TERMIKA + Meteorologie

Transkript

1 Termiku lze rozdělit na několik oblastí. TERMIKA + Meteorologie 1. Termometrie - Zabývá se měřením teploty a používanými měřícími metodami. 2. Kalorimetrie - Zabývá se určováním tepelného obsahu (tepla) látek z makroskopického hlediska. 3. Kinetická teorie látek - Zabývá se vztahem mezi strukturou látky na molekulární úrovni a jejím tepelným chováním. Kinetická teorie je založena na znalostech molekulové fyziky. Vzhledem k tomu, že se obvykle zabývá velkým množstvím částic látky, často se zde využívá aparát teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky. 4. Termodynamika - Zabývá se zákony, kterým podléhá přeměna tepelné energie v jiné druhy energie (a naopak). 5. Šíření tepla (termokinetika) - Zabývá se způsoby, kterými se teplo šíří prostředím. V meteorologii se pojem termika (anglicky Thermal) používá především pro účely letectví pro označení stoupající masy ohřátého vzduchu. Termika vzniká, když slunce zahřeje zemský povrch a ten následně zahřívá okolní vzduch. Teplejší vzduch je lehčí, proto stoupá. S narůstající výškou klesá jeho tlak a v důsledku toho se ochlazuje v běžných podmínkách asi o jeden stupeň na každých 100 metrů (v případě kondenzace páry jenom asi 0.6 stupně). Pokud teplota okolního vzduchu klesá s výškou rychleji, stoupající vzduch je pořád teplejší než okolí a stoupá dál. Teplotní zvrstvení atmosféry se v takovém případě nazývá "labilní". Tento jev využívají hlavně piloti větroňů, rogalisté a paraglidisté, kteří díky termickým proudům jsou schopny dosahovat výšek několika kilometrů a bezmotorové přelety o délce stovek kilometrů. Typickým viditelným znakem termických proudů jsou oblaky typu cumulus. Termika je obvykle pod oblakem a její horní hranice je ve vrchní části oblaku. V případě silné termiky oblak kumulovitého typu roste do výšky a může se změnit na Cumulus congestus (Cg) anebo bouřkový Cumulonimbus (Cb). Rychlost stoupavých proudů dosahuje v běžných podmínkách od 1 do 8 m/s, v případě bouřky může v extrémních podmínkách dosahovat i desítky m/s. Někdy může ovšem nastat i tzv. bezoblační termika. Existence termických stoupavých proudů se váže zejména na jarní a letní období. Sporadicky se objevuje (v našich podmínkách) i v zimě. Instabilita atmosféry je potřebná pro vznik termiky. Zemský povrch se totiž díky slunečnímu teplu v denní době rychle prohřívá, zatímco ve větších výškách (zhruba nad 1000 až 1500 m nad zemí) už teplota zemským povrchem ovlivňována není a zůstává relativně chladná. Při východu slunce a ještě několik hodin potom dopadají sluneční paprsky na zemský povrch pod malým úhlem a nijak zvlášť jej neprohřívají. Teprve během dopoledne vznikají výraznější teplotní rozdíly u různě barevných a kvalitativně odlišných typů povrchů. Nejlépe se samozřejmě prohřívají ty povrchy, které jsou vůči slunečnímu záření příznivě skloněny a sluneční paprsky na ně dopadají tím intenzívněji. Krajina jako celek se vlastně prohřívá nesmírně různorodě, podle celé řady ukazatelů: barvy povrchu, typu povrchu (hlína - tráva - les - voda - skály - zástavba, atd.), expozici vůči slunci, vlhkosti (louka po dešti - vyschlá tráva), tvaru povrchu (vodorovná louka - strmé skály - město - zalesněná pahorkatina), ba dokonce má vliv i antropogenní činnost (ocelárna s vysokými pecemi, elektrárna). Asi největší vliv na přízemní teplotu vzduchu má typ a barva povrchu, i když další zmíněné vlivy jsou také dost významné a dalo by se říci, že v průběhu dne se dominance těchto vlivů mění. Tak třeba zrána, pokud předchozí den pršelo, bude dozajista všude vlhko. Pole, louky, lesy - všude se bude sluneční teplo spotřebovávat na odpařování vlhkosti a na termiku toho moc nezbyde. Avšak v průběhu dne se krajina vysuší a odpoledne se mohou termické poměry výrazně změnit. Vysušení se projeví jak na změně barevnosti některých povrchů, tak na tvaru a velikosti kupovitých oblaků a potažmo i na počasí (zlepší se dohlednost, zmizí přeháňková činnost). pohled P Pojem albedo. Je to veličina, která nám udává, jaké množství z dopadajícího slunečního záření příslušný povrch zase odráží zpátky do atmosféry. Je-li albedo 50%, znamená to, že polovina sluneční

