Oblaka nad našimi hlavami
Vypadají jako chuchvalce páry, načechrané katedrály – nebo jako šedivá deka. Lidově se jim říká mraky. Meteorologové jim říkají oblaky.
O oblacích jsme si povídali s meteorologem Martinem Novákem z pobočky Českého hydrometeorologického ústavu v Ústí nad Labem – Kočkově.
Jak oblaky vznikají a co je tvoří?
„Tvoří je produkty kondenzace, případně sublimace vodní páry v atmosféře. Oblaky jsou tvořeny vodními kapkami, případně ledovými krystalky nebo obojím najednou. To pak mluvíme o smíšených oblacích. Většina z nich vzniká díky tzv. adiabatickému ochlazování – vzduch při výstupných pohybech jakoby zvětšuje svůj objem, ale protože ten děj probíhá bez významné výměny energie s okolím, doplácí na to ztrátou své vlastní vnitřní energie a tím pádem také ochlazováním. Když se vzduch ochlazuje, ztrácí schopnost obsahovat vodní páru. Může dojít až k okamžiku, kdy má vzduch v sobě právě tolik vodní páry, kolik je vůbec schopen pojmout; tomu říkáme, že vzduch je nasycen vodní párou. Při dalším ochlazení vzniká jeho přesycení a dochází ke kondenzaci vodní páry na kondenzačních jádrech, která jsou ve vzduchu reálně přítomna prakticky vždycky. A tím pádem už můžeme mluvit o vzniku oblaku.“
Je možné blíže specifikovat ty procesy, které vedou k tomu tzv. adiabatickému ochlazování? A jaké typy oblaků při nich vznikají?
„Jsou to vesměs výstupné pohyby, ale nemusí být vždy vertikální; mohou být třeba šikmé – typickým příkladem jsou šikmé výkluzné pohyby podél frontální plochy na rozhraní dvou různých vzduchových hmot, kde potom vzniká frontální oblačnost. Myslím, že každý má spojen termín atmosférická fronta s tím, že se vyskytuje nějaká oblačnost, případně i srážky. Ta oblačnost vzniká právě díky těm šikmým pohybům. Další možností je termicky podmíněný vertikální výstupný pohyb, když se přehřeje vzduch. U země třeba vznikne velký vertikální teplotní gradient a vzduch má pak tendenci stoupat vzhůru, protože je teplý a lehký. V tomto výstupném proudu při tzv. konvekci zase může dojít k nasycení, následně kondenzaci a vzniku oblaků, které už mají ale úplně jiné parametry než ty, které vzniknou ze šikmých pohybů. Z těch vznikají oblaky spíše vrstevnaté, taková ta jednolitá vrstva, zatímco z vertikálních pohybů konvektivních vznikají oblaky kupovité, cumuly, ať už ploché, pokud je vzduch poměrně suchý nebo výstupný pohyb brzy končí, nebo potom takové ty věže a v extrému bouřkové oblaky.“
Fungují ještě nějaké další procesy? Všechny oblaky přece nejsou jen „frontální“ a nebo bouřkové?
„Dalším možným mechanismem vzniku jsou turbulentní pohyby, v atmosféře, zvlášť poblíž zemského povrchu, dané mechanicky – třením vzduchu o zemský povrch a nebo na základě teplotní nestability. Každý turbulentní pohyb je chaotický a má i své vzestupné složky. A při té vzestupné fázi pohybu může zase dojít k nasycení, přesycení, kondenzaci a vzniku vodních kapek. Vznikají potom takové oblaky, které mají potrhaný charakter, říká se jim fractus. Posledním významnějším způsobem vzniku oblaků jsou vlnové pohyby, dané buď tím, že je vzduch donucen překonávat horské překážky a nebo na rozhraní dvou vzduchových hmot, které leží nad sebou. Třeba při teplotních inverzích, zejména pokud se liší rychlost proudění ve studeném vzduchu pod inverzí a teplém nad inverzí; vznikne vlnový pohyb, který má zase vzestupnou složku, takže může dojít ke kondenzaci a vzniku oblaků. Mohou to být takové ty oblaky uspořádané do řad nebo vln, jaké jsou občas vidět na obloze. V případě toho překonávání horské překážky můžeme poblíž pohoří, i poměrně nízkých, vidět občas takzvaný altocumulus lenticularis, čočkovitý oblak, který je izolovaný, je krásně vidět a má opravdu tvar čočky.“
Oblaky jsou tedy tvořené vodními kapkami, případně ledovými krystalky. I přesto si možná leckdo řekne, jak je zvláštní, že jsou na obloze vůbec vidět. Čím to je?
