Tvary oblaků a určování průběhu počasí

Současné předpovědi počasí se opírají o složité počítačové modely. Tyto simulace využívají všechny fyzikální rovnice, které popisují stav atmosféry včetně proudění vzduchu, změn teploty, vzniku oblačnosti a výskytu srážek. Postupem času došlo ke zdokonalení prognózy, takže současné pětidenní předpovědi počasí jsou přesnější, než byly třídenní předpovědi před 20 roky. Avšak vy nepotřebujete superpočítač, abyste si udělali vlastní předpověď, jaké bude počasí a zda se změní v průběhu několika příštích hodin – to znaly již různé kultury v uplynulém tisíciletí.

Pozorováním oblohy pouhým okem a využitím základních znalostí o tom, jak oblaka vznikají, můžete například předpovědět, jestli se blíží déšť. A co víc, i malá znalost fyziky o pozadí vzniku oblačnosti vás upozorní na složitost atmosféry a alespoň z části osvětlí, proč předpovídání počasí na několik dnů je tak složitý problém.

Oblak je podle Světové meteorologické organizace definován jako „Viditelná soustava nepatrných částic vody nebo ledu, popřípadě obojího, v ovzduší. Tato soustava může obsahovat zároveň i větší kapky vody nebo krystalky ledu, a také jiné částice pocházející například z průmyslových exhalací, kouře nebo prachu.“

V následujícím textu si představíme šest druhů oblačnosti, které můžete na obloze poznat při pohledu prostým okem a které vám pomohou lépe pochopit změny počasí. Obsah článku, jehož autorkou je Hannah Christensen, hostující vědecká pracovnice na Atmospheric Oceanic and Planetary Physics, University of Oxford, byl z části doplněn podle českých zdrojů.

1. Cumulus

Oblaka se vytvářejí v případě, kdy se vzduch stoupající vzhůru ochlazuje k rosnému bodu, kdy teplota klesne natolik, že vodní pára kondenzuje do podoby drobných kapiček vody, což pozorujeme jako oblaka. Při tomto procesu dochází k tomu, že vzduch je přinucen stoupat v atmosféře vzhůru, kde tento vlhký vzduch vstupuje do kontaktu se studeným prostředím.

Pokud je jasný slunečný den, záření Slunce zahřívá zemský povrch, který pro změnu zahřívá vzduch v jeho těsné blízkosti. Tento zahřátý vzduch v důsledku konvekce stoupá vzhůru (protože je lehčí) a vytváří oblaka typu cumulus. Tato oblaka pěkného počasí, která označujeme také jako „beránky“, patří mezi nejznámější typ oblačnosti. Většinou si je spojujeme s teplým letním počasím.

Oblaka cumulus se vyskytují v nejnižším patře troposféry. Už jejich název napovídá, že se jedná o kupovitou oblačnost. Jestliže pozorujete oblohu pokrytou spoustou oblaků typu cumulus, můžete vidět, že existuje zřetelná tmavá základna, která se u všech oblaků nachází ve stejné výšce nad povrchem. Pro tato oblaka je typická kondenzační linie, která je vodorovná se zemským povrchem. V této výšce se vzduch stoupající v důsledku ohřevu od povrchu ochladí na hodnotu rosného bodu. Oblaka typu cumulus zpravidla nejsou dešťová – vyznačují se hezkým počasím.

Části oblaku ozářené Sluncem bývají nejčastěji zářivě bílé, základna oblaku bývá poměrně tmavá a téměř vodorovná. Jednou z variací těchto oblaků je cumulus fractus, který vzniká rozpadem „kumulů“. Tato oblaka mají často zajímavé tvary, které nám připomínají různé objekty.

2. Cumulonimbus

Z malých kumulů neprší. Ale když si všimnete zvětšujících se kumulů, které stoupají v atmosféře do větší výšky, je to signál, že se již blíží intenzivní déšť. K tomu nejčastěji dochází v létě, kdy se oblaka typu cumulus v dopoledních hodinách začnou vyvíjet do nevyzpytatelných oblaků označovaných jako cumulonimbus, která se nejčastěji v odpoledních hodinách změní v bouřková oblaka. Jedná se o mohutný a hustý oblak velmi značného vertikálního dosahu. Pod základnou oblaku, obvykle velmi tmavou, se často vyskytují srážky. Tato oblaka obsahují mnohdy velké dešťové kapky a často i sněhové vločky, sněhové krupky, zmrzlý déšť nebo krupky či kroupy. Vodní kapičky a dešťové kapky mohou být silně přechlazené.

