Hodně z Vás jistě nikdy nerozumělo těm čarám, co jsou na některých grafech profilu atmosféry, a tak jsem zde umístil text, který Vám jistě pár věcí objasní.


Popis grafu vertikálního profilu atmosféry

Graf se nazývá aerologický diagram, jeho vodorovnou osu tvoří teplotní škála a svislou osu některá veličina, která nám dobře poslouží jako vertikální souřadnice. Může to být například výšková stupnice. Proveďme si malý rozbor obrázku. Tlustou čárou je zobrazený průběh teploty s výškou. Je to tzv. křivka zvrstvení. Přerušovaná čára ukazuje průběh teploty rosného bodu a tak vidíme, jaký je rozdíl obou teplot v různých výškách. Tam, kde jsou obě čáry u sebe blíže, je vyšší poměrná vlhkost vzduchu. Čára, kterou v grafu vedeme z teploty rosného bodu na úrovni zemského povrchu, je tzv. čára stejné specifické vlhkosti vzduchu, je to také křivka průběhu teploty, a ukazuje nám, o kolik bychom museli snižovat při adiabatickém výstupu teplotu bubliny, aby se v ní zachovávala stále stejná specifická vlhkost. Hodnota jejího poklesu s výškou je zhruba 0.2 stupně Celsia na každých 100 metrů. Veďme tuto čáru z teploty rosného bodu vzhůru až do místa, kde protne křivku zvrstvení. Právě v této hladině bude ležet při aktuální teplotě vzduchu T, z níž vychází křivka zvrstvení, konvektivní kondenzační hladina KKH - jinými slovy základny kumulů. Spusťme z KKH šikmo dolů nenasycenou adiabátu, která znázorňuje změny teploty bubliny ještě předtím, než se nasytí v KKH vlhkostí. Průsečík nenasycené adiabáty s úrovní zemského povrchu je údaj o konvektivní teplotě, tj. teplotě, při níž začne fungovat termická konvekce. Pokud během dne vyšplhá rtuť teploměru na tuto hodnotu nebo i výš, pak předpovídáme vznik termiky. Je to jeden z předpokladů její existence. Dalším nezbytným předpokladem je instabilita teplotního zvrstvení.

A teď to důležité: plocha, kterou vymezuje na našem diagramu křivka zvrstvení, nenasycená adiabáta (také nazývaná stavová křivka) a hladina nadmořské výšky příslušného zemského povrchu, odpovídá kinetické energii vystupující bubliny nebo správněji vzduchové částice v oblasti mezi zemí a základnou kumulů. Označme si jí zde jako PLOCHA 1. Pokud je stavová křivka vpravo od křivky zvrstvení tak jako na našem obrázku, je energie částice kladná a bublina tak bude na základě archimédovských sil nucena samovolně stoupat. Když vystoupá až do KKH, dojde ke kondenzaci vodní páry a vzniku kupovitého oblaku. Pokud bude částice pokračovat ve svém výstupu, bude se nyní ochlazovat jen o 0,65 °C/100 metrů díky uvolňování latentního tepla při kondenzaci páry. Jestli mají být splněny podmínky pro další stoupání bubliny, musí teplota okolní atmosféry klesat s výškou o více než těchto 0.6 stupně Celsia na každých sto metrů. Čáru tohoto poklesu jsme zakreslili v diagramu z průsečíku křivek zvrstvení, čáry stejné specifické vlhkosti, nenasycené adiabáty a KKH. Stoupejme pohledem po této nové čáře, která se jmenuje nasycená adiabata až do bodu, kde znovu protne křivku zvrstvení. A opět nám tak vymezuje plochu, danou nasycenou adiabátou a křivkou zvrstvení, kterou jsme označili jako PLOCHA 2 a ta odpovídá kinetické energii stoupající částice, nyní již nasycené vodní párou. Protože je na našem obrázku zase stavová křivka - teď je stavovou křivkou nasycená adiabata 0.6°C/100 m vpravo od křivky zvrstvení, je opět kinetická energie daná touto plochou kladná a to znamená, že i tady je naší bublině udíleno zrychlení směrem vzhůru.

