Globální atmosférická cirkulace. Vítr

Článek aktualizuje problematiku výzkumu globální atmosférické cirkulace. Zejména jsou studovány specifika větru.

1. Atmosférická cirkulace

Atmosférická cirkulace – je systém velkých vzduchových proudů Země: pasátů, západních větrů (přenos vzduchových hmot z mírných zeměpisných šířek) a východních větrů (přenos vzduchových hmot z polárních zeměpisných šířek). Je způsoben nerovnoměrným rozložením atmosférického tlaku nad zemským povrchem. Byly stanoveny tzv. pásy atmosférického tlaku (obr. 1) (oblasti vysokého a nízkého tlaku).

Oblasti nízkého tlaku se zpravidla vytvářejí nad teplými oblastmi a oblasti vysokého tlaku nad chladnějšími oblastmi. V důsledku toho dochází k horizontálnímu pohybu vzduchu (větru) z oblasti vysokého tlaku do oblasti nízkého tlaku.

větrem se nazývá horizontální pohyb vzduchu. V tomto případě se vzduch pohybuje z oblasti vysokého tlaku do oblasti nízkého tlaku. Větry pozorované v blízkosti zemského povrchu jsou velmi rozmanité. Obvykle se dělí do skupin: lokální větry způsobené místními podmínkami (teplota, orografie); větry cyklon a anticyklon a větry, které jsou součástí celkové cirkulace atmosféry.

Obr. 1. Obecná cirkulace atmosféry

2. Místní větry

Pod místní větry rozumět větrům, které jsou charakteristické pouze pro určité zeměpisné oblasti. Jejich původ je různý.

Za prvé, lokální větry mohou být projevem lokálních cirkulací, které vznikají v systému celkové cirkulace atmosféry se slabými i rozsáhlými proudy vzduchu.

Za druhé, lokální větry mohou představovat lokální změny (poruchy) v proudech obecné cirkulace atmosféry pod vlivem orografie nebo topografie oblasti.

3. Beaufortova stupnice

Beaufortova stupnice – je konvenční 12bodová stupnice pro vizuální určení síly a rychlosti větru na základě jeho vlivu na pozemní objekty a vodní plochy. Beaufortova stupnice definuje vztah stanovený mezinárodní dohodou mezi rychlostí větru v m/s (km/h, v námořních uzlech) a silou větru vyjádřenou v konvenčních jednotkách – bodech (od 0 do 12). Rychlost větru se měří anemometry nad otevřenou, rovnou hladinou moře a pevniny ve standardní výšce 10 m. Beaufortova stupnice byla vyvinuta v roce 1806 anglickým námořním hydrografem a navigátorem kontradmirálem F. Beaufortem, který navrhl tabulku pro hodnocení síly větru v závislosti na jeho rychlosti.

Síla větru na zemském povrchu podle Beaufortovy stupnice (ve standardní výšce 10 m nad otevřeným, rovným povrchem)

Slovní definice síly větru

Rychlost větru, m/s

Klid. Kouř stoupá svisle.

Směr větru je znatelný, ale podle závěje kouře, nikoli podle korouhvičky.

Pohyb větru je cítit na tváři, listí šustí, korouhvička se dává do pohybu

Listy a tenké větve stromů se neustále kymácejí, vítr třepoce horní vlajky

Vítr zvedá prach a papíry a hýbe tenkými větvemi stromů

Tenké kmeny stromů se kymácejí, na vodě se objevují vlny s hřebeny

Silné větve stromů se kymácejí, telegrafní dráty hučí

Kmeny stromů se kymácejí, je těžké jít proti větru

Vítr láme větve stromů, je velmi těžké chodit proti větru

Drobné poškození; vítr odfoukl kouřové kryty a střešní tašky

Významné poškození budov, stromy jsou vyvráceny. Na souši se vyskytuje jen zřídka.

Velké ničení na velké ploše. Na souši velmi vzácné.

4. Vánky

Mezi místní větry tepelného původu patří: vánek (francouzsky – brise – slabý vítr). Vánky jsou větry vanoucí poblíž pobřeží moří a velkých jezer, které mají prudkou denní změnu směru. Vánky jsou námořní (přes den) a pobřežní (noc).

