OBLAKY SRÁŽKY MĚŘENÍ VYHODNOCENÍ

Transkript

1 OBLAKY SRÁŽKY MĚŘENÍ VYHODNOCENÍ

2 Atmosféra = plynný obal Země důležitý pro transport vody Suchý vzduch směs plynů O 3 důležitý pro zachycení UV záření CO 2 a vodní pára zachycuje odražené záření vede ke zvýšení teploty plyn objemový podíl Dusík 78,084% Kyslík 20,946% Argon 0,934% CO2 0,035% Neon 0,00182% Helium 0,000524% Metan 0,00017% Krypton 0,00014% Vodík 0,000055%

3 Atmosféra troposféra stratosféra mezosféra termosféra Hranice mezi těmito vrstvami jsou nazývány tropopauza, stratopauza a mezopauza. Průměrná teplota atmosféry u povrchu země je 14 C.

4 Rosný bod Množství vody ve vzduchu závisí na teplotě. Čím je teplota vyšší, tím více vodní páry může vzduch obsahovat. Nasycený stav voda může za přítomnosti kondenzačních jader kondenzovat. Teplota, při které vodní pára začíná kondenzovat se nazývá rosný bod. Vzduch obsahuje 10,7 cm 3 vodní páry v 1 m 3 - rosný bod je 11,4 C - relativní vlhkost je 100 % Teplota stoupne na 24,2 C (stejný obsah páry) - relativní vlhkost klesne na 50 % - vzhledem k 21,4 cm 3

5 Klasifikace oblaků Angličan Luke Howard v roce 1803 provedl první klasifikaci oblaků na základě jejich tvarů latinsky Cumulus hustý oblak nízkého a středního patra Stratus vrstva rozlehlá oblačná pásma Cirrus řasa vysoké chomáčkovité oblaky Nimbus dešťové oblaky Výhodou je, že se dají tyto názvy kombinovat.

6 Názvosloví oblaků Oblaky vysokého patra 7-11 km cirro- Oblaky středního patra 2-7 km alto- Oblaky nízkého patra pod m Nemají předponu označují se stratus (vrstevnatý oblak) a cumulus (kupa) Nimbus dešťový Kombinace názvů Altostratus vrstevnatý oblak středního patra Cirrocumulus oblak vysokého patra, tvar kupy Cumulonimbus zasahuje od nízkého až do vysokého patra bouřkový mrak může zasahovat až do stratosféry Nimbostratus dešťový vrstevnatý oblak nízkého patra

7 Oblaky nízkého patra Neprší z něj, občas mrholí. Je totožný s mlhou, která je vyvýšena nad povrch. Výška do 1,5 km. Stratocumulus - Sc Vypadávají z něj srážky, ale jen malé intenzity. Dešťový mrak STRATUS St NIMBOSTRATUS - Ns

8 Stratocumulus mamma foto: Roman Maňák, A.S.S.

9 Oblaky nízkého patra CUMULUS Cu

10 Oblaky středního patra Výška 2-6 km. Jedná se většinou o přímý nástup teplé fronty. Výška 1,5-7 km. V létě mohou signalizovat možnou bouřku, nebo příchod studené fronty. Zpravidla však v závěru pěkného dne dochází k jejich rozpadu

11 Oblaky vysokého patra Předzvěst příchodu teplé fronty Nevypadávají z něj srážky Cirrus - Ci

12 Oblaky vysokého patra Předzvěst příchodu teplé fronty Nevypadávají z něj srážky Předzvěst příchodu studené fronty

13 Cumulonimbus - Cb

14 Vývojový cyklus bouřky

15 Vznik oblaků Kondenzace - nad zemí mlha - ve vyšších sférách oblak, oblaky Rosný bod - kondenzační hladina se mění podle množství vodní páry konvekční (radiační) frontální orografické

16 Frontální srážky Vzduchová masa velká část vzduchu, který má přibližně konstantní fyzikální vlastnosti Frontální zóna přechodná oblast - plocha mezi jednotlivými vzduchovými masami (délka několik tisíc km, šířka km někdy jen 1-2 km) Fronta ostrá hranice mezi jednotlivými vzduchovými masami -teplá - studená Teplá fronta Mohutná vrstevnatá oblačnost trvalejší srážky Za frontou se otepluje Studená fronta Vysoká kupovitá oblačnost přeháňky, bouřky intenzivnější Za frontou se ochlazuje