Ono by to bylo ve skutečnosti pěkné, protože stoupavý proud by se podle této teorie se vzrůstající výškou nad zemí neustále zrychloval a pod základnami kumulů by nám ulítly ručičky variometru. Jak to, že tomu tak v praxi není? Kdo zkusil někdy vypustit pouťový balónek, už tuší odpověď. Balónek se stejně jako vzduchová termická bublin prodírá okolní atmosférou, která jí vlastně třením brzdí- jako loďka, která jede vodou. A to stále neuvažujeme, že by se mohl do stoupající termiky vměšovat chladnější vzduch z okolí. Takže energie stoupavého proudu je poněkud rozptylována třením vzduchu o vzduch a bublina stoupá víceméně rovnoměrně a nezrychleně. Teprve ve výšce, kde nasycená adiabáta protíná křivku zvrstvení, končí zároveň zásoba kladné energie, která byla doposud hnacím motorem termické bubliny, a ve výškách nad touto hladinou začíná být pohybová energie vystupující částice záporná. To znamená, že jí začíná brzdit. A protože platí zákon zachování energie, budeme uvažovat, že k úplnému zastavení termické bubliny bude zapotřebí téže energie, kterou bublina potřebovala k udílení svého pohybu vzhůru. Tak zkonstruujeme plochu označenou PLOCHA 3, jejíž velikost musí být stejná, jako součet obou ploch kladných energií PLOCHA 1 a PLOCHA 2. Třetí plocha bude také vymezená křivkou zvrstvení, nasycenou adiabátou, protože předpokládáme, že stoupavý proud bude zpomalovat uvnitř kupovitého oblaku, tedy tam, kde je vzduch nasycený párou, a vodorovnou přímkou, určující nám hladinu, v níž se termická bublina zastaví. Tím jsme stanovili výšku dostupu termických stoupavých proudů a vlastně výšku vrcholů kumulů a tloušťku celé konvektivní vrstvy.

Když známe předpověď maximální denní teploty, můžeme si tuto hodnotu Tmx zakreslit do diagramu, vést z ní nenasycenou adiabátu a stanovit výšku základny kumulů při dosažení této teploty. Z obrázku vidíme, že KKH při teplotě Tmx leží výš, než při T. Z toho poznáváme, že základny kupovitých mraků během dne zvyšují svojí výšku nad zemí a někdy se můžou dokonce přiblížit až do výšky vrcholků kumulů. Oblaky tak mohou zmenšovat svůj vertikální rozměr a přecházet postupně na typ humilis a můžou během dne úplně vymizet. Termika může existovat nadále, jenom už není provázena konvektivní oblačností.

Uvedená metoda aerologického rozboru se nazývá metoda částice, ovšem prokazuje některé nedostatky, jichž jsme se při výkladu dotkli. Předně uvažuje naprostou energetickou izolovanost stoupající termické bubliny od okolní atmosféry. V reálné přírodě je tomu ale jinak - bublina část své energie ztrácí, protože odevzdává trochu svého přebytku tepla do okolního vzduchu. Pak je ale jasné, že její kladná energie nebude tak velká, aby dokázala bublinu transportovat do tak velké výšky, kterou jsme zjistili pomocí porovnání kladných a záporných ploch. Můžeme říci, že metoda částice nadhodnocuje jak výšku dostupu termických stoupavých proudů, tak i samotnotnou jejich energii, potažmo - rychlost stoupání. Ani absolutní vlhkost si bublina nezachovává. Vlivem turbulentní výměny při okrajích stoupavého proudu se do bubliny dostává více vlhkosti z okolního vzduchu a okrajové části stoupavých proudů tak provází dřívější vznik oblaku cumulus, než v centru proudu. Proto jsou základny kumulů u aktivní termiky uprostřed mírně prohnuté směrem dovnitř oblaku. V meteorologické praxi se teoretický výpočet aerologických parametrů ještě opravuje o vliv okolí na částici. Jedná se o metodu vtahování, jíž se podrobněji zabývat nebudeme.

Jiná metoda aerologického rozboru se nazývá metoda vrstvy a na rozdíl od metody částice bere v úvahu nejen stoupání termických bublin, ale i kompenzační klesavé proudy, které nahrazují vzduch v termice, odtržený od zemského povrchu a stoupající vzhůru. Energie klesavých proudů potom dost výrazně redukuje původně vypočtenou energii stoupající bubliny, a to asi na čtvrtinu hodnoty, kterou udává metoda částice. Z metody vrstvy vyplývají některé fyzikální vzorce pro výpočet množství konvektivní oblačnosti a rychlostí stoupání, ovšem výsledky výpočtů jsou oproti praxi značně nepřesné.



Text převzat i s obrázkem ze stránky Vztlak.cz. Text jen málo upraven.