Co je to počasí?

Jak stručně definovat počasí…

- změny v atmosféře podmiňují to, čemu říkáme počasí

- počasí je souhrn meteorologických veličin a jevů charakterizujících stav atmosféry v určitém okamžiku nebo časovém úseku

- meteorologické veličiny: teplota, vlhkost vzduchu, tlak vzduchu (mají jednotky)

- meteorologické jevy: mlha, náledí, vichřice, bouřky (vyjadřujeme slovně intenzitu)

- meteorologie je vědní obor zabývající se všestranným studiem jevů probíhajících v atmosféře

Historie meteorologie 1

Starověk

- dříve především hvězdáři (vliv nebeských těles na počasí)

- zakladatelem meteorologie pravděpodobně Aristoteles (4. stol. př.n.l.),

- dílo Meteorologie (první popis jevů v atmosféře)

- název meteorologie z řečtiny:

meteoros = vznášející se ve výši

logos = pojem

Aristoteles

Historie meteorologie 2

Starověk - pokračování

- v době národního obrození počešťování (oparozpyt, povětroznalství, vzduchosloví)

- první pravidelná pozorování v Řecku (6. stol. př.n.l.), povětrnostní kalendáře parapegmata (od 5. století vyvěšovány veřejně)

- hvězdář Geminus se v parapegmatech zmiňuje o Estesiích

- největší kniha povětrnostních pravidel sestavena Theofrastem (Aristotelův žák), nazývá se Kniha znamení

Theofrastos

Geminus

Historie meteorologie 3

Středověk

- řecká a římská pravidla byla doplněna poznatky Arabů a Židů

- lidové knížky, souhrn vědění dané doby, jednou z nich byla Kniha přírody od Konráda z Megenbergu

- 16. stol., kniha Selské praktiky, předpověď počasí dle vánočních pranostik

Zlomové okamžiky

- k výraznému zlomu došlo v 17. století, vynalezen teploměr a tlakoměr

- zásluhu mají: Galileo, Torricelli, Viviany, Santorio, Drebbel

- konec subjektivních pozorování!Historické přístroje

meteorologické

Historie meteorologie 4

Zlomové okamžiky

- 1820, Brandes studuje rozdělení tlaku v Evropě, vznik prvních synoptických map

- 19. století, vznik vysokohorských observatoří, vypouštění prvních balónů

Torricelli

VivianyGalileo

Santorio

Drebbel

Historie meteorologie 5

Věda a technika ve službách meteorologie

- velkého rozmachu dosáhla meteorologie i díky telegrafu (2. polovina 19. stol.)

- umělé družice Země (otázka posledních desetiletí)

METEOSAT, GOES – geostacionární

NOAA, METEOR - polární

Dráhy družic

Rozdělení meteorologie

Obory meteorologie

- dynamická (dynamika a termodynamika atmosféry)

- synoptická (studium a analýza atmosférických jevů pro předpověď počasí)

- fyzikální (fyzika oblaků, srážek, záření, optických, elektrických a akustických jevů v atmosféře)

- klimatologie (popis průměrných atmosférických podmínek)

- hydrometeorologie (oběh vody v přírodě, hydrologický režim)

- biometeorologie (vlivy počasí na živé organismy)

- aplikovaná meteorologie (letecká, zemědělská…)

- nauka o meteorologických přístrojích (konstrukce a funkce)

Atmosféra Země 1

Základní údaje

- plynný obal naší planety

- směs plynů, vodní páry, kapalných a pevných částic

- především: dusík (78%)

kyslík (21%)

argon (0,9%)

- dále ještě asi dalších 20 různých plynů, které tvoří zbylých 0,1%

- celková hmotnost je 5,15.1015 t (jedna miliontina hmotnosti Země)

Atmosféra Země 2

Výjimečné plyny

- do výšky asi 100 km se zastoupení většiny plynů nemění

- Výjimky:

- oxid uhličitý (ve dne méně než v noci)

- ozón (maximum ve výšce 22 km)

- vodní pára především ve spodních 10 km (0-4%)

Vývoj atmosféry

- původní atmosféra bez kyslíku, díky řasám a zeleným rostlinám se postupně obohatila až na současných 21 %

- CO2 – termoregulační schopnost, ozón – ochrana před UV

Atmosféra Země, vrstvy atmosféry

Pevné částice v atmosféře

- kromě kapiček vody a ledových krystalků (tvoří oblaka) obsahuje atmosféra i pevné částice, tzv. aerosoly

- aerosoly mají přirozený i antropogenní původ

- hrají významnou roli při tvorbě oblak!

