Vzduchové hmoty

Základní informace o vzduchových hmotách, jejich vzniku, vývoji, přesunech a s tím souvisejícím vzniku atmosférických front (více o těch pak stejnojmenná stránka). Též popis základního modelu převládajícího počasí v jejich oblasti z pohledu našich podmínek, aneb jaké počasí je možno v konkrétním vzduchu čekat.

Témata stránky: Pojem vzduchové hmoty, vznik vzduchové hmoty, tvorba atmosférických front, dělení vzduchových hmot, popis druhů vzduchových vzduchových hmot, převažující povětrnostní situace ve vzduchových hmotách, místní vzduchové hmoty.

Výukový materiál k tomuto tématu:

METEOROLOGIE 7


VZDUCHOVÉ HMOTY A POVĚTRNOSTNÍ PODMÍNKY

Vzduch lze klasifikovat podle jeho fyzikálních vlastností a to zejména podle jeho teploty, vlhkosti, tlaku a hustoty. Poté hovoříme o určité hmotě vzduchu (vzduchové hmoty) s určitými fyzikálními vlastnostmi. Existuje několik druhů vzduchových hmot, které se udržují nad určitými částmi Světa a různě se přesouvají. Na základě jejich přesunů vznikají rozhraní mezi nimi (atmosférické fronty, více stejnojmenná stránka) a tyto se nazývají frontami. Vzduchové hmoty je možno z různých hledisek dělit.

Tvorba vzduchových hmot

Tyto podmínky pro tvorbu určité vzduchové hmoty můžeme jednoduše rozdělit na zeměpisné a cirkulační. Pro tvorbu potřebuje daná vzduchová hmota určitou zeměpisnou oblast, v níž dojde k jejímu vzniku a také podmínky cirkulace vzduchu, (např. cyklona) která určuje délku setrvání dané vzduchové hmoty nad danou oblastí. Takže konec tvorby dané vzduchové hmoty nastává v okamžiku, kdy teplota dané tvořící se vzduchové hmoty dosáhne setrvalého stavu odpovídajícího podmínkám teploty a radiační rovnováhy dané oblasti, nad níž vznikala ve vztahu k aktuálnímu ročnímu období. Za předpokladu, že dojde ke změně podmínek atmosférické cirkulace, vzduchové hmoty se přemisťují do jiných oblastí z oblastí, kde vznikly s tím, že si zachovávají převážnou část svých fyzikálních vlastností – hovoříme spíše než o vzniku nových, tak o transformaci vzduchových hmot.

Pro bezproblémový vznik dané vzduchové hmoty jsou ideální dlouhodobé stálé cirkulační podmínky nad danou oblastí a to do značné výšky. Vzduchové hmoty se stále vyvíjejí a přemisťují, neboť nikde a nikdy nepanují stálé cirkulační podmínky věčně, takže stacionární (setrvávající nad stálou oblastí) vzduchové hmoty vyloženě nejsou.

Tvorba atmosférických front

V případě, kdy mají obě vzduchové hmoty rozdílných fyzikálních vlastností dostatečné rozdíly v těchto vlastnostech. Dostatečně se od sebe odlišují, tvoří pak mezi sebou hranici, které říkáme atmosférická fronta. Již víme z předchozích témat, že se jedná o dva základní typy frontálních vln (obdobně jako vzduchových hmot) a těmi jsou teplá a studená fronta, jejímž spojením vzniká třetí řekněme také základní typ fronty a tím je fronta okluzní. To v důsledku pomaleji se pohybující teplé fronty, (teplého vzduchu) díky čemuž tuto frontu studená (nastupující studený vzduch za rozhraním) vždy dohoní. Kompletní informace o nich se dozvíte na stránce Atmosférické fronty a na jejích podstránkách o převládajícím počasí v jejich oblasti.

Obecně platí, že čím větší jsou rozdíly fyzikálních vlastností daných hmot, tím intenzivnější projevy má vzniklé rozhraní, tedy atmosférická fronta co se počasí týče. Na frontách, za nimiž na dané území proniká výrazněji chladnější vzduch (studená vzduchová hmota – nastupující) než který se nad danou oblastí vyskytoval před přechodem tohoto rozhraní, (teplá vzduchová hmota) se objevují obvykle intenzivní či velmi intenzivní projevy jako je zejména intenzivní déšť z bohaté vrstevnaté či výrazně vyvinuté kupovité oblačnosti, v létě a někdy i v zimě doprovázený bouřkovou činností a také silný vítr.