2 energie je absorbována a zbývající polovina reflektována. Vysoké albedo má např. sníh nebo ledovec, který odráží skoro veškeré sluneční záření. Ostatně, není to žádná novinka a každý lyžař ví, že bez slunečních brýlí je při slunečném dni lyžování hotová vražda. Samotná tmavá barva nemusí ještě znamenat, že nad tím místem bude stoupavý proud. Co třeba takový velice rozlehlý tmavý les? Nebo jedno tmavé pole vedle druhého? Uprostřed rozlehlého lesa může být vrch a členitost terénu je přímo živnou půdou pro termiku. Takový vrch má svoji osluněnou a zastíněnou stranu, návětří a závětří, různé lesní porosty, a podobně. V ideálním případě je osluněná strana současně i návětrná, a právě tam hledáme svou šťastnou hvězdu v podobě termiky. Ani závětří nemusí být nejhorší, neboť závětrné turbulence vyvolávají vhodné pohyby vzduchu pro odtrhování termických bublin. Borové lesy mají zajímavou architekturu. Jednak rostou na hlinitopísčitých půdách, v nichž se rychle vsakuje a odvádí voda ze spadlých srážek a tyto půdy se také dobře prohřívají, jednak borovice má zpravidla korunu až v horní části stromu a pod ní holý kmen. Borový les tak vytváří několik metrů vysoký a řádově stovky metrů široký a dlouhý prostor pro prohřívání vzduchu. Slunce svítí do tmavých jehličnatých korun, z jehličí se také neodpařuje tolik vody, jako z listů; uvnitř lesa je omezená ventilace, takže případný vítr je v lese značně ztlumen a tudíž vzduch se tam může delší dobu prohřívat. KLASIFIKACE MRAKŮ: Druhy Cirrus (řasa) Cirrocumulus (řasokupa) Cirrostratus (řasosloha) Altocumulus (vyvýšená kupa) Altostratus (vyvýšená sloha) - Nimbostratus (dešťová sloha) - Tvary Fibratus, Uncinus, Spissatus, Castellanus, Floccus Stratiformis, Lenticularis, Castellanus, Floccus Fibratus, Nebulosus Stratiformis, Lenticularis, Castellanus, Floccus Stratocumulus (slohová kupa) Stratiformis, Lenticularis, Castelanus Stratus (sloha) Cumulus (kupa) Cumulonimbus (dešťová kupa) Nebulosus, Fractus Humilis, Mediocris, Congestus, Fractus Calvus, Capilatus Latinsky Cirro Altus Stratus Strato Cumulus Cumulo Nimbus Nimbo řasový Česky vysoký (vyvýšený) sloha slohový kupa kupovitý déšť dešťový

3 Cirrus Oblaky druhu Cirrus mají vzhled v podobě vzájemně oddělených obláčků v podobě bílých jemných vláken nebo bílých, popřípadě převážně bílých plošek nebo úzkých pruhů. Tyto oblaky mají vláknitý vzhled a hedvábný lesk, popřípadě obojí. Cirrocumulus Oblak druhu Cirrocumulus má podobu tenkých, menších nebo větších skupin nebo vrstev bílých oblaků bez vlastního stínu, složených z velmi malých oblačných částí v podobě zrnek nebo vlnek apod. Tyto jednotlivé části mohou být buď navzájem oddělené, nebo mohou spolu souviset a jsou více méně pravidelně uspořádány. Altostratus Oblaky druhu Altostratus mají vzhled šedavé nebo modravé oblačné plochy nebo vrstvy se strukturou vláknitou nebo žebrovitou nebo též bez patrné struktury, pokrývající úplně nebo částečně oblohu. Je tak tenká, že místy jsou patrné alespoň obrysy Slunce jako za matným sklem. U altostratu se halové jevy nevyskytují.

