmosférickou vlhkost
●
¾ hmotnosti veškeré atmosféry
●
Neustálé vzduchové proudění
●
Do výšky 1 – 1,5 km nad zemí zasahuje mezní vrstva – zde se ještě uplatňuje vliv zemského povrchu
●
Do výšky 100m nad zemí zasahuje přízemní mezní vrstva značný vliv zemského povrchu
Vodní páry v atmosféře
Souvislosti mezi tlakem a teplotou ● ●
Suchá a mokrá adiabata ● ●
Charakteristiky plynu Skupenské teplo 0,6°C /100m 1,0°C /100m
Rosný bod ● ●
Metoda měření (psychometrický teploměr) Vertikální průběh teploty (stabilní/instabilní atmosféra)
Meteorologické prvky
Ty veličiny, které nám charakterizují fyzikální stav atmosféry v daném místě a čase ● ● ● ● ● ● ●
Teplota vzduchu Vlhkost vzduchu Atmosférický tlak Směr a rychlost větru Oblačnost Atmosférické srážky Dohlednost
Meteorologické prvky
TEPLOTA Jeden z nejsledovanějších meteorologických prvků ● při měření teploty máme na mysli vždy údaj stíněného teploměru ● ke znázornění teplot na zemském povrchu slouží izotermy ● na každých 100 m výšky poklesne teplota o 0,65 °C ● vzduch se slunečním zářením ohřívá málo, hlavním zdrojem tepla je zemský povrch ●
Meteorologické prvky
TLAK ●
●
●
●
Atmosféra Země má určitou hmotnost, která se projevuje tlakem na zemský povrch Tlak je nejvyšší u zemského povrchu a s výškou klesá (nelineárně) Na každých 5,5 km výšky poklesne tlak o polovinu Normální tlak: 1013,3 hPa při teplotě 0 °C na 45 stupni zeměpisné šířky při hladině moře
Meteorologické prvky
Sluneční svit, oblačnost ●
●
●
Měříme dobu a intenzitu slunečního svitu pomocí heliografu Oblačnost - určujeme druh oblaků, jejich výšku a jejich tah (odkud – kam) Dále určujeme stupeň pokrytí oblohy (v osminách či desetinách)
Dohlednost ● ●
hodnotíme průzračnost atmosféry dohlednost zhoršují: mlha, kouřmo a zákal
Tlakové útvary
Vítr a tlakový gradient ●
●
z kapitoly o tlaku víme, že na celé Zemi existují místa s rozdílným tlakem vzduchu při zemském povrchu vzduchové hmoty mají tendenci přesouvat se z místa o tlaku vyšším do místa o tlaku nižším = VÍTR
Coriolisova síla působí na každé hmotné těleso, které se nachází v rotující soustavě způsobuje odklon částice od jejího původního směru tato síla je vždy kolmá ke směru pohybu částice na severní polokouli odklání tato síla částice doprava, na jižní doleva
Změna větru s výškou ZMĚNA VĚTRU S VÝŠKOU Vítr s výškou obvykle mění směr i rychlost — v důsledku tření a v důsledku advekce teploty (tzv. termální vítr). Oba tyto faktory mohou působit ve stejném smyslu i protichůdně, podle situace.
Oblačnost
Způsob vyjadřování ●
jasno (0/8 - obloha bez oblaků)
●
skorojasno (1/8 až 2/8 pokrytí obloh oblačností)
●
polojasno (3/8 až 4/8)
●
oblačno (5/8 až 6/8)
●
Skorozataženo (7/8)
●
zataženo (8/8)
Vznik oblačnosti ●
●
Ochlazením vzduchu při současném nárůstu relativní vlhkosti až do stavu nasycení Proč vzduch stoupá? – sluneční ohřev, vítr
Jak vznikají oblaka
zemská atmosféra obsahuje vedle plynů také vodní páru
množství vodní páry je závislé především na teplotě vzduchu
specifickým stavem je rosný bod - vznikají mikroskopické kapičky, které formují oblak
Jak ochladit vzduch? –
s výstupem vzduchu klesá atmosférický tlak, vzduch se rozpíná a ochlazuje
Vzduch může začít stoupat –
Termická konvekce
–
Mechanický výstup
–
Frontální rozhranní
Klasifikace oblačnosti
Vysoké patro (7-13 km) ●
Ciro …
Střední patro (2-7 km) ●
Kupy
Alto …
Nízké patro (0-2 km)
Oblaky zasahující do více pater
●
...cumulus
●
...stratus
Slohy
Oblačnost
Oblaky vysokého patra
Cirrus (Ci) : řasa
Cirrostratus (Cs) : řasová sloha
Cirrocumulus (Cc) : řasová kupa
Oblaky středního patra
Altostratus
Altocumulus
Oblaky nízkého patra
Stratus
Stratocumulus
Oblaky zasahující do více pater
Cumulus ●
Podle své výšky se kumuly rozdělují obvykle do třech stadií: humilis, mediocris a congestus. Ještě se objevuje roztrhaný kumulus (Cumulus fractus), který má tvar malých oblaků s roztrhanými okraji.
