Tlakové útvary – vítr a tlakový gradient

Vítr a tlakový gradient

- z kapitoly o tlaku víme, že na celé Zemi existují místa s rozdílným tlakem vzduchu při zemském povrchu

- vzduchové hmoty mají tendenci přesouvat se z místa o tlaku vyšším do místa o tlaku nižším

- tato snaha o dosažení rovnováhy se projevuje tím, čemu říkáme vítr

- částice proudí ve směru tzv. tlakového gradientu (z oblasti o vyšším tlaku do oblasti s tlakem nižším)

- co tedy brání ustavení rovnováhy tak, aby byl všude stejný tlak?

- je to existence další síly, která neustále narušuje vznikající rovnovážný stav a uvádí atmosféru do pohybu

Tlakové útvary – Coriolisova síla

Coriolisova síla

- působí na každé hmotné těleso, které se nachází v rotující soustavě (tedy i na celou atmosféru)

- pokud by se Země neotáčela, proudily by vzduchové částice kolmo na izobary (ve směru tlakového gradientu)

- Coriolisova síla způsobuje odklon částice od jejího původního směru

- tato síla je vždy kolmá ke směru pohybu částice

- na severní polokouli odklání tato síla částice doprava, na jižní doleva

- čím rychleji se částice pohybuje, tím je Coriolisova síla větší

Coriolisova síla 1

Coriolisova síla 2

Tlakové útvary – jak to funguje

Jak to funguje?

- představa: máme vedle sebe dvě rozdílné vzduchové hmoty

- různé teploty, různé tlaky

- na částici nepůsobí zatím žádné síly

- tlakové rozdíly v horizontální rovině

- částice se začíná pohybovat ve směru tlakového gradientu

- na částici začíná působit Coriolisova síla

- částice se odklání napravo (jsme na severní polokouli) ze svého původního směru

Tlakové útvary – jak to funguje - pokračování

Jak to funguje? (pokračování)

- ustavuje se rovnovážný stav

- síla způsobená rozdílem tlaku vzduchu je v rovnováze se silou Coriolisovou (obě síly mají různý směr)

- vzduchové částice jsou nuceny proudit podél izobar (platí pouze tehdy, pokud jsou izobary přímkové)

- v případě křivkových izobar začíná působit i síla odstředivá

- částice se pohybuje po spirále

Tlakové útvary – cyklonální a anticyklonální proudění

- v případě kruhových izobar dvě možnosti:

Uvnitř izobary je nízký tlak vzduchu

- vzduchové částice proudí proti směru otáčení hodinových ručiček

- cyklonální zakřivení izobar

Uvnitř izobary je vysoký tlak vzduchu

- vzduchové částice proudí ve směru otáčení hodinových ručiček

- anticyklonální zakřivení izobar

Tlakové útvary – třecí síla

- na vzduchovou částici tedy působí hned tři síly

- takové proudění by se velmi těžce dostávalo do rovnovážného stavu

- z vlastní zkušenosti víme, že k takovému stavu ale dochází (několikadenní stavy stejného počasí, např. slunečné dny)

- co je příčinou?

- jedná se o působení ještě čtvrté, nám doposud neznámé síly

- je to třecí síla

- působí proti směru proudění

- tím se pomalu a dočasně vyrovnávají tlakové rozdíly

Tlakové útvary - vítr

Něco málo o větru

- vítr obecně představuje pohyb vzduchových částic

- vítr je určen směrem a rychlostí

- nesmíme zapomenout na pokles tlaku také ve vertikálním směru

- proč tedy nefouká vítr i nahoru?

- pohybu molekul brání zemská přitažlivost…

- vítr si můžeme představit jako vektor, složený ze dvou složek (vertikální a horizontální, kterou zanedbáváme)

- rychlost větru vyjadřujeme v m/s či km/h

- směr větru vyjadřujeme azimutem či světovými stranami (vždy tak, že udáme směr, ze kterého vítr vane)

Tlaková níže

- cyklóna, tlakový útvar v atmosféře, velký atmosférický vír

- rozměry 200 až 4000 km (nejčastěji 1000 km)

- tlak od 950 hPa do 1025 hPa

- na mapách vyznačena alespoň jednou uzavřenou izobarou, jako oblast s nižším tlakem vzduchu