- fungují jako tzv. kondenzační jádra, urychlují kondenzaci vodní páry

Vrstvy atmosféry

- členit atmosféru lze z různých hledisek (teplota, složení….)

- nejčastěji dle teploty vzduchu v závislosti na výšce

Závislost teploty na výšce

Troposféra

- nejnižší část atmosféry

- sahá do výšky asi 11 km (střední zeměpis. šířky)

- nad rovníkem 16 - 18 km, nad póly 7 - 9 km

- charakteristické ubývání teploty s výškou (0,65 °C na 100 m výšky)

- ¾ hmotnosti celé atmosféry

- obsahuje veškerou atmosférickou vodu (díky tomu v ní vznikají oblaka, mlhy, srážky)

- neustálé vzduchové proudění v troposféře (maximum při horní hranici)

Stratosféra

- výška 10 - 50 km

- přechodová vrstva mezi troposférou a stratosférou je tropopauza (několik set metrů až 3 km)

- od 10 do 25 km se teplota vzduchu nemění

- pak teplota roste (maximum 0 °C v 50 km)

- vzestup způsobuje rostoucí koncentrace O3

- sezónní proudění

- horní hranicí je stratopauza

- ve stratosféře možno pozorovat tzv. perleťová oblaka (jsou nejjasnější tehdy, když je Slunce několik stupňů nad horizontem)

- pravděpodobně složeny z vodních kapiček a krystalků ledu

Mezosféra

- sahá do výšky 80 km, teplota vzduchu v celé mezosféře klesá

- v blízkosti horní hranice kolem -85 °C (léto), v zimě -45 °C

- značně proměnlivé proudění

- při horní hranici se vyskytují tzv. noční svítící oblaka (neznámé složení, snad krystalky atmosférického kyslíku a vodíku)

- pozorovány především v severských zemích, když je Slunce asi 5 až 13 stupňů pod obzorem

- rychlost pohybu oblak je cca. 50 až 250 m/s

- přechodovou vrstvou je mezopauza

Termosféra

- ve výšce nad 80 km

- roste teplota vzduchu s výškou

- ve výškách 200 až 300 km je teplota vzduchu několik set stupňů Celsia

- tzv. kinetická teplota

- sporná horní hranice (nejčastěji kolem 1000 až 1200 km – výška ve které se ještě vyskytují polární záře)

Exosféra

- poslední vrstva atmosféry, nejlehčí plyny

- ve výškách několik tisíc kilometrů už jen atomární vodík

- horní hranice ve 35 000 km

Homosféra a heterosféra

- možnost dělit atmosféru podle složení

Homosféra

- objemové zastoupení plynů se v podstatě nemění (důsledek turbulentního promíchávání), sahá do výšky asi 90 km

Heterosféra

- uplatňuje se difúzní rovnováha, ve výškách od 90 km

- koncentrace lehkých plynů ubývá pomaleji než koncentrace plynů těžkých (O2, N2)

- od několika set kilometrů jen H a He, pak už jen H

- účinkem elektromagnet. záření ze Slunce dochází k fotoionizaci a fotodisociaci -> ionty a volné elektrony

Neutrosféra a ionosféra

- atmosféru můžeme dělit i podle toho, kolik obsahuje iontů a volných elektronů

Neutrosféra

- koncentrace nabitých částic zanedbatelně malá, 60-70 km nad zemským povrchem

Ionosféra

- zvýšená koncentrace iontů a volných elektronů

- elektricky vodivá

- ve výškách od 70 do 500 km

- schopnost odrážet některé frekvence elektromagnet. vln (ovlivňuje rádiové spojení)

Meteorologické prvky

- ty veličiny, které nám charakterizují fyzikální stav atmosféry v daném místě a čase

- základními meteorologickými prvky jsou:

- teplota vzduchu

- vlhkost vzduchu

- atmosférický tlak

- směr a rychlost větru

- oblačnost

- atmosférické srážky

- dohlednost

Teplota vzduchu

- teplota je termodynamická veličina charakterizující kinetický stav základních stavebních částic – molekul a atomů

