zkrácená verze

tlakové výše – anticyklony
* základní tlakové útvary v troposféře
* součást cirkulace atmosféry v troposféře (ve stratosféře mírně zvlněné zonální proudění)
Mimotropické cyklony a anticyklony
* společné rysy:
• velkoprostorové víry otáčející se okolo svislé osy
• makroturbulentní charakter
• typické proudění ve smyslu horizontálním i vertikálním
• řídící atmosférické útvary – určují směr a rychlost proudění vzduchu přímo i
zprostředkovaně – vliv na počasí a podnebí velkých území
• charakteristická dynamika – na určitých místech vznikají, vyvíjejí se a zanikají
• některé sezónní (termického původu), jiné víceméně stálé (aerodynamického původu)
• většinou se přesunují z místa vzniku do jiných oblastí
cyklona (tlaková níže) anticyklona (tlaková výše)
nízký tlak, konvergující vzduchvysoký tlak, divergující vzduch
* termický vznik:
cyklona – ohřev povrchuanticyklona – ochlazení povrchu
* dynamický vznik:
Tropické cyklony
* součástí tzv. tropické cirkulace – vázány na poměrně úzký pás zeměpisných šířek v blízkosti
rovníku
* příčina rozsáhlých přírodních katastrof
* nejčastěji vznikají mezi 10. a 20. rovnoběžkami obou polokoulí – splněny 2 hlavní podmínky
– dostatečně teplé moře a působení Coriolisovy síly (její hodnota se na rovníku
rovná nule = na rovníku chybí rotační pohyb vzduchu)
* teplý vzduch s velkým obsahem vodní páry – zdroj energie ve formě latentního tepla –
uvolňuje se při kondenzaci ve výstupných proudech cyklony
* malé rozměry; velké gradienty; vítr 40 až 60 m.s-1 – v nárazech i více
* kompenzační sestupné proudění; v centru "oko" – 20 až 50 km s bezvětřím
* lijáky, bouřky, vichřice, povodně
* zvednutá hladina moře => vlnění
* pomalý postup (10 – 20 km.h-1); složité trajektorie (z počátku západní směry)
* vrcholné stádium s rychlostí 33 m.-1 = 118 km.h-1
* nad kontinenty a ve vyšších zeměpisných šířkách se rozpadají (možná změna na
mimotropickou tlakovou níži)
* průměrně ročně kolem 80, 20 000 obětí (Bangladéš v r. 1972 více než 0,5 milionu)
* místní názvy:
• Atlantický oceán => hurikán (anglicky)
=> orkán (německy a holandsky)
=> uragán (francouzsky a rusky)
• Tichý oceán => tajfun
• Indický oceán => cyklon
• pobřeží Austrálie => willy willy
■ Tlaková níže – cyklona (N, T, L)
* z řečtiny kyklón = kroužící, otáčející, vířící
* charakteristiky:
• uzavřené izobary
• nejnižší tlak uvnitř
• při zemi dostředivé levotočivé proudění (jižní polokoule pravotočivé)
• výstupné vertikální proudění
• časté spojení s brázdou nízkého tlaku vzduchu
• horizontální rozměry cyklon:
◦ mimotropické – tisíce km, tlak na hladině moře obvykle 1 000 – 980 hPa (minimum
950 hPa)
◦ tropické – stovky km, tlak i pod 950 hPa
* vznik:
• termická teorie – prvotní; teplý povrch => menší hustota a tlak => výstup vzduchu a vznik
tlakové níže
• platí, ale ne obecně, subtropy !!
• vlnová teorie – rozhodující vliv dynamické faktory; rozhraní dvou proudících vzduchových
hmot
• mimotropické – obvykle z frontálních vln
• vliv: orografických deformací (Alpy), instability vzduchových hmot
* vertikální vývoj:
• začátek v nejnižší troposféře
• postupuje do vyšších vrstev, vyvinuté řídící tlakové níže až do stratosféry
• postupné uzavírání izohyps a zvlnění izoterm
• přední strana – teplý vzduch k severu, v týlu chladný vzduch zatéká teplý vzduch směrem
k jihu
* vývojová stadia cyklony:
stadium vlnymladá cyklona
okludovaná cyklonaodumírající cyklona
* počasí:
• dynamicky podmíněné vzestupné proudění => oblačné počasí
• rozhodující vlastnosti vzduchové hmoty => stabilní potlačují; instabilní zesilují
• souvislost s frontami => charakteristické počasí podle roční i denní doby
■ Tlaková výše = anticyklona (V, H)
* z řeckého anti = proti; kyklón = kroužící, .......