Klasifikace vzduchových hmot

Vzduchové hmoty můžeme dělit dle hlediska jejich teplot a míst výskytu na:

  • Teplé vzduchové hmoty
  • Studené vzduchové hmoty
  • Místní vzduchové hmoty

Každá vzduchová hmota může být stabilní nebo nestabilní (instabilní), více o teplotní stratifikaci na stránkách Teplota vzduchu a Konvekce. Vzduchové hmoty mohou být tedy:

  • Stabilní teplé
  • Instabilní teplé
  • Stabilní studené
  • Instabilní studené

Zde se budeme držet především členění dle teploty.

TEPLÉ VZDUCHOVÉ HMOTY

Teplá vzduchová hmota se při přesunu nad danou oblast ochlazuje vlivem výskytu studenějšího vzduchu nad touto oblastí, čímž se přizpůsobuje tamním podmínkám a roční době.

Stabilní vzduchová hmota je taková hmota, v níž je vertikální gradient teploty nižší než nasyceně adiabatický i v příznivých podmínkách pro vznik konvekčních procesů. Nestabilnější jsou vzduchové hmoty s inverzí teploty s výškou.

Teplé stabilní vzduchové hmoty jsou z hlediska evropského počasí VH putující ze středních a jižních oblastí Severního Atlantiku. Vlivem turbulence se ochlazuje rychle spodní vrstva atmosféry (čítá cca stovky metrů) a mezi touto vrstvou a méně se ochlazujícími vyššími vrstvami s vytváří inverze teploty. To zmenšuje promíchávání vzduchu mezi spodní vrstvou a vyššími vrstvami. Pod inverzí se hromadí zejména vodní pára, povrch se radiačně ochlazuje. Pokud se utiší proudění, turbulentní promíchávání ustane.

Počasí v teplé stabilní vzduchové hmotě

V zimním období výše popsaná situace přináší vhodné podmínky pro vznik vrstevnaté oblačnosti nejčastěji druhu St či Sc. Z těchto oblaků se vlivem vhodných podmínek vyskytují slabé srážky. (vznik srážek podpoří mikročástice přítomné v oblacích – např. částečky prachu z běžného denního chodu – doprava, průmysl atd.) Jedná s o mrholení a výjimečně při vhodných teplotách o slabé sněžení – to ovšem není nijak moc častý jev, ve zcela výjimečných případech je takové sněžení i vydatnější. Při utišení větru se tvoří radiační mlhy, v podstatě se oblak St začne tvořit u zemského povrchu, dle zásad meteorologie ho musíme označit ale jako mlhu. Při rychlejší cirkulaci a dostatečné vlhkosti vzduchu se může objevit i advekční mlha – je ale o poznání méně častá než typická radiační. Za vhodných podmínek se tato oblačnost a mlhy rozpouštějí, nicméně vlivem vysoké vlhkosti v přízemní vrstvě se po večerním či během nočního ochlazování vytvoří opět radiační mlha, ta se může transformovat v nízkou oblačnost St. Proto v podzimním a zimním období panuje často hodně oblačnosti v podobě vrstevnaté většinou zcela bez patrné struktury.

Znaky počasí:

  • Četné radiační a výjimečně i advekční mlhy a nízká oblačnost
  • Občas mrholení, ojediněle i slabé sněžení
  • Teplotní inverze s výškou

V letním období se v podobě pevninského počasí tato hmota objevuje ve stabilnějších tlakových výších, kde působí trvaleji sestupné pohyby a ty vedou ke zmenšení gradientu teploty vzduchu a ke tvorbě subsidenčních inverzí – výškové inverze. (odkážeme na článek o vertikální cirkulaci vzduchu) Panuje tak slunečné počasí s vysokými teplotami, ale s malou dohledností vlivem výskytu znečišťujících látek v atmosféře. Počasí během dne není výrazné, příliš se nemění a vlivem advekce teplého vzduchu nedochází k výraznějšímu poklesu teploty ani v nočních hodinách, naopak někdy dochází k jejímu netradičnímu vzestupu. Nad oceány se jedná o postupně teplého vzduchu nad chladné oceány. Panují zde četné advekční mlhy a bohatá vrstevnatá oblačnost.