Ve spodní části jsou oblaka typu cumulonimbus dobře definována, avšak ve větších výškách začínají na horním okraji vypadat rozmazaně. Tato změna napovídá, že oblak již není tvořen vodními kapkami, ale ledovými krystalky. Když nárazový vítr vyfoukává vodní kapky mimo oblak, v sušším prostředí se rychle vypařují, což dodává vodním oblakům velmi ostrý okraj. Na druhou stranu ledové krystalky vynášené nad oblak dodávají oblačnému útvaru v horní části nejasný vzhled. Dochází k proměně celé horní části, která se změní ve vláknitou nebo žebrovitou oblačnou masu.

Oblaka typu cumulonimbus mají nezřídka plochý vršek. Uvnitř oblaku stoupá teplý vzduch v důsledku konvekce. Postupně se ochlazuje tak dlouho, dokud nedosáhne stejné teploty, jakou má okolní atmosféra. Na této hladině vzduch již více není nadnášen, takže nemůže dále stoupat. Místo toho se oblak rozšiřuje a vytváří charakteristický tvar kovadliny nebo širokého chocholu.

Cumulonimbus působí často ponurným, hrozivým a strach vzbuzujícím dojmem, který se obvykle ještě zesiluje hřměním a blesky a stupňuje se dále s příchodem silných lijáků, krupobití, sněhových a větrných bouří s dalšími doprovodnými jevy.

3. Cirrus

Oblaka typu cirrus vznikají velmi vysoko v atmosféře, mezi 8 až 13 kilometry. Jsou tenké a slabé, jsou výhradně složeny z ledových krystalků klesajících dolů skrz atmosféru. Vznikají v oblasti velmi nízkých teplot. Jestliže jsou oblaka typu cirrus unášeny vodorovně větry vanoucími různou rychlostí, získávají charakteristický zahnutý tvar. Díky své vláknité struktuře patří mezi jedny z nejkrásnějších oblaků. Jsou často ozdobou jarní či letní oblohy a nikdy z nich nevypadávají srážky.

Cirrus může být v podobě tenkých vláken nebo nitek, které jsou buď přímočaré, nebo nepravidelně zakřivené a proplétají se. Tato vlákna mají často podobu čar zakončených vzhůru směřujícími háčky, ale bez zaoblených vrcholků. Oblaka druhu cirrus mají vzhled v podobě vzájemně oddělených obláčků připomínajících bílá jemná vlákna nebo úzké pruhy. Mají vláknitý vzhled a hedvábný lesk, Slunce přes ně jasně prosvítá a tudíž nevrhají stín.

Avšak pokud si všimnete, že oblaka typu cirrus začínají pokrývat větší část oblohy, klesají dolů a stávají se hustšími, je to známka toho, že se přibližuje teplá fronta. Na teplé frontě se střetávají teplé a studené vzdušné masy. Lehčí teplý vzduch je přinucen stoupat nad studený vzduch, což vede ke vzniku oblačnosti. Klesající oblačnost naznačuje, že fronta je již docela blízko a můžeme počítat s tím, že nejpozději do 12 hodin začne pršet.

Někdy jsou cirry uspořádány v širokých rovnoběžných pruzích, které se na obzoru zdánlivě sbíhají. Na oblacích typu cirrus se mohou vyskytovat halové jevy, ale vzhledem k malé rozloze těchto oblaků se mohou jevit jako neúplné. Typickým příkladem halového jevu na oblacích cirrus může být tzv. cirkumzenitální oblouk.

4. Stratus

Stratus jsou nízká souvislá oblaka pokrývající celou oblohu. Jsou vytvářena pozvolna stoupajícím vzduchem nebo mírným větrem přinášejícím vlhký vzduch nad studený terén nebo povrch moře. Oblaka typu stratus jsou řídká, takže zatímco okolí může vypadat ponuře a sklesle, déšť je nepravděpodobný a nanejvýš bude nepatrně mrholit.

