zkrácená verze

ímského
kalendáře
* hlavní kalendářní jednotky:
• tropický rok – časový úsek, během něhož se vystřídají všechna roční období – trvá 356
dní 5 hodin 48 minut 45,7 sekund
◦ jako základ kalendáře přijat r. 1960 OSN
• synodický měsíc – čas, který uplyne mezi dvěma stejnými fázemi Měsíce, tj. doba oběhu
Měsíce vzhledem ke Slunci (29 dní 12 h 44 min. 2,8s)
• sluneční den
Historie kalendáře
* nejstarší – lunární kalendáře – pozorování střídání měsíčních fází
• rok = 12 měsíců nestejné délky, v průměru 354 dnů a 8 h
• v průběhu roku byl o 10 – 12 dnů kratší než trvá sluneční cyklus
* solární (sluneční) kalendář – základem zdánlivý oběh Slunce okolo Země, nepřesnosti se
vyrovnávaly reformami
* kombinované kalendáře lunisolární – přidán 13. měsíc
* další příklady starých kalendářů:
• kalendář egyptský
• kalendář starobabylónský
• kalendář hebrejský
• kalendář čínský
• kalendář starořecký
• kalendář mayský
• kalendář starých Slovanů
• kalendář negramotných – uzlíkové
* novodobé kalendáře se vyvinuly se starověkého římského kalendáře – počátek položen do
fiktivního bodu 753 př.n.l. (údajně založen Řím)
• rok = 10 měsíců, začínal v březnu a trval 304 dní – Římané neuznávali zimní měsíce po
slunovratu – v této době nic neroste a není nutné nic zaznamenávat do kalendáře =>
nepraktické – přidány 2 měsíce = lunární rok – trval 355 dní
• později přidán 13. měsíc = zmatky – 46 př.n.l. nařídil Caesar reformu
* juliánský kalendář (autorem alexandrijský matematik Sosigenus) – jako základ použit
egyptský kalendář
• délka roku stanovena na 365,25 dne => po každých 3 letech s 365 dny následoval rok
přestupný o 366 dnech
• nepřesný výpočet trvání roku způsobil roční odchylku 11 min. 14s => každých 128 let o 1
den – 1582 papež Řehoř XIII. Zřídil reformní komisi
* gregoriánský kalendář – průměrná délka roku = 365,2425 dne, tj. 365 dní 5 hod. 49 min. 12s
• odchylka = 26 sekund = 1 den za 3300 let
• dnes se využívá celosvětově pro obchodní účely a počítačové sítě
A t m o s f é r a Z e m ě (II. díl)
* vzdušný obal Země účastnící se rotace
* z řečtiny : atmos = pára, sphaira = koule
* do 30 000 až 40 000 km
* bez výrazné hranice
* absorbuje i rozptyluje sluneční záření a sama je zdrojem dlouhovlnného záření
* optické jevy – dochází k nim v atmosféře při odrazu a lomu světla kapkami, ledovými
krystalky i prachovými částicemi
* proměnlivé elektrické pole
* hustotní vlny v ovzduší přenášejí zvuk
* atmosféra = směs plynů, vodní páry, pevných a kapalných příměsí, aerosolů
* kyslíko-dusíková
* jak by vypadala Země bez atmosféry: byly by ostré hranice mezi ozářenými a neozářenými
místy s výraznými rozdíly mezi oceány a zcela suchými pevninami, obloha by byla černá
se zářícími hvězdami, bez oblaků, bez soumraků a svítání, vše v naprostém tichu a
s obrovskými teplotními rozdíly mezi dnem a nocí na pevnině
Vzduch – základní složení Voda – rozdělení
suchý vzduch
(% obj.)
Vlhký vzduch
(% obj.)
N2
78,08
77,00
o2
20,95
20,70
Ar
0,93
0,80
CO2
0,03
0,03
Ne, He, Kr, N2O, Xe, SO2, NO2, NH3, CO2, I2 a další
0,01
0,01
Vodní pára
-
průměr 1,3
celkem
100,00
100,00
objem v km3 (odhad)
%
mořská voda
1 370 000 000
84
podzemní voda
60 000 000
4
polární led a sníh
24 000 000
2
Povrchová voda
500 000
0,4
voda v atmosféře
15 000
0,01
Rozdělení prvků v geosférách
% hm.