- směrem do středu cyklóny tlak klesá

- proudění do středu cyklóny se stáčí proti směru hodinových ručiček

- vzduch při zemi se sbíhá do středu, vystupuje vzhůru a vodní pára v něm obsažená kondenzuje

- uvnitř převládá oblačné počasí, trvalé srážky, silný vítr

Tlaková níže - obrázek

Tlaková níže - obrázek

Tlaková níže - obrázek

Tlaková výše

- anticyklóna

- tlakový útvar v atmosféře, na mapách vyjádřena alespoň jednou uzavřenou izobarou, jako oblast vyššího tlaku vzduchu

- směrem do středu roste tlak

- sestupné pohyby vzduchu (vzduch se otepluje a vysušuje)

- proudění při zemi směřuje ze středu anticyklóny ven

- rotace ve směru hodinových ručiček

- jasné nebo málo oblačné počasí, slabý vítr až bezvětří

- v létě slunečné, suché a teplé počasí

- v zimě chladné a mrazivé počasí, na horní hranici oblaka typu stratus, v nižších polohách zataženo, sychravo

Atmosférické fronty 1

- atmosféra složena ze vzduchových hmot různých vlastností (teplota, vlhkost atd.)

- teplá vzduchová hmota (ta, která se při postupu nad daným územím stále ochlazuje)

- studená vzduchová hmota (ta, která se při postupu nad daným územím otepluje)

Atmosférické fronty 2

- slovo fronta bývá spojeno s představou bitevní linie, která odděluje dvě nepřátelské armády

- ty zpravidla nezůstávají na jednom místě, ale přesunují se ve směru tlaku silnější armády

- v zemské atmosféře proti sobě stojí dvě různé vzduchové hmoty

- uvnitř vzduchových hmot se počasí téměř nemění

- v místě jejich kontaktu je naopak velmi složitá povětrnostní situace (srážky, oblačnost, bouřky, mlhy, vítr)

- teplý a studený vzduch se podél plochy (hranice) promíchává jen nepatrně, existuje zde tedy zřetelné přechodové pásmo

Atmosférické fronty 3 – frontální plocha

Frontální plocha

- plocha rozhranní mezi odlišnými vzduchovými hmotami

- je nakloněná a protíná zemský povrch v tzv. frontální čáře (stručně řečeno fronta, známá ze synoptických map)

- sklon plochy je obvykle menší než 1°

Atmosférická fronta

- je to rozhranní, které odděluje dvě vzduchové hmoty různých fyzikálních vlastností

- je poměrně tenká (několik set metrů) délka až stovky kilometrů

- fronty mají svůj vývoj (vznikají, zesilují se, přemisťují se, slábnou a zanikají)

Atmosférické fronty

Atmosférická fronta - pokračování

- pohyb front usměrňuje velkoprostorová cirkulace atmosféry (vzdušné proudy vyměňující vzduch mezi pólem a rovníkem)

- atmosférické fronty spjaty s tlakovými nížemi (cyklónami)

- na přední stranu cyklóny se váže teplá fronta, na její zadní stranu fronta studená – vzniká frontální systém

- jedna a táž vzduchová hmota může na své cestě vystupovat střídavě jako fronta teplá či studená (záleží na tom, s jakou okolní vzduchovou hmotou přichází do kontaktu)

Atmosférické fronty – obrázek (studená fronta)

Teplá fronta 1

Vznik

- teplý vzduch postupuje větší rychlostí, než před ním ležící chladnější vzduch

- teplý vzduch se nasouvá na klín studeného vzduchu ležící před ním (teplý vzduch má nižší hustotu)

- vytváří se ostře ohraničené pásmo mezi ustupujícím studeným a nastupujícím teplým vzduchem

Průběh

- teplý vzduch se nasouvá na vzduch studený, stoupá vzhůru, rozpíná se a ochlazuje se

- při tom se postupně sytí vodními parami až do stavu nasycení

Teplá fronta – obrázek 1

Teplá fronta – obrázek 2

Teplá fronta 2

Vznik oblačnosti

- následuje kondenzace a vznik oblaků

- vzniká typická vrstevnatá oblačnost

- nejníže leží základna oblačnosti v blízkosti čáry fronty a postupně se zvyšuje

Druhy oblak

- oblačnost typu cirrostratus (objevuje se asi 700 - 800 km před čárou fronty)