17 Orografické srážky Rychlý postup po svahu déšť, sníh Pomalý postup po svahu orografická mlha

18 Atmosférické srážky Atmosférické srážky (hydrometeory) vznikají kondenzací ve vzduchu obsažených par. Tento jev probíhá na povrchu těles, rostlin, země, hlavně pak v atmosféře. Podle skupenství rozlišujeme srážky kapalné a pevné Podle způsobu a místa vzniku lze srážky rozdělit na vertikální, vznikající ve volné atmosféře a podle právě existujících meteorologických podmínek z ní vypadávají jako déšť, sníh, kroupy apod. a horizontální, které se tvoří kondenzací vodních par bezprostředně na povrchu země nebo na předmětech, rostlinách apod.( rosa, jinovatka, ledovka atd.),

19 Vertikální srážky V oblaku vznikají vlivem kondenzace na tzv. kondenzačních jádrech vodní kapky a ledové krystalky, které vlivem zemské tíže po dosažení určité velikosti vypadávají.

20 Déšť = srážky, které dopadají na zem v kapalném stavu Vypadává z oblaků Nimbostratus a Cumulonimbus Někdy se mohou ještě před dopadem na zem vypařit virga

21 Podle velikosti kapek mrholení - 0,5 mm podle dohlednosti -slabé -střední - silné - déšť - = 0, 5 8 mm Podle intenzity - slabý - 1 mm/hod - mírný mm/hod - silný mm/hod - prudký mm/hod - liják mm/hod -přívalový mm/hod - průtrž - nad 58 mm/hod Pokrývá velké území a způsobuje trvalé srážky x Přeháňky - vypadávají z kupovitých mraků cumulů - místní výskyt - krátké trvání -někdy spojeny s bouřkami

22 K r o u p y nejničivější atmosférické srážky doprovázejí silné bouřky Přechlazené kapky cirkulují v cumulonimbu Vytvářejí vrstvy ledu - čirý - neprůhledný Tvar není kulovitý Velikost 5 50 mm (v r.1970 v Kansasu až velikost grapefruitu)

23 Zmrzlý déšť, ledovka, náledí Zmrzlý déšť -déšť padá vzduchem, který má teplotu výrazně pod bodem mrazu Déšť dopadne na promrzlý povrch, kde se kapky rozlijí a zmrznou mrznoucí déšť, ledovka Náledí voda, která je na povrchu země, následně zmrzne

24 S n í h - tvoří se ve střední a horní troposféře při teplotách výrazně pod bodem mrazu - vodní pára krystalizuje přímo v mraku na pevných částicích na ledové krystalky šesterečná soustava William Bentley - jednotlivé krystalka se spojují ve sněhové vločky a padají k zemi Závislost na teplotě, větru a vlhkosti hluboko pod 0 C prašan kolem 0 C velké vločky, ulpívají na předmětech silný vítr závěje, sněhové jazyky na horách - laviny

25 Horizontální srážky tvoří se kondenzací vodních par bezprostředně na povrchu země nebo na předmětech, rostlinách apod. -rosa - jíní -námraza - jinovatka - náledí x ledovka - mlha x kouřmo

26 R o s a Ideální podmínkou vzniku je klidná a jasná noc vysoká vlhkost ve vrstvě těsně nad zemí a nízká vlhkost nad touto vrstvou Zemský povrch vyzařuje většinu tepla, které pohltil během dne, ochladí se a voda v nadzemní vrstvě zkondenzuje na povrchu země nebo v jeho těsné blízkosti. Podobně vzniká i mlha, ale pro její vznik je zapotřebí silnější vrstva vlhkého vzduchu. Rosa může být bez mlhy, mlha bez rosy ne. Kapičky rosy na povrchu snadno splývají a mohou vytvořit vrstvičku vody - v pouštích důležitý zdroj vláhy. Zmrzlá rosa teplota klesne pod bod mrazu a zkondenzovaná voda rosa zmrzne

27 Námraza a jinovatka Námraza - krystalický led usazený na povrchu země, předmětů, - podmínky vzniku - mráz -mlha - silný vítr Jinovatka - bílé zmrzlé krystalky ve tvaru jehliček nebo visících vláken - podmínky vzniku - mráz (pod 8 C) -mlha -bezvětří

28 Jíní Vzniká podobně jako námraza, ale ne z mlhy. Povrch je tak podchlazený, že krystalky ledu krystalizují přímo z plynné fáze. Může být ve větší vrstvě, takže může být považováno za sníh.