atmosféra
hydrosféra
litosféra
biosféra
m. 10
N, O
O, H
O, Si
O, C, H
m
Ar
Cl, Na
Al, Fe, Na, K, Mg, Ca
N, Ca
m.10-1
-
Mg
N, F, P, S, Cl, V, Cr
K, Na, P, S, Cl
m.10-2
H
S, K
Cu, Rb, Sr, Zr, Ba
Mg, Al, Fe
Základní fyzikální vlastnosti atmosféry a její vertikální struktura
* suchý vzduch neexistuje
* přirozené složení: plyny + vodní pára, kapalné a pevné součásti a umělé příměsi
* celková hmotnost : 5,137 . 1018 kg (Treuberth 1981)
* vzduch stlačitelný → tlak a hustota s výškou rychle klesá (v 5,5 km na 1/2; v 11 km na 1/4;
pod hranicí 20 km na 9/10)
* neustálé změny (fyzikální a chemické děje)
* stav dynamické rovnováhy ( zvrstvení
* komise pro aerologii přijala (1961) konvekci o vertikální struktuře atmosféry:
• 0 – 11 km – troposféra
• 11 – 50 km – stratosféra _
• 50 – 80 km – mezosféra \
• 80 – 800 km – termosféra > ionosféra
• nad 800 km – exosféra _ /
* 2 významné odlišné vrstvy:
• mezní vrstva atmosféry – ve výšce 1,5 – 2 km, ovlivňována blízkostí zemského povrchu
(bilancí tepla a třením – různé proudění vzduchu), patrný denní
chod meteorologických prvků
• volná atmosféra – nad mezní vrstvou, výškové proudění není ovlivňováno zemským
povrchem, není patrný denní chod meteorologických prvků
* fyzikální modely atmosféry:
• adiabatický
• barotropní
• homogenní
• izotermický
• polytropní
* pro technické účely – model – Standardní mezinárodní atmosféra ICAO (International Civil
Aviation Organization – Mezinárodní organizace pro civilní letectví)
• celosvětově přijato r. 1952
• využití pro leteckou dopravu
• ICAO vystihuje převládající poměry po celý rok ve všech zeměpisných šířkách celé
zeměkoule při respektování těchto předpokladů:
◦ pro atmosféru platí přesně stavová rovnice plynů
◦ pro atmosféru platí rovnice hydrostatické rovnováhy
◦ teplotní gradient je konstantní a definovaný
◦ nulová výška je ve střední výšce hladině oceánů
• výška se obvykle udává v gpm = geopotenciální metr
• výhody:
◦ jednotné cejchování výškoměrů a tlakoměrů
◦ výpočet a porovnávání letových charakteristik
◦ projekty letadel, raket, balonů
◦ sestavování balistických křivek
• meteorologické charakteristiky vyplývající z atmosféry ICAO:
Průměrná teplota atmosféry
-20,7 °C
odpovídá výšce 5,5 km
Průměrná teplota na severní polokouli
15,2 °C
leden 9,0 °C,
červenec 22,4 °C
Průměrná teplota
na jižní polokouli
13,3 °C
leden 16,4 °C
červenec 11,4 °C
Obsah vodní páry v atmosféře
1,24.1016 kg
odpovídá 22 mm srážek; 0,001 % H2O v hydrosféře
Průměrný obsah vodní páry
2,34 g.kg-1 vzduchu
Roční úhrn srážek
5,26.1017 kg
průměrně 1036 mm;
4,12.1017 kg nad oceány
4,14.1017 kg nad pevninou
0,41.1017 kg odtok ze souší
Roční obměna vodní páry
47x
tj. každých 7,8 dne
Troposféra
* z řečtiny: tropos = obrat; tropein = obracet, promíchávat
* nejhlubší vrstva atmosféry dosahující výšky:
• nad póly: 8 – 9 km
• mírné šířky: 11 km
• rovník: 14 – 18 km
* historie: do konce 18. stol. pokles teploty s výškou
• 1896 de Bort – teplota klesá s rostoucí výškou jen do 10 km
• Assmann – objev izotermické vrstvy nad 10 km – teplota se nemění
* název: troposféra – de Bort
tropopauza – Shaw (1900) – rozhraní mezi troposférou a izotermní vrstvou
* základní vlastnosti troposféry:
• nejhustší vrstva atmosféry (cca ľ hmotnosti vzduchu)
• téměř veškerá vodní pára včetně produktů její kondenzace a desublimace (oblaky a
hydrometeory)
• téměř veškeré příměsi pevných částic (rach) i jiné znečišťující látky
• celá vrstva neustále promíchávána vertikálním prouděním - konvekcí
• veškeré projevy – souborně počasí – probíhají v troposféře
• průměrná výška troposféry se periodicky během roku mění (v zimě nižší než v létě)
