Vznik oblačnosti a srážek

1. Vznik oblačnosti a srážek

2. Příčiny vzniku oblačnosti Příčinou vzniku oblaků je nasycení vodní páry v atmosféře, při němž dochází ke kondenzaci nebo sublimaci vodních par. K dosažení stavu nasycení, to znamená takového stavu v ovzduší, kdy r = 100% (kde r = poměrná vlhkost) dochází buď dodáváním vodních par do ovzduší (např. odpařováním srážek), nebo poklesem teploty vzduchu. Nejčastějším případem je ochlazení vodní páry v atmosféře, vedoucí k její kondenzaci !!!

3. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích Koalescenční růst umožňuje růst vodních kapek nejen kondenzací, ale i splýváním při vzájemných srážkách. Vznik relativního pohybu jedněch kapek vůči druhým, v důsledku čehož dochází k jejich kolizím, může mít v oblacích řadu příčin a podle nich rozlišujeme následující procesy koalescence:

4. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích • Spontánní koalescence mezi malými oblačnými kapičkami nepravidelným trhavým (Brownovým) pohybem (malá účinnost růstu kapek)

5. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích • Gravitační koalescence, která se rozvíjí tehdy, jestliže se v oblaku vytvoří určitý počet kapek, jež mají ve srovnání s ostatními podstatně větší rozměry. Rychle padající větší kapky zachycují v průběhu svého pádu menší kapičky a tím rychleji narůstají. Tento typ koalescence je poměrně účinný.

6. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích • Elektrostatická koalescence vlivem vzájemného přitahování kapiček nesoucích elektrický náboj opačného znaménka (při malých kapkách, nebo v bouřkových oblacích).

7. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích • Turbulentní koalescence, tvořená intenzivním nepravidelným turbulentním pohybem vzduchu v oblacích.

8. Mikrostrukturální procesy v oblacích Koalescenční růst vodních kapek v oblacích • Hydrodynamická koalescence, působená vzájemným přitahováním mezi blízkými a souhlasně se pohybujícími (padajícími) kapkami. Toto přitahování vzniká následkem nahuštění proudnic v prostoru mezi vzduchem obtékanými kapkami. Uplatňuje se jako doprovodný děj u ostatních typů koalescence.

9. Kondenzační jádra • Zdroje kondenzačních jader na Zemi: • Zdroje na pevnině. • Průměrné hodnoty ve vnitrozemí převyšují asi desetinásobně koncentrace nad oceány • ve velkoměstech více než stopadesátinásobně • zdrojem může být zvětrávání půdy (zanášení částic výměnou do vyšších hladin), produkty hoření a průmyslová činnost, sopečná činnost, mikroorganismy a rostlinný pyl v ovzduší. • Mezi zdroje na moři • především chloridy (NaCl, MgCl2) • (vznikají:odpařením kapiček mořské vody rozstřikujících se při vlnobití, dále přímým výparem mořské vody z hladiny a z pobřeží, popř. chemickými reakcemi, jimž jsou vystaveny částečky mořských solí v atmosféře) • Zdroje mimozemského původu: • kosmický prach • (produkty rozpadu a hoření meteoroidů a vznik kondenzačních jader v ozonosféře)

10. vznik oblaků mlha Vnější podmínky vzniku oblaků Příčina vzniku oblaků - nasycení vodní páry v atmosféře, při němž dochází ke kondenzaci nebo sublimaci vodních par • K dosažení stavu nasycení dochází : • dodáváním vodních par do ovzduší (např. odpařováním srážek) - tropy • poklesem teploty vzduchu pod teplotu rosného bodu  kondenzace tvorba drobných kapiček

11. Izobarické ochlazování určitých vzduchových vrstev v atmosféře při němž teplota klesne pod teplotu rosného bodu kondenzaci vodní páry - radiační ochlazení určité vrstvy vzduchu Vzestupné pohyby vzduchu vystupující vzduchová hmota se přibližně adiabaticky (dQ=0) rozpíná a ochlazuje V určité hladině, kterou nazýváme kondenzační hladina, se potom vzduch stane nasyceným a při jeho dalším pohybu vzhůru vznikají z důvodu kondenzace vodní páry oblaky např. vytvářejí konvekční oblaky druhu cumulus Vnější podmínky vzniku oblaků Dvě příčiny zmíněného ochlazení podmiňující tvorbu oblaků

12. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti • Výstupné proudění teplejšího vzduchu volnou konvekcí Konvekce má základní význam pro fyziku atmosféry a vysvětlování vzniku některých druhů oblaků. Je to vlastně pohyb vzduchové částice směrem vzhůru proti působení gravitační síly. Pohyb je vyvolán teplotními rozdíly, které souvisejí s rozdíly měrné hmoty (hustoty) vzduchu  a gradientu tlaku . Výšku základny kupovité oblačnosti lze zhruba určit podle jednoduchého vztahu:

13. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti

14. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti • Nucený výstup teplého vzduchu podél frontálního rozhraní (nebo orografická oblačnost) • Teplé fronty • Studené fronty • Okluzní fronty • Orografické překážky

15. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti • Vlnové pohyby na horizontálním rozhraní mezi dvěmi vrstvami různé hustoty Podle poměru směru a rychlosti větru v různých hladinách rozeznáváme: • vlny kolmé na směr proudění, pro které je směrodatný rozdíl v rychlostech větru - směr v uvažovaných hladinách se nemění. • vlny šikmé ke směru proudění, které vznikají změnou rychlosti a směru větru • vlny rovnoběžné se směrem proudění při působení jen změny směru větru, ne rychlosti.

16. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti Kelvin-Helmholtzovy vlny

17. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti • Turbulentní výměna vzduchové hmoty Turbulentní výměnou se obecně vytváří rovnováha mezi přízemní vrstvou a vyššími hladinami. Dokonalé promíchání vzduchu má za následek takové rozložení vodní páry, že relativní vlhkost v horní základně je dvounásobná vůči spodní základně. Větší obsah vodní páry v základní hladině způsobí tedy přesycení v horních částech vrstvy a vznik oblaků.

18. Procesy vedoucí ke vzniku oblačnosti • Vyzařování vrstvy vzduchu (St, Sc) nebo zemského povrchu Jedná se o statické ochlazování vzduchové hmoty, kdy převládá ochlazování vzduchové hmoty, která není v pohybu, od zemského povrchu. Zemský povrch se za jasných nocí ochlazuje vyzařováním tepla, kterému je úměrné ochlazení vzduchu nad ním. Vyzařováním vzniká buď oblačnost typu St, Sc, nebo mlha. Přímý styk mlhy se zemským povrchem způsobuje větší rozmanitost pochodů, kterými mlha vzniká, v porovnání s vrstevnatou oblačností St.

19. Vznik různých druhů oblačnosti • Kupovitá oblaka Cu • Základním případem je izolovaná buňka - oblak Cu. Nejčastěji je vyjádřen termickým proudem stoupajícím nad určitým teplejším místem zemského povrchu. Vertikální vývoj tohoto druhu oblačnosti je relativně malý, závisí na rozdílné teplotě míst zemského povrchu, na teplotním zvrstvení atmosféry, vlhkosti vzduchu a na rychlostním profilu větru. • Celkový tvar kupovitého oblaku je určován fyzikálním stavem spodní troposféry. Stoupá-li oblak druhu Cu vzhůru, přibližováním ke spodnímu okraji inverze se dostane často výstupné proudění nad jeho vrcholem do oblasti s vyšší poměrnou vlhkostí. Vytváří se oblačná čepice nad vlastním oblakem (pileus). Jiným příkladem deformace kupovitého oblaku je jeho roztažení pod inverzní vrstvou, jež zabrzdí jeho další vývoj. • Typickým rysem kupovité oblačnosti je její denní chod. Oblačnost přibývá v dopoledních hodinách a kolem poledne dosahuje maxima. Při vysoké poměrné vlhkosti vzduchu se maximum oblačnosti přesouvá do doby krátce před polednem, při nižší vlhkosti do odpoledních hodin. Odpoledne kupovitá oblačnost ubývá a k večeru mizí nebo přechází ve vrstevnatou oblačnost.