4 Stratus Stratus je oblačná vrstva, obvykle šedá, s celkem jednotvárnou základnou, z níž vypadává mrholení, ledové jehličky nebo sněhová zrna. Prosvítá-li vrstvou stratu Slunce, jsou jeho obrysy zřetelně patrné a nikoliv rozplizlé jako v případě altostratu. Stratus nedává vznik halovým jevům. Někdy se Stratus vyskytuje v podobě roztrhaných chuchvalců. Stratocumulus Oblaky druhu Stratocumulus mají vzhled jako šedé nebo bělavé, popř. obojí barvy, menší nebo větší skupiny nebo vrstvy oblaků, které téměř vždy mají tmavá místa. Oblak se skládá z částí podobných dlaždicím, oblázkům, valounům apod., nemívá vláknitý vzhled (s výjimkou zvláštního případu virga). Jednotlivé části oblaku buď spolu souvisí nebo mohou být oddělené. Jejich zdánlivá velikost je větší než 5 prostorového úhlu. Cumulus Cumulus, to jsou převážně osamocené oblaky, obvykle husté a s ostře ohraničenými obrysy, vyvíjející se směrem vzhůru ve tvaru kup, kupolí nebo věží. Jejich horní kypící část má často podobu květáku. Části oblaku ozářené Sluncem bývají nejčastěji zářivě bílé, základna oblaku bývá poměrně tmavá a téměř vodorovná.

5 Cumulonimbus Mohutný a hustý oblak velmi značného vertikálního rozsahu v podobě hor nebo obrovských věží, to je Cumulonimbus. Alespoň část jeho vrcholu je obvykle hladká nebo vláknitá či žebrovitá a téměř vždy zploštělá. Tato část se část rozšiřuje do podoby kovadliny nebo širokého chocholu. Pod základnou oblaku, obvykle velmi tmavou, se často vyskytují nízké roztrhané oblaky, které mohou, ale nemusí s cumulonimbem souviset, a dále srážky. TERMODYNAMIKA: Co se děje s energií, která je obsažena v zemské atmosféře? Jaká je její bilance, tj. jak je tato energie rozdělována mezi rozmanité fyzikální procesy, které v atmosféře probíhají? Toto rozdělení je podstatné pro charakter i vývoj počasí, pro vznikání takových jevů, jako jsou orkány či tornáda. Energetická bilance nám je však schopna říci, kdy mohou nastat vhodné podmínky pro vznik různých atmosférických projevů, co může přivodit jejich změnu a naopak, kdy nelze výraznější změny očekávat. K určení stability dané situace v počasí jsou nesmírně důležité velikost a charakter vertikálního proudění v atmosféře (tj. zda vzduch proudí směrem vzhůru či dolů, zda je toto proudění urychlováno či zpomalováno a podobně). Termodynamický rozbor energetické bilance ukazuje, že klíčový význam pro přerozdělování energie a stabilitu v dané situaci mají tři procesy: 1. ZMĚNA TLAKU V DANÉM MÍSTĚ (např. při nástupu či ústupu tlakové výše či níže) vždy mění rychlost vertikálního proudění. Pokles tlaku vždy vyvolá zpomalení vertikálního proudění (ať již vzduch proudí vzhůru či dolů), vzrůst tlaku vždy vyvolá urychlení tohoto proudění. 2. ROZLOŽENÍ TEPLOTY VE VERTIKÁLNÍM SMĚRU má zásadní vliv na vertikální proudění. Klesá-li teplota dostatečně s výškou (dostatečný je pokles o 10 C na 1 km výšky), má proudění směrem vzhůru tendenci se zesilovat, naopak proudění směrem dolů (pokud takové proudění je) má tendenci se stále zmenšovat. Narůstá-li teplota směrem s výškou (tj. výše je stále tepleji např. při teplotní inverzi) nebo klesá-li jen málo, pak se proudění směrem vzhůru intenzivně zeslabuje, a naopak proudění směrem dolů má tendenci se neustále zesilovat. 3. Podobný vliv má i ROZLOŽENÍ KONCENTRACE VODNÍ PÁRY VE VERTIKÁLNÍM SMĚRU: Pokles koncentrace vodní páry má stejný účinek jako dostatečný pokles teploty s výškou, tj. zesiluje proudění vzhůru, a naopak. Tyto základní procesy se pak mohou v rozmanitých situacích různě kombinovat, vzájemně se rušit, nebo naopak zesilovat. Např. kombinace silného poklesu teploty s výškou a velkého poklesu koncentrace vodní páry vede k tomu, že vzduch je prudce unášen vzhůru, což je jedna z důležitých podmínek pro vznik tornáda. Jiná kombinace nastane, pokud (při nepříliš vlhkém vzduchu) teplota s výškou klesá jen

