4.      Atmosférická vlhkost a srážky

-         voda existuje ve třech skupenstvích – pevném (led), kapalném (voda), plynném (vodní pára)

-         při fázových změnách se spotřebovává nebo uvolňuje latentní teplo

Obr. 4.1/77 - SS

 

4.1  Voda v globální perspektivě

-         voda hraje klíčovou roli na Zemi z následujících příčin:

a)      pokrývá 2/3 povrchu Země, funguje jako rezervoár tepla a jeho přerozdělování, stejně jako rezervoár různých složek (např. soli)

b)      voda vypadávající na pevninách jako déšť nebo sníh vytváří při odtoku na povrchu různé tvary a formy reliéfu a přenáší živiny od jednoho místa k druhému

c)      vodou v atmosféře je přenášeno obrovské množství latentního tepla od jednoho místa k druhému

 

4.1.1        Hydrosféra a hydrologický cyklus

Obr. 4.2/78 - SS

-         97,2 % tvoří slaná voda, 2,8 % sladká voda

-         hlavní část sladké vody je vázána v ledovcových štítech a horských ledovcích (2,15 %) a podpovrchové vodě, hlavně podzemní (0,63 %) – zbytek 0,02 %, takže sladká voda na pevnině tvoří jen velmi malou část z celkových zásob vody na Zemi

-         zbytek 0,02 % se rozděluje na půdní vodu (v dosahu kořenů rostlin), povrchovou vodu (např. jezera, vodní toky, bažiny) a vodu v atmosféře

-         hydrologický cyklus – popisuje globální výměnu vody mezi jednotlivými rezervoáry:

a)      výpar z oceánů a pevnin (plus transpirace) do atmosféry v podobě vodní páry, z oceánů šestkrát větší

b)      kondenzace nebo sublimace vodní páry v atmosféře, vypadávající v podobě srážek (srážky nad oceány asi čtyřikrát větší než nad pevninou)

c)      srážky vypadlé na pevninu mohou

- se vypařit a vrátit se do atmosféry jako vodní pára

- se vsáknout do půdy (podzemní odtok)

- odtékat z povrchu spojujíce se do potoků a řek, odtékajících zpět do oceánů nebo bezodtokých jezer

 

4.1.2        Globální vodní bilance

Obr. 4.3/78 – SS

-         popisuje toky vody mezi oceánem, atmosférou a pevninou

-         předpokládáme, že objem oceánských vod a objem sladkých povrchových a podpovrchových vod je konstantní rok od roku

-         oceán: srážky (do) + odtok (do) = výpar (z), tj. 380 + 40 = 420 tis. km3

-         pevnina: srážky (na) = výpar (z) + odtok (z), tj. 110 = 70 + 40 tis. km3

-         protože na pevnině výpar = srážky – odtok, lze odtok při bilancování vypustit a lze zapsat:

      celkový výpar                                celkové srážky

      70 (pevnina) + 420 (oceán) = 110 (pevnina) + 380 (oceán) (vše v tis. km3)

 

4.2  Vlhkost vzduchu

-         vlhkost vzduchu – obecně značí množství vodní páry ve vzduchu

-         množství vodní páry ve vzduchu kolísání s místem a časem (téměř žádné v chladném a suchém arktickém vzduchu až do 4-5 % v teplém vlhkém vzduchu při rovníku)

-         maximální množství vlhkosti, které se může udržet ve vzduchu, závisí na teplotě vzduchu – teplý vzduch může udržet víc vlhkosti (vodní páry) než studený

 

4.2.1        Specifická vlhkost vzduchu

-         specifická vlhkost vzduchu (g.kg-1) – hmotnost vodní páry v gramech obsažená v 1 kg vzduchu

-         maximální specifická vlhkost v závislosti na teplotě: -10 ºC – 2 g/kg, 30 ºC – 26 g/kg

Obr. 4.4/80 – SS

-         specifická vlhkost je míra množství vody, které může vypadnout z atmosféry jako srážky, tj. z chladného vlhkého vzduchu vypadne méně srážek či sněhu než z teplého vlhkého vzduchu

-         specifická vlhkost je nejvyšší na rovníku (insolace – výpar), k pólům rychle klesá

Obr. 4.5/80 – SS

-         rosný bod (ºC) – teplota, při níž vzduch dosáhne stavu nasycení, tj. obsahuje maximální množství vodní páry – při dalším ochlazení kondenzace

 

4.2.2        Relativní vlhkost vzduchu

-         relativní vlhkost vzduchu (%) – porovnává množství vodní páry ve vzduchu vzhledem k maximálně možnému množství vodní páry při dané teplotě

-         při relativní vlhkosti 100 % je vzduch nasycený (obsahuje maximálně možné množství vodní páry) a má teplotu rosného bodu