„Vodní kapky a ledové krystalky na rozdíl od vodní páry neviditelné nejsou. Vidět jsou samozřejmě díky záření a tomu, jak probíhá jeho rozptyl na těch kapkách a krystalcích. Oblaky jsou bílé; v případě, že vrhají vlastní stín, jsou šedé. Je to dané tím, že na tak velkých částicích, jakými jsou kapky nebo ledové krystalky, ztrácí rozptyl svou závislost na vlnové délce a celé to viditelné spektrum se rozptyluje úplně stejně. Takže máme směs všech barev, která na lidské oko působí jako bílá barva.“
Oblaky se pořád pohybují a mění. Dá se vůbec hovořit o nějaké „době trvání“ oblaku?
„Dá a nedá. Muselo by se mluvit o konkrétním druhu oblaků. Třeba kupovité oblaky – od vzniku úplně malého plochého cumulu až po vrcholnou fázi cumulonimbu, pokud má výstupný pohyb dost energie, a zánik bouřkového oblaku uběhnou desítky minut. Ale jestliže budeme mluvit o rozsáhlých oblastech s vrstevnatou oblačností, odpovídající třeba teplým frontám nebo oblastem středu tlakových níží, tak tam už jsme v řádu několika dnů. Ten rozptyl je hodně velký.“
A je oblak i mlha?
„To je zákeřná otázka, protože mlha má i v meteorologii dvě různé definice. Jedna říká, že se jedná o situace s dohledností pod jeden kilometr. Zvláště v horských polohách však často dochází k tomu, že horská stanice hlásí mlhu, ale ve skutečnosti se jedná o oblak, který je v té výšce. Druhá definice mluví o mlze podle toho, jak vzniká: Mlha je zase nějaká soustava produktů kondenzace, která na rozdíl od oblaků začíná už v nulové výšce, tedy už od země. Jenže v pozorování to těžko odlišíte, proto jsou ty definice dvě. Jedna praktická a jedna teoretická, po pravdě v životě nevyužitelná.“
Meteorologové se pochopitelně v oblacích potřebují vyznat a proto je podle nejrůznějších kritérií klasifikují a třídí. Jaká jsou to kritéria?
„Je potřeba, aby si rozuměli meteorologové celého světa, protože počasí se posunuje a nemůže docházet k tomu, že by se klasifikace na mapách radikálně měnila při přechodu státní hranice. Klasifikace je dána Světovou meteorologickou organizací a jí vydaným závazným atlasem oblaků. Ty jsou roztříděny do deseti základních druhů, a to v závislosti na výšce výskytu. Jsou rozděleny do tří výškových pater a pak se ještě mohou dál dělit na tvary, odrůdy, zvláštnosti, mateřská oblaka. Existuje hodně přes stovku variant, jak můžete nějaký oblak nazvat a roztřídit. Pak už má třeba pět, šest názvů, takže to občas připomíná celá jména brazilských fotbalistů. Většinou se ale používá jen to dělení na deset základních druhů.“
Rozlišuje se vysoké, střední a nízké patro. Jak jsou vysoko?
„Jejich výška se liší podle zeměpisné šířky. Stejně jako je zploštělá zeměkoule, tak je díky rotaci zploštělá i atmosféra, respektive troposféra. Oblaky v rovníkových a polárních oblastech se vyskytují v různých výškách. Můžeme říci, že nízké patro je od nuly do dvou kilometrů, střední patro je v podmínkách mírných šířek, kde žijeme, od 2 do 6 kilometrů, a to vysoké patro ve výškách od 6 do 11 kilometrů.“
Jaké oblaky jsou pro jednotlivá patra typické?
