Co je to počasí?

1. 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

2. 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

3. 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 Geminus Theofrastos

4. 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 Historické přístroje meteorologické - konec subjektivních pozorování!

5. Historie meteorologie 4 • Zlomové okamžiky • 1820, Brandes studuje rozdělení tlaku v Evropě, vznik prvních synoptických map • 19. století, vznik vysokohorských observatoří, vypouštění prvních balónů Galileo Viviany Drebbel Torricelli Santorio

6. 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

7. Dráhy družic

8. 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)

9. 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)

10. 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

11. 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

12. Závislost teploty na výšce

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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)

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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 vlhkostr [%] – poměr e/E • rosný bod – teplota, při níž vzduch dosahuje za daného tlaku stavu nasycení vodní parou a ta se začíná srážet

26. 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

27. 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