Vlhkostní poměry vzduchu a jejich změny

Vlhkostní poměry vzduchu vykládají co je vlhkost vzduchu, jaké jsou její změny a co je to výpar. Dále jde o změny vody ve vzduchu, tzv. její fázové přechody. S vlhkostí vzduchu také souvisejí oblačnost a atmosférické srážky. Článek vykládá o výskytu a změnách vlhkosti ve vzduchu. Dále o procesech vzniku a dalšího chování oblaků, o tvorbě a výskytu jejich srážkové činnosti. Vlhkost je obsahem vodní páry v ovzduší, který se v čase a dle místních vlivů neustále mění. Ovlivňují ho zejména vypařování a opak v podobě kondenzace páry v atmosféře, její přenos ve vertikále působením konvekce a turbulence. Dále ho ovlivňuje advekce, tedy horizontální přenos vlhkého vzduchu nahrazujícího vzduch sušší či opačně. V další části textu vykládáme vedle vypařování vody a též o samotné kondenzaci či sublimaci vodní páry v atmosféře. Dále o s těmito procesy související oblačnosti a s ní souvisejících atmosférických srážkách, resp. též o mlhách, pojednáme v dalším textu.

Voda v kapalné podobě na travním porostu louky, spadlá srážkovou činností nebo vzniklá usazením v podobě tzv. rosy.

Vlhkost vzduchu a její chod, vypařování

Vlhkost vzduchu v základu dělíme na absolutní a relativní. Změny absolutní vlhkosti určuje výpar z povrch a též přesun páry do vyšších hladin atmosféry. Může se objevit jednoduchý nebo dvojitý denní chod této vlhkosti. To závisí na tom, zda výpar trvale kryje přízemní ztráty obsahu vodní páry vlivem jejího vertikálního přenosu. Jednoduchý chod je záležitostí moří a v zimním období i pevnin a kryje se s chodem teploty vzduchu (viz článek ). Minimum absolutní vlhkosti se dosahuje brzy ráno, maximum po poledni. Nad pevninou v létě je tzv. dvojitý chod absolutní vlhkosti a tlaku vodní páry. Brzy ráno nastává hlavní minimum, pozdě rána a zpočátku dopoledne první maximum. Dále brzy odpoledne vedlejší minimum a večer poté vedlejší maximum. Zde výpar trvale nestačí krýt úbytek páry při přenosu této páry do vyšších hladin atmosféry. Období výskytu extrémních hodnot tak mají své opodstatnění. Roční chod absolutní vlhkosti a tlaku vodní páry se odvíjí od ročního chodu výparu. Ten je v letním období maximální a minima dosahuje naopak v zimě.

Relativní vlhkost jako poměr skutečné hustoty vodní páry a hustoty nasycené= vodní páry při dané teplotě. Relativní vlhkost má opačný denní i roční chod oproti teplotě vzduchu. Jak stojí ve výše jmenovaném článku o teplotních poměrech. Relativní vlhkost je tedy nejnižší v létě a nejvyšší v zimě. Ohledně vertikálního chodu vlhkosti vzduchu v atmosféře uveďme alespoň stručně, že tlak vodní páry s výškou rychle klesá. Relativní vlhkost nemá s výškou žádný jednoznačný chod. Vlhkost vzduchu se tedy v jednotlivých výškách střídá v závislosti na podmínkách pro vznik oblaků. V některých výškách máme oblačnost, tam bude relativní vlhkost na maximu. Tyto výšky mohou střídat oblasti bez oblaků s nižšími hodnotami vlhkosti, případně i rázem s minimálními hodnotami vlhkosti.

Viditelná vodní pára v podobě rozpouštějící se podzimní mlhy v nížině naší republiky a výpar z prochladlého povrchu pole. Ve výšce nabývá mlha postupně formy oblaku a v některých případech působením konvekce v pozdějších dopoledních hodinách i kupovité podoby (viz shodná situace o něco později zachycená na náhledové fotografii tohoto článku).

Vlhkostní poměry vzduchu: Výpar, jeho rychlost a chod

S vlhkostí vzduchu souvisí výpar čili vypařování jako jede z fázových přechodů vody. Z povrchu se neustále vypařuje voda přecházející tím ve formě páry do atmosféry. Výpar nazývaný odborněji evaporací se odehrává z vodních ploch i z povrchů pevné půdy, i ze sněhové či ledové pokrývky nebo z rostlin (tzv. transpirace). Souhrnem evaporace a transpirace (viz výše) je evapotranspirace, tedy celkový výpar. Dalším pojmem je intercepce jako výpar srážek zachycených na rostlinách. V atmosféře dochází ke kondenzaci vodní páry a následnému výskytu padajících srážek, čímž se voda vrací na povrch. Výpar hraje podstatnou roli při uzavřeném a neustále probíhajícím koloběhu vody na Zemi. Z povrchu Země jako celku se ročně vypaří přibližně 518 600km³ vody (86% z oceánů). Shodné množství vody na planetě opět spadne zpět na povrch (79% nad oceány). Jen vždy záleží na tom, kde se kolik této vody vypaří či naopak spadne za určitý čas a ve kterém období daného roku. Od toho se odvíjí vodní bilance dané oblasti, územního celku různého rozsahu, které také závisí na dalších klimatických podmínkách v daném místě a čase, resp. období. Při nerovnoměrném rozložení padajících srážek či intenzitě výparu vznikají v daných oblastech dva druhy hydrologických extrémů – povodeň a sucho. Se změnami rozložení srážek a zvyšující se teplotou (důsledek globální změny, oteplování), která ovlivňuje intenzitu výparu a poté samozřejmě i produkci srážek, jsou a budou tyto extrémy na Zemi častější a významnější.