„Ve vysokém patru máme tři druhy oblaků. Jedná se o vysloveně bílé průsvitné oblaky typu cirrus, cirrostratus nebo cirrocumulus. Ve středním patru najdeme altostratus, altocumulus a nimbostratus, který je dešťovým oblakem. Je řazen do středního patra, přestože spodní hranici má často skoro u země; většinu objemu má ale ve středním patru – má poměrně velký vertikální vývoj. V nízkém patru jsou oblaky typu stratocumulus, a potom nepopulární stratus. To je taková ta jednolitá šedá obloha; nízká inverzní oblačnost – to je vlastně oblak druhu stratus. Je to mimo jiné také jediný oblak, který nevzniká těmi způsoby, o kterých jsme mluvili. Může vznikat izobarickým ochlazováním, kdy nějaká vlhká vrstva vyzařuje dlouhovlnné tepelné záření, tím se ochlazuje a k nasycení dojde bez výstupných pohybů. Do nízkého oblačného patra je řazen ještě cumulus, kupovitý oblak, který má svou základnu ve výšce do dvou kilometrů. Desátý druh oblaku je řazen úplně mimo patra. Mluví se o něm jako o oblaku s velkým vertikálním vývojem – je to bouřkový oblak cumulonimbus, který mívá základnu většinou skoro u země, ale hodně vyvinuté cumulonimby mohou mít i v našich podmínkách horní hranici až ve výšce kolem 15 kilometrů. Je to oblak s poměrně malou plochou, ale hodně velkým vertikálním vývojem.“
K tomu, abychom mohli oblaky do výškových pater zařadit, musíme umět odhadnout, jak vysoko se nacházejí. Jak se výška oblaků určuje?
„Výška je to jediné, co můžeme u oblaků měřit, a to ještě ne vždycky. Ty přístroje jsou založeny na podobném principu jako radar. Vyšlete nějaký signál a počkáte, až se vrátí zpátky. A když se vrátí, tak podle toho, jak dlouho mu to trvalo, je jasné, jak vysoko je ta spodní hranice. Na to potřebujete, aby ta oblačnost byla dost nízko, protože ty přístroje mají vždycky nějak omezený dosah (v současné době je to zhruba kolem tří kilometrů) a potřebujete, aby ty oblaky byly někde nad tou stanicí. Když budou oblaky u obzoru, tak je vám přístroj nanic a nastupuje pozorovatel a jeho subjektivní posouzení výšky oblačnosti.“
Jinými slovy – v takovém případě se jedná o jakýsi „kvalifikovaný odhad“. Které z uvedených typů oblaků přinášejí srážky? Ne z každého mraku přece prší...
„V podmínkách mírných zeměpisných šířek vypadávají srážky z oblaků, které jsou smíšené – obsahují jak vodu, tak led. A to je nimbostratus, který přináší trvalé srážky, nebo cumulonimbus, který přináší přeháňky; v případě, že je hodně výrazný, i poměrně drsné, třeba v podobě přívalových srážek. Mezi smíšené oblaky se dá někdy řadit i altostratus, ze kterého také mohou vypadávat trvalé srážky. Ty se ale dost často vypaří ještě nad zemským povrchem. Pak ještě mohou srážky vypadávat z toho výjimečného oblaku stratus. Díky tomu, že nepotřebuje výstupné pohyby, mohou z něj vypadávat i hodně malé kapičky. Stratus je původcem mrholení.“
Na výletě v oblacích jsme byli s Martinem Novákem z pobočky Českého hydrometeorologického ústavu v Ústí nad Labem – Kočkově.
Vysíláno v Planetáriu č. 39/2011, 24. - 30. září.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně doplněno a upraveno.
O počasí a jeho projevech jsme si s Martinem Novákem povídali i jindy:
Extrémy počasí
Co padá z oblaků
Proč fouká vítr
Jak se dělá předpověď
Co všechno je meteorologie
A kroupy padají...
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Starosvětské příběhy lesníků z časů, kdy se na Šumavě ještě žilo podle staletých tradic.
Václav Žmolík, moderátor
3x Karel Klostermann
Komplet obsahuje dva šumavské romány Ze světa lesních samot, V ráji šumavském a povídkový soubor Mrtví se nevracejí z pera klasika české literatury Karla Klostermanna (1848 - 1923), který tomuto kraji zasvětil celé své dílo.