29 Mlha Mlha je ve skutečnosti oblak, který se utvořil u zemského povrchu. Výsledek kondenzace. Je-li dohlednost větší než 1 km = k o u ř m o Podle faktorů působících na vznik mlhy : radiační advekční svahová údolní z vypařování

30 Vzniká jako důsledek radiačního ochlazení země za jasné noci, kdy nejsou mraky, které by vyzářené teplo odrážely zpět. Většinou nehybná, m

31 Advekční mlha Podobná jako radiační, ale je vodorovně pohyblivá. Mořské mlhy přesun studeného vzduchu (z pevniny) nad teplý a vlhký povrch (nad mořem) Přímořské mlhy přesun teplého a vlhkého vzduchu (z moře) nad studený povrch (pevniny)

32 Svahová mlha Vlhký vzduch stoupá po svahu, dosáhne kondenzační hladiny. Pohyb vzduchové masy je pomalejší než při vzniku orografických srážek. Vyskytuje se v horách v blízkosti moře Rozpouští se působením slunce mlhový stratus

33 Stratus z mlhy Zvedání a rozpouštění mlhy působením slunečního záření.

34 Údolní mlha - ochlazený vzduch stéká po úbočí dolů - dojde ke kondenzaci - mlha zaplní celé údolí - až 300 m vysoká - pokud nesvítí slunce může vydržet celý den bývá dost vytrvalá Mlha z vypařování na podzim nad rybníky a řekami voda se vypařuje z teplejší vodní hladiny a kondenzuje v chladnějším vzduchu, který proudí nad vodní hladinu z chladnoucí pevniny

35 Měření množství srážek - srážkové úhrny měříme v síti srážkoměrných stanic Používají se 1. Srážkoměr měří množství spadlých srážek 2. Dešťoměr ombrograf měří časový průběh dešťových srážek 3. Totalizátor na těžko přístupných místech měří množství srážek za delší časové období (1/4 roku i déle)

36 Srážkoměr h = 50 cm, P = 500 cm 2 2 l 1 dílek = 1/10 mm Odečítá se v 7 h. ráno

37 Dešťoměr ombrograf časový průběh srážek

38 Totalizátor

39 Měření sněhových srážek Tloušťka sněhové pokrývky Váhový sněhoměr hustota sněhu s msn S h m V sn sn Výška nově napadaného sněhu Pomocí destičky min. 30 x 30 cm

40 Měření hustoty sněhu váhovým sněhoměrem

41 Měření hustoty sněhu váhovým sněhoměrem

42 Měření sněhových srážek Vodní hodnota sněhu je poměr objemu vody z rozpuštěného sněhu k jeho původnímu objemu Vv sn V množství vody obsažené ve sněhu, které vznikne jeho úplným rozpuštěním (v mm vodního sloupce) souvislá sněhová pokrývka alespoň 4 cm měří se v 7 hod. v pondělí srážkoměrem (rezervní vnější nádobou a skleněnou odměrkou v % bezrozměrná hodnota váhovým sněhoměrem jako hustota g/cm 3 sn Čistý prašan 0,1 Ulehlý sníh 0,15 0,2 Firn 0,5 Firnový led 0,89 Ledovec 0,9

43 Sněhoměrné snímky předpověď množství vody ve sněhu Malá povodí tloušťku sněhu + vodní hodnotu v charakteristických bodech 5 10 měření výšky sněhu v blízkosti bodu měření vodní hodnoty Velká povodí po vrstevnicích (zohlednit zalesněné x nezalesněné, návětrná strana x srážkový stín,.. sestrojení izolinií výšky sněhu určení průměrné výšky sněhu na povodí a množství vody ve sněhu obsažené

44 Radiolokační stanice Déšť a sníh rozptylují radiové signály, takže když vysílačem vysíláme radiové pulsy a přijímačem měříme jaká část signálu se vrátila, získáme obraz prostorového rozložení intenzity srážek. Dlouhodobý odhad množství srážek chyba až 100 %.

