Meteo Aktuality

Teplota vzduchu

Veškeré informace o teplotě vzduchu jako základním meteorologickém prvku i klimatickém ukazateli a o jejím chodu s výškou shrnuje tato stránka. Od obecných informací o průchodu paprsků k povrchu Země, přes teplo a tepelnou energii a její zdroje, až po chod samotné teploty vzduchu během dne i roku. Tyto a další informace se dočtete právě zde.

Témata stránky: Sluneční energie, dělení přijatého slunečního záření, skleníkové plyny, teplo a způsoby jeho šíření, teplota vzduchu a její změny, vertikální chod teploty vzduchu (teplota ve výšce), denní a roční chod teploty vzduchu.

Výukový materiál k tomuto tématu:

METEOROLOGIE 11


TEPLO A TEPLOTA VZDUCHU

Na Zemi se vyskytuje několik druhů záření. Nejkratší vlnové délky má gama záření (0.124nm), rentgenové (0.1 až 10nm). Ultrafialové záření má již o něco delší vlnové délky (10 až 400nm), světlo jako viditelné záření (400 až 460nm) a již podstatně delší vlnové délky má záření infračervené (760nm až 1mm). Nejdelší vlnové délky má mikrovlnné záření (až 10cm) a radiové vlny (až tisíce kilometrů).

Slunce jako zdroj významné energie vyzařuje různá spektra radiace. Sluneční záření postupuje velkou vzdáleností k Zemi v podobě rovnoběžných paprsků a to se dělí na různé druhy.

  1. Přímé sluneční záření – před vstupem paprsků do atmosféry naší planety, následně je záření rozptýleno (v důsledku toho obloha září a je barevná)
  2. Ultrafialová záření – prochází atmosférou a je částečně vstřebáno ozonem
  3. Viditelné záření – má podíl z celkové radiace 48%
  4. Infračervené záření – má podíl z celkové radiace 45%

Pohlcování zejména infračerveného záření vede ke vzniku skleníkového efektu, který je vyvolán skleníkovými plyny. Tyto pohlcují sluneční energii a následně tuto vyzařují v tepelné části spektra. Nejúčinnějšími skleníkovými plyny v atmosféře jsou:

  1. Vodní pára
  2. Metan
  3. Oxid uhličitý

První jmenovaný plyn je běžnou součástí atmosféry a bez ní by nebyl možný ani život na Zemi. Další dva plyny se vyskytují v atmosféře běžně, avšak jsou do ní vypouštěny i antropogenní, tedy lidskou činností a jejich koncentrace roste.

Z vesmíru přichází 100% slunečního záření, to je po vstupu do zemské atmosféry různě spotřebováváno nebo odráženo a to:

  • Rozptylem od atmosféry (6%)
  • Absorbováno vodou, prachem a ozonem (16%)
  • Absorbováno oblaky (3%)
  • Odraženo oblaky (20%)
  • Odraženo od povrchu Země (4%)

Záření, které je rozptýleno atmosférou zpět (6%), odraženo oblaky (20%) a odraženo povrchem (4%) plus záření:

  • Z části vyzařování povrchu (6%)
  • Z emise vody a oxidu uhličitého (38%)
  • Z vyzařování oblaky (26%)

se vrací zpět do vesmíru. Pohlceno či jinak spotřebováno je tedy 16% (voda, prach a ozon), 15% voda a oxid uhličitý, 7% tok tepla z povrchu, 23% latentní teplo.

V současné době je více záření přijato do atmosféry Země než odevzdáno zpět do vesmíru, proto dochází ke globálnímu oteplování planety, což je připisováno též významnějšímu růstu koncentrace skleníkových plynů v atmosféře, zejména oxidu uhličitého. Energie záření povrch Země ohřívá a tento získanou tepelnou energii též vyzařuje. Část záření je je odraženo zpět do vesmíru a míra této odrazivosti se nazývá albedo. Nejvyšší odrazivost mají bílé plochy, tedy zasněžené oblasti a oblasti pokryté ledem a také oblasti s výskytem oblaků. Albedo je silně závislé na úhlu dopadu paprsků. Čím je tento úhel nižší, tím je odrazivost vyšší. Při odražení záření nepřijme povrch dané záření a tedy ani teplo z něho, na které se při nízkém albedu záření přemění (proto je vyšší teplota v létě v oblasti obilných polí než nad lesy).

