Tepelná bilance a radiační ochlazování

V tomto textu se budeme snažit přiblížit podstatu radiačního ochlazování. Hlavně objasnit například to, kdy se vzduch ochlazuje více než jindy a proč. Začít musíme u tepelné a radiační bilance Země. Teplo dodává na Zemi jednoznačně jedinečný zdroj a to Slunce. To je základním zdrojem příjmu tepla a celkově je považováno za “motor” počasí. Bez zahřívání by se počasí nemohlo odehrávat. Slunce a jeho záření lze ale označit za dobré sluhy i zároveň zlé pány. Slunce vyzařuje totiž různá spektra radiace a některá jsou pro nás nebezpečná. Radiační ochlazování povrchu a okolního vzduchu závisí na dalších podmínkách. Někdy jakoby nebylo a jindy je velmi intenzivní.

Sluneční záření

Přímé sluneční záření je prvním typem záření Slunce přes vstupem tohoto záření na atmosféry Země. Poté je rozptýleno, což určuje barvu oblohy. Ultrafialová záření procházejí atmosférou a částečně je vstřebává ozon. Právě ozonová vrstva nás před tímto nebezpečným a neviditelným zářením chrání. Vzhledem k tomu, že byla nebezpečnými freony v minulosti porušena, vznikla v ní díra. Ta má občas i velké rozměry a sluneční záření bývá tedy i nebezpečné, neboť je tato ochranná vrstva porušena. Dalšími druhy záření jsou viditelné (to vnímáme) a dále infračervené záření. To je též neviditelné, ale přináší Zemi teplo.

Poměry dopadlého záření na povrch:

• Ultrafialové (6%)
• Infračervené (42%)
• Viditelné (52%)

Přímé záření přichází přímo od slunečního kotouče do našich očí. Důležité je ovšem záření rozptýlené, které vzniká rozptylem na molekulách vzduchu, vodních kapkách či krystalcích ledu či dalších částicích vzduchu. Díky němu nevidíme oblohu nad sebou černou jen s ostrým slunečním svitem a hvězdami. To je těžko představitelné. díky jeho existenci se také nesetmí v případě příchodu oblačnosti a můžeme tak vidět kolem sebe.

Tepelná bilance Země

Existují příjmové a výdajové složky tepla z pohledu Země. Základní příjem tepla se koná od slunečního záření. Část tohoto záření pohltí hned atmosféra Země. Další část se odrazí od oblačnosti (pokud se nad danou oblastí nějaká vyskytuje). Nějaké odrazí všude přítomný prach v atmosféře. Záření pohlcuje i odráží dále zemský povrch. Závisí tedy na podmínkách pro příjem tepla povrchem. Od zemského povrchu se následně ohřívá okolí vzduch a zvyšuje se jeho teplota. A též se odehrává vyzařování. Teplo vyzařuje atmosféra a též dává zpětné záření směrem k povrchu. Teplo vyzařuje též samotný povrch, část tohoto záření pohlcují skleníkové plyny. Čím více jich je, tím více se poté otepluje.

Co jsou to skleníkové plyny? Možná se představíte pod hlavními skleníkovými plyny tolik diskutovaný oxid uhličitý CO₂ nebo Metan CH₄. Tyto plyny se vyskytují v atmosféře běžně, ale jsou také vypouštěny antropogenně v souvislosti s lidskou činností. Cílem textu není hodnotit do jaké míry jsou tyto vypouštěny a podobně. Hlavním skleníkovým plynem je ale vodní pára, tedy voda H₂O. Ta se vyskytuje v atmosféře zcela přirozeně.

Shrnutí tepelné bilance – přijaté teplo od Slunce:

• Rozptyl atmosféry (6%)
• Absorpce vodou, prachem atd. (16%)
• Absorpce oblaky (3%)
• Odražení oblaky (20%)
• Odražení povrchem (4%)

Shrnutí tepelné bilance – teplo rozptýlené, odražené a dále:

• Částečné vyzařování povrchem (6%)
• Emise skleníkových plynů (38%)
• Vyzařování oblaky (26%)

Toto se vrací do volného vesmíru. Pokud hodnotíme odrazivost (například předpoklady pro ní), hovoříme o albedu.

