Atmosféra I. – Složení Atmosféry, Počasí, Cirkulace Vzduchu

Tento výukový materiál je součástí Učebnice zeměpisu v sekci Fyzický zeměpis -> Planetární geografie. V rámci tohoto tématu článek navazuje na 7.díl – Litosféra IV. – Geomorfologie (1.část) – Působení vody a větru. Po tomto díle následuje Atmosféra II – Podnebné pásy, Podnebí,  Tlakové útvary

Složení Atmosféry

Atmosféra je plynný obal Země. Je to směs plynů!

Chemické složení atmosféry (zaokrouhleno na celá %):

78% dusík (N₂), 21% kyslík (O₂), 1% vzácné plyny.

Ze vzácných plynů je daleko nejvíc zastoupen argon (Ar), je ho celkem 0.93%. Dále je v atmosféře přítomno nepatrné množství oxidu uhličitého (CO₂) – asi 0.04%. Toto složení se týká dokonale suchého vzduchu! Vedle toho jsou obvykle ve vzduchu přítomny vodní páry (H₂O), celkem 0-4%.

Výškové členění atmosféry

Pamatovat podtržená čísla – výšky jednotlivých vrstev!

1. Troposféra. Rozkládá se přibližně ve výšce 0-11 kilometrů. Toto číslo je ovšem průměrné, neboť nad póly sahá troposféra jen do výšky 8 kilometrů, zatímco nad rovníkem do 16 kilometrů. Troposféra obsahuje asi 80% hmoty celé atmosféry. Probíhá zde většina meteorologických jevů a vyskytuje se zde téměř veškerá vodní pára, obsažená v atmosféře. Teplota v troposféře klesá s výškou, a to v průměru o 0.6°C na 100 metrů výšky!
2. Stratosféra. Rozkládá se ve výšce 11-50 kilometrů. Mezi troposférou a stratosférou se nachází hraniční přechodná vrstva, tropopauza. Součástí stratosféry je i ozonosféra, která leží přibližně ve výšce 15-30 kilometrů. Je v ní zvýšená koncentrace ozonu (O₃), který pohlcuje UV záření.
3. Mezosféra, 50-80 kilometrů. Mezi stratosférou a mezosférou je stratopauza.
4. Termosféra (ionosféra), 80-800 kilometrů. Mezi mezosférou a ionosférou je mezopauza. Používají se oba názvy: termo- proto, že v této části atmosféry platí (na rozdíl od troposféry!), že s výškou teplota prudce stoupá. Ve svrchní části termosféry dosahuje až 1000°C! iono- proto, že se zde vyskytuje velké množství elektricky nabitých částic. Ty odrážejí elektromagnetické vlnění, čímž mj. umožňují přenos rádiového signálu (krátké vlny) na dlouhé vzdálenosti. V ionosféře také vznikají polární záře (při střetu částic slunečního větru s atomy dusíku a kyslíku).
5. Exosféra, nad 800 kilometrů. Mezi termosférou a exosférou je termopauza. V exosféře atmosféra plynule přechází do volného kosmického prostoru, horní hranice prakticky neexistuje.

Poznámka: za hranici kosmického prostoru se ovšem všeobecně považuje výška kolem 100 kilometrů nad Zemí, což odpovídá spodní sféře termosféry. Hustota atmosféry v této výšce je již zanedbatelná. Mezinárodní vesmírná stanice ISS obíhá kolem Země ve vzdálenosti 350 kilometrů (stále termosféra).

Počasí

počasí x podnebí!

Počasí je okamžitý stav atmosféry. Věda o počasí se nazývá meteorologie. Studuje fyzikální procesy v atmosféře a snaží se počasí předpovídat.

Podnebí (klima) je dlouhodobý (průměrný) režim počasí na daném místě. Abychom mohli mluvit o podnebí, musíme mít k dispozici dlouhou souvislou řadu měření, ideálně 50 let a více. Věda o podnebí se nazývá klimatologie.