Přes den vane mořský vánek směrem k pobřeží a v noci vane od pobřeží směrem k moři vánek od souše (obr. 2).

Obr. 2. Diagram vzniku vánku

Rychlost větru ve váncích je 3-5 m/s a v tropech více. Vánky jsou jasně projeveny v případech, kdy je jasné počasí a celkový přenos vzduchu je slabý, jak se stává například ve vnitřních částech anticyklon. Jinak celkový přenos vzduchu v určitém směru vánky maskuje, jak se vždy stává při průchodu cyklon.

Důvodem vzniku vánku je, že voda má vyšší tepelnou kapacitu, takže její ohřev a ochlazení trvá déle. Během dne se vzduch nad pevninou rychle ohřívá a stoupá vzhůru a je nahrazován chladnějším vzduchem od moře, začíná vát mořský vánek, který snižuje teplotu vzduchu na pobřeží a také zvlhčuje vzduch. Po západu slunce se pevnina začíná ochlazovat rychleji než voda. V této době se začíná tvořit pobřežní vánek, je slabý a bez vertikálního pohybu. Brzy ráno a večer se teploty moře a pevniny vyrovnávají, zatímco nedochází k žádnému pohybu vzduchu, vítr ustává, moře se uklidňuje.

Rychlost vánku je nízká, 1–5 m/s, zřídka více. Vánek je patrný pouze za podmínek slabého celkového přenosu vzduchu – v tropech, a ve středních zeměpisných šířkách – za stabilního bezvětří. Vertikální výška (tloušťka) vrstvy vzduchu je ve dne až 1–2 km, v noci o něco menší. Střídání denního a nočního větru se nazývá cirkulace vánku. Cirkulace vánku postihuje pobřežní a mořské oblasti o šířce 10–50 km.

Mořský vánek snižuje teplotu vzduchu během dne a zvyšuje vlhkost vzduchu. Vánek je častější v létě, kdy teplotní rozdíl mezi pevninou a vodou dosahuje největších hodnot. V mírném pásmu je vánek obvykle nejvýraznější za teplého počasí a za oblačného počasí s největším teplotním rozdílem mezi pevninou a vodou (kolem 20 °C). V tropických zemích je vánek pozorován po celý rok.

5. Vysoušeč vlasů

Föhn (německy Fohn, z latinského favonius – teplý západní vítr) – teplý, suchý nárazový vítr, který někdy vane z hor do údolí (obr. 3).

Obr. 3. Schéma zapojení fénu

Během fénu se teplota vzduchu výrazně a rychle zvyšuje a relativní vlhkost prudce klesá, někdy až na jednu nebo dvě desítky procent. Na začátku fénu lze pozorovat prudké a rychlé výkyvy teploty a vlhkosti v důsledku setkání teplého vzduchu fénu se studeným vzduchem vyplňujícím údolí. Nárazový charakter fénu naznačuje silnou turbulenci v jeho proudění. Délka trvání fénu se může pohybovat od několika hodin do několika dnů, někdy s přestávkami (pauzami).

Fény jsou v Alpách známy již od starověku. Jsou velmi běžné v západním Kavkaze na severním i jižním svahu hřebene. Fény lze pozorovat také pod strmou stěnou Jajly na jižním pobřeží Krymu, v horách Střední Asie a Altaje, v Jakutsku, západním Grónsku, na východních svazích Skalnatých hor a v mnoha dalších horských systémech.

6. Bóra

Bora (italská bora z řeckého „boreas“ – sever, severní vítr) – silný, studený a nárazový vítr vanoucí z nízkých horských pásem směrem k poměrně teplému moři (obr. 4).

Obr. 4. Směr proudění vzduchových hmot lesem

Vzniká převážně v chladné části roku invazí studených vzduchových hmot, které se valí přes nízké hřebeny (obvykle 300-600 m), zahřívají poměrně málo a “padají” vysokou rychlostí dolů po závětrném svahu působením tlakového gradientu a gravitace. Teplota vzduchu v oblasti invaze klesá. Pozoruje se zejména v zimě v oblastech, kde hřebeny oddělují vnitřní roviny a plošiny od teplých moří nebo velkých vodních ploch. Například na jaderském pobřeží bývalé Jugoslávie poblíž Terstu, na severu černomořského pobřeží Kavkazu poblíž Novorossijska – novorossijská bora.