20. Vznik různých druhů oblačnosti • Bouřková oblačnost Cb • Bouřkový oblak Cumulonimbus se vyznačuje mohutným vertikálním vývojem, zpravidla patrnými ledovými oblaky v horní části, elektrickými a akustickými jevy a intenzivními srážkami. Stadia vývoje: • Stadium kumulu • Stadium zralé vyvinuté bouřky • Stadium rozpadu

21. Vznik různých druhů oblačnosti Vyvojová stadia bouřkového oblaku Cb

22. Vznik různých druhů oblačnosti • Vrstevnatá oblačnost • Pochody, které formují tyto druhy oblačnosti jsou hlavně zvedání vzduchových hmot na frontálních plochách (As, Ns, St), popř. nad horskými masivy, turbulentní výměna a vyzařování. Na teplých frontách a teplých okluzních frontách vzniká převážně oblačnost vrstevnatého typu. • Vrstevnatá oblačnost se často tvoří v několika vrstvách. Vliv na procesy formování několika vrstev oblačnosti má hlavně koloidní struktura mísících se vrstev (nepravidelné rozložení kondenzačních jader), turbulentní výměna (přenos vlhkosti do vyšších hladin atmosféry), vyzařování a zvedání vrstev (pohyby v oblasti pohoří, v tlakových útvarech). • Specifickým případem vzniku nové nepravidelné vrstvy pod původní oblačností jsou oblaka druhu Cu fra, St fra, které vznikají hlavně pod základnou dešťových mraků. Vyznačují se neurčitým cárovitým tvarem, v případě St fra obvykle s vypadávajícím srážkami.

23. Vznik různých druhů oblačnosti • Vrstevnatá oblačnost vzniklá z kupovité • Případem vzniku vrstevnaté oblačnosti z kupovité je vznik čepice (pileus) nad oblakem druhu Cu a přechod Cu nebo Cb v oblačnou vrstvu. Tento přechod je způsoben slábnutím výstupných termických proudů. • Dochází k němu ve večerních hodinách a projevuje se typickým vzhledem oblohy. Zploštěné zbytky z kupovité oblačnosti přecházejí ve vrstvu. Tento proces může být vyvolaný snižováním inverzní vrstvy (roztékání oblačnosti na inverzní vrstvě) nebo snížením poměrné vlhkosti ve výškách (zvyšování kondenzační hladiny).

24. Vznik různých druhů oblačnosti • Kupovitá oblačnost vzniklá z vrstevnaté • Obecně dochází v atmosféře ke vzniku kupovité oblačnosti z vrstevnaté následkem přechodu stabilního teplotního zvrstvení v instabilní, což způsobuje kromě termického efektu i advekce nové vzduchové hmoty, zvýšená turbulence ve spodní vrstvě, vyzařování oblačné vrstvy. • Spodní část oblačnosti se v nočních hodinách ohřívá vyzařováním tepla z půdy, horní část se ochlazuje vyzařováním do volné atmosféry. • Takto vzniklá kupovitá oblačnost nedosahuje obyčejně velkého vertikálního vývoje a doba jejího trvání je malá.

25. Rozdělení a určování oblačnostiVliv oblačnosti na let

26. V oblacích je polovina krásy světa

27. Klasifikace oblaků Podle vzhledu – morfologická klasifikace: • Druhy • Tvary • Odrůdy • Zvláštnosti

28. Klasifikace oblaků Podle vzniku a vývoje – genetická klasifikace: • oblaky vzniklé jinde, než se vyskytují, • oblaky vzniklé v místě jejich výskytu v důsledku konvekce, advekce a turbulence, • orografické oblaky, které se dále člení na oblaky vznikající v horských oblastech na návětrné a závětrné straně, na oblaky vznikající nad pobřežím a na oblaky podmíněné teplotními a jinými kontrasty nad pevninou.

