Hodnocení stránky

Baroklinní instabilita

Baroklinní atmosféra – objasnění o několik málo odstavců výše. Nyní objasněme pojem baroklinní instabilita. A dále pojednejme o o pojmu baroklinní vlna ve vztahu k instabilitě a jejím vlivu na vznik cyklon a anticyklon.

Definice baroklinní instability

Hydrodynamická instabilita proudění v baroklinní atmosféře. V takové situace roste kinetická energie poruch v pozaďovém proudění ve vztahu k dostupné potenciální energii. Ve spojení s horizontálním teplotním gradientem. Vzhledem k tomu roste tlakový gradient v oblastech s výstupnými pohyby vzduchu a oblastech s přílivem teplého vzduchu na jedné straně. A mezi oblastmi s působením sestupných pohybů vzduchu a oblasti s přílivem studeného vzduchu na straně druhé.

Baroklinní instabilita je tedy děj, při němž narůstá kinetická energie baroklinních vln. Vývoj takové baroklinní vlny může přejít v případě výskytu baroklinní instability ve vznik cyklony a anticyklony. Pak nazýváme takovou jako baroklinní. Se zesilováním poruchy dochází u povrchu a následně i ve výšce k výskytu uzavřené cyklonální cirkulace.

Formování systému front

Následně také vzniká systém front utvořené cyklony. Příliv studeného vzduchu se vyskytuje na západní okraji přízemní brázdy. Vznikne studená fronta jako rozhraní mezi studeným vzduchem na západě a teplým vzduchem uvnitř teplého sektoru dané níže. Slabší příliv teplého vzduchu se odehrává na východě přízemní brázdy, tam vzniká opačná, teplá fronta. Jde o rozhraní mezi teplým vzduchem uvnitř teplého sektoru cyklony a studeného vzduchu na východě.

Vývoj frontálního systému pokračuje dále. Studená fronta postupuje rychleji než teplá, jak známo z obecných základů tématiky. Dochází k vytlačování teplého sektoru cyklony do vyšších výšek. Pole teploty je symetrické vůči studenému středu cyklony. Osa spojující přízemní a výškovou brázdu se srovnává do vertikálního směru. Podél pomyslné čáry spojující místa se shodnou teplotou v podobě maxima teploty. Ta spojuje přízemní střed cyklony a místo spojení teplé a studené fronty (okluzní bod) vzniká okluzní fronta. Zastavuje se narůst kinetické energie baroklinní vlny. Aplikace v dynamické meteorologii považují atmosférické fronty za oblasti spojitého přechodu mezi jednotlivými vzduchovými hmotami. Na těchto rozhraních se vyskytuje silná baroklinita a vysoké rozdíly hodnot meteorologických prvků, nejen teploty vzduchu. Atmosférické fronty vznikají v troposféře a zasahují desítky kilometrů co do plošného rozsahu a stovky kilometrů ve vertikálním rozsahu.

Mezosynoptická cirkulace

Celým názvem cirkulace mezosynoptického měřítka. Mezosynoptické měřítko charakterizují jevy o horizontálních rozměrech v desítkách až stovkách kilometrů a mnoha subsynoptickými ději. Zde můžeme uvést jako příklad tropické cyklony. V oblastech se zvýšeným rozdílem tlaku vzduchu na rozhraní vzduchových hmot odlišných teplotních vlastností vznikají atmosférické fronty. V oblastech frontálních zón je vertikální cirkulace vzduchu odpovědna za nárůst oblačnosti a výskyt srážek. Jde o jeden z nejvýznamnějších mezosynoptických jevů v rámci fyziky oblaků.

Mimotropické frontální cyklony jsou základním zdrojem oblačnosti a srážek v podmínkách střední Evropy. Podle provedených studií, zaměřených na rozsah, pohyb a rozložení systémů srážek, ukazují možnost výskytu srážek ve všech oblastech cyklony. Dále také hierarchickou strukturu srážkových systémů. Tyto se vyskytují v určitých uspořádáních v podobě tvaru často pásů s vlastní pásovou strukturou.