* charakteristiky:
• uzavřené izobary s nejvyšším tlakem uvnitř
• při zemi odstředivé pravotočivé proudění (na jižní polokouli levotočivé)
• sestupné vertikální proudění
• časté spojení s výběžkem nebo hřebenem vysokého tlaku
• v mimotropické cirkulaci
◦ neoddělitelná souvislost s cyklonami
◦ nejlépe patrné v nejnižší troposféře - "zimní" s výškou rychle slábnou (ve vyšších
◦ vrstvách může být i tlaková níže; "teplé" anticyklony – uzavřené izohypsy i ve výšce
• stovky až tisíce km
• nejvyšší tlak 1 020 až 1 040 hPa (Sibiřská tlaková výše až 1 060 až 1 080 hPa)
* vznik a typy anticyklon:
a) stacionární ("trvalé")
• termické; "nízké"; "studené" nad zimními kontinenty
• dynamické; "vysoké"; "teplé" v subtropech
b) putující ("přechodné")
• obvykle 30 až 40 km.h-1
• maximální horizontální a vertikální rozměry
• někdy i kvazistacionární – blokující
* počasí:
• sestupné proudění => rozpouštění oblačnosti => slábnutí a rozpad front
• málo oblačnosti a srážek, slabé proudění
• vliv vlastností vzduchových hmot
• častá tvorba mlh a inverzní oblačnosti
• někdy mrholení, zhoršená dohlednost
• v létě časté tzv. kumuly pěkného počasí – suché slunné počasí s malou kupovitou
oblačností v odpoledních hodinách, velké teplotní rozdíly během 24 hodin,
pravidelná tvorba rosy
• při mT vzduchové hmotě i Cb a bouřky
• přední strana studená ("ledoví muži"); zadní strana (západní) => vyšší teploty; vyšší
stabilita; zimní advekční mlhy
* význačné vlastnosti anticyklon:
• tvorba teplotních inverzí – latinsky inversio = obrácení – jak v těsné blízkosti povrchu
země, tak i ve výšce
• přízemní inverze – vyzařováním, zvláště nad pevninou, při malé oblačnosti, bezvětří
a v noci (v teplé části roku přes den mizí); sněhová pokrývka
• výšková inverze – subsidencí – sestupným prouděním (adiabatický ohřev), nejčastěji
ve výšce 1 000 až 1 500 km, v zimě trvá i více dnů; smog
◦ ostré a výrazné teplotní rozhraní oddělující studený vzduch dole od teplejšího ve
vrchních vrstvách atmosféry prostřednictvím tzv. záchytové vrstvy
Cyklony (N) a anticyklony (V)
termický vznik
dynamický vznik
níže
Výše
níže
Výše
příčina vzniku
ohřev povrchu
ochlazení povrchu
aerodynamické procesy při horizontálním proudění
rozdělení tlaku
nízký dole;
vysoký nahoře
vysoký při zemi;
nízký ve výšce
nízký při zemi i výšce
vysoký při zemi i ve výšce
teplotní charakter
vždy teplejší při zemi
vždy chladnější při zemi
obvykle i ve výšce studená
obvykle i ve výšce teplá
výskyt front
obvykle ne
Ne
obvykle ano
možný výskyt rozpadajících se;
netvoří se
příklady
Iránská N
Sibiřská V
Islandská N
Azorská V
Z á ř e n í S l u n c e, Z e m ě a a t m o s f é r y (IV. díl)
Definice:
* záření = uspořádaný pohyb elementárních částic a jejich šíření prostorem
• spjato s existencí hmoty, prostoru a času
* nové fyzikální pojetí – záření je uspořádaný pohyb částic – částice mohou být:
a) látkové (protony, elektrony, neutrony)
b) pole (elektromagnetické, fotony, mezony)
* neutrina – vznikla při velkém třesku
* reliktní záření – zbytkové – odpovídá teplotě zdroje a vyplňuje celý vesmír => fosilní záření
* foton – šíření energie v elementárních kvantech
• prostorová velikost a trajektorie ?