• výška tropopauzy leží níže nad oblastmi nízkého tlaku vzduchu
• rychlost větru v troposféře stoupá s rostoucí výškou a maxima dosahuje těsně pod
tropopauzou
• pokles teploty vzduchu v průměru o 0,65°C na 100m výšky
Stratosféra
* z latiny: stratus = vrstva, pokrývka
* vrstva atmosféry ležící nad troposférou (nad úzkou přechodnou vrstvou – tropopauzou)
* průměrná výška 60 km
* převažuje laminární proudění, bez větších vertikálních pohybů vzduchu, bez významné
turbulence, bez oblačnosti
* složení: jako troposféra, ale více O3, bez H2O a prachu, bez oblačnosti (stratosférická vodní
pára)
* teplotní rozdíly se vyrovnávají vedením – kondukcí => konduktivní zóna
* teplota se v nižších výškách nemění – izotermická vrstva
* teplota ve výškách nad 20 km vzrůstá vlivem absorpce UV složky slunečního záření
* rychlost výškového větru nad troposférou klesá (minimum kolem 25 km, ve větší výšce
stoupá)
* směr výškového proudění vykazuje sezónní změny v souladu s globální cirkulací atmosféry
* historie: přímý výzkum Piccard – 27.2.1921 dosáhl výšky 15 780 m
* skleníkové plyny:
• moderní hrozba, modely
• CO2 a vodní pára (stratosférická) , NOx, CH4, O3, CFC aj.
Ozonosféra
* spodní vrstva stratosféry vyznačující se zvýšenou koncentrací O3
* důsledky vývoje – rozklad vody na H2 a O
• O3 kdysi na zemském povrchu, nyní ve stratosféře
* 90% ozónu ve stratosféře (75 % ve výšce 15 – 20 km), 10% v troposféře
* nejvíce: objemová koncentrace 5. 1012 molekul v 1 cm3 – ve výšce cca 25 km (tropické
oblasti) a mezi 15 – 25 km (větší zeměpisné šířky)
* koncentrace O3 se vyjadřuje pomocí Dobsonových jednotek (DU – Dobson Unit)
• 100 DU = 1 mm sloupce O3 při tlaku 1013,25 hPa a teplotě 15 °C
* abundance O3 nad 250 DU nad rovníkem a 300 – 500 DU nad póly
* denní a roční chod
* koncentrace O3 vykazuje sezónní i nepravidelné odchylky = ozonóvé anomálie (ozónové
díry)
• destruktivní látky – freony, halony, oxidy dusík => „díry“ (rekordní pokles 1987 nad
Antarktidou 110 DU)
* konvence o meteorologických a geofyzikálních zbraních (1977)
* Dobsonova síť WMO
* ozonosféra nepřetržitě sledována v rámci mezinárodních programů (GO3OS – Global Ozone
Observing System) pomocí pozemních měřících stanic vybavených Dobsonovými
spektrofotometry a pomocí speciálních sond a přístrojů TOMS (total Ozone Mapping
Spectrometr) umístěných na satelitech
* troposférický ozón (nesprávně přízemní ozón) – jedna z nejnebezpečnějších znečišťujících
příměsí v nejnižších vrstvách atmosféry – toxicita
• v ČR trvale překračován limit WHO – 50 (g.m-3
• 180 (g.m-3 – informace veřejnosti
• 360 (g.m-3 – varování veřejnosti
Ionosféra
* nejvyšší vrstva atmosféry ležící nad stratosférou (oddělenou od ní tzv. stratopauzou), tj. ve
výškách 50 – 80 km a dosahuje 400 km i více
* poměrně vysoký obsah kladných molekulárních a atomárních iontů a volných elektronů –
tvoří plasmu se zvýšenou elektrickou vodivostí => selektivní odrazivost pro
elektromagnetické vlny
* ionty vznikají absorpcí složek slunečního záření a záření kosmického původu
* absorpcí záření se ionosféra silně zahřívá a kinetická energie molekul odpovídá teplotě
řádově tisíců °C
• teplotní nerovnoměrnosti se díky nepatrné hustotě nemohou účinně vyrovnávat konvekcí
nebo kondukcí
• pro převažující sdílení energie záření se ionosféra nazývá radiační zónou atmosféry
* charakter vrstevnaté struktury s denní, roční i víceletou periodickou dynamikou
* neustálé změny a pohyb – přílivové a odlivové jevy způsobené gravitací Slunce a Měsíce
* spolu s geomagnetickým polem 1. ochranná bariéra před nebezpečnými částicemi a zářením
kosmického původu
* zemská koróna – relativně hustší prostředí ionizovaných částic (cca 1 tis. částic v 1 cm3)