Srážkové pásy mezosynoptického měřítka v oblasti cyklony

V oblasti cyklony existují následující srážkové pásy:

• Srážkový pás teplé fronty
• Úzký srážkový pás studené fronty a široký srážkový pás studené fronty
• Zvlněný pás
• Pás teplého sektoru cyklony
• Za frontální pás

Druhy srážkový pás teplé fronty, široký pás studené fronty a zvlněný pás vyznačují oblasti se zvýšením intenzity srážek z vrstevnaté oblačnosti. Jde o tzv. vrstevnaté srážky trvalého charakteru, které mají větší územní zásah. Úzký pás studené fronty pak odráží oblast intenzivních konvekčních srážek bouřkového charakteru. Jde naopak o srážky lokální, v přeháňkách. Takže náhlé, krátkodobé, ale i velmi silné. V druhu srážkového pásu teplého sektoru a za frontálního pásu se objevují často též lokální konvekční srážky.

Planetární mezní vrstva atmosféry

Jedná se o spodní část atmosféry s přímým vlivem zemského povrchu. Jde o nejširší pojetí mezní vrstvy jako pod vrstvy troposféry. Tato vrstva obsahuje i mezní vrstvy vznikající v důsledku obtékání horských překážek prouděním vzduchu nad odlišný povrch. Jedná se o teoretický model mezní vrstvy s předpokladem turbulentního proudění. Plus s nezávislostí veličin na čase a horizontálních souřadnicích. V této vrstvě se projevuje působení povrchu přímo nejen na proudění, ale i na teplotu a vlhkost.

Turbulentní a laminární proudění

Turbulentní proudění se charakterizuje tím, že se v něm částice vzduchu stávají součástí chaoticky se pohybujících vírů. Tyto nazýváme turbulentními víry, které mají různá prostorová měřítka a též různou dobu trvání. Proudění v reálné atmosféře je převážně považováno za turbulentní. Působí zde síly tření a to významněji než v případě proudění laminárního.

V případě laminárního proudění se částice vzduchu pohybují ve vrstvách podélně proudnic, které se neprotínají. Pohybují se stálou rychlostí bez přechodu mezi jednotlivými vrstvami. Mezi těmito se odehrává jen vertikální výměna molekul vzduchu vzhledem k jejich neuspořádanému termickému pohybu. Toto proudění se stává po překročení určité rychlosti v důsledku především vazkosti a drsnosti povrchu turbulentním prouděním.

Pro další (podrobnější) informace k této tématice dále odkážeme na naší stránku Turbulence.

Závěr: Dynamika atmosféry

Na stránce poskytujeme základní přehled dynamiky atmosféry ve vztahu k mírným zeměpisným šířkám, do nichž naše území patří. Jednotlivá témata dynamiky atmosféry jsou případně rozpracována detailněji na samostatných stránkách. Pravidla dynamiky atmosféry ukazují souvislosti mezi silami působícími v atmosféře. A výslednými pohyby vzduchu při využití základů dynamiky kontinua. Základní úkoly pod oboru dynamika atmosféry, kterými se zabývá dnes obor dynamická meteorologie, uvádíme v úvodu této stránky.

S dynamikou atmosféry a jejími procesy se velmi úzce pojí mnohé děje a jevy související s počasím. Jde zejména o vznik a chování oblačnosti se spojitostí s pohyby vzduchu velkých prostorových i časových měřítek. Dále jde o vývoj srážkové činnosti v takové oblačnosti a vývoj či změny tlakových útvarů a atmosférických front s nimi spojených. Neuvést nelze také proudění vzduchu v atmosféře. V poslední řadě také na tuto problematiku navazuje oblast termodynamiky atmosféry. Tu vykládáme na samotné stránce, viz odkaz.

Vedle již uvedených stránek na našem webu doporučíme pro další informace o souvisejících jevech, o nichž je řeč v tomto textu stránky i některé další. Z pohledu procesů vzniku tlakových útvarů a atmosférických front jsou to stejnojmenné stránky. Stejně jako je tomu v případě vzduchových hmot.

Také doporučíme informace na stránkách Oblaky, Atlas oblaků nebo Atmosférická cirkulace či Atmosférické srážky. A navazující problematiku na stránce Termodynamika atmosféry.

Reference a doporučená literatura

ŘEZÁČOVÁ, D. SETVÁK, M. NOVÁK, M. KAŠPAR, M. Fyzika oblaků a srážek. Praha: Academia, 2007

DVOŘÁK, P. Letecká meteorologie 2017. Cheb: Svět Křídel, 2017

BEDNÁŘ, J. KOPÁČEK, J. Jak vzniká počasí? Praha: Karolinum, 2005