• nulová klidová hmotnost
• nenese elektrický náboj
• ve vakuu se pohybuje rychlostí světla = 299 793 km/s
Zákony:
* zákon o vyzařování
absolutně černého tělesa – záření se šíří v jednotlivých dávkách (kvantech)
• energie záření může být rozdělena stejně jako hmota na konečný počet dále nedělitelných
částí
* Planck, Reyleigh – Jeans, Stephan – Boltzmann, Wien, Kirchhoff
* spektrum spojité (Planckovo), nespojité, čárové
* Plancův vyzařovací zákon:
2 . π . h . v5 1
B(v, T) = ————— . ————————
c3 exp(h/v . k . T) – 1
2 . π . h. c2 1
B(λ, T) = ————— . ————————
λ5 exp(c2/λ . T) – 1
* Stephan-Boltzmannův zákon:
E = σ . T4σ = 5,67 . 10-8 Wm-2.K-4
E = ε . σ . T4
* Wienův posouvací zákon:
b
λ = — b= 2,8977.10-3 m.K
T
Zdroje:
* tepelné, netepelné, radioaktivní,
reliktní záření
* absolutně černé těleso, šedé zářiče,
barevné zářiče
* v meteorologii: Slunce, Země,
atmosféra
Fyzikální vlastnosti:
* emise – schopnost vyzařování Hlavní zdroje záření při pohledu ze
(nejlepší u sněhu) vzdáleného kosmu
* reflexe – odrazivá schopnost (nejlepší u sněhu a vody)
* absorpce – pohlcovací schopnost
* transmise – schopnost pronikat
* difúze – schopnost rozptylovat se
* optické jevy v atmosféře
Charakteristiky:
* kvantitativní:
• množství dopadajících, procházejících, pohlcovaných nebo odražených kvant
• intenzita
• hustota zářivého toku (W.m-2)
◦ suma energie (J.m-2)
◦ energie částic (eV)
* kvalitativní:
• vlnová délka
• frekvence
• spektrální složení
• barevná teplota
• tvar vln
• polarizace
Energetické účinky:
* přenos energie
* šíření kosmickým prostorem
Druhy záření:
* konvenční názvy: kosmické, RTG, UV, BAUV, VIS, IR, NIR, FAR IR
* fyziologické účinky:
• ionizující – schopnost ionizovat atomy nebo molekuly prostřednictvím vysokých energií
fotonů nebo jiných částic – začíná v oblasti UV
◦ kosmické, radioaktivní, RTG, BAUV, část UV
◦ efekty modifikační, destrukční, mutační, karcinogenní, letální
• neionizující – část UV, VIS, IR, NIR, FAR IR
◦ účinky:
∙ tepelné – určují teplotu prostředí
∙ biosyntetické – fotosynthesa – PHAR, syntéza chlotofylů a pigmentů, vitaminů
∙ katalytické – aktivita enzymů, NK
∙ informační – fototropismy, fototaxie, fotomorfogenese, zrakový vjem, biorytmy
(chronobiologie)
Sluneční oblouk
* ze zdánlivě nepohyblivého místa na Zemi je
patrný pohybující se sluneční kotouč a to
pravidelně denně od východu k západu
Slunce jako zdroj zářivé energie
* Slunce = základní energetický zdroj – energie pro veškeré biologické objekty
* tvořeno především H a He
* sluneční záření – tvořeno spektrem nejrůznějších částic a fotonů všech vlnových délek
* krátkovlnné záření – 170 až 4000 nm, maximum kolem 475 nm
* solární konstanta (S0) – průměrná roční intenzita zářivého toku na kolmo orientovanou
plochu
* atmosféra prakticky nepropustná pro všechny druhy záření až na oblasti, ve kterých je
ovzduší ,,průhledné“ = atmosférická okna – nejvýznamnější:
• okno propouštějící krátkovlnné sluneční záření na povrch Země
• okno propouštějící dlouhovlnné vyzařování Země do kosmu
• rádiové okno v oblasti metrových délek
* opacita = nepropustnost atmosféry Země
* intenzita i spektrální složení podstatně ovlivňovány různě dlouhou dráhou paprsků při
průchodu ovzduším
* po průchodu atmosférou dopadá sluneční záření na vodorovný povrch ve 2 formách:
• jako přímé záření (S´) – rovnoběžné paprsky od slunečního disku
• jako záření oblohy (D) – po rozptylu a odrazu na molekulách plynů, kapičkách vody,
krystalcích ledu i na prachových částicích
