METEOROLOGIE 15 TURBULENCE POJEM VLNOV PROUDN PROCES VZNIKU

METEOROLOGIE 15 TURBULENCE (POJEM, VLNOVÉ PROUDĚNÍ, PROCES VZNIKU, DŮSLEDKY A TYPICKÉ OBLAKY, FÉN, JEHO PRŮBĚH A VÝSKYT)

Obsah prezentace Patnáctá prezentace, poslední z první části, objasňuje pojmy související s problematikou turbulentního proudění v atmosféře. Dělí se na části: a) Turbulence a její druhy b) Vlnové proudění a jeho popis c) Fénový efekt a jeho popis d) Příklady

Turbulence Turbulentní proudění zvané souhrnně jako turbulence je specifické proudění vzdušných vrstev. Specifičnost spočívá v nerovnoměrnosti proudění vzduchu a jeho proudění přes překážky (typicky terénní). Způsobuje ho z převážné části zemský povrch, resp. veškeré jeho překážky, které vzdušným masám stojí v cestě. V důsledku tření větru o povrch vzniká střih větru (rozdílné směry a rychlosti větru v různých výškách). Turbulenci způsobuje nejen samotný povrch, ale i ostatní překážky (budovy, stromy). Tyto zakřivují proudění vzduchu a vzduch je musí „obtékat“ podobně jako voda např. kameny v korytu vodního toku.

Turbulence Vlivem toho vznikají víry, které mají průměr až 3 km. Vlivem turbulence jsou přenášeny různé veličiny (např. teploty vzduchu) a tím je umožněno, aby mezní vrstva atmosféry reagovala na změny způsobené povrchem. Tomu říkáme interakce atmosféry a zemského povrchu. Turbulentní proudění má v meteorologii tedy rozhodně své uplatnění.

Turbulence Turbulentní proudění můžeme dělit na: q Dynamické q Mechanické q Clear Air turbulence souvisí s leteckým provozem, což je obecně známo. Jde o turbulenci v bezoblačném prostoru, vznikající za situace nízké vlhkosti vzduchu v atmosféře, což je příčina absence oblaků vznikajících běžně za tohoto typu proudění (viz dále).

Dynamická turbulence (DT) je důsledek pohybu dvou vedle sebe nebo nad sebou se pohybujících vzduchových mas, které se pohybují různými směry a rychlostmi (střih větru). Tření mezi nimi působí zakřivení proudění a vznik víru. Tyto víry, způsobení střihy větru, působí také na konvekční činnost či srážkovou činnost obecně (čím jsou větší rozdíly směru a rychlosti větru, tím intenzivnější jsou projevy počasí, např. deště).

Mechanická turbulence (MT) vzniká v blízkosti překážek proudění. Jde zejména o horské překážky, za nimiž se nachází tzv. závětrný prostor. V případě výskytu konvekce jde o turbulenci termickou. V závětrném prostoru se projevuje stejnojmenný závětrný efekt působící snížení vydatnosti srážkové činnosti. Naopak před překážkami jde o efekt návětrný (návětrnou stranu), kde je důsledek opačný. Srážky tam mohou být i mnohonásobně zesíleny.

Vlnové proudění Důsledkem turbulence je výskyt vlnového (odborněji řečeno laminárního) proudění za horskými překážkami. Toto proudění přináší specifické projevy to vznik typických oblaků (viz obálka této prezentace). Jde o oblaky tvaru lenticularis (výskyt u druhů Ac a Sc). Tyto můžeme tedy spatřit při intenzivním vlnovém proudění v členitém terénu, ale ojediněle se mohou objevit i v poměrně rovinaté oblasti.

Vlnové proudění Jinými slovy proudění přes horskou překážku můžeme velmi dobře ilustrovat na proudění vody přes překážky v podobě kamenů. Proudění přes horskou překážku má tento průběh: q Narazí-li vzduch na překážku, obteče ji q Pokud ji nemůže obtékat, přeteče (překoná) ji q Vzduch tak musí vykonat větší sílu, což má důsledky q Prvním je výstupný pohyb vzduchu (před překážkou, návětrná strana) q Druhým je sestupný pohyb vzduchu (za překážkou, závětrná strana) q Turbulence se odehrává na závětrné straně

Vlnové proudění Vlivem turbulence za překážkou vzduch v některých částech klesá, ale jinde opět stoupá (výskyt závětrných rotorů, rotorové proudění). V tomto místě vznikají čočkovité oblaky (lenticularis). Vlny za překážkou mají sestupnou a výstupnou část. V částech, kde vzduch vystupuje do výšky dochází ke tvorba těchto oblaků. V horských oblastech a členitých oblastech je spatříme docela často, jinde spíše výjimečně a nebudou tam mít tak výraznou strukturu.