• ve výškách 2 – 20 tis. km
„Horizontální“ členění troposféry – vzduchové hmoty
* definice:
• velké množství homogenního vzduchu
• horizontálně 500 – 5 000 km
• vertikálně až celá troposféra
* vznik:
• místa se sníženou cirkulací
• velký homogenní povrch
• stacionární anticyklony
* transformace:
• neustálá přeměna
• změna zeměpisné šířky
• změna povrchu (hlavně mořského v kontinentální)
• léto: labilizace mP a mA; zima: stabilizace mP a mA
• ukončení přizpůsobením novým podmínkám
• konzervativní vlastnosti (měrná vlhkost, zákal, potenciální teplota)
* klasifikace: různá hlediska
• podle stability (lability) vertikálního zvrstvení
• teplotních charakteristik
• geografického původu
* význam:
• při analýze a prognóze (kalendáře, dnes modely)
• počasí uvnitř vzduchových hmot
• ohraničení frontami
• změna gradientů
Pohyby v atmosféře
* advekce
a) tepláb) studená
* konvekce* turbulence
■ Vertikální zvrstvení vzduchových hmot
Stabilní
* základní charakteristika: malý až záporný vertikální teplotní gradient – pokles teploty
s výškou malý, nulový (izotermní) nebo obrácený (inverzní)
• teplota vzduchu se s rostoucí výškou zvyšuje
* vznik: ochlazováním zdola (vyzařování); oteplováním shora (subsidence, teplá advekce);
v zimě nad pevninou; v létě nad studeným mořem
* vlastnosti: vertikální pohyby potlačeny, inverze, záchytná vrstva, smog, mlhy, nízký stratus,
mrholení, špatná dohlednost
Instabilní = labilní
* základní charakteristika: velký vertikální teplotní gradient (nenasycený i nasycený)
• rychlý pokles teploty s rostoucí výškou
* vznik: ohříváním zdola (sluneční záření); ochlazováním shora (studená advekce, vyzařování
atmosféry); v teplé části roku nad pevninou (zesílení lability odpoledne) nebo nad
teplým mořem (v noci)
* vlastnosti: intenzivní vertikální pohyby, konvektivní oblačnost s denním chodem, přeháňky,
bouřky, silný vítr, dobrá dohlednost
■ Teplotní vlastnosti vzduchových hmot
* relativní hodnocení podle přicházející vzduchové hmoty
* při zemi možné značné zkreslení ( nutnost výškových měření
* místní vzduchová hmota – zůstane-li nová vzduchová hmota více dní bez pohybu a stačí-li
se přizpůsobit nové radiační rovnováze
Teplé vzduchové hmoty
* přesun do chladnějšího prostředí
* většinou „teplé“ jazyky do vyšších zeměpisných šířek
* většinou oteplení (výjimky)
* většinou stabilní (mlhy, stratus, mrholení)
Studené vzduchové hmoty
* přesun do teplejšího prostředí
* většinou „studené“ jazyky do nižších šířek
* většinou ochlazení (výjimky)
* většinou instabilní, zvláště v létě (intenzivní konvekce, turbulence, přeháňky, bouřky)
■ Vlastnosti vzduchových hmot podle geografického místa původu
* nejužívanější pro svou komplexnost
* rozlišování vzduchový hmot:
• arktická (A)
• mírných zeměpisných šířek – polární (P)
• tropická (T)
• ekvatoriální (E)
* s výjimkou E se detailně dále dělí na:
• maritimní (m) – vznikaly nad oceány
• kontinentální (k) – vznikaly nad kontinenty
◊ mořský arktický vzduch – mA
• vznik: nad nezamrzlým Severní Atlantikem nebo Severním ledovým oceánem
• nízká teplota (t); malá absolutní vlhkost (a); vysoká poměrná vlhkost (r); čistý
• výborná dohlednost
• v místě vzniku stabilní, ohříváním destabilizace
• výskyt ve střední Evropě
◊ kontinentální arktický vzduch – kA
• vznik: nad Grónskem a zamrzlým oceánem
• vlastnosti podobné mA, silné ochlazení
• ve střední Evropě většinou částečně transformován
• mA i kA ( návraty zim, ledoví muži
◊ mořský polární vzduch – mP
• vznik: v mírném pásmu nad oceánem
• nevelké teplotní rozdíly, velký obsah vodní páry
• mírná t; vysoká a; vysoká r; v zimě instabilní
• nejčastější vzduchová hmota ve střední Evropě (v 34% roku)