* globální záření (Q) = (S´+ D) – příkon energie ve formě slunečního záření
• dopadá na zemský povrch jen během bílé části dne, v noci je nulové
• během roku a za různého počasí se mění i denní sumy energie globálního záření (úměrné
plochám uzavřeným příslušnou křivkou)
* odražené záření (R) – část globálního záření, která je od aktivního povrchu odrážena zpět do
atmosféry
• intenzita i spektrální složení závislé na variabilních vlastnostech dopadajícího globálního
záření, na proměnlivé odrazivé schopnosti vlastního povrchu
• intenzitu R vyjadřujeme buď absolutně v jednotkách stejných jako ostatní zářivé toky nebo
hodnotíme povrchy podle relativní odrazivé schopnosti – albedem
albedo = R/Q . 100 (%)
* insolance (I) = oslunění – přímé sluneční záření dopadající na obecně orientovanou plochu
• závislá na mnoha faktorech – dni v roce, zeměpisné šířce, úhlu sklonu, orientaci ke
světové straně
* cirkumglogální záření – tvoří ho energie slunečního záření dopadající na kulový zemský
povrch
• kromě přímého a difúzního záření se uplatňuje i složka odražená od okolního povrchu
Země a atmosféra jako zdroje záření
* Země i atmosféra podstatně nižší teplotu než Slunce => intenzita zářivých toků nižší
* dlouhovlnné záření – vyzařované záření ve větších vlnových délkách
* aktivní povrch i atmosféra vyzařují nepřetržitě – ve dne i v noci, v létě i v zimě
* bilance dlouhovlnného záření – energetický rozdíl mezi vyzařováním povrchu a zpětným
zářením atmosféry
* v blízkosti zemského povrchu rozlišujeme dlouhovlnné toky zářivé energie:
• vyzařování aktivního povrchu (E) – uniká z povrchu půdy a ze všech předmětů na něm
umístěných (porost, sněhová pokrývka, nastýlané materiály, ...)
◦ intenzita vyzařování 200 – 700 W.m-2
◦ nejvyšší hodnoty za bezoblačných dnů v odpoledních hodinách – teplota povrchu
nejvyšší
◦ spektrum vyzařování velmi proměnlivé
• zpětné záření atmosféry (A) – část energie vyzařovaná atmosférou – dopadá na
vodorovný zemský povrch
◦ atmosféra chladnější než aktivní povrch – intenzita (A) menší než vyzařování povrchu
(E)
◦ atmosférická okna (7,5 – 12,5 mikrometrů) – záření této části spektra není v atmosféře
absorbováno, ani vyzařováno
◦ nejdůležitější zdroje záření atmosféry, nejhustší spodní vrstvy ovzduší; s rostoucí
nadmořskou výškou jeho intenzita klesá
◦ zpětné záření silně ovlivňováno oblačností
◦ obloha pokrytá hustými oblaky září více než suchý a čistý vzduch s oblohou bez
oblačnosti
◦ poklesy nočních minimálních teplot v přízemní vrstvě ovzduší, za bezoblačné oblohy,
při bezvětří a se zesilujícím radiačním vlivem sněhové pokrývky
◦ oblačnost, zvýšený obsah vodní páry, více přirozených i antropogenních příměsí –
zvyšování intenzity – spolupráce na zvýraznění skleníkového efektu
• odražené zpětné záření atmosféry (RD) – prakticky se nedá měřit – běžně dostupnými
metodami se nedá separovat od vyzařování aktivního povrchu (E) – považuje se
za jeho součást
Energetické účinky záření – radiační bilance
* = kvantitativní vyjádření výměny energie ve formě záření mezi dvěma (nebo i více) tělesy
* nerovnoměrné ohřívání a ochlazování planety kladnou nebo zápornou radiační bilancí –
s kosmickými faktory příčinou lokální tepelné nerovnováhy
* roční suma = energie celkové radiační
bilance celé planety – vždy nulová
* aktivní povrchy:
• standardní – nízký udržovaný trávník
na meteorologických stanicích,
vodní hladina nebo led na
hydrologických stanicích, sněhová
pokrývka
• umělý povrch (porosty, povrch těla se
srstí u zvířat, ...)
