METEO – ATPL

1. Jan HORÁK Meteorologie... METEO – ATPL

2. úvod • Počasí X klima X meteorologie • Letecká meteorologie • Vliv počasí na leteckou dopravu • Bezpečnost provozu • Pravidelnost provozu • Ekonomie provozu • „globální“ spolupráce

3. Atmosféra • atmosféra • složení vzduchu • vertikální členění atmosféry • MSA • fyzikální vlastnosti vzduchu • adiabatický děj • ohřívání atmosféry • vertikální teplotní gradient

4. atmosféra • složení vzduchu • směs plynů • vodní pára • pevné částice

5. 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

6. 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...

7. 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

8. 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

9. atmosféra – složení vzduchu • vzduch ze kterého se skládá atmosféra je tedy z chemického pohledu: AEROSOL – směs plynů, kapalin a pevných částic.

10. 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

11. 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

12. atmosféra – vertikální členění

13. 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”

14. 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

15. 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...

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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.

20. 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

21. 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”.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. fyzikální vlastnosti vzduchu

28. 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...

29. 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

30. 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

31. 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.