• aprílové, medardovské, dušičkové počasí, vánoční obleva
◊ kontinentální polární vzduch – kP
• vznik: nad pevninami mírného pásu (hlavně východní Evropa)
• velký rozdíl vlastností během roku:
◦ v létě vysoká t; menší r, labilní; nevýrazná oblačnost
◦ v zimě velmi nízká t; vysoká r; stabilní; inverze
• ve střední Evropě se vyskytuje v 54% případů – nejčastější vzduchová hmota
◊ mořský tropický vzduch – mT
• vznik: Azory
• velmi teplá; vysoká a
• v létě přeháňky, bouřky; v zimě náhlé oblevy
◊ kontinentální tropický vzduch – kT
• vznik: pouště Arábie a severní Afriky
• do Evropy přináší počasí s tzv. teplotními rekordy
• suchý vzduch s vysokým obsahem prachu (atmosférický zákal, „krvavé deště")
◊ ekvatoriální vzduch – E
• rovníkový, bez rozdílu nad oceánem a kontinentem
• vysoká t; a; r
• tropické lijáky – v Evropě výjimečně
T l a k  v z d u c h u a t l a k o v é ú t v a r y
Historie
* Aristoteles – povědomí; v přírodě "prázdno" neexistuje - "horror vacui"
* Torricelli (1643) – objev prázdnoty pomocí uzavřené trubice se rtutí
* Pascal (1648) – výpočet hmotnosti atmosféry - souvislost s počasím
* von Guericke (1660) – předpověď vichřice
* Halley (1685) – závislost na výšce
Definice
* síla, kterou působí hmotnost vzduchového sloupce nad místem pozorování v tíhovém poli
zemské gravitace na zemský povrch
* součet parciálních (dílčích) tlaků jednotlivých plynných složek vzduchu a tlaku vodní páry
Jednotky
N.m-2 = Pa (pascal)v meteorologii od roku 1984 ( hPa = 100 Pa
Základní pojmy
* tlak vzduchu – velmi proměnlivý meteorologický prvek, závisí na:
• nadmořské výšce a zeměpisné šířce
• teplotě a vlhkosti vzduchu
• složitý denní a noční chod (vliv rotace Země, slapové síly Slunce a Měsíce)
• hlavní změny víceméně nepravidelné – v příčinné vazbě s tlakovými útvary, počasím a
podnebím
* normální tlak = průměrná hodnota tlaku celé Země ( 45° zeměpisné šířky, suchý vzduch, O
°C, hladina moře)
• 1hPa = 0,75mm Hg
• normální tlak = 1013,25 hPa = 760 mm Hg (x 13,596 x 9,80665)
* průměrný tlak vzduchu = dlouhodobý průměr naměřených hodnot konkrétního místa (např.
Praha 1 016 hPa)
* redukovaný tlak vzduchu = přepočtený na hladinu moře (bez vodní páry, 0 °C, normální
tíhové zrychlení)
* horizontální barický gradient – o kolik je třeba změnit výšku, aby se tlak změnil o 1 hPa
* vertikální barický gradient – změna tlaku přepočtená zpravidla na 100m výšky
* denní chod tlaku vzduchu – řízen slapovými silami, ve zpožděné rezonanci s teplotou
vzduchu (během 24 hod. má zdvojené extrémy – na rovníku denní amplituda asi
1 hPa, v mírných šířkách asi 0,5 hPa)
* roční chod tlaku vzduchu – ovlivňují sezónní vlivy řízené oběhem Země kolem Slunce a tomu
odpovídající geografické rozdělení tlaku na obou polokoulích
* tlaková tendence – změna tlaku vzduchu v čase
• nejdůležitější meteorologický prvek při analýze povětrnostní situace a zpracování
předpovědi počasí
• obvykle se měří změny tlaku po tříhodinových intervalech
* tlakové pole atmosféry – prostorové rozložení vzduchu – lze si představit pomocí
izobarických ploch (všude stejný tlak)
* izobary – dvourozměrné zobrazení tlakového pole v dané nadmořské výšce
• na mapách vymezují oblasti zvýšeného nebo sníženého tlaku vzduchu
* izalobary – křivky stejných změn tlaku v čase
* tlakové útvary:
• tlaková níže = cyklona – alespoň 1 izobara uzavřená a tlak uvnitř nižší než okolí
• tlaková výše = anticyklona – alespoň 1 izobara uzavřená a tlak uvnitř vyšší než okolí
• brázda nízkého tlaku vzduchu, výběžek, hřeben, pás vysokého tlaku – útvary
s neuzavřenými izobarami
konvergencedivergence
geografické rozdělení tlaku vzduchu
Tlakové níže cyklony a