Počasí nás ovlivňuje den co den, 365dní v roce, a můžeme ho jen do jisté míry odhadnout nebo předpovědět.

Termická konvekce a podmínky jejího vzniku

22. ledna 2016 v 16:09 | Meteoaktuality.cz |  Zajímavosti
Zejména některé články zde vydané poskytují stručný náhled do této problematiky, tento má ale za úkol podrobněji zasvětit případné zájemce do problematiky tzv. stoupavých proudů a procesu vertikálního vzniku oblaků, tj. vzniku na základě stoupání těchto vzduchových bublin. Ale popořadě, vysvětleme na úvod několik pojmů a poté teprve detailně rozeberme tuto problematiku. Nejprve odpovědi na základní otázky a definice základních pojmů.

Úvodem lze konstatovat, že se jedná o další meteorologický jev, který zajisté není jednoduchý, souvisí s fyzikou oblaků a atmosféry, ale základní principy lze poměrně snadno pochopit. Pomoci pochopit základy konvekce a kondenzace v atmosféře má za úkol právě teto článek.

Co je to termika nebo-li termické stoupavé proudy? Jedná se o následek nerovnoměrného ohřívání zemského povrchu v průběhu dne. Sluneční kotouč musí být dostatečně vysoko nad obzorem, aby začal výrazněji ohřívat zemský povrch. Každý druh povrchu se ohřívá různě (zeleň, pole, louky, vodní hladiny) a na základě toho dochází v dostatečně zahřátých oblastech k odtrhávání tzv. vzduchových bublin, neboť teplejší vzduch jak známo stoupá vzhůru. Tomuto procesu říkáme termika, nebo-li termické stoupavé proudy.

Kdy existují tzv. termické stoupavé proudy? Zajisté v teplé části roku, v březnu ještě spíše nikoli, ale během dubna termika v teplých dnech "nastartována" je. Ve velké míře, kdy dochází k tzv. konvekci = vzniku oblaků, k ní dochází v letním období a to od května do srpna. Poté podmínky pro termické stoupavé proudy se opět stávají méně vhodnými.

Co je to kondenzace? Již určitě někde zde vysvětlený pojem znamená přetváření vodní páry na kapičky vody.

Co je to sublimace? Připomeňme ještě z fyzik známý pojem, který označuje přeměnu vody z pevného skupenství na plynné.

Co je to konvekce? Jedná se o důsledek stoupání bublin ohřátého vzduchu na základě výskytu kondenzace či sublimace, resp. od tzv. kondenzační hladiny. To se projevuje tvorbou kupovitých oblaků, kterým říkáme souhrnně konvekce. Ke vzniku oblaku nedojde bez podmínek nutných pro výskyt kondenzace nebo sublimace a bez existence tzv. kondenzačních jader, pod nimiž si představme miniaturní prachové částice v atmosféře, kterých se tam vyskytují běžně miliony. Dle odborné definice se přesně jedná o výskyt vzestupných a kompenzujících sestupných pohybů vzduchu vyvolaných archimédovskými vztlakovými silami v důsledku teplotních rozdílů v atmosféře = nerovnoměrné ohřívání povrchu.

Nyní známe základní předpoklady a pojmy pro vznik konvekčních oblaků a existenci tzv. konvekce. Oblakům Cumulus a Cumulonimbus se říká jednoduše konvekční oblaky.

Proces vzniku konvekčních oblaků, aneb od zahřívání povrchu až po rozpad bouřky
Celý proces vzniku oblaků si popišme jako konvekci (termickou) za existence vhodných podmínek pro termiku a vznik konvekčních oblaků. Zcela jistě se jedná o vznik oblaků vertikálních, tj. vznikají též vertikálními pohyby vzduchu a to přesněji na základě stoupajícího vzduchu. K tomuto procesu vzniku oblaků dochází převážně v teplé části roku, jen nevýrazná oblačnost tohoto typu může vzniknout a krátce přetrvat zejména v okrajových obdobích teplé části roku, v zimním období se s těmito oblaky nesetkáme. Oblaky existují jen při existujících podmínkách pro jejich vznik, tj. při výskytu termické konvekce. Popišme si vývoj počasí při takové situaci (výskytu pravé letní terminy) od počátku do konce.