Druhy šíření tepla

Existují tři způsoby, jak je možné přenést tepelnou energii:

  1. Radiace
  2. Kondukce
  3. Konvekce

Radiačním způsobem přenosu prochází záření od Slunce k povrchu zemskému. Energie se šíří pomocí elektromagnetických vln. Zde se uplatňuje Planckův zákon, podle něhož je množství energie vyzářeno za jednotku času jednotkovou plochou při určité vlnové délce a teplotě.

Kondukčním způsobem, který lze nazvat též vedením, jde o šíření tepla jako souboru molekul, kdy tato část energie nekoná práci. Teplo se šíří určitou rychlostí a v určitém čase. Je zde potřebné hmotné prostředí jako nosič tepla.

Konvekčním způsobem se šíří teplo prouděním, z čehož plyne, že se může vyskytnout pouze v plynném nebo tekutém prostředí. V atmosféře se konvekci říká též termika a jde o stoupavé proudy teplejšího vzduchu a klesavé proudy studenějšího vzduchu. Obdobně se tento proces přenosu tepla objevuje ve vodním prostředí. O konvekci je řeč na patřičné stránce, která rozebírá teorii bouřek a termiky podobněji.

Turbulentní proudění je chaotické proudění vzduchových částic, kdy jsou přenášeny velké masy vzduchu. Tento typ proudění se vyskytuje od několikamilimetrové výšky nad povrchem a do výšky je tak teplo tímto prouděním přenášeno velmi významně. Při tomto druhu proudění se jednotlivé vzduchové částice kříží, dráhy částic se mění a jsou různě zakřiveny. Podrobněji se bude zabývat tímto prouděním patřičná stránka.

Teplota vzduchu

Je energetickým stavem hmoty, v tomto případě vzduchové hmoty. Teplota vzduchu se mění v důsledku ohřívání zemského povrchu, od něhož se ohřívá následně vzduch v okolí. V meteorologii jde o základní prvek, který je měřen teploměrem a to standardně ve výšce 2m nad povrchem a hodnoty teploty jsou u nás udávány ve stupních Celsia (°C) dle Celsiovy teplotní stupnice. Ve Světě (zejména v Americe) je známá též Fahrenheitova stupnice (°F), jejíž hodnoty jsou oproti Celsiově stupnici o poznání vyšší. Teplotu vzduchu můžeme měřit i v 5cm nad povrchem, v tomto případě jde o přízemní teplotu vzduchu, nikoli ovšem o teplotu povrchu (tato se měří přímo na povrchu). Teplotu můžeme měřit i v půdních vrstvách (jde o teplotu půdy) a také je tak na vybraných meteorologických stanicích činěno. Teplota v půdě se měří ve vrstvách 5, 10, 15, 20, 50 a 100 cm pod povrchem.

Celsiova stupnice, která je používána ve Světě častěji, má takzvaný bod mrazu či tání (0°C) a bod vypařování či kondenzace (100°C). Voda se ovšem může i při záporných teplotách vyskytovat v kapalné formě (přechlazená voda). Kapalná forma vody se může vyskytovat i při významně záporných teplotách vzduchu (většinou do -12°C, ale prokázán byl její výskyt až při -42°C. Fahrenheitova stupnice má jiné body a používá se z hlediska Evropy například ve Velké Británii.

Přepočet mezi stupnicemi: °C = 0.56 (F-32), °F = 1.8°C+32.

Adiabatická změna teploty vzduchu

Jde o změnu teploty vzduchové částice, kdy nedojde mezi ní a okolím k výměně tepla. Při stlačení vzduchové částice se tato otepluje a naopak. Nenasycený vzduch se ochlazuje při svém výstupu o 1°C za každých 100m výšky. Nasycený vzduch se vlivem kondenzace ochlazuje pomaleji, s určitou mírou zjednodušení a zaokrouhlení se tento ochlazuje o 0.6°C za každých 100m výšky. Hovoříme o nasyceně-adiabatickém vertikálním gradientu teploty a v prvním případě o suchoadiabatickém. Teplejší vzduch má též nižší hustotu (měrnou hmotnost).

Denní a roční chod teploty vzduchu v ČR

Teplota vzduchu se mění celoročně i v rámci jednotlivých dnů. Vždy záleží přednostně na cirkulaci vzduchu (směru proudění), dále pak na místních faktorech terénu a také na převládajícím počasí. V rámci našich podmínek je možno vystihnout specifický denní i roční chod teploty vzduchu, ze kterého může průběh této veličiny někdy i značně vybočovat.

