Doporučená literatura

Bednář: Meteorologie. Praha 2003Bednář, J., Kopáček, J.: Jak vzniká počasí. Karolinum, Praha 2005Bednář: Pozoruhodné jevy v atmosféře. Praha 2003Dvořák, P.: Letecká meteorologie. Svět křídel 2004Dvořák, P.: Termika. Svět křídel 2002Lexmann, E.: Meteorológia pre športového pilota. ALFA Bratislava, 1986 L-3: Meteorologie; předpis MD ČR, Praha 2008

Meteorologie jako věda

MeteorologieMeteorologie - věda o zemské atmosféře, o jejím složení, vlastnostech, dějích a jevech v ní probíhajících. V současné době se většinou ztotožňuje s fyzikou

atmosféry, v širším smyslu zahrnuje rovněž klimatologii, biometeorologii a chemii atmosféry (název

meteorologie pochází ze 4. století př. n. l., kdy se pojmem “meteora” rozuměly všechny věci ve vzduchu).

Nejstarším meteorologickým pojednáním je Aristotelova Meteorologica. Na vědecký základ byla meteorologie postavena v 1. polovině 17. století, kdy byly vynalezeny hlavní meteorologické přístroje (tlakoměr a teploměr) a začalo postupné měření meteorologických prvků.

 

AtmosféraSložení

Vertikální členění

Definice

AtmosférouAtmosférou rozumíme vzdušný (plynný) obal Země, který sahá od zemského povrchu do výšek několika desítek tisíc kilometrů (teoretický argument, uvádějící vzdálenost, ve které se ještě molekuly vzduchu účastní rotačního pohybu Země).

Atmosféra v převážné míře se Zemí rotuje. Název pochází z řeckého atmos (pára, vzduch, dýchání) a sféra (obal, koule).

Atmosféra odděluje zemský povrch od meziplanetárního prostoru, v jejích spodních vrstvách se odehrávají všechny meteorologické jevy. Je zdrojem kyslíku, chrání zemský povrch před kosmickým zářením, před slunečním ultrafialovým zářením, před silnými výkyvy teploty. Bez atmosféry by se na zeměkouli nešířil zvuk, přechod mezi dnem a nocí by byl okamžitý, obloha by byla absolutně černá a teplota by se pohybovala v mezích od více než 100°C (ve dne) do teplot pod -100°C (v noci).

Chemické složení atmosféry

Vertikální členění atmosféry

Vertikální členění atmosféry

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Troposféra Je nejspodnější část atmosféry sahající průměrně do výšky 11 km (nad rovníkovými oblastmi sahá do výšky 16 až 18 km, nad póly 7 až 9 km);

Ve středních zeměpisných šířkách se její průměrná výška mění v závislosti na roční době a na meteorologické situaci – v zimě je níže než v létě, v tlakových nížích je níže než v tlakových výších.

Tropopauza

Je přechodná vrstva mezi troposférou a stratosférou, v níž končí pokles teploty, charakteristický pro troposféru, s výškou a kde končí také vertikální pohyby a je omezen i vertikální vývoj oblačnosti.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Typy tropopauzy:

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Stratosféra Je vrstva nad tropopauzou sahající do výšky asi 50 km. Je pro ni charakteristické převážně horizontální proudění, v její spodní části se v průměru do výšek 20-25 km teplota nemění (izotermie) a odtud roste (inverze) až k 0°C v blízkosti stratopauzy. Tento vzestup teploty s výškou je způsoben přítomností ozónu, který pohlcuje ultrafialové sluneční záření a silně se zahřívá. Někdy nazýváme tuto část atmosféry ozonosférou.Rychlost větru ve stratosféře s výškou nejprve klesá, od 25 km výše opět roste. Ve výškách kolem 25 km se někdy objevují „perleťové oblaky“, které jsou pravděpodobně složeny z ledových krystalků.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Přechodová vrstva mezi stratosférou a mezosférou je

stratopauza.stratopauza.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Mezosféra Je vrstva přibližně od 50 do 80 km. Nad výškou 50 km teplota opět klesá a na vrchní hranici mezosféry v oblasti mezopauzy dosahuje ve vysokých zeměpisných šířkách v létě hodnot -80 až -90°C, v zimě asi -40 až -50°C.

Přímá měření ukazují, že proudění v mezosféře je značně proměnlivé. V blízkosti mezopauzy se někdy v létě pozorují tzv. světélkující nebo stříbřité oblaky s velmi jemnou strukturou.

Opět se předpokládá, že jsou produktem kondenzace vodní páry. Objevují se obyčejně v severní části horizontu za letních nocí a pohybují se z východu na západ rychlostí 40 až 50 km.h-1.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Přechodová vrstva mezi mezosférou a termosférou je mezopauza.mezopauza.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

TermosféraJe vrstva atmosféry nad 80 km a její horní hranice se klade do výšek, kde se ještě vyskytují polární záře (600 až 1000, někdy až 1200 km). Pro termosféru je charakteristický nepřetržitý růst teploty až do hodnot nad 1000°C. Protože tato vrstva obsahuje značné množství elektricky nabitých částic – ionů, nazývá se někdy ionosférou. Vyznačuje se velkou elektrickou vodivostí.

 

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Přechodová vrstva mezi termosférou a exosférou se nazývá

termopauza.termopauza.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Exosféra

Je vnější vrstva atmosféry, rozprostírající se nad termopauzou. Hustota je zde již téměř nezměřitelná.

