METEO – ATPL

Jan HORÁK

Meteorologie...

úvod

Počasí X klima X meteorologie Letecká meteorologie Vliv počasí na leteckou dopravu

Bezpečnost provozu Pravidelnost provozu Ekonomie provozu

„globální“ spolupráce

Atmosféra

atmosféra složení vzduchu vertikální členění atmosféry MSA

fyzikální vlastnosti vzduchu adiabatický děj ohřívání atmosféry vertikální teplotní gradient

atmosféra

složení vzduchu

směs plynů

vodní pára

pevné částice

atmosféra – složení vzduchu

směs plynů – “suchá a čistá atmosféra”

78% Dusík N2

21% Kyslík O2

0,9% Argon Ar 0,04% Oxyd uhličitý CO2

0,002% Neon Ne 0,0005% Helium He 0,0000005% Ozon O3

jako celek se tedy jeví jako dusíkovo-kyslíková

atmosféra – složení vzduchu

ale velmi důležité pro život na zemi jsou i prvky s téměř zanedbatelným zastoupením - hlavně CO2 a O3

CO2 - nebyl-li by vůbec v atmosféře, klesla by průměrná teplota na Zemi o 15oC ze 20oC na 5oC...

O3 – zachytí téměř 100% UV složky slunečního záření...

atmosféra – složení vzduchu

vodní pára – H20

proměnlivé množství 0-4% objemu závislost na teplotě a tlaku díky ní máme “počasí” - oblačnost,

srážky, mlhy, námraza... nikde na Zemi nenajdeme v reaálném

ovzduší absolutně suchý vzduch 99,9% vodní páry ve spodních cca 11km

atmosféry

atmosféra – složení vzduchu

pevné částice - “kondenzační jádra” v podstatě mechanické nečistoty – prach,

kouř, písek, mořská sůl, vulkanický popel, pyl...

způsobují zakalení atmosféry, při nasycení vodní parou tvoří základ vodních kapiček (ledových krystalků), nebýt jich vznik oblačnosti by byl velmi problematický...

množství v ovzduší je proměnlivé

atmosféra – složení vzduchu

vzduch ze kterého se skládá atmosféra je tedy z chemického pohledu:

AEROSOL – směs plynů, kapalin a pevných částic.

atmosféra – vertikální členění

nejznámější dle průběhu teploty s výškou

možno členit dle více kritérií s výškou chemické složení elektrická aktivita vliv zemského povrchu mnoho dalších “nedůležitých” hledisek

atmosféra – vertikální členění

kde je “vršek” atmosféry? několik tisíc km nad zemským povrchem, tam

kde ještě částice atmosféry obíhají kolem Země

z pohledu letectví několik desítek km nad zemským povrchem je již “vesmír”

z pohledu limitů člověka “bez vybavení” jen několik km nad povrchem Země

atmosféra – vertikální členění

atmosféra- vertikální členění

TROPOSFÉRA – pokles teploty s výškou, spodních 11 km (tloušťka kolísá od 7 km nad póly až po 17 nad rovníkem, v závislosti na roční době). U Země cca 15oC, na horní hranici cca -55oC.

je v ní obsaženo ¾ hmotnosti atmosféry obsahuje 99,9% vodní páry z našeho pohledu se v ní odehrává veškeré

“počasí”

atmosféra – vertikální členění

STRATOSFÉRA – cca 11 až 50 km, ve spodní stratosféře se teplota s výškou nemění a zůstává kolem -55oC, zhruba od 25 km teplota s výškou roste až k teplotám kolem 0oC.

TROPOSFÉRU a STRATOSFÉRU odděluje důležitá přechodová vrstva TROPOPAUZA, povíme si o ní dále...

do stratosféry sem tam ještě nějaké letadlo vyletí

atmosféra – vertikální členění

MEZOSFÉRA – cca 50 až 90 km – pro nás již hluboký vesmír, Gagarin letěl cca v 90 km... “teplota” (již spíše ve fyzikálním významu) s výškou opět klesá až někam k -80 až -100oC.

TERMOSFÉRA – do cca 500 km. “teplota” s výškou roste vlivem fotodisociace molekul až na několik set oC.

EXOSFÉRA – poslední vrstva, kde již atmosféra plynule přechází ve vesmír...

atmosféra – vertikální členění

chemické složení vzduchu s výškou zůstává do cca 90 km nad povrchem stálé – tj. 78% N2, 21% O2, atd. a to díky TURBULENCI. Nad touto váýškou začínají zvolna převažovat lehčí plyny.

0-90 km - HOMOSFÉRA nad 90 km - HETEROSFÉRA

atmosféra – vertikální členění

vzduch sám o sobě je elektricky neutrální (nevodivý) až do výšek kolem 70 km, nad touto výškou začínají být přítomé elektricky vodivé částice – ionty a vzduch se stává elektricky vodivým, cca 200 km nad zemským povrchem “polární záře”.