Cumulonimbus
Nimbostratus
Bouřkový Cumulonimbus
až 50 m/s
10-20 m/s
Pojmy v meteorologii
Tlakové útvary ● ● ●
Frontální systémy ● ● ●
Tlaková výše Tlaková níže Vítr
Oblačnost
Teplá fronta Studená fronta Okluzní fronta
Tlaková níže - Cyklóna
rozměry 200 až 4000 km (nejčastěji 1000 km), tlak od 950 hPa do 1025 hPa směrem do středu cyklóny tlak klesá proudění do středu cyklóny se stáčí proti směru hodinových ručiček vzduch při zemi se sbíhá do středu, vystupuje vzhůru a vodní pára v něm obsažená kondenzuje uvnitř převládá oblačné počasí, trvalé srážky, silný vítr
Cyklóna
Tlaková výše - Anticyklóna
směrem do středu roste tlak sestupné pohyby vzduchu (vzduch se otepluje a vysušuje)
rotace ve směru hodinových ručiček
jasné nebo málo oblačné počasí, slabý vítr až bezvětří
v létě slunečné, suché a teplé počasí, v zimě chladné a mrazivé počasí
Atmosférické fronty
Slovo fronta bývá spojeno s představou bitevní linie, která odděluje dvě nepřátelské armády. Ty zpravidla nezůstávají na jednom místě, ale přesunují se ve směru tlaku silnější armády V zemské atmosféře proti sobě stojí dvě různé vzduchové hmoty Uvnitř vzduchových hmot se počasí téměř nemění, v místě jejich kontaktu je naopak velmi složitá povětrnostní situace (srážky, oblačnost, bouřky, mlhy, vítr) Frontální plocha plocha rozhranní mezi odlišnými vzduchovými hmotami, je nakloněná a protíná zemský povrch v tzv. frontální čáře, sklon plochy je obvykle menší než 1° Atmosférická fronta je to rozhranní, které odděluje dvě vzduchové hmoty různých fyzikálních vlastností, je poměrně tenká (několik set metrů) délka až stovky kilometrů
Vznik atmosférických front
Model tlakové níže
Teplá fronta Postupuje-li relativně teplejší vzduchová hmota v horizontálním směru a zatlačuje studený vzduch, nastupující lehčí vzduch vykluzuje po ustupujícím klínu těžšího studeného vzduchu pomalu vzhůru a na jejich styčné ploše se tvoří teplá fronta. Při výkluzných pohybech teplého vzduchu dochází k jeho rozpínání a ochlazování, relativní vlhkost vzrůstá a v určité výšce dochází ke kondenzaci vodní páry. Postupuje-li teplá fronta směrem k pozorovateli, objeví se nejprve vysoká oblačnost duhu cirrus a cirrostratus (ve výškách kolem 7 km). S přibližující se frontou klesá základna oblačnosti do výšky 2-7 km a oblaky druhu cirrostratus přecházejí v altostratus. Z těchto oblaků začínají vypadávat srážky dosahující zemského povrchu. Oblačný systém uzavírají oblaky druhu nimbostratus s velmi nízkými základnami. Tyto fronty se projevují trvalejšími srážkami a jsou výraznější v zimě než v létě.
