Turbulence
Stránka vykládá specifika a vznik turbulence jako specifického proudění v troposféře, včetně podmínek pro to, aby mohlo být proudění turbulentním. Jedná se o specifický druh proudění vzduchu. Stručně popisuje základní druhy turbulentního proudění.
Témata stránky: Pojem turbulence a její druhy.
Anglické názvy: Turbulent flow (turbulentní proudění), wind speed fluctuations (fluktuace rychlosti větru), mechanical (mechanická), thermal (termální), wave clouds (vlnové oblaky), laminar flow (laminární proudění).
Prezentace k tomuto tématu: METEOROLOGIE 15
TURBULENCE ANEB TURBULENTNÍ PROUDĚNÍ
Vzniká v důsledku fluktuací rychlosti větru, nejčastěji nad členitým terénem. Její intenzita závisí na rychlosti větru a míře členitosti terénu. Turbulence vzniká i v důsledku konvekčních procesů, tedy stoupavých a klesavých proudů vzduchu. Existují i další prostředí, kde se s turbulentním prouděním setkáváme.
Turbulence znamená promíchávání vzduchu v důsledku pohybů vzduchových částic v atmosféře.
Obr. 1 Proudění kapalin a plynů, v oblasti meteorologie plynu (vzduchu), zdroj: slidetodoc.com
Obr. 2 Další znázornění proudnic při základních druzích proudění, zdroj: lambdageeks.com
Rozměry vírů při turbulenci mohou být různé od milimetrů po řád stovek metrů. Proudění nad členitým územím má znaky turbulence a čím významněji fouká vítr, tím se zvyšuje i turbulence proudění. Tu zvyšuje i větší nepravidelnost terénu v dané oblasti. V letectví se určuje pomocí přetížení, která působí na letadlo. Udává se v akcelerometrech (g -metry) a rozlišuje se její intenzita na následující.
- Slabá turbulence (do 0.2g)
- Mírná turbulence (0.2 – 0.5g)
- Silná turbulence (0.5 – 1g)
- Extrémně silná (nad 1g)
V případě silné turbulence se vydává výstraha SIGMET a to leteckou meteorologickou službou. Více informací o letecké meteorologii najdete v odkazu (viz název výstrahy).
Druhy
Rozlišujeme druhy:
- Mechanická
- Termická
- Clear Air
Turbulence mechanická, jak je uvedeno již v úvodním textu stránky, je turbulence vznikající za každou nerovnostní překážkou, podobně jako je tomu při proudění vody kolem kamenů a přes ně v korytech toků. Intenzitu této turbulence ovlivňuje intenzita větru a výška překážky, kolem či přes kterou tento proudí. Její vertikální dosah je závislý na její intenzitě a na vývoji teploty vzduchu ve výšce. Vzniká v důsledku třecích sil o povrch. Za určitých podmínek se při proudění přes překážku tvoří vlnové proudění se vznikem typické oblačnosti (vlnové, čočkovité) Ac lenticularis (více stránka Atlas oblaků a článek Oblaky Altocumulus). Proudění bez vlivu turbulence nazýváme laminární. Pod vlnami vznikají rotory, z nichž nejvýznamněji se projevuje turbulence pod prvním z nich.
Termická turbulence vzniká, jak je též uvedeno stručně v úvodu, vlivem konvekčních procesů. Tedy při stoupavých a kompenzačních klesavých pohybech vzduchu. Tyto ruší jinak ustálené proudění. Intenzita této turbulence se odvíjí od nerovnoměrnosti teploty vzduchu a vývoji teploty s výškou. V případě výskytu silného větru a konvekčních procesů dochází k významně silné turbulenci, která může působit škody.
Clear Air Turbulence (CAT) se odehrává v bezoblačném prostředí a můžeme se s ní setkat tam, kde dochází ke značným změnám směru a rychlosti větru s výškou (střihu větru). Děje se tak zejména v horní části troposféry, v oblastech s Jet-streamem (objasnění typu větru JS je k dispozici na stránce Vítr). Zde je zesílena nad hornatým terénem.
Charakteristika poměrů proudící tekutiny
Slouží k ní Reynoldsovo číslo jako parametr, který vyjadřuje poměr setrvačných a vazkých sil. Souvisí s podmínkami přechodu laminárního (viz dále) proudění v turbulentní. V oboru meteorologie ho využijeme při studiu fyziky mezní vrstvy atmosféry a ve fyzice oblaků a srážek. Zejména pro účely obtékání překážek či obtékání srážkových částic.
Laminární proudění
Znamená proudění látky, v případě meteorologie vzduchu, kdy proudnice mají rovnoběžný charakter a oproti turbulentnímu proudění se nemíchají. Jednotlivé se pohybují vedle sebe. Proudnice mají hladký průběh. S tímto druhem proudění se můžeme setkat z pohledu atmosféry jen v laminární vrstvě, která se tvoří nad hladkými povrchy. Nad ní se nachází přechodová vstva s nedokonalou turbulencí. Po určitém překročení prahové hodnoty Reynoldsova čísla se stává z tohoto proudění turbulentní.
S laminárním prouděním se v reálné atmosféře spíše nesetkáme, proudění máme z důvodu určité členitosti krajiny turbulentní. Přesto ale nad hladkými povrchy do určité výšky laminární roudění existuje. Jde zejména o klidnou vodní hladinu nebo uhlazenou sněhovou pokrývku.
Pojmy
Proudění – pohyb v případě meteorologie plynu, konkrétně vzduchu. V případě hydrologie tekutiny a to vody typicky ve vodním toku.
Proudnice – trajektorie částic, v našem případě převážně vzduchových. Rychlost těchto částic má směr tečny k proudnici.
Letecká meteorologie – odvětví meteorologie, zabývající se monitoringem počasí a jeho precizní a specializovanou předpovědí pro potřeby zajištění plynulé a bezpečné letecké dopravy.
Reference
Použitá a doporučená literatura:
MÍKOVÁ, T. KARAS, P. ZÁRYBNICKÁ, A. Skoro jasno. Praha: Česká Televize, 2007
BEDNÁŘ, J. KOPÁČEK, J. Jak vzniká počasí? Praha: Karolinum, 2005
DVOŘÁK, P. Pozorování a předpovědi počasí. Cheb: Svět Křídel, 2012
DVOŘÁK, P. Atlas oblaků 2016. Cheb: Svět Křídel, 2016
DVOŘÁK, P. Letecká meteorologie 2017. Cheb: Svět Křídel, 2017