Radiační ochlazování a podmínky pro jeho výskyt

Jak se teplo a také tedy teplota vzduchu chová za různých podmínek? Hodnotíme zde míru radiačního ochlazování povrchu a tím i okolního vzduchu. Jde o opak příjmu tepla a zvyšování teploty vzduchu při zahřívání pomocí slunečního záření. Tímto procesem povrch a okolí vzduch teplo ztrácejí. Na území, kde povrch a okolí vůbec nezahřívá sluneční záření, teplo ztrácí. Vždy tedy záleží na podmínkách pro zahřívání i ochlazování, tedy pro ztrátu tepla. Radiační ochlazování je důležité pro předpoklad chování teploty vzduchu a míry jejího poklesu v nočních hodinách.

Základem je oblačnost

Platí základní pravidlo, že za bezoblačné noci se ochlazuje podstatně více než za zatažené noci. A důvod je jasný. Oblačnost určitou měrou brání úniku tepla, které vyzařuje zemský povrch, do volného vesmíru. Oblačnost tomuto nezabrání zcela, ale hraje dosti důležitou roli při hodnocení poklesu teploty vzduchu a výskyt mrazu. V noci se zpravidla ochlazuje, i když je obloha zcela zatažená. Ale někdy se při zatažené obloze může ochlazovat celkem rychle a hodně. Záleží totiž na druhu oblačnosti a výskytu různých oblačných pater. Pokud bude zataženo tenkou oblačností, nebude tato ochlazování příliš bránit. Pokud oblačností hustou, zpravidla nízkou, nebo i více patry oblaků, bude to na chování teploty znát o poznání více.

Nejen vítr sníží radiační ochlazování

Poklesu teploty vzduchu ale nebrání jen oblačnost. Probíhající radiační ochlazování (ochlazuje se vždy od zemského povrchu směrem vzhůru) a jeho účinky může narušovat proudění vzduchu, tedy vítr. Ten promíchá vzduchové vrstvy a odvede chladnější vzduch pryč. Teplota vzduchu ve standardní výšce měření pak nebude klesat tak, jako kdyby bylo bezvětří.

Proč je v létě za jasné a klidné noci takové horko?

Určitě si vzpomenete na letní noci, kdy je nejen celý den, ale i celou noc jasno a také bezvětří. V místnostech nelze spát, venku to je mnohdy podobné. Radiační ochlazování probíhá, ale není tak intenzivní kvůli přílivu velmi teplého či spíše horkého vzduchu. K těmto situacím dochází skutečně jen při vlnách veder. A určitě se bude více ochlazovat mimo města či lépe i mimo vesnice tam, kde jsou vodní plochy a vegetace. Tyto zvyšují vlhkost a ochlazují vzduch. Ve městech bude navíc docházet k intenzivnímu vyzařování tepla z betonových a asfaltových povrchů, které tyto načerpaly za parného dne.

Obecně je radiační ochlazování během noci významnější samozřejmě v chladné části roku. To vlivem ročního období a jeho specifik. Noci jsou delší a sluneční svit během dne slabý. Též v chladné části roku vznikají inverze teploty vzduchu. Intenzivnější radiační ochlazování začínáme pociťovat za vhodných podmínek už na sklonku léta, alespoň ve srovnání s předchozím letním obdobím. I v létě se může celkem pěkně ochladit, za jasné noci může být v nížinách i v červenci v minimu klidně i 7°C nebo 5°C. Základem je ale příliv dostatečně studeného vzduchu. Dobrým příkladem byl červenec 2019, tedy loňský. V prvních dvou týdnech panovalo v ČR studené proudění, za jasných nocí teplota klesala dosti nízko.

Další informace o tématice tepla a teploty najdete na naší stránce Teplota vzduchu, ohledně jejího vertikálního chodu pak na stránce Teplotní inverze. Dále též v článku Teplota vzduchu a její zvláštní chod. Více o zdroji tepla najdete na stránce Slunce.