Teplá fronta
Oblačnost typu cirrostratus (objevuje se asi 700 - 800 km před čárou fronty) Následují oblaka středního patra (altostratus) a v závěru i oblaka nízkého patra (nimbostratus) Vyskytují se trvalé srážky všeho druhu, šířka srážkového pásma asi 300 – 400 km
Studená fronta O studenou frontu se jedná v případě, když studenější vzduch vytlačuje teplejší vzduchovou hmotu. Teplý vzduch se při nuceném výstupu, podobně jako u teplé fronty, rozpíná a ochlazuje, až dojde k jeho kondenzaci. Studené fronty se dělí na dva druhy. Studené fronty prvního druhu, které se projevují mírněji a srážkové pásmo bývá široké 200 až 300 km a má charakter přeháněk. Sled oblaků je opačný než u teplé fronty. Nejdříve se pozorují cumulonimby, které přecházejí ve vrstevnaté oblaky druhu nimbostratus a stratus, dále altostratus a cirrostratus. Studené fronty druhého druhu se projevují větší intenzitou a srážky vypadávají po dobu asi 30 až 60 minut. Intenzita bývá rozdílná, ale běžně se vyskytují případy s úhrnem přes 30 mm. Po přechodu přes frontální čáru se brzy vyjasní a vyskytuje se pouze proměnlivá konvekční oblačnost (oblaky druhu cumulus).
Studená fronta
Studená fronta prvního druhu –
objevuje se tehdy, když teplý vzduch stoupá po frontálním rozhranní i ve vyšších hladinách
–
srážky na čele fronty (bouřkové oblaky) mají značně proměnnou intenzitu
–
za frontálním rozhranním trvalé srážky
–
fronta postupuje pomalu
Studená fronta druhého druhu –
teplý vzduch ve výškách proudí rychleji, než vzduch studený, sestupné pohyby vzduchu brání vzniku vrstevnaté oblačnosti
–
srážkové pásmo tvořeno kupovitou oblačností (lijáky, krupobití, nárazový vítr)
–
po přechodu fronty se rychle vyjasní, vyskytuje se pouze kupovitá oblačnost
–
postupuje rychleji
Okluzní fronta Protože studená fronta postupuje rychleji než teplá fronta, časem ji dožene, spojí se u zemského povrchu dvě studené vzduchové hmoty. Jedna, která postupovala před studenou frontou, a druhá, která postupovala za studenou frontou. Teplý vzduch, který ležel mezi oběma frontami, je vytlačen vzhůru nad zemský povrch.
Okluzní fronta
Podle rozdílu teplot mezi studenou vzduchovou hmotou ležící před teplou frontou a za teplou frontou rozeznáváme: Studená okluze –
studený vzduch pronikající za teplou frontou je chladnější než ten, který postupuje před teplou frontou
–
počasí podobné studené frontě
–
typičtější pro středoevropské klima
Teplá okluze –
studený vzduch pronikající za teplou frontou je teplejší než ten, který postupuje před teplou frontou
–
počasí je podobné teplé frontě
Tlakové útvary
Meteorologie
Pauza
Termika Adiabatické změny http://www.vztlak.cz/pocasi/vystup.html
Vezměme bublinu vzduchu a zahřejme jí. Teplejší vzduch je řidší a lehčí, než vzduch chladnější. Mírně zahřátá bublina začne sama stoupat vzhůru. Sama bublina se při svém výstupu vlivem klesajícího atmosférického tlaku rozpíná a tím ochlazuje; můžeme říci, že asi o 1 C na každých 100 metrů výšky.
Pokud teplota vzduchu klesá rychleji, než jeden stupeň Celsia na sto metrů výšky, bude teplota bubliny při jejím výstupu vyšší, než teplota okolního vzduchu. Bublina bude sama stoupat až do výšky, v níž jí změna teplotních poměrů nezabrzdí. Tento vertikální teplotní gradient nazýváme instabilní nebo labilní. Labilita atmosféry je základním předpokladem pro rozvoj termiky.