Rychlost vypařování znamená množství vody v podobě hmotnosti, které se za daný čas vypaří z určité plochy. Další výpar se zastaví v okamžiku, kdy se při vypařování vody do uzavřeného prostoru tamní vzduch zcela nasytí vodní párou (dosáhne relativní vlhkosti 100%). Rychlost vypařování závisí na rychlosti difuzního nebo turbulentního transportu vodní páry ve vertikále směrem od povrchu, ze kterého se vypařuje voda. V běžných přírodních podmínkách je prostor nad povrchem s výparem vody volný a párou je nasycena jen přilehlá vrstva povrchu s výparem, která je tenká. Vlivem nepřetržitého transportu molekul vodní páry. Tím vrstva vzduchu u povrchu ztrácí vodní páru, kdy tuto ztrátu kompenzuje příliv vodní páry pokračujícím vypařováním z povrchu a vzduch je zde stále nasycen.

Rychlost vypařování roste s rostoucí teplotou a tím se zvyšuje i rychlost vypařování. To znamená, že chod výparu je shodný jako chod teploty vzduchu. Maximum dosahuje výpar v období maxima teploty povrchu (zpravidla odpoledne) a minima v noci. Zejména v chladné části roku, kdy je vzduch u povrchu blízko stavu nasycení, se výpar i zcela zastaví.

Viditelná vodní pára v podobě oblaku nízkého patra letního typu, Cumulus, kdy ostřejší okraj oblaku vypovídá o jeho „růstu“.

Vlhkostní poměry vzduchu: Kondenzace a sublimace vodní páry

Souvisí s tvorbou oblaků či mlh a s nimi spojených srážek, resp. přesněji řečeno je nedílnou součástí tohoto procesu. O oblacích a srážkách pojedná samostatný článek. V tomto textu pojednávajícím o vlhkosti vzduchu a výparu vody pojednáme pouze stručněji o procesu kondenzace a sublimace jako fázovém přechodu vody. Meteorologický slovník výkladový a terminologický definuje kondenzaci vodní páry jako fázový přechod vody ze skupenství plynného (tj. vodní páry) do skupenství kapalného (tj. vody), při kterém dochází k uvolňování latentního tepla kondenzace. V reálné atmosféře se kondenzace odehrává vždy, když je dosaženo stoprocentní nasycení vodní páry vůči rovinnému vodnímu povrchu. Existence aerosolových částic v ovzduší mohou působit usnadňování vzniku zárodků vodních kapiček. Jde o tzv. kondenzační jádra a existuje mnoho mechanismů, kdy aerosolové částice prostřednictvím nich působí jako tato kondenzační jádra. výše citovaný Meteorologický slovník definuje kondenzační jádra jako aerosolové částice s vhodnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi vhodnými pro to, aby se staly centry kondenzace vodní páry heterogenní nukleací vody. Bez jejich přítomnosti by bylo nutné pro vznik kapiček homogenní nukleací vody nutné takové přesycení vodní páry, ke kterému v přírodních atmosférických podmínkách téměř nedochází.

Zde se zmíníme o reálném množství kondenzačních jader v přirozených podmínkách atmosféry. Existují zkušenosti a poznatky, že by jich mělo být většinou dostačující množství na to, aby veškerá vodní pára schopná za daných podmínek kondenzace skutečně zkondenzovala. K tomuto obecně doporučujeme náš rozšiřující článek Termodynamika atmosféry.

Kondenzace a sublimace na povrchu

Kondenzace a sublimace se vyskytuje i u zemského povrchu. Vrstvy vzduchu přiléhající k povrchu nebo ke studeným předmětům se mohou při dotyku s nimi ochladit až na tepotu rosného bodu. V takovém případě dochází k nasycení vzduchu vodní párou. Při pokračujícím ochlazování dochází ke kondenzaci či sublimaci (dle teploty) přebytečná vodní pára na povrchu těchto studených předmětů či půdním povrchu. Podle podmínek ochlazování vznikají různé druhy jevů zvaných usazené, tzv. horizontální, srážky. O těch detailněji pojednáváme v již avizovaném samostatném článku o oblacích a srážkách.

TIP: O oblacích, mlhách jako produktech kondenzace spojených s vlhkostí a s oblaky spojených atmosférických srážkách pojedná následující článek.