Meteorologické prvky – Okamžitý stav atmosféry (počasí) je určen několika meteorologickými prvky, které můžeme přesně změřit:

Teplota a teplotní rekordy

Teplota se měří ve °C, teploměrem, který je obvykle s dalšími přístroji umístěn v meteorologické budce. Měří se ve výšce dva metry nad zemí a vždy ve stínu.

Teplotní rekordy:

• průměrná teplota Země: +15°C
• nejvyšší absolutní teplota na světě: +57°C, Údolí smrti (Death Valley), Kalifornie, USA. Přesně +56.7°C. Naměřeno v místě Furnace Creek, 10.7.1913, v nadmořské výšce -54 m.n.m. Předchozí světový rekord z El Azizia (Libye), +57.8°C, který byl naměřen 13.9.1922, zrušila komise Světové meteorologické organizace (World Meteorological Organization, WMO) na svém zasedání dne 13.9.2012, tedy přesně 90 let po naměření této hodnoty. Při tomto měření totiž nebyly dodrženy některé zásady, nutné k uznání rekordu.
• nejnižší absolutní teplota na světě: -89°C, ruská stanice Vostok, Antarktida. Rekordní údaj, -89.2°C, byl naměřen 21.7.1983 v nadmořské výšce 3420 m.n.m.
• nejvyšší absolutní teplota v Evropě: +48°C, Athény, Řecko. Přesně +48.0°C, Athény, Řecko. Naměřeno 10.7.1977 v nadmořské výšce 236 m.n.m.
• nejnižší absolutní teplota v Evropě: -58°C, Usť Ščugor, Rusko. Přesně -58.1°C. Naměřeno 31.12.1978 v nadmořské výšce 85 m.n.m.
• nejvyšší absolutní teplota v ČR: +40°C, Dobřichovice (okres Praha-západ). Přesně +40.4°C. Naměřeno  20.8.2012, v 16:20 SELČ, v nadmořské výšce 200 m.n.m.
• nejnižší absolutní teplota v ČR: -42°C, Litvínovice (okres České Budějovice). Přesně -42.2°C. Naměřeno 11.2.1929 v nadmořské výšce 376 m.n.m.

Srážky a srážkové rekordy

Měří se v mm (obvykle za rok), srážkoměrem. Všechny srážky (déšť, sníh, kroupy, rosa, jinovatka) se přepočítávají na mm vodního sloupce. Tak například 1000 mm sněhu odpovídá zhruba 100 mm vody.

Srážkové rekordy:

• Nejvyšší průměrné roční srážky na světě: sporné. Buď severovýchodní Indie, nebo Havajské ostrovy (ostrov Kauai), cca 11000 -12000 mm.WMO uvádí Mawsynram v severovýchodní Indii (stát Meghalaya, u hranic s Bangladéší), 11872 mm. Nadmořská výška je 1431 m.n.m. Časová řada je však relativně krátká.
• Nejnižší průměrné roční srážky na světě: Arica (Chile) – pod 1 mm.Přesně 0.76 mm, v nadmořské výšce 65 m.n.m.
• Nejvyšší průměrné roční srážky v Evropě: Crkvice (Černá Hora, nad zálivem Boka Kotorská), 4648 mm.Měřeno v nadmořské výšce 1310 m.n.m. WMO udává, že místo se jmenuje Crkvica a leží v Bosně a Hercegovině, patrně se ale jedná o chybu.
• Nejnižší průměrné roční srážky v Evropě: Astrachaň (Rusko, v deltě Volhy), 163 mm.Měřeno v nadmořské výšce -20 m.n.m. (na WMO mají 20 m.n.m., chyba!).
• Nejvyšší průměrné roční srážky v ČR: Bílý Potok (Jizerské hory), 1705 mm.
• Nejnižší průměrné roční srážky v ČR: Žatecko, přes 400 mm. Které místo na Žatecku je nejsušší, je sporné. Nejčastěji se uvádějí se Libědice (410 mm, okres Chomutov), ale i Žatec a další místa.