V rámci dne se teplota mění za jinak stejných okolností určitým způsobem. Nejnižší teploty jsou tedy zpravidla dosahovány před východem Slunce (v létě tedy dříve, v zimě později a to v rámci noci či ranních hodin). Z tohoto trendu může teplota vzduchu snadno vybočit, pokud nastanou specifické povětrnostní podmínky. Příkladem může být zejména ochlazení během denních hodin. V nočních a ranních hodinách se může před ochlazením udržovat nad naším územím velmi teplý vzduch a během dne k nám může proniknout významně studený vzduch. Minimum teploty pak bude pravděpodobně dosaženo až večer tohoto dne nebo na jeho konci, tedy před půlnocí. Během noci může klesnout například v létě minimální teplota na 20.5°C (vyskytne se tedy tropická noc a noční minimum nad 20°C), avšak večer toho samého dne dosáhne například 16.0°C (teplotní minimum daného dne už tedy nebude vyšší než 20°C). Podobné je to u denního maxima, které je dosahováno během odpoledních hodin (v létě naopak později, v zimě dříve – v létě i kolem 16. hodiny či výjimečně později, v zimě spíše ve 14. hodin). Opět může dojít k výskytu maximální teploty dne v jinou dobu a to například ráno či dopoledne. Teplota může v daný den vystoupit například na 25°C, odpoledne přejde studená fronta a v čase obvyklého maxima teploty vzduchu bude například 20°C a teplota bude s končícím dnem dále klesat. Významnější chod teploty vzduchu během dne je zaznamenán za jasného počasí, kdy zejména na počátku podzimu může teplota ráno klesat k bodu mrazu (v údolích podstatně níže) a odpoledne vystoupit nad 20°C (takzvané babí léto). Jde o vysoké denní amplitudy (výchylky) teploty vzduchu. Významnější chod teploty je dosažen také při přechodu významné atmosférické fronty, za kterou k nám pronikne významně studený vzduch.

Z hlediska roku jde o typický průběh v mírných klimatických oblastech. Minimum teploty je dosahováno v zimním období (průměrné denní či měsíční teploty i absolutního ročního minima), zpravidla v lednu a maximum teploty je dosahováno v létě, zpravidla v červenci. Největší rozdíly teplot vzduchu v jednotlivých dnech je zpravidla dosahován během jarního období a obecně při častých přechodem rozhraní jednotlivých vzduchových hmot (vzduchů o různých teplotách). Naopak nejstabilnější teploty registrujeme v podobě mrazu v zimním období za vlády stabilních tlakových výší a podobně je tomu v létě, jen jde o teploty vysoké s opačnou cirkulací.

Průběh teploty vzduchu během dne ovlivňuje především:

  • Roční období a tedy poloha Slunce na obloze a délka dne
  • Oblačnost a srážky
  • Vítr (především v nočních hodinách)
  • Terén
  • Nadmořská výška

V rámci chodu teploty s výškou (vertikální cirkulace) rozlišujeme:

  • Běžný chod (teplota s výškou klesá, zpravidla o 0.0065°C/100m výšky)
  • Izotermii (teplota se s výškou v určité výšce nemění)
  • Inverzi (teplota s výškou klesá)

Teplotní inverze a její průběh či dopady jsou podrobněji popsány na samotné stránce (viz rozbalovací menu).

O vlivu větru na pocit lidského těla (pocitová teplota, nebo-li ochlazování větrem – wind chill) pojednává článek Wind chill, aneb ochlazování větrem.

Reference

Použitá a doporučená literatura:

MÍKOVÁ, T. KARAS, P. ZÁRYBNICKÁ, A. Skoro jasno. Praha: Česká Televize, 2007

DVOŘÁK, P. Pozorování a předpovědi počasí. Cheb: Svět Křídel, 2012

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

TOLASZ, R. a kol. Atlas podnebí Česka. Praha a Olomouc: ČHMÚ, 2007

COENRAADS, R. a kol. Extreme Earth. New York: The Reader´s Digest Association, 2015 (CZ verze MERTINOVÁ, J. MÍČKOVÁ, K. HANUŠOVÁ, K. a kol. Nespoutané živly planety Země. Praha: Tarsago Česká Republika, 2015)

%d blogerům se to líbí:
Přejít k navigační liště