Začíná hezký letní den, panuje jasné počasí a klidno se mění vlivem ohřívání zemského povrchu pomalu na slabý až mírný vítr. Panuje velmi teplé počasí, ve vzduchu je patrně i dostatek vlhkosti, což nám může už den předem dávat obloha dosti najevo. Ráno se tedy s kupovitými oblaky ještě nedočkáme, až sluníčko postoupí více od obzoru, tak se začne teprve vzduch prohřívat. Zemský povrch přijímá teplo z intenzivního záření (doporučíme článek Teplota povrchu, vody a půdy) a během dopoledne už většinou začne vznikat drobná kupovitá oblačnost. Někdy vzniká pomalu, jinde při výborných podmínkách může být po 10. hodině už oblačno nebo skoro zataženo oblaky Cumulus.

Takový počátek letního dne před vývojem konvekce si představme asi nějak takto, prašné okolí a pestrobarevná krajina, která se velmi dobře od sluníčka ohřívá

Kolem poledne a po poledni už teplota vzduchu může překračovat 30°C a povrch Země má velice vysokou teplotu, i přes 50-60°C. V první polovině odpoledne už kupovité oblaky rostou do velkých výšek a Cumuly přecházejí v Cumulonimby. Vznikají přeháňky a bouřky, termika je tedy na svém vrcholu, toho dosahuje uprostřed léta o něco později než v okrajových obdobích či na jaře a celkově je tato fáze v létě delší, bouřky se vyvíjejí i kolem 16. - 17. hodiny, i když mnoho nových oblaků Cumulus už nevzniká. Zajisté záleží vždy na podmínkách, prezentujeme tu ideální případ termické konvekce za přítomnosti vlhkosti a dostatečného přisunu energie ze Slunce, tj. tzv. bouřky z tepla (viz stejnojmenný článek)

Vrchol konvekce v podobě bouřkové činnosti vypadá například takto, byť nejsou fotografie pořízen v jeden den, i v jednom dnu s tzv. letním chodem oblaků se může počasí takto za pár hodin změnit

K večeru a večer termika slábne a ustává tak, jak slábne příjem energie ze slunečního svitu. Proto se také kupovité oblaky a případně vytvořené bouřky rozpadají. Než se rozpadne bouřka či bouřkový systém, trvá to déle než se rozpadne méně výrazná kupovitá oblačnost přinášející například jen ojedinělé přeháňky. Každopádně odpadne-li zdroj vzniku oblaků, (termická konvekce) odpadá existence takovýchto oblaků, za předpokladu jinak stejných atmosférických podmínek. Pokud půjde přes dané území frontální vlna, zajisté se na ní budou bouřky vyvíjet a mohou být i intenzivní, včetně nočních hodin.

A příklad večerního rozpadu konvekce s transformací oblaků Cumulus ve Stratocumuly a postupné vytrácení se srážkové činnosti, zde jsou patrné ještě srážkové pruhy nedosahující země, (virga) poté zavládne opět jasno jako ráno - viz na prvním snímku


V noci zemský povrch vychládá a teplo ztrácí, bez podpory nějaké frontální vlny či oblasti nízkého tlaku vzduchu se bouřky netvoří. Termická konvekce v nočních hodinách v žádném případě neexistuje. Podobně jako za výskytu jiné oblačnosti nemůže být v průběhu dne tzv. nastartována termika, protože chybí její hlavní podmínka, resp. zdroj v podobě sluneční energie a to buď částečně (nedostatečné prohřívání Země) a nebo zcela. Pokud se tedy dopoledne objeví oblačnost vyšších pater, termiku během dne spíše nečekejme. Pokud k jejímu výskytu dojde později na základě odsunutí se či protrhání oblačnosti vyšších pater, patrně nedospěje do stádia výskytu bouřek. Záleží ale na podmínkách a době protrhání oblačnosti, kdy začne sluníčko prohřívat povrch.