Vlhkost vzduchu

Měříme ji vlhkoměrem. Měří se relativní vlhkost vzduchu, udává se v %.

Relativní vlhkost vzduchu = skutečné množství vodních par v atmosféře / maximální možné množství vodních par v atmosféře při dané teplotě. 0% = úplně suchý vzduch, 100% = vzduch zcela nasycený vodními parami. Čím vyšší je teplota, tím více par (absolutně) je ve vzduchu při stejné relativní vlhkosti. Teplejší vzduch je totiž schopen absorbovat větší absolutní množství vodní páry.

Rosný bod

Rosný bod je teplota, na níž se musí daná vzduchová hmota ochladit, aby vodní páry začaly kondenzovat (vlhkost vzduchu při kondenzaci vodních par je 100%). Při dosažení rosného bodu vzniká mlha. Když je země studenější než vzduch, sráží se voda na zemi, a vzniká rosa nebo jinovatka (když mrzne).

Oblačnost

Udává se v % zakrytí oblohy oblaky. 0% je úplně jasno, 100% zcela zataženo. Tradičně se rovněž často uvádí toto číslo v osminách, protože to se dá snadněji odhadnout pouhým pohledem na oblohu.

Typy oblaků – Pro typy oblaků existují latinská jména. Základní pojmy jsou cirrus (řasa), stratus (vrstva), nimbus (déšť) a cumulus (kupa), další názvy vznikají jejich kombinací. Běžně se označují zkratkami. např.: cumulonimbus (zkratka cb) = dešťová kupa. Jsou to velmi vysoké bouřkové oblaky.

Sluneční záření

Měří se obvykle délka (doba) slunečního svitu v hodinách za rok.

Tlak vzduchu

Tlak vzduchu se v meteorologii udává v hPa (hectopascalech), a to přepočtený na hladinu moře. Normální (průměrný) tlak je 1013 hPa. Absolutní tlak totiž klesá s nadmořskou výškou. Normální tlak na hladině moře je oněch 1013 hPa. Poloviční tlak (kolem 500 hPa) je v nadmořské výšce 5000 m.n.m. Ve výšce 16 kilometrů nad Zemí je pak tlak 100 hPa. V této výšce je zároveň i hustota vzduchu 100x nižší než u moře. Tlak a hustota vzduchu není totéž!

Vítr

Větrnou růžicí měříme směr vzduchu, odkud vane. Anemometr je pak přístroj, kterým měříme rychlost vzduchu. Ta se obvykle uvádí v m/s, případně v km/h.

Beaufortova stupnice větrů – Stupnici sestavil Francis Beaufort (1774-1857), britský námořní kapitán, v roce 1805. Původně ji formuloval pro moře (odhad rychlosti větru podle výšky vln), později však byla upravena i pro pozemní účely. Beaufortova stupnice má 12 stupňů. Stupeň 0 je naprosté bezvětří, stupeň 12 je orkán či hurikán (rychlost větru je přes 118 km/h, výška vln na moři přes 14 metrů).

Planetární cirkulace vzduchu v atmosféře

Obrázek: Planetární cirkulace vzduchu v atmosféře

0° zeměpisné šířky (rovník) – rovník dostává nejvíce slunečního záření. Vzduch se proto rychle ohřívá a stoupá vzhůru, vysoko do atmosféry, kde se postupně ochlazuje a klesá zpět k 30. stupni severní a jižní šířky. Na rovníku je celoročně nízký tlak. Na rovníku se rovněž nachází zóna konvergence (sbíhavosti) pasátů. Této zóně se též říká rovníkové tišiny, protože zde téměř nevane vítr.

Námořníkům v minulosti často dlouho trvalo, než přepluli právě tuto zónu, kde téměř nefoukalo.