29. Klasifikace oblaků Podle výšky výskytu oblačnosti: • Vysoké(ve výškách 5 až 13 km, v zimě i níže) …Ci, Cc, Cs • Střední (ve výškách 2 až 7 km) ....Ac, (As) • Nízké(ve výškách do 2 km) ....Sc, St, (Ns), (do této skupiny patří i oblaky s velkým vertikálním vývojem tzv. konvekční oblaky Cu, Cb).

30. Klasifikace oblaků Podle výšky výskytu oblačnosti:

31. Klasifikace oblaků Podle složení (mikrostruktury) oblačnosti: • Vodní(nejčastěji Ac, Sc, St, Cu), vytvořené pouzez vodních kapiček. Vodní oblaky lze dále rozlišovat na teplé oblaky existující při teplotách nad 0°C a na oblaky přechlazené, tvořené z kapiček přechlazené vody za teplot pod 0°C; • Ledové(nejčastěji Ci, Cc, Cs), složené výlučně z elementů tuhé fáze vody; • Smíšené (nejčastěji Ns, Cb, As, při nízkých teplotách Ac, Sc, St), v nichž jsou promíchány kapičky přechlazené vody s ledovými částicemi.

32. Klasifikace oblaků

33. Morfologická klasifikace oblaků Cirrus • oddělené oblaky ve tvaru bílých, jemných vláken, menších ploch nebo úzkých pruhů bílých nebo převážně bílých; • mají vláknitý vzhled, nebo hedvábný lesk popř. obojí; • oblak vysokého patra složený z ledových krystalků; • nevypadávají z něho srážky a jeho výskyt na obloze bývá často příznakem blízkosti atmosférické fronty; • vzniká mimo jiné odtrháváním z horních částí Cb. vyskytuje se však i v oblastech vysokého tlaku vzduchu.

34. Morfologická klasifikace oblaků Cirrus

35. Morfologická klasifikace oblaků Cirrocumulus • menší nebo větší tenké skupiny nebo vrstvy oblaků bez vlastních stínů; • složené z malých elementů ve tvaru zrnek nebo brázd; elementy mohou být navzájem spojeny nebo spolu nesouvisí a jsou více méně pravidelně složeny; většina elementů nepřesahuje zdánlivou velikostí 1° prostorového úhlu (odpovídá přibližně úhlu, pod kterým je vidět šířku malíčku při natažené paži); • patří mezi oblaky vysokého patra a je zpravidla oblakem ledovým (někdy může obsahovat i přechlazené vodní kapičky); • vzniká následkem vlnových a konvekčních pohybů v horní troposféře nebo jeho výskyt souvisí s atmosférickými frontami, především studenými; • nevypadávají z něho srážky (někdy patrná virga).

36. Morfologická klasifikace oblaků Cirrocumulus

37. Morfologická klasifikace oblaků Cirrostratus • průsvitný bělavý závoj oblaků, vzhledu vláknitého nebo bez patrné struktury, zakrývající úplně neb částečně oblohu • umožňuje vznik halovým jevům; • patří mezi oblaky vysokého patra, je složený z ledových krystalků a nevypadávají z něho srážky; • vyskytuje se jako typická součást oblačných systémů atmosférických front, zejména front teplých, okluzních popř. i studených front prvního druhu; • vzniká tím, že rozsáhlé vrstvy vzduchu se pozvolna zvedají až do dosti velikých výšek; • může vznikat i transformací z jiných druhů oblaků, např. roztékáním horní části Cb.

38. Morfologická klasifikace oblaků Cirrostratus

39. Morfologická klasifikace oblaků Altocumulus • menší nebo větší plochy a vrstvy oblaků barvy bílé nebo šedivé, popř. bílé a šedivé; • má vlastní stíny a skládá se z vlnitých, oválných i valounovitých elementů; často má vzhled vláknitý nebo rozptýlený, elementy jsou navzájem spojené i samostatné; • je oblakem vodním nebo smíšeným oblakem středního patra;. • vzniká na okraji vystupující rozsáhlé vzduchové vrstvy, nebo také při turbulenci nebo konvekci příp. následkem vlnových pohybů v atmosféře, při přetékání vzduchu přes horské překážky nebo transformacemi z jiných druhů oblaků, kdy může být příznakem rozpadu oblačnosti; • vyskytuje se někdy před přechodem studené fronty, často ve studené vzduchové hmotě, především po přechodu studené fronty druhého druhu.