7. Větry vanoucí z hor a údolí

V údolích horských systémů se pozorují větry s denní periodicitou, podobné vánku. větry horského údolíHorsko-údolní větry jsou nejvýraznější za teplých, jasných letních nocí. Rychlost horského větru závisí na strmosti svahu, stejně jako na šířce a hloubce údolí. Během dne fouká údolní vítr od ústí údolí nahoru údolím a také po horských svazích. V noci fouká horský vítr ze svahů a dolů údolím směrem k rovině. Horsko-údolní větry jsou dobře vyjádřeny v mnoha údolích Alp, Kavkazu, Ťan-šanu, Pamíru a dalších horských zemí, zejména v teplé polovině roku. Jejich vertikální síla je značná a měří se průměrnou výškou hřebenů tvořících boky údolí: větry vyplňují celý průřez údolí, jsou silné, ale někdy dosahují 10 m/s nebo více.

Existují nejméně dvě nezávislé příčiny horsko-údolních větrů. Jednou je denní stoupání nebo noční klesání vzduchu podél horských svahů – svahové větry. Druhou příčinou je obecný přenos vzduchu údolím nahoru během dne a dolů v noci – horsko-údolní větry v užším slova smyslu. Během dne je povrch horských svahů teplejší než okolní vzduch. Proto se vzduch v bezprostřední blízkosti svahu ohřívá více než vzduch dále od svahu a v atmosféře se vytváří horizontální teplotní gradient směřující ze svahu do volné atmosféry.

8. Globální (obecná) atmosférická cirkulace

Globální atmosférická cirkulace je cirkulace vzduchu na zeměkouli, vedoucí k jeho přenosu z nízkých do vysokých zeměpisných šířek a zpět. V troposféře zahrnuje atmosférická cirkulace: cyklony a anticyklony, pasáty, západní proudy vzduchu mírných zeměpisných šířek, monzuny. Pohyb vzduchových hmot probíhá jak v zeměpisné šířce, tak v meridionálním směru. Důvodem pohybu vzduchových hmot je nerovnoměrné rozložení atmosférického tlaku a ohřev povrchu pevniny, oceánů, ledu sluncem v různých zeměpisných šířkách, jakož i vychylovací vliv rotace Země na proudění vzduchu.

Hlavní vzorce atmosférické cirkulace jsou obecně konstantní: v dolní troposféře se převládající směry letecké dopravy liší podle zeměpisných pásem. V polárních zeměpisných šířkách vanou východní větry; v mírných zeměpisných šířkách západní větry, často narušované cyklony a anticyklony; pasáty a monzuny jsou nejstabilnější v tropických zeměpisných šířkách.

Rotace Země vychyluje tyto pohybující se hmoty na severní polokouli doprava a na jižní doleva. Vzduch tak netíhne na sever, ale na severovýchod, a někde ve vzdálenosti 30 stupňů od rovníku již nejde podél poledníku, ale podél zeměpisné šířky od západu k východu. Akumulace vzduchu v oblasti 30 stupňů zeměpisné šířky vede k vytvoření pásu vysokého tlaku nad zemským povrchem (obr. 5). Z tohoto pásu se vzduch šíří oběma směry, podléhá působení vychylovací síly rotace Země (Coriolisova síla). Některé vzduchové hmoty se ochlazují a stáčí se zpět k rovníku a mají severovýchodní směr (pasáty), jiné jihozápadní, čímž uzavírají prstence atmosférické cirkulace.

Obr. 5. Umístění prvků obecné cirkulace atmosféry

9. Větry cyklonů a anticyklonů

Cyklony – jedná se o atmosférické víry, které vznikají nad relativně teplým povrchem a mají větrný systém rotující proti směru hodinových ručiček na severní polokouli (obr. 6, ). Ve vertikálním řezu je cyklon vzestupný proud vzduchu. Cyklony se tvoří nad povrchem severního Atlantiku, v islandském minimu (střed nízkého tlaku) a poté se pohybují na západ.