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Vertikální členění atmosféry podle změn teploty vzduchu s výškou

Členění atmosféry podle chemického složení vzduchu

HomosféraHomosféra

V homosféře se podstatně nemění objemové zastoupení hlavních plynů směsi, protože v celé homosféře probíhá turbulentní promíchávání.

Přesto zde existují látky v proměnném množství jako jsou vodní pára, ozón, kysličník uhličitý a částice prachu.

Homosféra sahá od zemského povrchu asi do výšky 90-100 km.

 

HeterosféraHeterosféra

V heterosféře ustává turbulence, a proto se zde neudržuje konstantní složení atmosférického vzduchu. Od výšky asi 100 km se začíná uplatňovat tzv. difuzní rovnováha, která se ustaví podle parciálních tlaků jednotlivých plynů.

Koncentrace lehkých plynů ubývá s výškou pomaleji, a proto ve výškách několik tisíc km převládá atomární vodík. Vznikají zde ionty a volné elektrony. Teplota s výškou roste a dosahuje hodnot až nad 1000°C.

Členění atmosféry podle chemického složení vzduchu

Neutrosféra - koncentrace iontů v ní je malá,

že nepůsobí odraz radiových vln

- sahá do výše 60-70 km

Ionosféra - elektricky vodivé vrstvy atnosféry

- většina částic ionizována

- zahrnuje část mezosféry, termosféru a spodní část exosféry

- ve výšce 60-500 km

Členění atmosféry podle koncentrace iontů a volných elektronů

Přízemní mezní vrstva

Je nejspodnější část troposféry o tloušťce několika desítek metrů nad zemským povrchem (do 60 až 100 m).

V této vrstvě je vliv zemského povrchu nejsilnější, např. tření je největší, nejvýrazněji se projevují teplotní vlivy zemského povrchu.

Dělení nejspodnější části troposféry podle působení se zemským podkladem

Mezní vrstva (vrstva tření)

Má tloušťku od 100 m do 1 až 1,5 km. V této vrstvě je právě tak jako v přízemní mezní vrstvě proudění vzduchu ovlivňováno silou tření.

Vzhledem k častému výskytu inverzí teploty je zde v průměru zmenšený vertikální teplotní gradient. Zde se zpravidla tvoří nízká oblačnost.

Někdy se v literatuře vymezuje pojem mezní vrstvy již od zemského povrchu do výšky 1 až 1,5 km a přízemní mezní vrstva je nejspodnější částí této mezní vrstvy.

Dělení nejspodnější části troposféry podle působení se zemským podkladem

Volná atmosféra

Zde je vliv tření od zemského povrchu již zanedbatelně malý.

Dělení nejspodnější části troposféry podle působení se zemským podkladem

Hodnota odporu i vztlaku závisí přímo na hustotě vzduchu, tj. na tlaku a teplotě. V reálné atmosféře je hodnota teploty a tlaku značně proměnlivá, a proto i značnou proměnlivost vykazují letecko-technická data letadel, která jsou závislá na konkrétních hodnotách těchto prvků.

Aby bylo možné získat srovnatelné údaje o výsledcích letových zkoušek, aerodynamických výpočtech, údajích letounových přístrojů apod., byla do praxe zavedena tzv. standardní standardní atmosféraatmosféra..

Standardní atmosféra

Komise atmosférických věd při WMO určila MSA jako: hypotetické vertikální rozdělení teploty, tlaku a hustoty vzduchu v atmosféře, které s mezinárodním souhlasem představuje průměrný stav během roku na střední zeměpisné šířce.

MSA je zpracována ve formě tabulek a grafů a stanovuje číselné hodnoty parametrů atmosféry jako funkci geometrické a geopotenciální výšky v rozsahu od - 2 000 do 50 000 m.

U nás pro potřeby letectva platí standardní atmosféra podle ISO 2533-75. Pro MSA byl přijatý do výšky 32 km standard ICAO z r.1964, pro výšky 32 až 50 km standard USA z r.1962 a pro výšky nad 50 km byl určen profil podle posledních experimentálních měření.

  

Standardní atmosféra

1. Atmosféra ve všech výškách obsahuje jenom suchý vzduch stejného složení jako při zemském povrchu (homogenní sféra);

2. Za nulovou výšku byla přijata střední hladina moře s následujícími hodnotami:

Teplota vzduchu t0 = 15°C (T0 = 288,15 K),

Tlak vzduchu p0 = 1013,25 hPa (760 Torr),

Hustota vzduchu 0 = 1,2255 kg.m-3;

• Horní hranicí troposféry je výška 11 000 m;

• Změna teploty s výškou (vertikální gradient teploty) je stálý a v troposféře se rovná 0,65°C/100 m;

• Ve stratosféře, tj. nad výškou 11 km je teplota stálá a rovna -56,5°C až do výšky 20 km. Pak teplota narůstá o 0,1°C/100 m výšky na hodnotu -44,5°C ve výšce 32 km.

• Rychlost zvuku a = 340,28 m.s-1;

• Vzduch neobsahuje vodní páru.

Parametry standardní atmosféry

ICAO standardní atmosféra

V letecké praxi se používají termínyV letecké praxi se používají termíny:

skutečná výška, tj. výška nad terénem (AGL),

relativní výška, tj. výška nad úrovní letiště vzletu

absolutní výška, tj. výška nad střední hladinou moře (MSL).

Standardní výšky zpravidla nesouhlasí se skutečnými nebo absolutními výškami, poněvadž vertikální teplotní gradient není stálý.

Skutečné nebo absolutní výšky je možné určit za určitých podmínek radiovýškoměry a jinak výpočtem na základě měření stavu atmosféry radiosondou.

Vztah mezi skutečnou a standardní atmosférou