Znaky počasí:

  • Nad pevninami ve stabilních anticyklonách, kde slunné a teplé počasí s malou dohledností vlivem subsidenčních inverzí teploty (výškových)
  • Setrvalý stav či dokonce růst teploty i během noci
  • Nad oceány četné advekční mlhy a bohatá vrstevnatá oblačnost

Instabilní vzduchová hmota je taková hmota, v níž teplota klesá s výškou rychleji než v nasyceně-adiabatickém gradientu. V této hmotě dochází k rozvoji významné konvekce. Velmi nestabilní jsou hmoty, ve kterých je ve spodních vrstvách gradient teploty vyšší než suchoadiabatický gradient ve vertikální rovině.

Platí zde několik základních zásad pro to, aby byla daná VH instabilní:

  1. I teplá VH se může ohřát od slunečního svitu v průběhu dne tak, že vznikne konvekce. Při dostatečné vlhkosti se tvoří plochá kupovitá oblačnost, která ovšem může vyrůstat i do vyšších hladin troposféry
  2. Nerovnoměrnost advekce teploty – menší advekce ve výšce a naopak vyšší u zemského povrchu může znamenat i výskyt oblaků Cb
  3. Vzestupné pohyby vzduchu způsobující ve výšce pokles teploty
  4. Vysoká měrná vlhkost vzduchu má u povrchu za následek malé vyzařování, což způsobí malý pokles teploty během noci. Ve výšce dochází k většímu ochlazování a vzniká větší teplotní gradient mezi spodními a vyššími vrstvami vzduchu a to značí vysokou instabilitu. V těchto hmotách tedy pozorujeme tzv. noční bouřky, oproti studené instabilní hmotě, viz dále.

Počasí v teplé instabilní vzduchové hmotě

Ve studené části roku se vyskytují převážně nad oceány či v oblastech pobřežních. mohutné bouřkové oblaky Cb se rozpadají při vstupu nad pevninu vlivem získání stability okolní vzduchové hmoty, přetvářejí se v oblaky vrstevnaté (horizontální) a ty jsou typické trvalými srážkami či občasnými v podobě deště. Naopak v teplé části roku může být tato VH jen nad oblastmi pevninskými.

V teplých vzduchových hmotách zpravidla panuje v případě jejich stability inverzní ráz počasí, v chladné části roku se tvoří oblaky typu St, Sc a či přízemní radiační mlhy. Z oblaků může mrholit či slabě sněžit. Objevit se mohou též mlhy advekční při dostatečné vlhkosti teplého vzduchu. Typické jsou advekční mlhy v teplé části roku nad oceány. Nad pevninou se tato hmota objevuje ve stabilních anticyklonách, kde vládne málo oblačné a teplé počasí s malou dohledností. V případě její instability se nachází ve studené části roku jen nad oceány a nad pobřežím a v teplé části roku naopak jen nad pevninou.

STUDENÉ VZDUCHOVÉ HMOTY

Studená vzduchová hmota je taková hmota, která se při přesunu nad danou oblast otepluje.

Studené stabilní vzduchové hmoty jsou pozorovány nad pevninami především v zimním období. V letním období se objevují v arktických a antarktických oblastech. V zimním období na sněhu jsou výborné podmínky pro ochlazování okolních vzduchových vrstev.

Počasí ve studené stabilní vzduchové hmotě

K ochlazení přízemní vrstvy vzduchu přispěje i noční vyjasnění a utišení větru. Jedná se o klasické pevninské zimní anticyklonální počasí. V případě výskytu údolí tento studený vzduch stéká do nich a tam panuje extrémně studený vzduch s teplotami o poznání nižšími. Z tohoto vyplývá, že pevninské počasí v těchto hmotách je v zimě jasné a mrazivé či velmi mrazivé. Jedná se o vzduch kontinentální, v němž se tzv. radiační mlhy většinou neobjevují, ale jejich výskyt vyloučit nelze. Tato VH se tvoří většinou z původně instabilní, v níž se ještě objevují přeháňky z kupovité oblačnosti. V případě, že hmota dorazí nad pevninu, získá stabilitu a srážky ustávání, oblačnost se rozpadá. Takže má tato VH nad pevninami i druhou „tvář“, tu oblačnou. Takové počasí se objevuje často u nás na okrajích tlakových výší v maritimním vzduchu. Chod prvků je zde větší než v teplé stabilní VH, ale není nijak extrémně výrazný.

