Mezní a přízemní vrstva atmosféry

V literatuře nebo i jinde možná někdy narazíte na pojmy mezní a přízemní vrstva atmosféry. co přesně tyto vrstvy znamenají a jak se odvozují? Kam vrstvy v rámci vzdušného obalu planety Země patří a co je ovlivňuje? To se pokusí objasnit tento článek. Vrstvy jsou v úzkém spojení s meteorologickými jevy, proto je budeme hledat spíše ve spodnější části atmosféry. Ve vztahu k počasí nejsou vyšší atmosférické vrstvy tak důležité. Pohybovat se budeme tedy v několika spodních kilometrech atmosféry. Tam se odehrává téměř všechno počasí a v blízkosti zemského povrchu má na atmosférické jevy více faktorů.

Mezní vrstva jako součást troposféry

Obr. 1a Přibližné rozložení troposféry a dalších vrstev u nás v zimním období, obr. 1b totéž v letním období

Ve vzdušném obalu Země zvaném atmosféra se nejčastěji uvádí dělení na pod vrstvy podle průběhu teploty vzduchu  výškou. Rozlišujeme například termosféru, mezosféru či stratosféru. Nás bude ve vztahu k uvedeným pojmům a k počasí zajímat nejspodnější atmosférická vrstva zvaná troposféra. Tato sahá průměrně do 12km výšky, ale v některých oblastech a obdobích roku až do výšek kolem 17km nad povrchem. Naopak jinde ani ne do 10km. Její výška je tedy v čase i místě na Zemi proměnlivá. U nás dosahuje v zimním období například pouze 8km.

Odehrává se zde 99% projevů počasí, jen malý zlomek jich se může odehrát ve spodní stratosféře. Studium projevů počasí se opírá zejména o vrstvy troposféry v blízkosti povrchu. Tam má na počasí značný vliv mnoho faktorů, zejména samotný zemský povrch. To už naznačuje, kam mezní vrstvu v rámci troposféry zařadit. Vyskytuje se od povrchu do výšky maximálně 2km. Další oblast je nazývána volnou atmosférou a to až po její hranici. Pro mezní vrstvu atmosféry se běžně používá zkratka MVA a bude užita též dále v tomto textu.

Přibližný náčrt rozložení troposféry vůči dalším vrstvám v zimě a v létě ukazují obrázky 1a a 1b. Troposféra zasahuje v letním období asi o 5-6km výše než v zimním. Jde o její mocnost v našich podmínkách, například v tropických oblastech je ještě mocnější a to asi o 3-4km.

Rozsah a chování MVA

Obr. 2a Dělení troposféry (viz obr. 1a a 1b) v různých podmínkách v noci, obr. 2b totéž ve dne

Definice MVA a charakteristiky

Definice MVA zní: Nejnižší část troposféry přímo ovlivněná vlastnostmi zemského povrchu (druh, změny teploty atd.) se změnami v kratším čase než je hodina. pohyb v této vrstvě je dán Coriolisovou silou v horizontální rovině, rovnováhou tíhové a archimedovské síly ve vertikální rovině, silou vztlaku a rovnováhou smykového napětí. V MVA je proudění převážně turbulentní a významně se zde přenáší teplo, hybnost, vlhkost i znečišťující látky (Jaňour 2019). Tuto vrstvu určuje vliv zemského povrchu – důsledek tření (síla tření). Proto se tato vrstva též nazývá vrstva tření. Tato se vlivem něho mění i v kratším čase než v řádu hodiny. V této vrstvě se uplatňuje turbulentní proudění a promíchávání vzduchu. To zde působí přenos energie, tepla, hybnosti a podobně.

Tato vrstva se může dále dělit podle procesů na směšovací vrstvu, která zasahuje do spodní hranice nejnižší zádržné vrstvy. Rozdělit lze dále vedle běžné MVA zvané turbulentní také na laminární MVA. Tam převažuje laminární proudění a děje se tak pouze nad hladkými povrchy jako je vodní hladina bez vlivu větru nebo uhlazená sněhová pokrývka. Nejmenší změny vykazuje MVA nad oceány. V anticyklonách (viz tlakové útvary) nedosahuje tak velkých výšek jako v opačných útvarech (cyklony). Tam se zvyšuje v důsledku působení výstupných pohybů vzduchu. MVA je též tenčí v nočních hodinách, kdy se obecně uklidňuje cirkulace. Přes den vlivem slunečního záření a výskytu silnějšího proudění dochází k intenzivnění interakce povrchu a okolí. Započíná turbulence a přenos tepla do šířky i do výšky.

Zjednodušený model dělení troposféry je načrtnut na obrázcích 2a a 2b. Model je shodný, jen se liší situace na náčrtech v denní době. Obrázek 2a ukazuje přibližný výskyt přízemní a mezní vrstva přes den a obrázek 2b ukazuje totéž v noci. V obrázku je zapracován také vliv tlaku vzduchu na mocnost MVA.

Planetární mezní vrstva

Je tzv. zjednodušující model MVA, obecně užívanou zkratkou pro planetární mezní vrstvu je PMV. Tento model ale realitě neodpovídá. Pokud MVA splňuje určité podmínky, je tedy nazývána jako PMV. Jde o:

  • Turbulentní proudění
  • Horizontální homogenní turbulentní charakteristiky
  • Stacionární turbulentní charakteristiky
  • Turbulentní přenos významně převládá oproti molekulárnímu

(Jaňour 2019).

Přízemní vrstva

Jak název napovídá, tato vrstva přiléhá těsně k zemskému povrchu. Vyskytuje se tedy od povrchu a to do výšek maximálně asi 100m. Zde se tedy kryje s MVA a zaujímá asi 10% této vrstvy. V oblasti přízemní vrstvy se vyskytuje mikrovrstva. Má podobu několikacentimetrové přechodové vrstvy. V této vrstvě dochází k intenzivní tepelné výměně a turbulentnímu promíchávání vzduchu. V důsledku toho se předává do okolí teplo, energie, vlhkost atd. V této vrstvě se provádí měření většiny meteorologických prvků. Kontakt s povrchem je zde nejtěsnější.

Shrnutí a závěr

Mezní vrstva je ta část troposféry, která je značně ovlivňována zemským povrchem a dalšími vlivy související s prouděním vzduchu. Proudění vzduchu je v ní převážně turbulentní. Výška MVA  se mění v závislosti na typu terénu, denní době i synoptické situaci a cirkulaci. Větší tloušťku vykazuje při cyklonální situaci (nízký tlak vzduchu) a v denních hodinách. Zahrnuje přízemní vrstvu, která přiléhá těsně k zemskému povrchu. Zaujímá asi 10% MVA.

Pro detailní studium MVA doporučujeme novou literaturu profesora Jaňoura vydanou v roce 2019, který se detailně zabývá jejím modelováním. V textu je též citována. Dostupná je na www.academia.cz.

Použití: slovnik.cmes.cz

Meteo Aktuality

Od malička mě fascinuje voda, hydrologie, která je všude okolo a tedy i v atmosféře, kde za spolupůsobení dalších dějů přináší fascinující procesy a jevy. Mnohdy jde o extrémní a o to zajímavější jevy. Ne méně se zabývám klimatologií, která hodnotí dlouhodobý stav počasí - klima. Vazby a vzájemné ovlivňování těchto oborů studuji dnes a denně a rád přináším seriózní informace z oblasti těchto věd. Proto jsem v roce 2011 na internetu založil projekt Meteo Aktuality a nyní jsem majitel a hlavní správce tohoto webu. Ať se vám zde líbí a najdete tu to, co potřebujete a třeba klidně i něco navíc.