Rýže. 6. Cyklony (a) a anticyklony (b)

Anticyklony jsou opačnou „kopií“ cyklonů, tvoří se nad ochlazeným povrchem (obr. 6, b). Sestupné vzdušné proudy vytvářejí oblasti vysokého atmosférického tlaku. V tomto případě se tvoří systém větrů, směřujících ve směru hodinových ručiček od středu vysokého tlaku k periferii (tj. z oblasti vyššího tlaku do oblasti nižšího tlaku). Převládající oblastí působení anticyklon je Střední Sibiř (tzv. Asijské maximum).

Složité procesy vzniku, vývoje a transformace cyklonů a anticyklonů se běžně nazývají cyklonální aktivita. V polárních oblastech Země převládá východní směr větru. Tropické cyklóny se tvoří tam, kde je teplota vodní hladiny vysoká (nad 26 °C) a teplotní rozdíl mezi vodou a vzduchem je větší než 2 °F. To vede ke zvýšenému odpařování, tedy ke zvýšení zásob vlhkosti ve vzduchu. Výsledný silný tah odnáší stále více objemů vzduchu, ohřátého a zvlhčeného nad vodní hladinou. Rotace Země dává vzduchu vírový pohyb a vír se stává podobným obřímu káči, jehož energie je obrovská.

10. Pasáty

Pasáty – jedná se o vzdušné proudění v tropických zeměpisných šířkách oceánů, relativně stabilní po celý rok. Na severní polokouli se v zimě pásmo pasátu rozprostírá od rovníku k 28° s. š. V létě, kdy se rovníkový žlab přesouvá na severní polokouli, se pásmo pasátu nachází mezi 18 a 31° s. š. (obr. 1). Plocha pokrytá cirkulací pasátu se tak od zimy do léta zmenšuje o polovinu. Na jižní polokouli je poloha pásma pasátu stabilnější. Na severní polokouli v létě pod vlivem dobře vyvinuté monzunové cirkulace získává pásmo pasátu složitou strukturu.

Rychlost pasátů u zemského povrchu je v průměru 5-8 m/s. Na zeměkouli jsou tyto větrné systémy nejstabilnější: s pravděpodobností 80-90 % je lze nalézt kdykoli během roku, a to nejen na průměrných mapách. V dobách plavby měl vítr pro navigaci prvořadý význam. Španělští mořeplavci tento vítr nazývali „viento de asade“ – příznivý pro pohyb.

11. Monzuny

Monzun (z arabského „mawsim“ – roční období, přes francouzské Mousson) – stabilní větry, periodicky měnící svůj směr, vanoucí v létě od oceánu, v zimě od pevniny; typické pro tropické oblasti a některé pobřežní země mírného pásma (Dálný východ). Výskyt monzunů je spojen s nerovnoměrným ohřevem pevniny a oceánu po celý rok. Oceán je sluncem ohříván mnohem pomaleji, ale také velmi pomalu uvolňuje teplo, ale pevnina se velmi rychle ochlazuje a také se rychle ochlazuje. Ukazuje se, že v létě je teplota pevniny ohřívané sluncem vyšší než teplota oceánu. Ohřátý vzduch nad pevninou stoupá vzhůru a vytváří oblast nízkého tlaku. Nad chladnějším oceánem je tlak vzhledem k pevnině vyšší než nad ohřátou pevninou (obr. 7).

Obr. 7. Směr monzunů v horkém (léto) a chladném (zima) období

Stabilita monzunů je spojena se stabilním rozložením atmosférického tlaku během každého ročního období a jejich sezónní změna je spojena se zásadními změnami v rozložení tlaku mezi jednotlivými ročními obdobími. Převládající barické gradienty prudce mění směr mezi jednotlivými ročními obdobími a s tím se mění i směr větru.

Monzuny se pozorují v oblastech, kde jsou cyklony a anticyklony dostatečně stabilní a mají ostrou sezónní převahu jednoho nad druhým. V oblastech Země, kde se cyklony a anticyklony rychle střídají a málo dominují nad druhými, je větrný režim proměnlivý a nepodobá se monzunu. To platí i pro většinu Evropy.