- jeden z nejsledovanějších meteorologických prvků

- při měření teploty máme na mysli vždy údaj stíněného teploměru

- denní chod teploty vykazuje jednoduchou vlnu (max. po 14 hodině), denní amplitudy 15 - 20 °C

- ke znázornění teplot na zemském povrchu slouží izotermy

- na každých 100 m výšky poklesne teplota o 0,65 °C

Teplota vzduchu - konvekce

- vzduch se slunečním zářením ohřívá málo, hlavním zdrojem tepla je zemský povrch (prostředníkem ohřevu pevné a kapalné částice v atmosféře)

- z míst ohřevu se teplo dostává do okolních vrstev (řádově mm)

- do atmosféry je teplo předáváno několika různými pochody

Konvekce

- neuspořádaný vertikální pohyb vzduchu podmíněný teplotními rozdíly

- důsledek nerovnoměrného ohřevu zemského povrchu

- teplejší vzduch má menší hustotu než vzduch chladný

Teplota vzduchu – turbulence, radiace, latentní teplo

Turbulence

- neuspořádaný pohyb vzduchu vzniklý např. třením vzduchu o zemský povrch

- dochází k výměně sousedních vzduchových hmot a tepla

Radiace

- teplo předávané tepelnými vlnami mezi zemským povrchem a vzduchem, popř. mezi vzduchovými vrstvami

Latentní teplo

- teplo, které se do vzduchu dostane při kondenzačních pochodech v atmosféře

- při vzniku nevelkého bouřkového oblaku se uvolní až 109 MJ

Tlak vzduchu

- atmosféra Země má určitou hmotnost, která se projevuje tlakem na zemský povrch

- tlak je nejvyšší u zemského povrchu a s výškou klesá (nelineárně)

- fyzikální jednotkou tlaku vzduchu je Pascal [Pa], staršími jednotkami např. Torr nebo mm rtuťového sloupce

- pro účely meteorologie tlak v hPa

- normální tlak: 1013,3 hPa při teplotě 0 °C na 45 stupni zeměpisné šířky při hladině moře

- na každých 5,5 km výšky poklesne tlak o polovinu

Tlak vzduchu

- tlak vzduchu je značně proměnná veličina

- důvody nepravidelného kolísání:

- nepravidelné ohřívání zemského povrchu

- výměna teplejších (lehčích) vzduchových hmot za studenější (těžší) a opačně

- možné nahromadění vzduchu v jedněch oblastech a odčerpání v jiných

- ke znázornění tlaku vzduchu na zemském povrchu se využívají izobary

- vzduchové částice mají tendenci pohybovat se z míst o vyšším tlaku do míst s tlakem nižším, toto proudění nazýváme vítr

Vlhkost vzduchu

- ve vzduchu je vždy přítomna vodní pára

- atmosféra obsahuje si 0,001 % světových zásob vody

- charakteristické veličiny:

absolutní vlhkost a [kg/m3] – hmotnost vodních par v kg v jednom krychlovém metru

napětí (tlak vodních par) e [hPa] – parciální tlak vodní páry

maximální absolutní vlhkost A [kg/m3]

maximální tlak (napětí nasycení) E [hPa]

relativní vlhkost r [%] – poměr e/E

rosný bod – teplota, při níž vzduch dosahuje za daného tlaku stavu nasycení vodní parou a ta se začíná srážet

Atmosférické srážky

Atmosférické srážky

- produkt kondenzace vodní páry v ovzduší, dopadající na zemský povrch

- dělíme je podle:

skupenství

- kapalné a tuhé

původu

- padající (déšť, mrholení, sníh)

- usazené (rosa, jíní)

- měříme množství spadlých srážek (v mm), intenzitu a dobu trvání, jako přístroj používáme srážkoměr či ombrograf

Sluneční svit, oblačnost, dohlednost

Sluneční svit

- měříme dobu a intenzitu slunečního svitu pomocí heliografu

Oblačnost

- pokrytí oblohy mraky

- určujeme druh oblaků, jejich výšku a jejich tah (odkud – kam)

- dále určujeme stupeň pokrytí oblohy (v osminách či desetinách)

Dohlednost

- hodnotíme průzračnost atmosféry

- dohlednost zhoršují: mlha, kouřmo a zákal