0-70 km - NEUTROSFÉRA nad 70 km - IONOSFÉRA

atmosféra – vertikální členění

od zhruba 1,5 km výšky se neuplatňuje vliv zemského povrchu – tření. Pod touto výškou je proudění výrazně ovlivněno blízkostí země.

0-cca 1,5km - MEZNÍ VRSTVA nad 1,5 km - VOLNÁ ATMOSFÉRA někdy se rozlišuje i několik desítek metrů

silná přízemní mezní vrstva, která je ovlivněna ještě výrazněji

atmosféra – vertikální členění

MSA - mezinárodní standartní atmosféra Pro účely kalibrace a standardizace výpočtů i

některých letových postupů byla Mezinárodní organizací pro civilní letectví (ICAO) ustanovena tzv. mezinárodní standardní atmosféra (česká zkratka MSA, anglická ISA). Je to takový idealizovaný model zemské atmosféry, který vystihuje převládající poměry ve všech zeměpisných šířkách a během celého roku. Předpokládá také, že v celé atmosféře platí zcela přesně stavová rovnice a rovnice hydrostatické rovnováhy. Podle definic jsou také ve výšce 0 m AMSL konstatní hodnoty teploty, tlaku a dalších prvků, vertikální teplotní gradient je v celé atmosféře taktéž konstantní.

atmosféra – vertikální členění

podmínky MSA (ISA) tlak na hladině moře 1013,25 hPa teplota na hladině moře 15oC hustota na hladině moře 1,225 kg/m3

pokles teploty s výškou až do 11000 m o 0,65oC/100m

teplota v 11000 m -56,5oC a výše konstantní až do 20000 m

tíhové zrychlení 9,806 m/s2

fyzikální vlastnosti vzduchu

ADIABATICKÝ DĚJ platí stavová rovnice pro ideální plyn (p,V,T) budeme “teoreticky” zkoumat jak se chová

“bublina” (nějaký omezený objem vzduchu) při adiabatickém ději se mění teplota, objem i

tlak plynu, ale nedochází ke sdílení tepla soustavy s okolím – necháme-li naší “bublinu” vyrovnávat při změně výšky tlak s okolním vzduchem bude to na úkor objemu a také teploty vzduchu uvnitř “bubliny”.

fyzikální vlastnosti vzduchu

suchoadiabatický pokles teploty s výškou

1oC/100m pokles teploty uvnitř vystupující “bubliny”

vlivem zvětšování oběmu “bubliny” jak si vyrovnává tlak s okolím.

při sestupu se naše “bublina” naopak o 1oC/100m ohřívá.

fyzikální vlastnosti vzduchu

POZOR! Je důležité vždy rozlišovat vlastnosti konkrétní vzduchové částice - naší “bubliny” a vlastnost vrstvy vzduchu. V případě, že se bavíme o vrstvě vzduchu měříme pokaždé teplotu jiné vzduchové částice a tak můžeme ve vrstvě vzduchu pozorovat téměř libovolný teplotní gradient (změnu teploty vzduchu s výškou). Například MSA uvažuje vrstvu vzduchu silnou 11 km, ve které klesá teplota o 0,65oC/100m.

fyzikální vlastnosti vzduchu

Ve vrstvě vzduchu od 11 do 20 km se v MSA teplota s výškou nemění. Tomuto případu říkáme IZOTERMIE.

Pokud v nějaké vrstvě vzduchu teplota s výškou roste mluvíme o teplotní INVERZI.

V reálné atmosféře vždy najdeme vrstvy vzduchu s různým vertikálním teplotním gradientem, včetně inverzí.

fyzikální vlastnosti vzduchu

fyzikální vlastnosti vzduchu

zajímavá situace nastane když porovnáváme vlastnosti naší “bubliny” s vlastností nějaké konkrétní vrstvy vzduchu.

na naší “bublinu” můžeme nahlížet jako na horkovzdušný balón – pokud bude “bublina” teplejší než je okolní vzduch bude lehčí a bude stoupat vzhůru, někdy ale naopak naše “bublina” může být chladnější a těžší než okolní vzduch...

fyzikální vlastnosti vzduchu

STABILITNÍ PODMÍNKY

vrstva vzduchu je pro naší “bublinu” STABILNÍ pokud v ní teplota z výškou klesá pomaleji než uvnitř “bubliny” tedy méně než o 1oC/100m (suchoadiabatický gradient)

vzduch uvnitř “bubliny” bude chladnější než v okolí a “bublina” bude těžší než okolní vzduch

fyzikální vlastnosti vzduchu

STABILITNÍ PODMÍNKY

Naopak bude vrstva vzduchu pro naší “bublinu” LABILNÍ (INSTABILNÍ) pokud bude ve vrstvě vzduchu teplota z výškou klesat rychleji než uvnitř naší “bubliny”, tedy více než o 1oC/100m.

“bublina” bude teplejší než okolí a bude stoupat

fyzikální vlastnosti vzduchu

STABILITNÍ PODMÍNKY

pokud bude v “bublině” i ve vrstvě vzduchu klesat teplota stejně, tj. přesně o 1oC/100m budeme mluvit o INDIFERENTNÍM zvrstvení.