* bilance slunečního záření = bilance
krátkovlnné radiace (BK) – součet
globálního záření (+) a odraženého
záření (-)
BK = Q – R resp.BK = S´+ D – R
• Q – globální záření
• D – difúzní záření
• R – odražené záření
• S´- přímé záření dopadající na vodorovnou plochu
* bilance slunečního záření během dne závislá na Složky celkové radiační bilance Země
intenzitě globálního záření a odrazivé schopnosti v planetárním měřítku
aktivního povrchu
• v noci nulová
* rozdělení denních sum BK během roku určováno jak proměnlivými hodnotami globálního
záření, tak i změnami albeda standardního povrchu
* bilance záření povrchu Země a atmosféry = bilance dlouhovlnné radiace (BD) – výsledek
působení obou hlavních dlouhovlnných radiačních toků (směřují proti sobě)
BD = - E + A – RD
• E – vyzařování aktivního povrchu
• A zpětné záření atmosféry
• RD – odražené záření atmosféry
* bilance dlouhovlnného záření závislá na teplotě aktivního povrchu a atmosféry, na obsahu
vodní páry v ovzduší, oblačnosti, obsahu prachových částic ve vzduchu, v odrazivé a
emisní schopnosti povrchu
• denní i roční chod BD po převážnou většinu doby záporný – trvalá ztrátová složka
v celkové radiační bilanci
• denní sumy BD nad standardním povrchem po celý rok záporné
* celková radiační bilance (BC) – výsledkem současného působení všech toků zářivé energie
(dlouhovlnné a krátkovlnné)
• celkovou radiační bilancí řízeny:
◦ teplotní i vlhkostní poměry zemského povrchu i atmosféry
◦ všeobecná cirkulace vzduchu v atmosféře
◦ globální systém mořských proudů přenášejících obrovské množství tepla
◦ výpar vody a její přenos spolu s latentní energií na velké vzdálenosti
BC = BK + BD resp. BC = S´+ D – R – E + A – RD

• většinu roku denní sumy kladné, během tří zimních měsíců převažují dny, kdy povrch
vyzáří více energie než získá od Slunce a atmosféry
• BC kladná
* bilance záření v porostu
• porost část energie odrazí, část absorbuje a určitou část propouští do spodních vrstev až
na povrch půdy
• vrstva rostlinného pokryvu spolu se vzduchem uvnitř porostu sama zdrojem záření –
směruje do všech směrů
znázornění jednotlivých složek celkové radiační bilance u aktivního povrchu – porostu
Skleníkový efekt atmosféry
* příčinou vzniku odlišná propustnost atmosféry jako celku pro různé oblasti spektra
slunečního záření
* vlastní podstata efektu:
• relativně snadný průnik krátkovlnného slunečního záření atmosférou směrem k povrchu
• absorpce záření povrchem, jeho ohřev a tím konverze (přeměna) slunečního záření na
dlouhovlnné vyzařování Země
• zvýšená opacita (nepropustnost) atmosféry pro dlouhovlnné záření vyzařované zemským
povrchem (vede k jejímu ohřevu)
* nejvýznamnější složky skleníkového efektu:
• přirozené – vodní pára a CO2
• dodatečné – umělé – skleníkové plyny – CO2, CH4,, O3, NOx, halony, freony
Sluneční svit
* absolutní a relativní trvání slunečního svitu
* doba, po kterou dopadají přímé rovnoběžné paprsky od slunečního disku na zemský povrch
* údaje poskytovány jako sumy v hodinách nebo jako relativní hodnoty v procentech
astronomicky možného slunečního svitu
* efektivně možný sluneční svit – korigovaný
* výrazný denní a roční chod
* soumrakové jevy – příčina pozvolného přechodu mezi dnem a nocí; souvisejí s barvou
oblohy a mnoha dalšími optickými úkazy v ovzduší => fotometeory
Osvětlení
* část spektra slunečního záření nebo i umělých zdrojů – schopnost vyvolat v lidském oku
zrakový vjem – viditelné záření = světelné záření = světlo (VIS)
* vyjadřování relativního účinku: svítivost – kandela, světelný tok – lumen, osvětlení – lux)
* nejčastěji osvětlení (intenzita osvětlení) v luxech
* druhy osvětlení:
• přirozené = denní osvětlení – zdrojem Slunce – intenzita světla kolísá v širokých mezích
vlivem denní a roční doby, zeměpisné polohy, meteorologických faktorů
(oblačnost, mlha,