6 velmi málo, nebo dokonce s výškou stoupá. V tom případě je proudění směrem vzhůru utlumeno a vzduch je tlačen dolů. Nastává tak velmi nepříjemná situace teplotních inverzí, kdy prostředí není odvětráváno. Je třeba zdůraznit rozdíl mezi tornádem a tajfunem, hurikánem či cyklonem. Středoevropané si tyto termíny pletou. Většina z nás se s ničivými vichřicemi v podobě vírů setká nanejvýš na televizní obrazovce. Hurikán, tajfun nebo cyklon jsou jenom různé názvy pro tropickou cyklonu, obří vír o průměru několika set kilometrů, který vzniká nad teplými tropickými moři a trvá kolem jednoho až dvou týdnů. Tornádo je ve srovnání s ním trpaslík, jeho průměr se pohybuje v desítkách až stovkách metrů a po zemském povrchu nebo vodní hladině se prohání desítky sekund až několik minut (výjimečně i desítky minut). Tornáda bývají doprovázena dvakrát silnějším větrem než tropické cyklony, tudíž mohou lokálně způsobit výraznější škody. V celkových škodách však tropické cyklony tornáda předčí. Je to jednak tím, že tropická cyklona během svého života zasáhne nesrovnatelně větší území než tornádo, a dále tím, že značnou část škod způsobených cyklonami má na svědomí doprovodné vzedmutí mořské hladiny. BOUŘKA: Termín bouřka souhrnně označuje elektrické, optické a akustické jevy doprovázející atmosférické výboje. Hovoříme o konvektivní bouři (z lat. konvehere dovážet, dopravovat), což je obecnější označení pro průvodní jevy související s kumulonimbem. Konvektivní bouře je možné dělit několika způsoby, Termín bouřka souhrnně označuje elektrické, optické a akustické jevy doprovázející atmosférické výboje. Hovoříme o konvektivní bouři (z lat. konvehere dovážet, dopravovat), což je obecnější označení pro průvodní jevy související s kumulonimbem. Konvektivní bouře je možné dělit několika způsoby, například podle mechanizmu či místa vzniku (frontální, předfrontální, bouřka z tepla a další). Toto dělení však nic neříká o intenzitě a vnitřní struktuře bouře. Proto meteorologové dále mluví např. o velmi silných bouřích, a ty potom podle vnitřní struktury dělí ještě na multicely a supercely. Dělení bouřek Bouřky jsou jev samozřejmě obtížně klasifikovatelný a vždy nelze spoléhat jen na definice, zvláště víme-li, že elektrické projevy, popř. nejen tyto, můžeme pozorovat i u jiných druhů oblačnosti. Ovšem v případě dělení bouřek do jednotlivých skupin je problém přeci jenom poněkud jednodušší, neboť existují obecně platné mezinárodní úmluvy o klasifikaci bouřek. Nejjednodušeji můžeme bouřky dělit na bouřky frontální (bouřky tažné) a místní (bouřky z tepla). Z tohoto titulu tedy bouřky dělíme na: A/ frontální tj. bouřky vyskytující se v oblasti atmosférické fronty a postupující s ní. V tomto typu dále rozlišujeme bouřky studené a teplé fronty. B/ nefrontální tj. bouřky uvnitř stejné vzduchové hmoty. V této skupině rozlišujeme ještě bouřky konvekční (jejichž rozhodující příčinou vzniku je tepelná konvekce) a bouřky orografické (vznikající v hornatých oblastech spolupůsobením horských svahů orientovaných kolmo na směr proudění vzduchu). OBR.: Bouře nad severovýchodními Čechami. Podle vnějších projevů byla supercelou, doprovázely ji až dvanácticentimetrové kroupy. Je klasickým příkladem bouře s vlečkou nad horní hranicí oblačnosti: a snímek celé bouře; b 2. kanál AVHRR, detail aktivní části bouře, vlečka zdánlivě vyvěrá nedaleko jádra a je unášena k východu, stín pod jejím okrajem svědčí o tom, že je oddělena od ostatní horní hranice oblačnosti; c 3. kanál, z jádra vyvěrá vlečka materiálu (tmavěji); d tepelný snímek zachycuje interval od 40 do 70 C (nejchladnější oblasti červeně), ve studeném U je uzavřena teplejší oblast; e kombinace 3. a 4. kanálu, počátek dvojité vlečky není přímo nad jádrem bouře, nýbrž je poněkud posunut ve směru proudění.