45 Radarové stanice

46 Družice Krouží kolem Země a pořizují standardní fotky a IR snímky, které měří teplotu oblačných vrcholků a sestavují teplotní profil atmosféry.

47 Hodnocení množství srážek Srážková výška H s (mm) tloušťka vrstvy vody, která by se vytvořila z deště na dané ploše bez odtoku, vsaku a výparu. Srážkový úhrn (mm) tloušťka vrstvy vody, která by se vytvořila z deště v 1 bodě (srážkoměrné stanici) 1 mm 1 m 2 = 1 l 1 ha = 10 m 3 1 km 2 = m 3 U dešťů je kromě úhrnu účelné měřit také dobu jeho trvání (t) Podíl úhrnu a trvání nám dává další, velmi významnou charakteristiku deště jeho intenzitu (mm/min) i = dh s /dt Jestliže množství deště vyjádříme v l/(s.ha) vydatnost deště q = i. K K = 166,67

48 Časové rozdělení srážek Nejdůležitější srážkové charakteristiky srážkové úhrny za dny, měsíce, roky průměrné dlouhodobé úhrny roční (pro ČR mm) nebo v jednotlivých měsících počty dnů se srážkami v jednotlivých měsících, maxima, minima údaje o vydatnosti dešťů Sněhové srážky průměrný začátek prvního sněžení průměrný konec posledního sněžení počet dní se sněhovou pokrývkou počet dní se sněžením výška nově napadlého sněhu max. výška sněhové pokrývky

49 Časové rozdělení srážek Průměrný denní déšť celkový úhrn v měsíci / počet dní se srážkami Pravděpodobnost deště P d počet dní se srážkami / celkový počet dní v měsíci 15 dní se srážkami během června 15/30 = 0,5 = 50 % (u nás největší květen červenec, nejmenší na podzim) Hustota deště 1 / P d kolik dní připadá na 1 den s deštěm 15 dní se srážkami během června P d = 0,5 1/0,5 = 2

50 Časové rozdělení srážek Srážkové úhrny ovlivňují denní doba u nás ráno a odpoledne nejvíc v noci a před polednem nejméně roční období u nás nejvíce srážek IV.- IX. (2/3 celoročního úhrnu srážek) rovníkový typ max. IV a XI, min. VII a I subtropy max. v zimě a suchá léta mírný pás přímořské oblasti rovnoměrné rozdělení vnitrozemské oblasti převládající srážky v letním období Průměrné měsíční úhrny počítány z delší řady let časové rozdělení srážek během roku srážková sezóna

51 Určení srážkové sezóny Průměrný měsíční úhrn 55,7 mm Např. leden 42 mm je 75 % průměrného měsíčního úhrnu ( 42/0,557) Přepočteno na měsíční úhrn 75/12 = 6,28

52 Plošně rozdělení srážek Srážkové úhrny ovlivňují zeměpisná poloha průměrný roční srážkový úhrn rovník 2000 mm, ostrovy Tichého oceánu mm na S a J srážky klesají max. 500 mm (nejméně na o s. a j.z.š. většina pouští) mírný pás více srážek vlivem frontálních systémů ( mm) polární oblasti - úhrny opět klesají 300 mm nadmořská výška exponovanost území návětrná strana x srážkový stín převládající větry

53 Průměrný roční počet srážkových dní s úhrnem nad 10 mm

54 Průměrný sezónní počet dní se sněžením

55 průměrná intenzita H s /t = tg H s celkový úhrn deště t trvání deště vznikne spojením prvního a posledního bodu ombrogramu okamžitá intenzita směrnice tečny v daném bodu ombrogramu periodicita p=n/r N počet dešťů s dosaženou intenzitou R počet let pozorování udává, kolikrát je určitá velikost intenzity dosažena nebo překročena v dlouhodobém průměru jednou za 1 rok