40. Morfologická klasifikace oblaků Altocumulus

41. Morfologická klasifikace oblaků Altostratus • větší plocha nebo oblačná vrstva šedavá nebo modravá, vláknitého nebo vrstvovitého vzhledu, pokrývající zcela nebo částečně oblohu; • má takovou hustotu, že místy jsou patrné alespoň obrysy Slunce anebo Měsíce (jako za matným sklem); • nevyskytují se halové jevy; • je oblakem smíšeným, méně často vodním, středního patra, někdy však zasahuje i do patra vysokého; • často se vyskytuje jako součást oblačných systémů atmosférických front, teplé a studené fronty prvního druhu; • vzniká působením výkluzných pohybů teplého vzduchu, pod jeho základnou lze často pozorovat virgu; • v naších zeměpisných šířkách v teplé polovině roku srážky z As obvykle nevypadávají.

42. Morfologická klasifikace oblaků Altostratus

43. Morfologická klasifikace oblaků Nimbostratus • šedivá, často tmavá vrstva oblaků; obrysy jsou neostré vlivem vypadávání více nebo méně souvislých dešťových nebo sněhových srážek, které ve většině případů dosahují země; • tloušťka vrstvy je všude dostatečná, aby zcela zakryla Slunce; • Často existují pod vrstvou nimbostratu roztrhané nízké oblaky „špatného počasí“(můžou, ale nemusí být, s ní spojeny); • typický dešťový oblak, zpravidla smíšený (podstatně řidčeji vodní); • značný vertikální rozsah (až několik km) a jeho základna se zpravidla vyskytuje v nízkém patře; • bývá součástí oblačního systému teplé, studené i okluzní fronty, dále se vyskytuje v oblastech výškových cyklon a brázd nízkého tlaku vzduchu apod.

44. Morfologická klasifikace oblaků Nimbostratus

45. Morfologická klasifikace oblaků Stratocumulus • menší nebo větší plochy a vrstvy oblaků šedivého nebo bělavého vzhledu - popř. současně šedivého i bělavého - mající téměř vždy temná místa; skládá se z tvarů podobných dlaždicím, oblázkům, valounkům a má vzhled nevláknitý (s výjimkou virgy); • oblak nízkého patra a je vodním nebo smíšeným oblakem; • mohou z něho vypadávat slabé srážky, dosahující zemského povrchu; • vzniká především vlnovými pohyby ve vzduchové hmotě nebo transformací z jiných druhů oblaků, zejména ze stratu nebo z kupovité oblačnosti; • Sc je často příznakem rozpadu oblačnosti.

46. Morfologická klasifikace oblaků Stratocumulus

47. Morfologická klasifikace oblaků Stratocumulus (pohled shora)

48. Morfologická klasifikace oblaků Stratus • vrstva oblaků obvykle šedivá o jednolité základně, z níž může vypadávat mrholení, popř. ledové jehličky nebo sněhová zrna; • někdy má stratus podobu roztrhaných chuchvalců; • je-li Slunce vidět vrstvou, pak jsou jeho obrysy jasně patrné • nedává vznik halovým jevům (s výjimkou případů velmi nízkých teplot; • je v teplé polovině roku zpravidla vodním oblakem, v zimě často obsahuje i ledové krystalky; • patří k oblakům nízkého patra a vzniká především pod výškovými inverzemi teploty vzduchu nebo v důsledku ochlazení vzduchu od podloží; • mikrostrukturální i makrostrukturálními parametry se neliší od mlhy.

49. Morfologická klasifikace oblaků Stratus (nebulosus translucidus)

50. Morfologická klasifikace oblaků Stratus (pohled shora)