Podle čeho odhadnout, zda budou v daném dni podmínky pro konvekci nebo nikoli
Podle pozorování oblohy můžeme usuzovat, zda "dnes" budou odpoledne na obloze místo ranní jasné oblohy tmavé mraky a bude pršet či dokonce bouřit a nebo nikoli a počasí bude pěkné bez tvorby konvekce. Výskyt vlhkosti v atmosféře, který je zásadní pro tvorbu konvekce, můžeme totiž snadno zjistit. Už večer pokud je při západu sluníčka na obloze hodně pestrých barev, od žluté, přes oranžovou až po rudě červenou. To značí hodně vlhkosti v atmosféře a následný den velkou pravděpodobnost srážek či opětovných srážek. A podle dalšího vývoje počasí můžeme určit zda to budou spíše bouřky nebo déšť. Panuje-li vysoká teplota bez ochlazení, je pravděpodobnost že i druhý den bude bouřkově aktivní či že druhý den bouřky teprve začnou, studená fronta totiž nepřešla. Pokud nepřibývá nápadně hodně vysoké oblačnosti, tak se ani žádná fronta neblíží a je pravděpodobnost maximálně bouřek z tepla, vlivem konvekce. Uvidíme-li ráno brzo po východu sluníčka cimbuřovité či věžovité oblaky typu Altocumulus castellanus, konvektivní oblaky jsou v ten den téměř jisté a tím pádem i vývoj bouřek a to i značný, neboť tyto oblaky označují značnou nestabilitu atmosféry, která pro konvekci potřebná.

Dále lze usuzovat podle chování přírody a dalších úkazů, zde odkážeme na článek Úkazy značící změnu počasí.

Shrnutí: Podmínky pro výskyt termické konvekce
V závěru si shrneme získané poznatky o tom, jaké faktory musí být splněny pro vývoj termické konvekce, aby termika vůbec započala. Tyto faktory musejí existovat, jinak termika zanikne. Pokud se například nad dané místo nasune pás střední oblačnosti a zastíní sluneční svit, odpadne jedna z podmínek pro termickou konvekce a ta zanikne, dosud vytvořené kupovité oblaky se začnou rozpadat a další se již nebudou vyvíjet. Pokud se oblačnost včas opět nerozpadne či neodsune, v daném místě nebudou vznikat kupovité oblaky pomocí termiky a tím pádem ani osamocené bouřky. Ty může podpořit jen oblast nízkého tlaku vzduchu, její přecházející brázda či studená fronta.


  • Existence dostatečné intenzity slunečního svitu pro příjem tepla povrchem (různé ohřívání terénu) a zdroj vlhkosti vzduchu pro vznik oblaků


  • Příjem dostatečné části této energie záření - povrch musí záření přijmout (to se u nás například v zimě převážně neděje, neboť sluneční kotouč je moc blízko obzoru a dny jsou též příliš krátké = povrch se nestačí dostatečně ohřát)


  • Turbulentní promíchávání vzduchu (teplo se dostává i do vyšších vrstev, zde dochází k odtržení lehčího teplejšího vzduchu od povrchu)


  • Instabilita - instabilní (nebo-li nestabilní) teplotní zvrstvení (velké rozdíly v teplotě vzduchu při zemském povrchu a ve výškách)


  • Absence teplotní inverze (je zádržnou vrstvou pro výskyt konvekce, chladnější vrstvy vzduchu u zemského povrchu než ty ve velkých výškách = typicky situace v závěru léta a na podzim či v zimě)


  • Absence studených front - zesílení větru (fronta sice může přinést značné bouřky, ale vznik konvekčních oblaků poté více méně na nějakou dobu utlumí, neboť přináší zesílený vítr bránící prohřívání vzduchu a nevznikají tak nějak výrazné vzduchové bubliny a tím pádem ani větší kupovité oblaky)


  • Tlaková výše - v pokročilém jaru a letní výše znamená dodání tepla a následné intenzivní nehomogenní ohřívání zemského povrchu, v důsledku čehož dojde k pravé konvekci. Avšak při suchém vzduchu příliš mohutné oblaky nevzniknou, proto zde je důležitá podmínky vlhkosti v atmosféře