Počasí ve studené instabilní vzduchové hmotě

V teplé části roku se jedná o VH postupující z vysokých zeměpisných šířek volného oceánu – maritimní vzduch mírných šířek a arktický vzduch. Vlivem gradientu teploty, který vznikne po ohřátí spodní vrstvy studeného vzduchu během dne za existence vysokého nasycení parou, dochází ke tvorbě bohaté kupovité oblačnosti pomocí konvekce. V těchto vzduchových hmotách dochází tedy k tradičnímu dennímu chodu oblačnosti a dalších prvků, typického pro letní období. V noci či ráno není mnohdy žádná oblačnost, během dne dochází ke tvorbě kupovité oblačnosti a výskytu přeháněk či také bouřek. Ty se s večerem opět rozpadají a může převládnout opět jasná obloha. Při průniku kontinentálního arktického vzduchu, zpočátku stabilního, vzniká tzv. bezoblačná konvekce. Jedná se o situaci, kdy kondenzační hladina leží až nad hladinou konvekce. Při vertikálně mohutném arktickém vzduchu dochází ke tvorbě oblaků Cu. Poté záleží na dalších podmínkách, při výskytu vysokého tlaku vzduchu se rychle oblaky rozpadají, převažují nízké Cumuly a ne nadarmo se jím říká „oblaky pěkného počasí“, neboť další konvekce vznikat nebude. V závislosti na podmínkách může docházet k přetvoření kupovitých oblaků na oblaky středního patra (Ac) či na nízkou oblačnost typu Sc. Konvekce v těchto případech zcela zanikne.

Ve studené části roku je tato VH častější nad moře, nad rozsáhlými pevninami se příliš nevyskytuje. Při čerstvém proudění se tam objevují malé změny meteorologických prvků. Oproti pevnině zde probíhá konvekce i v noci. Často je ale také vítr silnější v noci než během dne, což je opačný trend proti situaci nad pevninou. Oblaky Cb mohou vznikat, ale nejsou vertikálně nijak moc vyvinuté, proto se v nich bouřky v našich podmínkách dočkáme jen výjimečně. Nad oceánem bývají srážky přeháňkového typu dosti intenzivní, obdobně tomu je v blízkosti pobřeží. Dále nad pevninou se ztrácejí a objevují se ve formě občasného deště a sněžení v závislosti na konkrétních teplotních podmínkách.

Shrnutí

Ve studených vzduchových hmotách zpravidla panuje v případě stability bezoblačné a mrazivé počasí, zejména na sněhové pokrývce a v údolích. Objevit se zde může nesouvislá oblačnost nebo souvislá oblačnost provázená občas slabými srážkami. V létě najdeme studené VH jen nad Arktidou a Antarktidou. V případě instabilitiy se jedná o počasí s kupovitou oblačností zejména přes den a z ní se objevují časté srážky přeháňkového rázu i s bouřkami, dále záleží na podmínkách. Ve studené části roku se objevují hmoty nad mořem s vývojem kupovité oblačnosti i v nočních hodinách.

Ve stabilních vzduchových hmotách zejména při výskytu oblastí vysokého tlaku vzduchu a hřebenů (sestupné pohyby vzduchu) panuje bezoblačné počasí beze srážek se silnými mrazy nebo více oblačné počasí v podobě nesouvislé oblačnosti. Za určitých podmínek se může tvořit oblačnost, z níž vypadávají slabé srážky a to většinou sněhové vzhledem k teplotám, v nižších nadmořských výškách však i smíšené.