30° zeměpisné šířky – subtropické tlakové maximum. Zde je celoročně vysoký tlak. Vzduch odsud proudí při zemi do oblastí s nízkým tlakem, čili jednak k rovníku, a pak i na druhou stranu, k 60. stupni šířky. Směrem k rovníku vanou pasáty – na severní polokouli severovýchodní, na jižní polokouli pak jihovýchodní pasát.

Pasáty – anglicky trade winds. Byly v minulosti dobře známé námořníkům, kteří je využívali k plavbě. Díky pasátům bylo jednodušší vždy plout směrem na západ než obráceně.

60° zeměpisné šířky – pásmo nízkého tlaku. Odsud vzduch opět stoupá směrem nahoru, odkud vane jednak směrem k pólům, a pak i na druhou stranu k 30. rovnoběžce, kde opět klesá k zemi. Mezi 30. a 60. stupněm šířky převažují západní větry.

90° zeměpisné šířky (póly) – celoročně studený vzduch → je tu vysoký tlak. Vítr odsud vane směrem k 60. stupni šířky. Mezi 60. a 90. stupněm šířky převažují východní větry.

Obecně shrnuto:

Toto rozdělení platí po celý rok pouze nad oceány, zatímco nad pevninou se větry během roku častěji mění. Vzduch při zemi proudí vždy z míst vysokého tlaku (kolem pólů a 30. rovnoběžky) do oblastí nízkého tlaku (kolem rovníku a 60. rovnoběžky). Z oblastí nízkého tlaku pak stoupá do vyšších vrstev atmosféry, kde se ochlazuje a klesá zpět do oblasti vysokého tlaku.

Vítr při zemi by teoreticky měl vanout přímo (kolmo) z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkého tlaku, ale působením Coriolisovy síly se stáčí na severní polokouli vpravo a na jižní polokouli vlevo od směru původního pohybu.

V atmosféře se tedy vytváří 3 samostatné buňky, ve kterých koluje vzduch pořád dokola. Proto se například vzduch od rovníku nikdy nepromíchá se vzduchem z polárních oblastí. Mezi 0. a 30. stupněm je to Hadleyova buňka, mezi 30. a 60. stupněm Ferrelova buňka a mezi 60. stupněm a póly Polární buňka.

Monzuny

Monzuny jsou odchylkou od všeobecné planetární cirkulace vzduchu. Jsou to sezónní větry, které ovlivňují klima především v jižní, jihovýchodní a východní Asii (viz mapa 18-19 v atlase). Asie je totiž největší pevninou, a proto nad ní vznikají největší sezónní tlakové útvary. Monzunové proudění však najdeme i v dalších oblastech a občas se projevuje i u nás (Medard – 8.6.).

léto – asijská pevnina se silně ohřeje, a proto nad ní vznikne sezónní oblast nízkého tlaku (íránská tlaková níže; teplejší vzduch je lehčí než studený → nízký tlak!). Studenější vlhký vzduch z oceánu vane směrem na pevninu a přináší tudíž srážky → vlhký letní monzun, nastává období dešťů. Vane zhruba od června do září a přináší velké množství srážek.

Letní monzun je nejsilnější v Indii, kde jsou i nejdeštivější místa v Asii – Mawsynram (11872 mm – podle WMO světový rekord co se týče průměrného srážkového úhrnu za rok, leží v nadmořské výšce 1431 m.n.m.) a Cherrapunji (1313 m.n.m.). Obě místa leží v indickém státě Meghalaya. Cherrapunji drží světový rekord ve srážkách za 12 měsíců. Od srpna 1860 do července 1861 tu spadlo 26470 mm srážek!

zima – nad Sibiří se hromadí masy studeného vzduchu, vzniká zde sezónní sibiřská tlaková výše. Vzduch vane z pevniny směrem na oceán, kde je tou dobou nižší tlak (teplejší vzduch) → suchý zimní monzun, je období sucha.

Datum poslední aktualizace: 8.1.2014