Tato oblaka se vyskytují nejčastěji v podobě šedého, mlhavého a téměř jednotvárného závoje bez jakýchkoli detailů. Přesto rozlišujeme několik jejich variací – cirostratus, altostratus, stratocumulus. Oblaka lze bezpečně rozeznat od ostatních druhů. Startus je identický s mlhou, takže pokud se někdy budete nacházet na horách a bude mlha, budete se ve skutečnosti procházet v oblacích.

Oblaka stratus bývají řazena mezi oblaka nejnižšího patra. Stratus, jak už název napovídá, se řadí mezi tzv. vrstevnatá oblaka (stratus = oblačná vrstva). Taková oblaka na obloze často zabírají značnou plochu, ne-li celou oblohu. Skrz oblaka druhu stratus Slunce může prosvítat, ale v některých případech jsou oblaka tak hustá, že je zcela zakryjí.

Oblačnou vrstvu stratus můžeme ve vhodný čas a na správném místě pozorovat jako oblak, který na první pohled připomíná mlhavé moře, jež obklopuje okolní vrcholky hor či kopců. Když se zkombinuje silná inverze s východem Slunce, existuje jen málo úkazů podobného typu, které by se něčemu takovému mohly vyrovnat.

5. Altocumulus lenticularis

Naše dva závěrečné typy oblaků vám příliš nepomohou předpovídat vývoj počasí, avšak mohou vám poskytnout letmý pohled na mimořádně komplikované proudění atmosféry. Jednou z variací oblaků typu cumulus je altocumulus lenticularis. Tento oblak je neobyčejný především svým tvarem, který je dobře pozorovatelný. V české terminologii jej známe také pod označením „čočkovitý oblak“. Tato oblaka vznikají nad terénními nerovnostmi (typicky nad horskými překážkami), respektive v jejich závětří. Jejich poloha se v průběhu času téměř nemění.

Tato oblaka hladkých tvarů se vytvářejí za vhodných podmínek za horskými hřebeny a vrcholky kopců ve výškách několika kilometrů. Tvoří je drobné vodní kapičky, při nízkých teplotách z nich však mohou vznikat ledové krystalky. Mraky mají bílou až šedou barvu (při osvětlení zapadajícím Sluncem jsou zbarveny do oranžova), ostře ohraničené obrysy a často výraznou vrstevnatou strukturu. Jejich tvar často připomíná čočku nebo disk a může v pozorovateli vyvolat dojem, že pozoruje pevný diskovitý objekt (občas jsou pokládány za neidentifikované létající objekty). Oblak dokáže zůstávat poměrně dlouho v nezměněné podobě, čímž dojem pevného objektu ještě umocňuje.

6. Kelvin-Helmholtz

A nakonec, osobní favorit Hannah Christensen, autorky článku. Oblaka typu Kelvin-Helmholtz se podobají narážejícím vlnám na hladině oceánu, vytvářejícím mořský příboj. Když se masy vzduchu na různých výškách pohybují vodorovně odlišnými rychlostmi, situace se stává nestabilní. Rozhraní mezi vrstvami vzduchu se začne vlnit a nakonec vytváří větší vlny. Oblaka typu Kelvin-Helmholtz jsou velmi vzácná – jedinkrát jsem je pozorovala nad Jutlandem na západě Dánska.

Vzácná Kelvin-Helmholtzova oblaka jsou velmi zvláštně tvarovaná, mají vzhled ostře vykrojených jemných vln. Vznikají už na existujícím oblaku, zejména typu cirrus, v důsledku rychle se pohybujícího vzduchu, který vane nad ním. Mechanismus jejich vzniku se nazývá Kelvinova-Helmholtzova nestabilita. Na rozhraní dvou prostředí s rozdílnou hustotou a rychlostí pohybu se vytvoří turbulence, která se projeví v podobě specifických vln. Začne se tak tvořit vlnění, které postupně zesiluje a původně malé vlnky se začnou ve svých vrcholových partiích čeřit. Oblak má podobu rozrážejících se vln, které odkrývají komplikovanost jinak neviditelných pohybů nad našimi hlavami.

Zdroj: http://theconversation.com/six-clouds-you-should-know-about-and-what-they-can-reveal-about-the-weather-93402; http://mraky.astronomie.cz/ a https://www.pocasicz.cz/

autor: František Martinek