- následují oblaka středního patra (altostratus) a v závěru i oblaka nízkého patra (nimbostratus)

- vyskytují se trvalé srážky všeho druhu, šířka srážkového pásma asi 300 – 400 km

Teplá fronta - obrázek

Studená fronta 1

Vznik

- studený vzduch postupuje rychleji, než před ním se nacházející vzduch teplý

- studený vzduch se podsouvá jako klín pod ustupující teplý vzduch

Průběh

- teplý vzduch vystupuje podél frontálního rozhranní vzhůru

- teplý vzduch se opět rozpíná, ochlazuje a tím zavdává příčinu k tvorbě oblačnosti

Studená fronta – obrázek 1

Studená fronta 2

Vznik oblačnosti

- druh oblaků závisí na teplotních poměrech vytlačovaného teplého vzduchu

- především vznik kupovité oblačnosti s přeháňkami či bouřkami (v zimě pevné srážky)

Druhy oblak

- v letních měsících na čele studené fronty vznikají mohutná bouřková oblaka typu cumulonimbus (výška až 10 km)

Typy studených front

- prvního druhu

- druhého druhu

Studená fronta - obrázek

Studená fronta – prvního druhu

Studená fronta prvního druhu

- objevuje se tehdy, když teplý vzduch stoupá po frontálním rozhranní i ve vyšších hladinách

- oblačnost nastupuje v opačném sledu, než u fronty teplé

- srážky na čele fronty (bouřkové oblaky) mají značně proměnnou intenzitu

- za frontálním rozhranním trvalé srážky

- fronta postupuje pomalu

Studená fronta – druhého druhu

Studená fronta druhého druhu

- teplý vzduch ve výškách proudí rychleji, než vzduch studený

- sestupné pohyby vzduchu brání vzniku vrstevnaté oblačnosti

- proudění pouze do výšek asi 2 až 3 km nad zemí

- srážkové pásmo tvořeno kupovitou oblačností (lijáky, krupobití, nárazový vítr)

- po přechodu fronty se rychle vyjasní, vyskytuje se pouze kupovitá oblačnost

- postupuje rychleji

Okluzní fronta 1

Vznik

- za teplou frontou se obvykle pohybuje další studená fronta ve stejném směru

- dvě studené vzduchové hmoty tak ohraničují jednu a tutéž vzduchovou hmotu mezi nimi

Průběh

- teplá fronta se pohybuje pomaleji (30 až 40 km/h) než fronta studená (40 až 50 km/h)

- studená fronta dohání teplou, fronty se setkávají nejdříve u zemského povrchu

- proces se nazývá okludování, vzniká tzv. okluze (proces uzavření sektoru tlakové níže)

Okluzní fronta – obrázek 1

Okluzní fronta - obrázek

Okluzní fronta 2

Průběh - pokračování

- studené vzduchové hmoty se spojí nejdříve u povrchu

- teplý vzduch mezi nimi je vytlačován vzhůru, vzniká okluzní fronta

Typy okluzních front

- podle rozdílu teplot mezi studenou vzduchovou hmotou ležící před teplou frontou a za teplou frontou rozeznáváme:

- studenou okluzi

- teplou okluzi

Okluzní fronta - obrázek

Okluzní fronta 3

Studená okluze

- studený vzduch pronikající za teplou frontou je chladnější než ten, který postupuje před teplou frontou

- počasí podobné studené frontě

- typičtější pro středoevropské klima

Teplá okluze

- studený vzduch pronikající za teplou frontou je teplejší než ten, který postupuje před teplou frontou

- počasí je podobné teplé frontě

Okluzní fronta - obrázek

Další typy front -stacionární, výšková a zvlněná fronta

Stacionární fronta

- nepohyblivá fronta ležící v brázdách nízkého tlaku vzduchu

- izobary prochází rovnoběžně s čárou fronty

- chování určuje aktivnější vzduchová hmota

Zvlněná fronta

- druh stacionární fronty, která má na jednotlivých úsecích charakter teplé a studené fronty

- vrstevnatá oblačnost, srážky s trvalým charakterem

Výšková fronta

- rozhranní dvou vzduchových hmot, které nedosahují až na zemský povrch (střední vrstvy troposféry)