  • Nízká kondenzační hladina - pokud je hladina vzniku oblaků (viz dále) nízko a jsou splněny další podmínky pro výskyt konvekce, tak oblaky mohou vyrůst do značných výšek a přejít během dne do stádia Cu con - možnost přeháněk a také zejména do stádia Cb - bouřková činnost a to někdy i značná, (prudké srážky a kroupy) dosáhnou-li oblaky značných výšek


  • Přebytek energie - je zajištěn přebytkem teploty stoupajícího vzduchu vedle teploty vzduchu okolního = tzv. přehřátí dané části vzduchu, vzduchové bubliny



Kondenzace a kondenzační hladina - výstup proudu a vznik oblaku
V přízemní vrstvě vane určitý vítr, dochází zde k turbulentní výměně tepla vlivem níž vznikají stoupavé proudy. Vítr zde směřuje směrem do místa, v němž se stoupavý proud odtrhává od zemského povrchu, poté proud stoupá vzhůru. Není viditelný, neboť zde nic viditelného (oblak) nevzniká. Při stoupání vzduchu dochází k turbulentní výměně s okolním vzduchem. Až proud narazí na konvektivní kondenzační hladinu, tak v tomto místě dojde k vzniku kupovitého oblaku. Poté narazí proud na tzv. spodní vrstvu volné atmosféry, kde je vyšší teplota vlivem teplotní inverze zde panující. Vzrůstá zde také rychlost větru. Tímto je do vrcholu oblaku vtahován teplejší vzduch, který je zároveň také suchý. Dochází k odpařování oblačných kapiček, na základě čehož dochází ke vzniku klesavých proudů a k rozpadu oblaku.

Neustále se se měnící podmínky a výše popsaná cirkulace stoupavých proudů vede k neustálému vývoji kupovitých oblaků v průběhu dne. Jistě si každý z Vás všiml, že letní kupovité oblaky ať už ploché typu Cu hum nebo velmi vyvinuté v podobě Cu con neustále mění svůj tvar tak, jak vznikají nové části těchto oblaků a naopak se zas některé části rozpadají. Kupovitý oblak na obloze připomínající z určitého úhlu pohledu nějaké zvíře, například draka, se bude za několik málo vteřin jevit jako docela obyčejný a například hodně zmenšený oblak nijakého tvaru a nebo naopak dospěje do zajímavějšího tvaru. Každopádně chtít vyfotografovat určitý zajímavý tvar kupovitého oblaku vyžaduje pohotovost.

Článek měl za úkol podrobně rozebrat vznik a průběh termické konvekce, její příčiny vzniku a důsledky výskytu. Neobsahuje celou problematiku, neboť to je velice rozsáhlý celek. Odkazovaná literatura je případně také námi doporučenou pro zájemce o problematiku, kteří se chtějí opřít do studia termiky více, doporučujeme i další literaturu. Příští článek (2.9.2015) nabídne ještě rozšíření v podobě principů odtrhávání stoupavých proudů.

Použitá literatura: Dvořák, P. Atlas oblaků, 2012
Kopáček, J. Bednář, J. Jak vzniká počasí?, 2005

Doporučujeme dále další literaturu od RNDr. P. Dvořáka, který se zabývá problematikou letecké meteorologie a vydal mnoho publikací čistě o termice a letectví. V těchto publikacích najdete vše ohledně termiky.
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama

Meteo Aktuality - aneb vše o počasí

> Webová stránka MA (články, aktuality, další aplikace jako například radar, detekce blesků ČHMÚ, diskuzní fórum a další)

http://meteoaktuality.cz


> FCB stránka MA (aktuality z dění v počasí a všeobecně)

http://facebook.com/pocasi.aktuality

> Twitter profil (propojen s Facebookem)

https://twitter.com/meteoaktuality

> Google+ stránka (nejdůležitější aktuality a zajíamvosti)

Google+ MA

> Blog MA (nově založený pro psaní zajímavostí z meteopraxe i teorie, pro informace zde na Blog.cz, jste právě zde!)

> TV video kanál MA (videa o počasí, vše zajímavé i důležité v jeho dění)

http://www.youtube.com/user/MeteoaktualityTV?feature=mhee