Vlnové proudění Podmínky vzniku závětrných vln: q Od povrchu až ke konci troposféry rostoucí trend proudění q Kolmý směr větru vůči horské překážce q Změna směru větru vertikálně o 30° q Rychlost větru na hřebeni alespoň 10 m/s q Stabilita atmosféry q Bez inverze nebo maximálně se slabou inverzí teploty q Dostatečná délka hřebene se strmou závětrnou stranou

Vlnové proudění Z hlediska našich horských masivů jsou tedy pro tento typ proudění se vznikem oblaků důležité větry určitých složek. V Krkonoších je nejlepší jižní či severní vítr, v Krušných horách pak severozápadní a jihovýchodní. Vlnové proudění zůstává zachováno i dále za horskou překážkou, až postupně se vytrácí. Proto můžeme oblaky pozorovat i poměrně daleko za daným horským hřebenem.

Vlnové proudění Některé další zajímavosti o vlnovém proudění: q Závětrné vlny dosahují délky 5 -30 km q Rotory pod vrcholky vln podněcují vznik „rotorové“ oblačnosti q Rychlost větru se při tomto proudění pohybuje od 7 do 15 m/s q Čím je překážka vyšší, tím je potřebný silnější vítr ke vzniku vln q V denním chodu je nejčastější v noci a ráno q V ročním chodu je nejčastější na podzim a v zimě q Důvodem výše uvedeného denního a ročního chodu je absence termiky (jde o protipól) q Vlnové proudění provází někdy i tzv. fénový efekt, fén (viz dále)

Fénový efekt Fénové proudění, nazývané zkráceně fén (z něm. föhn), je další specifický druh proudění, které s sebou přináší určité důsledky. Fén je teplý a suchý padavý vítr, který tvoří na obloze specifické oblaky (fénové oblaky, resp. zeď). Fén vzniká v situaci, kdy od západu přichází oblast vysokého tlaku vzduchu a tento útvar sune východní částí přes Alpy vzduch z jižních směrů.

Fénový efekt Zjednodušený náčrt putování vzduchu přes Alpy při fénovém efektu, bude dále vysvětleno.

Fénový efekt Fén je tedy vzduchová hmota, který před příchodem Alp má určitou teplotu (např. 20°C) a vlhkost (např. 60%). Tento vzduch je vytlačován na jižní svahy Alp. Vzduch se při výstupu na svah ochlazuje o 1°C na 100 m výšky. Hladina kondenzace dle výše uvedených hodnot bude 980 m n. m. , v této výšce bude mít teplotu 10°C. Při dalším vzestupu vzduchu dochází k ochlazování o cca 0. 5 – 0. 7°C na 100 m výšky. Pokud budeme brát v potaz hodnotu 0. 6°C/100 m výšky, tak se vzduch po vystoupání na vrcholky Alp (cca 3 000 m n. m. ) ochladí na -2°C. Na jižním svahu Alp došlo ke vzniku oblačnosti a výskytu srážek.

Fénový efekt Vlhkost ze vzduchu srážkami odpadla. Na severní svahy Alp dojde vzduch suchý a tedy bez oblačnosti. Tento vzduch se bude při sestupu ohřívat o 1°C na 100 m výšky a na předhůří Bavorska by doputoval za těchto podmínek o teplotě 28°C. Vzduch bude mít po překonání Alp teplotu o 8°C vyšší než měl před překlenutím tohoto pohoří. Vlhkost vzduchu by zde činila asi 14%.

Fénové oblaky V souvislosti s výskytem tohoto proudění vznikají typické oblačné tvary, ale i ostatní oblaky. Ke vzniku specifických oblaků dochází při výstupu vzduchu na překážku. Při tomto procesu dochází vždy k ochlazování vzduchu a dosažení rosného bodu, vlivem čehož poté vznikají oblaky. Oproti termice nedochází k rozdělení vzduchu do bublin a vzniká tedy protáhlá, vrstevnatá, oblačnost. Jde o opačný důsledek proti termice. Ve velmi členitých oblastech existují ovšem podmínky pro oboje procesy, setkáme se tam tedy často i s oblaky konvekčními.