Je však rozdíl mezi ochlazováním vystupující částice vzduchu, která není nasycená vodní párou, a tou, v níž už k nasycení došlo. Nenasycený stoupající vzduch je například hluboko pod základnami kumulů; jakmile dostoupá do kondenzační hladiny, dojde k jeho nasycení a ke vzniku kupovitého oblaku. Při kondenzaci se uvolňuje jisté množství latentního tepla, díky kterému se stoupající bublina ochlazuje o něco pomaleji. Ochlazování vystupujícího nasyceného vzduchu je v tom případě jen 0.6 C/100 m výšky.
Spouštěcí mechanismy termiky Termická konvekce potřebuje pro své nastartování dostatek tepelné energie a přiměřené teplotní kontrasty v krajině. Silnou podporu představuje také turbulence v přízemní vrstvě. Konvergence proudění či zrychlení proudu vzduchu vyvolává vertikální pohyby. Městská aglomerace představuje překážku v proudění, které je zde rozbito do turbulentního prostředí za podpory tepelného ostrova města.
Schema proudění
Jak se pozná, že bude termika Výborné termické podmínky nastávají nejčastěji v oblasti přední strany tlakové výše. Důvodem toho je, že přední strana tlakové výše nastupuje typicky po přechodu studené fronty a je tedy vyplněna chladnou vzduchovou hmotou. V té jsou pak v teplé části roku vynikající podmínky pro instabilitu atmosféry, což je základní předpoklad termiky. Atmosféra je tím instabilnější, čím je v její přízemní části vyšší teplota vzduchu a ve vyšších vrstvách je naopak teplota vzduchu co nejnižší. Po přechodu studené fronty je právě tento požadavek dobře splněn, protože ve výšce zůstane chladný vzduch a u země se prohřeje. Vnímavější lidé si všimnou také například ráno po přechodu studené fronty průzračnějšího vzduchu, jiné jeho vůně, chladu, vlhka po frontálních deštích. Takhle brzy po přechodu fronty to asi na plachtění ještě nejspíš nebude, lze očekávat převývoj oblačnosti Jakmile se však začne oblačnost protrhávat a ubývá srážek i vlhkosti, znamená to, že se začíná prosazovat nastupující výběžek vysokého tlaku vzduchu a svítá naděje na brzké zlepšení počasí. V letní sezóně se přízemní vrstvy vzduchu rychle oteplují, zatímco ve výšce je chladný vzduch – právě toto způsobuje silnou instabilitu atmosféry. Zpočátku je po přechodu studené fronty vzduch ještě vlhčí a tak se kupovité oblačnosti tvoří mnoho a slévá se do vrstev. Večer po skončení termiky se však oblačnost rozpouští na skoro jasno až jasno. Studená vzduchová hmota se projevuje nezvyklým nočním chladem, čistou jasnou oblohou, ztišením větru na bezvětří a výskytem silné rosy. Ráno následujícího dne bývá jasná obloha, rudooranžový východ slunce, silná rosa, bezvětří a vzduch má cosi jako jiskřivou vůni. Čím větší jsou teplotní rozdíly mezi dnem a nocí, čím více je v noci vlhko, vznikají slabá noční kouřma v údolích, na noc se utišuje vítr a přes den fouká slabý severozápadní až severní, přičemž ve dne hodně kolísá ve směru i rychlosti, tím lepší lze očekávat termické podmínky.
Jak se pozná, že bude termika Částečně je možno usuzovat na termické podmínky i ze směru větru, i když tady je nutno postupovat obezřetněji a hodnotit i další parametry; nelze jednoduše schématizovat. Severní směry větru téměř vždy symbolizují týlovou část odcházející tlakové níže a přední část nastupující tlakové výše. Spolu s ubýváním oblačnosti a slábnutím větru nám dávají zřejmě největší naději na vynikající termiku. Někdy se tento směr větru stáčí k severovýchodu až východu, což znamená, že tlaková výše nepostupuje přímo přes naše území, ale její střed se přesouvá severněji, obvykle nad Baltem a jižní Skandinávií. V létě k nám severovýchodní proudění přináší horký a suchý vzduch z Ruska, často velmi instabilní. Při severovýchodních a východních situacích už u nás bylo uletěno dost pěkných přeletů. V jarním nebo zimním období však toto okrajové proudění kolem jižního okraje tlakové výše bývá velmi často silné a nepříjemně větrné. Východní až jihovýchodní vítr u nás znamená slábnoucí termické podmínky při počasí zadní strany tlakové výše. V našich podmínkách jen málokdy přechází studené fronty z těchto směrů a ani nepřinášejí kýžené silné ochlazení. Spíše zde panuje v létě horké počasí, na obloze se až kolem poledního objevují ploché cumulus humilis a ty za pár hodin z oblohy zmizí. I v noci bývá relativně teplo, netvoří se rosa, je sucho. Stoupavé proudy ve dne vznikají, ale bývají od sebe vesměs daleko; vertikální rychlosti dosahují jen kolem 2 m/s, čest výjimkám. Jižní vítr je typický pro teplé vzduchové hmoty zadních stran letních tlakových výší a s termikou to je problematické, zejména v druhé polovině léta a začátkem podzimu. Ve výšce je teplý vzduch a při zemi se v prodlužujících nocích ukládá chladnoucí vzduch, čímž se tvoří teplotní inverze, někdy vertikálně i dost výrazné. Slábnoucí pozdně-letní slunce rozpustí tyto inverze až kolem poledne a nestačí dostatečně prohřát vzduch na to, aby vznikla dobrá termika. Proto za těchto okolností trvá časový interval tvorby termiky jen pár hodin a musíme plánovat jen kratší přelety. Jihozápadní a západní vítr k nám přináší vlhký vzduch, zpravidla po přechodu fronty a většinou nebývá ideální pro přelety. Trvá-li jihozápadní situace několik dní, znamená to, že se stále nacházíme na jižním okraji tlakové níže nebo dokonce série tlakových níží a musíme očekávat přechody jednotlivých front.
Nebezpečné jevy
Střih větru (na inverzi, údolní a svahové větry, gustfront, tromba, microburst, horská vlna …..) Zákalové jevy (mlha, kouřmo, zákal, dým, zvířený sníh a prach)
Turbulence (mechanická, termická, dynamická)
Námraza (jinovatka, zrnitá a ledová)
Orografická oblačnost (vrcholy hor a kopců v oblacích nejen při nízké hladině kondenzace, ale i výpar při intenzivních srážkách, föhn) Bouřky (jako vrcholný projev konvekce na frontách a uvnitř vzduchových hmot)
Nebezpečné jevy – Střih větru
Za střih větru považujeme: ●
náhlou změnu průměrné rychlosti
●
náhlou změnu směru větru
Kde se s ním můžeme setkat ●
bouřka, microburst, nálevkovitý oblak (tornádo nebo vodní smršt’) a gust front
●
frontální plochy
●
silný přízemní vítr související s místní orografií
●
horská vlna (včetně rotorů v nízkých hladinách
●
v oblasti letiště)
●
teplotní inverze v nízkých hladinách
Nebezpečné jevy – Střih větru
Na Inverzi a na frontě
Údolní a svahové větry
Nebezpečné jevy
Vírové a rotorové proudění
Nebezpečné jevy
Nízké přelety porostu
Nebezpečné jevy
Boční vítr
Nebezpečné jevy
Gust front (húlava)
Nebezpečné jevy
Mikroburst
Nebezpečné jevy
Turbulence, Dynamická turbulence
Dynamická turbulence jé téměř vždy spojená s vyššími vrstvami atmosféry. Téměř. S dynamickou turbulencí se v malých výškách můžeme setkat v okolí CB, když jej chceme obletět. Proto je doporučeno (na severní polokouli) oblétávat oblaka typu Cu cong nebo CB vpravo, tedy mít je po levé ruce. Proudění kolem nich nás „popostrčí“ kupředu rychleji.
Nebezpečné jevy - Bouřky 3 stádia vývoje CB s bouřkou
Chování CB a bouřky ve stádiu maximálního vývoje
Závěrem
Měj respekt před výškou – člověk do vzduchu nepatří a pokud tam už chodí, tak jedině s pokorou a dobrou znalostí prostředí Než někam poletíš, tak pokud není počasí zcela jednoznačné, zavolej si o předpověď počasí na meteoslužbu – informaci zcela jistě obdržíš
A také si zavolej na cílové letiště jak mají tam
A nejen to, zavolej si i kamarádům po kurzovce