-         změna relativní vlhkosti se může dít změnou množství vodní páry v ovzduší nebo změnou teploty vzduchu – pokles teploty znamená vzestup relativní vlhkosti (tj. mění se kapacita vzduchu obsahovat vodní páru)

Obr. 4.7/81 - SS

-         v denním chodu maximum v ranních hodinách, minimum v odpoledních

-         psychrometrem se měří tzv. psychrometrický rozdíl mezi teplotou vlhkého a suchého teploměru; výparem se ochlazuje vlhký teploměr tím více, čím sušší je okolní vzduch (odnímá se mu latentní teplo)

 

4.3  Adiabatické procesy

-         ke kondenzaci či sublimaci vodní páry ve vzduchu je třeba jeho ochlazování

-         noční ochlazení povrchu a přiléhající vrstvy vzduchu – rosa, mráz

 

4.3.1        Suchoadiabatický proces

-         je-li plyn stlačován, jeho teplota roste; rozpíná-li se, jeho teplota klesá

-         adiabatické procesy – oteplování nebo ochlazování probíhá jako výsledek změny tlaku

-         vystupuje-li vzduch, s poklesem tlaku vzduchu s výškou se rozpíná a ochlazuje se

-         sestupuje-li vzduch, se vzestupem tlaku vzduchu se stlačuje a otepluje se

-         odpovídající teplotní změny lze popsat suchoadiabatickým gradientem s hodnotou 1 ºC na 100 m výšky

 

4.3.2        Vlhkoadiabatický proces

-         dosáhne-li vystupující vzduch hladiny kondenzace, dochází při dalším výstupu a ochlazení ke kondenzaci vodní páry, při níž se uvolňuje latentní teplo

-         vystupující vzduch je tak ochlazován při poklesu tlaku vzduchu, ale zčásti oteplován uvolněným latentním teplem – ochlazující efekt je charakterizován vlhkoadiabatickým gradientem, jehož hodnota závisí na teplotě a tlaku vzduchu a obsahu vodní páry

Obr. 4.10/84 - SS

 

4.4  Oblaka

-         oblak – nakupení vodních kapiček nebo ledových krystalků o rozměru 20-50 μm ve vzduchu

-         kondenzační jádra o rozměru 0,1-1 μm; zdrojem je povrch moří, kdy se voda rozstřikuje do vzduchu, v němž po vypaření vody zůstanou krystalky soli, na nichž se tvoří částečky oblaků 

-         voda může existovat v kapalném skupenství jako přechlazená do –12 ºC

 

4.4.1        Druhy oblaků

-         oblaka mají mnoho tvarů a velikostí

-         oblaka lze dělit podle výšky jejich spodní základny a vzhledu na:

a)      oblaka vysoká (5-13 km):

-         řasa – Cirrus (Ci)

-         řasová kupa – Cirrocumulus (Cc)

-         řasová sloha – Cirrostratus (Cs)

b)      oblaka střední (2-7 km)

-         vyvýšená kupa – Altocumulus (Cc)

-         vyvýšená sloha – Altostratus (As)

c)      oblaka nízká (do 2 km)

-         dešťová sloha – Nimbostratus (Ns)

-         slohová kupa – Stratocumulus (Sc)                  

-         sloha – Stratus (St)

d)      oblaka vertikálního vývoje (0,5-1,5 km)

-         kupa – Cumulus (Cu)

-         bouřkový oblak – Cumulonimbus (Cb)            

Obr. 2.27/69 – Netopil: Fyzická geografie I

 

4.4.2        Mlha

-         mlha – nakupení produktů kondenzace nebo sublimace vodní páry na zemském povrchu, kdy horizontální dohlednost alespoň v jednom směru klesá pod 1 km

-         mlha patří k rizikovým jevům v silniční a letecké dopravě, mlha s kouřem – smog

-         radiační mlha – vzniká v noci při poklesu teploty pod hodnotu rosného bodu (souvisí s přízemní teplotní inverzí)

-         advekční mlha – teplý vlhčí vzduch natéká nad chladnější povrch

-         mlhy z vypařování – výpar z teplejšího vodního povrchu do chladnějšího vzduchu

 

4.5  Srážky

-         výstup nasyceného vzduchu a ochlazování způsobují dodatečnou kondenzaci, čímž narůstají oblačné částice na 50-100 μm; ty se dále mohou spojovat na oblačné kapky o velikosti kolem 500 μm (velikost odpovídající mrholení), při dalším spojování se zvětšují na kapky deště (1000-2000 μm, max. 7000 μm), při větší velikosti se rozpadají

-         sníh vzniká v oblacích působením ledových krystalků a přechlazených kapek vody, které na nich namrzají – sněhové vločky mohou mít krystalickou strukturu

-         pokud mají spodní vrstvy teplotu pod bodem mrazu, dopadá sníh na zem – jinak taje a padá jako déšť

-         pokud padají kapky přes chladnou vrstvu, kapky mrznou (krupky)

-         déšť padající na povrch s teplotou pod bodem mrazu – ledovka

-         kroupy – kousky ledu o velikosti 5 mm nebo větší

-         množství srážek se měří srážkoměrem výškou vody v mm/den (1 mm srážek = 1 l vody na 1 m2 plochy) – tuhé srážky se měří stejným způsobem po jejich rozpuštění

 

4.5.1        Vznik srážek

-         podle příčin výstupného pohybu vzduchu, způsobujícího ochlazování, lze rozlišit:

a)      vynucený výstup vzduchu na horských překážkách → orografické srážky

b)      výstup vzduchu v důsledku konvekce konvektivní srážky

c)      výstup při pohybu vzduchových hmot → cyklonální srážky

 

4.5.2        Orografické srážky

Obr. 4.16/95 – SS

-         vzduch přitéká k horské překážce, na níž dochází k vynucenému výstupu →  po hladinu kondenzace ochlazování podle suchoadiabatického gradientu o 1 ºC na 100 m výšky → po dosažení hladiny kondenzace tvorba oblaků a při dalším výstupu ochlazování podle vlhkoadiabatického gradientu → vypadávání srážek → po překonání horské překážky vzduch sestupuje na závětrné straně a otepluje se podle suchoadiabatického gradientu, tj. vzduch se stává teplým a suchým

-         zvýšení srážek na návětrné straně horských překážek, zatímco na závětrné straně vzniká srážkový stín (např. srážkový stín za Krušnými horami)

 

4.5.3        Konvektivní srážky

-         konvekce vzniká při nerovnoměrném zahřívání zemského povrchu → bublina zahřátého vzduchu, který má menší hustotu, vystupuje nahoru → adiabatické ochlazování → bublina stoupá potud, pokud je teplejší než okolní vzduch → při dosažení hladiny kondenzace vznik kupovitých oblaků

-         při intenzivní konvekci se oblaka vyvíjí vertikálně do podoby bouřkového oblaku (cumulonimbu) v případě, že:

a)      vzduch je teplý a vlhký (menší pokles teploty s výškou při kondenzaci – je teplejší oproti okolí, což podporuje výstup)

b)      teplota vzduchu v okolní atmosféře (vertikální teplotní gradient) ubývá rychleji než teplota ve vystupujícím, adiabaticky se ochlazujícím vzduchu (což podporuje výstup) – instabilní vzduch (instabilní teplotní zvrstvení)

Obr. 4.19/98 – SS

-         význam latentního tepla uvolňovaného při kondenzaci, které udržuje výstupný pohyb vzduchu; pokud většina vodní páry zkondenzuje, latentní teplo se přestává uvolňovat, výstup ustává, konvekční buňka slábne

-         instabilní vzduch je typický v létě – bouřky

-         instabilní vzduch je typický pro rovníkové a tropické oblasti → časté bouřky a konvektivní přeháňky

-         orografické zesílení konvekce

 

4.5.4        Bouřky

-         bouřka – intenzivní lokální bouře spojená s oblakem druhu cumulonimbus s velmi silnými výstupnými pohyby vzduchu, skládající se z několika konvektivních buněk

Obr. 4.21/99 – SS

-         konvektivní buňka – silný výstupný pohyb vzduchu vede ke vzniku intenzivních srážek

-         rozmývání oblaku v horní části buňky výškovým větrem (kovadlina)

-         sestupný pohyb vzduchu v konvektivní buňce (downdraft) – silný vítr a škodlivé účinky

-         kroupy – vznikají namrzáním dalších vrstev ledu na ledových kuličkách ve výstupném proudu (až 3-5 cm), pokud je výstupný proud neudrží ve vzduchu, vypadávají k zemi – velké škody

-         blesky – výstupné a sestupné pohyby vzduchu generují kladné a záporné elektrické náboje v různých částech oblaku, které jsou vyrovnávány řadou gigantických jiskrových výbojů (mezi částmi oblaků nebo mezi oblakem a zemí); zvukový doprovod – hřmění; škody a oběti bleskem

 

4.6  Znečištění prostředí

-         atmosféra obsahuje plyny, aerosoly a větší a těžší částice, které dříve nebo později vypadávají na povrch

-         škodliviny v ovzduší (znečištění ovzduší) – substance dostávající se do atmosféry ze zemského povrchu přirozenou cestou nebo antropogenní činností:

a)      každodenní aktivity lidé (např. automobilismus)

b)      průmyslové aktivity (např. spalování fosilních paliv, odpadů)

-         typické škodliviny: oxid uhelnatý CO, oxidy síry SOX (SO2, SO3), oxidy dusíku NOX (NO, NO2, NO3), uhlovodíky

-         nejvýznamnější zdrojem škodlivin je spalování fosilních paliv jak ze stacionárních zdrojů (např. elektrárny – hlavně SO2), tak z pohyblivých (automobily – hlavně CO, uhlovodíky, NOX)

 

4.6.1        Smog a kouř

-         smog – aerosoly a plynné škodliviny významné hustoty nad městskými oblastmi (původně ze slov „smoke“ – kouř a „fog“ – mlha)

-         současný smog ve městech obsahuje hlavně oxidy dusíku, uhlovodíky a ozon (fotochemické reakce – oxidace uhlovodíků za přítomnosti NOX jako katalyzátorů; dráždění sliznice, kancerogenita, toxicita, poškozování buněk); fotochemickými reakcemi mohou být produkovány další toxické sloučeniny

-         zákal – atmosférický aerosol tvořený mikroskopicky malými tuhými částicemi, které jsou tak četné, že způsobují opalescenci a snižují viditelnost (tvořený hlavně prachem, krystalky soli, pylem, kouřovými částicemi)

 

4.6.2        Vypadávání a vymývání škodlivin

-         škodliviny jsou vynášeny nahoru s teplým vzduchem (konvekcí)

-         větší částice vypadávají vlivem gravitace na povrch

-         velmi malé částice jsou pak vymývány srážkami

-         škodliviny jsou odnášeny z místa svého vzniku větrem a rozptylovány ve větším množství vzduchu

-         velké koncentrace škodlivin při bezvětří

 

4.6.3        Inverze a smog

-         největší koncentrace škodlivin se vyskytují při inverzích → objem vzduchu se škodlivinami se ochlazuje při výstupu adiabaticky, ale teplota okolní atmosféry s výškou roste – výstup tak brzy ustává → škodliviny se tak rozptylují v nižších vrstvách a jejich koncentrace je vysoká

-         přízemní inverze – rozptyl škodlivin v inverzní vrstvě (těžký smog nebo vysoce toxická mlha) – při delším trvání zdravotní problémy popř. úmrtí

-         výšková inverze (oblast Los Angeles) – škodliviny se hromadí ve spodní vrstvě chladnějšího vzduchu, vertikálnímu promíchávání brání vrstva inverze nad ním

-         pro velké koncentrace škodlivin je příznivé stabilní zvrstvení vzduchu (teplota adiabaticky klesá s výškou rychleji než v okolní atmosféře) – nad městy vzniká „znečištěná kopule“

Obr. E4.7/92 - SS

 

4.6.4        Klimatické efekty znečištění měst

-         městské znečištěné ovzduší snižuje dohlednost a osvětlení (smogem až 10 % v létě a 20 % v zimě)

-         UV- záření pohlcováno ozonem ve smogu (snížení rizika rakoviny kůže, zvýšení virové  bakteriální aktivity)

-         častější zimní mlhy ve městech než ve volné krajině (mlha je zesilována aerosoly a částicemi)

-         města – zvýšené množství oblaků a srážek (intenzifikace konvekce lidskou činností)

 

4.6.5        Kyselá depozice

-         kyselý déšť – srážky, které mají v důsledku antropogenního znečišťování ovzduší výrazně zvýšenou kyselost, vyjádřenou pomocí pH (čistá voda pH = 7, srážky pH = 5-6, kyselé deště pH = 3-4)

-         SO2 a NO2 ve vzduchu reagují s kyslíkem a vodou za přítomnosti slunečního záření a prachových částic → vytváří aerosoly, které jako kondenzační jádra „okyselují“ vodní kapičky nebo krystalky ledu

-         výsledkem kyselé depozice je acidifikace jezer a řek, poškození půdy (ztráta živin), škody na historických objektech aj.

-         suchá depozice – kyselé prachové částice na povrchu (při zvlhčení kapkami deště nebo mlhy způsobují kyselost vody)

-         vliv kyselé depozice záleží na schopnosti půdního nebo vodního povrchu absorbovat a neutralizovat kyselost

-         četné dopady kyselé depozice na ekosystémy v Evropě a Severní Americe (zvýšená úmrtnost ryb v kanadských jezerech, poškození lesů ve střední Evropě)

 

Literatura:

Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. SPN, Praha. Kap. 2.3.5: s. 65-75.

Strahler, A., Strahler, A. (1999): Introducing Physical Geography. Wiley, New York. Kap. 4: Atmospheric Moisture and Precipitation, s. 77-103.