V instabilních vzduchových hmotách panuje oblačné počasí s četnými srážkami přeháňkového typu i s bouřkami na základě výskytu termické konvekce a splnění dalších výše uvedených podmínek. (vzestupné pohyby vzduchu) Při nesplnění podmínek může vznikat tzv. bezoblačná konvekce. Naopak při velkém teplotním gradientu způsobeném nočním ochlazováním spodních vrstev atmosféry dochází k výskytu nočních bouřek z konvekce, která s večerem neustává.

Stejně jako v případě počasí v tlakových útvarech a oblastech atmosférických front se jedná o nejčastější průběh počasí, nejde o návod jaké počasí přesně čekat v konkrétní vzduchové hmotě za určitých dalších podmínek. V reálné situaci záleží na mnoha dalších faktorech (například nadmořská výška, členitost terénu, původ vzduchu a jeho stáří aj.).

MÍSTNÍ VZDUCHOVÉ HMOTY

Jedná se o VH, které se v dané oblasti nacházejí delší dobu a již mají vlastnosti, kterými se daná oblast vyznačuje a vztahující se k danému vládnoucímu ročnímu období. Vlastnosti takových VH se mění jen velice málo. Jedná se o:

  • Arktickou hmotu či Arktický vzduch (AV)
  • Vzduch mírných šířek (VMŠ)
  • Tropický vzduch (TZ)
  • Ekvatoriální vzduch (EV)

Stručně je na závěr tohoto tématu popíšeme:

Arktický vzduch – je VH vzniklá nad oceánem zejména za polárním kruhem. Rozlišujeme kontinentální AV a maritimní AV. Kontinentální AV postupuje nad sněhovou a ledovou pokrývkou Arktidy a maritimní nad nezamrzlým oceánem. Proto je tedy AV kontinentální mrazivější a sušší než maritimní.

Vzduch mírných šířek – je VH nazývaná též polárním vzduchem vznikající v mírných zeměpisných šířkách. Opět rozlišujeme vzhledem k podmínkám jeho vzniku kontinentální a maritimní VMŠ. V zimním období je kontinentální VMŠ chladnější než maritimní a může být chladnější než AV (viz výše) a naopak v letní období je teplejší než maritimní a při zemi může být teplejší než TV (tropický vzduch, viz níže). Ale ve za všech podmínek ne kontinentální VMŠ sušší.

Tropický vzduch – je VH tvořící se v subtropických oblastech, v letním období i v jiných částech mírného klimatického pásu nad pevninami. Často je jeho vrstva silná, sahá od zemského povrchu až do tropopauzy. Jedná se průměrně o nejteplejší VH. Rozděluje se na mořský TV, postupující nad pevninu mírných šířek z oceánských subtropických oblastí a kontinentální TV postupující ze subtropických oblastí Evropy, v létě se formuje i přímo nad pevninami v mírných pásech.

Ekvatoriální vzduch – je VH přemisťující se s pasáty a rovníkovými monzuny a částečně přetékající přes rovník. S evropskou cirkulací a počasím nemá nic společného, sem neproniká. Jen velmi ojediněle do horních částí troposféry.

Na rozhraních jednotlivých odlišných vzduchových hmot vždy vznikají fronty, přesněji řečeno atmosférické fronty. V jejich oblastech dochází k typickým projevům počasí, které se mění na obecně nepříznivé v podobě zesílení větru, poklesu tlaku vzduchu, tvorby oblačnosti s produkcí srážek a toto je provázeno samotnou změnou teploty vzduchu (výměna vzduchových hmot).

Reference

Použitá a doporučená literatura:

BEDNÁŘ, J. KOPÁČEK, J. Jak vzniká počasí? Praha: Karolinum, 2005

WHITAKER, R. a kol. The Encyklopedia of Weather and Climate Change. Sydney: Weldon Owen Pty Limited, 2010 (CZ verze STAŘECKÁ, E. PAUER, M. Encyklopedie počasí a změna klimatu. Praha: Svojtka a Co, 2012)

BUCKLEY, B. HOPKINS, J. E. WHITAKER, R. Weather. Sydney: Weldon Owen Pty Limited, 2004 (CZ verze TOLASZ, R. a kol. Počasí – velký obrazový průvodce. Dobřejovice: Rebo Productions CZ, 2006)