56 násobné deště n násobnost deště n a 1 2 a počet inflexních bodů

57 Křivka náhradních dešťů Intenzita lijáku je f(t,p). Vztahy mezi intenzitou, dobou trvání a periodicitou získáme rozborem ombrogramu) jednoduchý reálný déšť i t 1 h t 1 1 i=konst i t 1 2 h t 1 1 h t 2 2 pro déšť s n dešťovými oddíly získáme 2n-1 intenzit náhradní déšť h1 h1+h2 h1+h3 h1+h2+h3 h2+h4 h1+h2+h4 h1+h2+h3+h4 pro 4 dešťové oddíly 7 intenzit

58 Vztah mezi i a t pro danou periodicitu vyjádřený vzorci i log i LINDLEY A t logaritmování α exponent konstantní pro určité, i rozsáhlé, oblasti A konst. log A log t nevyhovuje pro krátké doby trvání A, α přímka b parametr pro t < 10 min i t A b

59 Vztah mezi i, t a p deště zpracujeme ombrogramy za delší dobu (10 let) čáry intenzit stejné periodicity Na milimetrový papír -osa x trvání dešťových oddílů -osa y odpovídající intenzity -získáme tak pro jednotlivé doby trvání (např. 5 minut) řadu intenzit různé velikosti -p = 0,1 největší intenzity bylo dosaženo 1krát za 10 let p=n/r p-periodicita N-počet dešťů R-období

60 Plošné rozdělení deště Frühling maximum v centru plochy i max i klesá od centra k okraji přibližně podle paraboly (3 000 m od centra je i = i max /2 L vzdálenost od centra i L = i max. Ψ (součinitel vlivu ψ = i stř /i max ) Ψ = 1 0,005 L Specht Ψ = 12 1/F F plocha povodí F < 1 km 2 ψ = 1 = 5 10 km 2 ψ = 0,9 0,8 = km 2 ψ = 0,8 0,7 Reinhold vyjadřuje nejlépe naše podmínky vypočítaná intenzita v bodě se snižuje o 5 % F 10 km 2 o 10 % F 25 km 2

61 Určení srážkové výšky na povodí Plošné rozdělení srážek izohyety čáry spojující místa se stejnými srážkovými úhrny Měříme na srážkoměrných stanicích Způsoby výpočtu pro celé povodí Metoda čtvercové sítě Metoda polygonů (Thiessenova) Metoda izohyet Metoda hyetografické křivky

62 Určení srážkové výšky na povodí Metoda čtvercové sítě H s n i n h i

63 Určení srážkové výšky na povodí Metoda polygonů (Thiessenova) H s i i h i p p i i i h F i p i

64 Určení srážkové výšky na povodí Metoda izohyet Plošné rozdělení srážek v určité oblasti lze názorně zobrazit izohyetami. Jsou to čáry spojující na mapě místa se stejnými srážkovými úhrny. H s i 1 2 h i 1 F h i p i

65 Určení průměrné srážkové výšky na povodí Metoda hyetografické křivky grafický způsob

66 Volba metody výpočtu Závisí reliéfu jak je terén členitý hustotě sítě stanic požadované přesnosti Členitý terén metody používající metodu izohyet pomocí vrstevnic zákonitost růstu srážek s nadmořskou výškou Méně členitý terén metoda polygonů v těchto podmínkách podobné výsledky jako použití metody izohyet Málo členitý terén s dostatečnou sítí srážkoměrných stanic metoda čtvercová

67 Odtok (l.s -1 ) Q F q odteklé množství (l) O F Hs F velikost odvodňované plochy (ha) q vydatnost deště l/(s.ha) H s srážková výška (mm) ψ součinitel odtoku ψ závisí na charakteru povrchu (střecha, dlažba, půda, pole, les) - propustnosti povrchu - sklonu ( ) roste se zvyšováním sklonu

68 Velikost ψ v závislosti na propustnosti a sklonu terénu (pro orientační výpočet stokové sítě) hodnoty platí pro středně propustný terén, pro propustný terén se hodnoty o 10 % zmenšují, pro méně propustný terén se o 10 % zvětšují