7

8 HURIKÁN Sekvence tří pohledů na hurikán Andrew, který postihl Spojené státy roku Snímky pocházejí z 23., 24. a 25. srpna, jak hurikán postupoval z východu na západ. Oba snímky NASA TROPICKÉ CYKLONY Největší nestabilitou (poruchou) atmosféry vznikající nad oceánem a zasahující i nad pevninu je tropický cyklon. V Japonsku a v severozápadním Pacifiku se nazývá tajfun a v severozápadním Atlantiku (v Severní Americe a Karibské oblasti) má jméno hurikán. Tornáda se vyskytují jen nad pevninou a mají jen lokální charakter. Přestože je jejich celková energie až o osm řádů menší, intenzita jejich účinku často bývá ničivější. Divoké jednooké monstrum z řecké mytologie se nazývalo Kyklop. Tropický cyklon je rovněž mimořádně divoký a má také jedno kruhové oko; řecké slovo Kyklops v řečtině znamená kruhové oko (kyklos kruh, ops oko). Tři specifické rysy tropického cyklonu: ohromný rozměr (často více než 2000 km), jedno kruhové oko (o velikosti až 30 km), mimořádná zuřivost (energie až J), vedou k závěru, že onen bájný Kyklop byl tropický cyklon. Snad jediný rozdíl může být v tom, že podle řeckých bájí přebýval Kyklop někde na Sicílii. Donedávna byly hurikány nazývány dívčími jmény, např. Jane, Gladys apod. Asi před deseti lety se americké ženy proti této praxi ohradily a prosadily, aby se používala i chlapecká jména a aby se vlastnosti hurikánů nespojovaly výhradně s vlastnostmi žen. Jedna z možných variant vzniku oka cyklonu. Rotace vzduchu a následný pokles tlaku v jeho jádře (tzv. potenciální vír) vyvolá proudění do středu. Přílišným zúžením prvního mraku ohraničujícího oko (šrafovaná oblast) však původní oko zanikne, a teprve z druhého mraku se vytvoří stabilní oko s dvojitou stěnou :

9 Nejčastější cesty tropických cyklonů. Na severní polokouli jich bývá kolem 30 ročně, na jižní polokouli o několik méně. Bilance energie a entropie Země. Prakticky stejné množství energie, které na Zemi dopadne ze Slunce, je opět vyzářeno. Předpokládá se, že pouze 5 % energie získává Země chladnutím svého jádra. Pro existenci života na Zemi je tedy rozhodující rozdíl teplot dopadající energie záření a energie vyzařované zpět. To ovšem i znamená, že i tok entropie na Zem je záporný. Zemská atmosféra a život ve všech svých formách produkují naopak entropii kladnou, přibližně stejné velikosti.

10 Všechny tyto děje se odehrávají v atmosféře Země. Zemská atmosféra je vrstva plynů obklopujících planetu Zemi, udržovaných na místě zemskou gravitací. Atmosféra chrání život na Zemi díky tomu, že absorbuje ultrafialové sluneční záření, zahřívá povrch Země zadržováním tepla (skleníkový jev) a vyrovnává teplotní rozdíly mezi dnem a nocí. Atmosféra bývá rozdělena na několik vrstev, z nichž každá má specifické složení a teplotu. Hlavní vrstvy atmosféry: 1 Exosféra 2 Termosféra 3 Mezosféra 4 Stratosféra 5 Troposféra 6 Mezivrstvy