Fénová zeď Vrstevnatá oblačnost vznikající na svazích horských vrcholků Alp se nazývá tzv. fénovou zdí. To je několikakilometrová stěna oblačnosti vrstevnatého typu. Na vrcholech dochází ke tvorbě čočkových oblaků (lenticularis) a v případě výskytu dvou a více takových oblaků se jim souhrnně říká oblaky Moazagotl. Čočkovité oblaky mohou vznikat i daleko za vrcholky Alp. Vzácně vznikají perleťové oblaky.

Mýtus Je možné z fénu onemocnět? Vyloženě onemocnět nelze, ale existují různé názory v podobě teorií. Ty hledají možné příčiny toho, že se někteří lidé necítí při výskytu tohoto jevu dobře. To může být spojeno například s procesy vzniku těchto typických oblaků (výskyt neslyšitelného infrazvuku) nebo s drobnými elektrickými výboji vznikajícími na základě střídání vzduchových hmot. Někteří odborníci spojitost fénu s onemocněním důrazně odmítají. Obecné střídání teplot a tlaku vzduchu má na lidi vliv, ale jednoznačný vliv na zdraví lidí při tomto jevu prokázán nebyl.

Praxe Podlouhlý čočkovitý oblak vzniklý nad mírně členitým terénem (oblast obecně rovinná), 29. 8. 2015.

Praxe Střední oblaky s nevýraznou čočkovitou strukturou, 7. 9. 2015.

Praxe Protáhlé čočkovité oblaky a mezi nimi drobné oblaky Cu, 23. 8. 2016.

Praxe Drobné čočkovité oblaky Ac nahoře, blíže obzoru rozvinuté konvekční oblaky Cu. Dobře je tak vidět, kde převažuje vlnové proudění a kde termické, 27. 9. 2017.

Otázky Po studiu tohoto tématu by si měl čtenář odnést minimálně znalosti spočívající ve správném zodpovězení následujících otázek: 1. Co je to turbulence a kde vzniká? 2. Jaké známe druhy turbulentního proudění, stručně popište? 3. Co je to laminární proudění, popište proces? 4. Jaké podmínky jsou potřebné pro výskyt vlnového proudění (alespoň 3)? 5. Jaké jsou důsledky vlnového proudění? 6. Co je to fén (föhn) a stručně popište jeho průběh? 7. Jaké oblaky vznikají při výskytu fénu? 8. Jak nazýváme výskyt více oblaků druhu Ac len?

Literatura ke studiu DVOŘÁK, P. Atlas oblaků 2016. Cheb: Svět Křídel, 2016 ŘEZÁČOVÁ, D. SETVÁK, M. NOVÁK, M. KAŠPAR, M. Fyzika oblaků a srážek. Praha: Academia, 2007 DVOŘÁK, P. Pozorování a předpovědi počasí. Cheb: Svět Křídel, 2012 BEDNÁŘ, J. KOPÁČEK, J. Jak vzniká počasí? Praha: Karolinum, 2005 MÍKOVÁ, T. KARAS, P. ZÁRYBNICKÁ, A. Skoro jasno. Praha: Česká Televize, 2007

Meteorologie 15 (Turbulence) Ø Meteorologie 1 (Úvod do vědy) Ø Meteorologie 2 (Planeta Země) Ø Meteorologie 3 (Specifika troposféry) Ø Meteorologie 4 (Cirkulace na Zemi) Ø Meteorologie 5 (Oblačnost) Ø Meteorologie 6 (Tlakové útvary) Ø Meteorologie 7 (Vzduchové hmoty) Ø Meteorologie 8 (Atmosférické fronty) Ø Meteorologie 9 (Atmosférické srážky) Ø Meteorologie 10 (Optické jevy) Ø Meteorologie 11 (Teplota vzduchu a půdy) Ø Meteorologie 12 (Extrémy počasí I) Ø Meteorologie 13 (Extrémy počasí II) Ø Meteorologie 14 (Termická konvekce) Ø Meteorologie 16 (Meteorologické prvky) Autor: