5.      Větry a globální cirkulace atmosféry

 

5.1  Atmosférický tlak

-         tlak p – síla F rovnoměrně spojitě rozložená, působící kolmo na rovinnou plochu, dělená velikostí této plochy S, tedy p = F.S-1 [Pa = N.m-2]

-         atmosférický (barometrický) tlak – tlak atmosféry na všechna tělesa v ovzduší a na zemský povrch bez zřetele na orientaci stěn tělesa, který se rovná hmotnosti vzduchového sloupce nacházejícího se nad nimi [hPa = mbar]

-         normální barometrický tlak 1013,2 hPa (760 Torrů)

 

5.1.1        Měření tlaku

-         rtuťový tlakoměr (barometr) – přístroj pro měření tlaku vzduchu

-         tlak působí na rtuť v nádobě, která je vytlačena do trubice, v níž je vakuum (původně mm Hg)

-         malá mezidenní kolísání tlaku – největší změny při putujících tlakových útvarech

Obr. 5.2/108 – SS

 

5.1.2        Změna tlaku vzduchu s výškou

-         pokles tlaku vzduchu s výškou, v nižších výškách velmi prudký, ve vyšších výškách pomalejší, tj. menší změna výšky v troposféře znamená významnou změnu tlaku

-         vliv poklesu tlaku s výškou na člověka – kyslík se dostává do plicních tkání pomaleji, zkrácení dechu a únava (kolem 3000 m a výše)

Obr. 5.3/108 – SS

 

5.2  Větry a tlakové gradienty

-         vítr – horizontální složka proudění vzduchu

-         charakteristiky větru:

a)      směr větru – směr, odkud vítr vane (např. západní vítr – vane od západu k východu); měřen větrnou směrovkou (staví se proti větru)

Obr. 5.4/109 – SS

b)      rychlost větru (m.s-1, km.h-1) – měřen anemometrem (počet otáček Robinsonova kříže je proporcionání rychlosti větru)

-         vítr je vyvolán tlakovými rozdíly mezi dvěma místy a směřuje z oblasti vyššího tlaku vzduchu do oblasti nižšího tlaku vzduchu (tj. ve směru síly horizontálního tlakového gradientu)

Obr. 5.5/109 – SS

-         izobary – čáry spojující místa se stejnou hodnotou tlaku vzduchu

-         charakteristické tlakové útvary:

a)      tlaková výše (anticyklona) – uzavřené koncentricky uspořádané izobary s nejvyšším tlakem uprostřed

b)      tlaková níže (cyklona) – uzavřené koncentricky uspořádané izobary s nejnižším tlakem uprostřed

c)      hřeben vysokého tlaku – pásmo vyššího tlaku vybíhající z tlakové výše nebo oddělujíci dvě tlakové níže, nejvyšší tlak v ose hřebenu

d)      brázda nízkého tlaku – pásmo nižšího tlaku vybíhající z tlakové níže nebo oddělujíci dvě tlakové výše, nejnižší tlak v ose brázdy

e)      barické sedlo – část barického pole mezi dvěma protilehlými tlakovými výšemi a nížemi, příp. mezi dvěma hřebeny a brázdami

Obr. 2.31/79 – Netopil: Fyzická geografie I

-         tlakové rozdíly jsou podmíněny nestejným zahříváním povrchu → teplotní diference → teplý vzduch má menší hustotu (nízký tlak) než studený (vysoký tlak)

 

5.2.1        Brízová cirkulace

-         pobřežní vánky (brízy) vanou mezi mořem a pobřežím v létě jako důsledek nestejnoměrného zahřívání vody a souše, měnícími směr tlakového gradientu

-         mořský vánek – odpoledne vane chladnější vzduch z moře na pevninu

-         pevninský vánek – vane v noci z pevniny na moře

Obr. 5.6/110 – SS

 

5.2.2        Coriolisova síla a vítr

-         pro větší větrné systémy se směr pohybu odchyluje od směru horizontálního tlakového gradientu díky Coriolisově síle

-         Coriolisova síla, plynoucí z rotace Země, způsobuje na severní polokouli stáčení pohybujících se těles doprava, na jižní polokouli doleva (od směru pohybu) – je nulová na rovníku a roste s rostoucí zeměpisnou šířkou

-         vliv na proudění vzduchu a pohyb mořských proudů

Obr. 5.7/110 – SS

 

5.2.3        Cyklony a anticyklony

-         proudění vzduchu je ovlivňováno následujícími sílami:

a)      sílou horizontálního tlakového gradientu

b)      Coriolisovou sílou

c)      sílou tření – proti směru pohybu

d)      odstředivou sílou – při pohybu po křivočaré trajektorii

-         jejich působením se vzduch pohybuje na stranu nižšího tlaku vzduchu a je odchýlen o určitý úhel od směru horizontálního tlakového gradientu

Obr. 5.9/112 – SS

-         cyklona (oblast nízkého tlaku vzduchu) – vzduch natéká proti směru ručiček hodinových dovnitř a v centru vystupuje nahoru (oblačno, deštivo)

-         anticyklona (oblast vysokého tlaku vzduchu) – vzduch klesá v centru a vytéká po směru ručiček hodinových ven (jasné počasí)

-         cyklony a anticyklony mají rozměry stovek až tisíců km, mohou být stacionární nebo pohyblivé

 

5.2.4        Proudění na ideální Zemi

-         ideální Země – homogenní povrch, bez sezónních změn

Obr. 5.10/113 – SS

-         Hadleyho buňka – zahřátý vzduch vystupuje na rovníku, odtéká k pólům a klesá asi na 30º z.š.

-         tropická zóna konvergence – pásmo nízkého tlaku vzduchu, kde se střetávají pasáty obou polokoulí (pásmo rovníkových tišin)

-         subtropické pásmo vysokého tlaku vzduchu – sestupné pohyby, 2-4 velké a stabilní anticyklony, slabé větry, časté bezvětří – tzv. koňské šířky (převoz koní z Nového Skotska do Západní Indie)

-         ze subtropického pásma vysokého tlaku vzduchu vytékají větry směrem k rovníku (pasáty – severovýchodní resp. jihovýchodní větry) a směrem k pólům (jihozápadní resp. severozápadní větry)

-         pásmo 30-60º z.š. má složitější cirkulaci – vpády studeného a suchého vzduchu z vyšších šířek (polární fronta) – proměnlivost tlaku a větrů (v průměru převládá západní proudění)

-         na pólech vysoký tlak v důsledku stále studeného vzduchu – převažuje východní proudění (v Arktidě toto proudění často narušováno)

 

5.3      Globální větrné a tlakové poměry

-         mapy tlaku vzduchu redukovaného na hladinu moře pro leden a červenec (H – anticyklona, L – cyklona)

Obr. 5.11/114-115 - SS

 

5.3.1        Subtropické pásmo vysokého tlaku vzduchu

-         na jižní polokouli nad oceány tři velké oblasti vysokého tlaku vzduchu po celý rok, v červenci další nad Austrálií (ochlazení pevniny)

-         na severní polokouli dvě velké anticyklony nad oceány – Azorská nad Atlantským a Havajská nad Tichým oceánem, zesilují od ledna k červenci a posunují se více k severu

Obr. 5.12/116 – SS

-         východní část anticyklon sušší (intenzivnější subsidence), západní vlhčí (slabší subsidence, vzduch putující nad oceány se sytí vlhkostí)

 

5.3.2        Tropická zóna konvergence (TZK) a monzunová cirkulace

-         TZK se meridionálně posunuje až o 40 šířkových stupňů během roku

-         v oblasti Asie je zimní sibiřská anticyklona vystřídání letní iránskou níží, což má vliv na vznik monzunů:

a)      zimní monzun – přívod suchého a chladnějšího vzduchu ze severu

b)      letní monzun – teplý a vlhký vzduch z Indického oceánu jde na sever a severozápad do Asie (velké srážky v jihovýchodní Asii)

Obr. 5.13/117 – SS

 

5.3.3        Proudění a tlak ve vyšších šířkách

-         výrazné rozdíly v rozložení pevnin a oceánů na obou polokoulích ovlivňují tvorbu tlakových center

-         na severní polokouli v zimě nad pevninou Sibiřská a Kanadská anticyklona (chladný vzduch k jihu), nad oceány Islanská a Aleutská níže spíše jako oblasti v průměru nižšího tlaku vzduchu

-         na severní polokouli v létě nižší tlak na kontinentech, výrazná Asijská níže, Azorská a Havajská výše

-         na jižní polokouli díky výrazné anticykloně nad Antarktidou, obklopené pásmem nižšího tlaku, výrazná západní cirkulace

 

5.4      Lokální větry

-         místní větry – účinek výrazného reliéfu na všeobecnou cirkulaci atmosféry:

a)      fén (föhn) – suchý, teplý, padavý vítr vanoucí na závětrné straně horských překážek (princip viz 4.5.2); pól fénů – povodí řeky Rioni (Gruzie) – 114 dnů s fénem za rok; za 24 hodin rozpustí více sněhu než sluneční záření za 14 dnů; chinook (polykač sněhu) – východní svahy Skalnatých hor v Kanadě a USA, rychlé  tání sněhu (vzestup teploty o 20 ºC za 7 minut)

b)      bóra – přetékání studeného vzduchu přes horské překážky lemující pobřeží, nejdříve se hromadí, pak přetéká průsmyky a sedly, prudký pokles teploty (podtéká pod relativně teplý vzduch – vlnobití), výskyt: pobřeží Jadranu, oblast Novorosijska, Nová Země, Bajkal, místní názvy: údolí Rhôny - mistral

-         místní cirkulační systémy – rozdíly v energetické bilanci aktivního povrchu (změny fyzikálních vlastností AP, utváření reliéfu), změna orientace mezi dnem a nocí, vzhledem k rozměru a malé rychlosti se projevuje uchylující síla zemské rotace méně – vzduch protíná izobary (izohypsy):

a)      horské a údolní větry (součást podélné cirkulace v údolích) – během dne stoupá zahřátý vzduch údolími nahoru (údolní vítr), v noci tudy naopak stéká studený vzduch (horský vítr); kombinují se s příčnou cirkulací v údolích na svazích (ve dne výstup vzduchu po zahřátých svazích nahoru, v noci stékání ochlazeného vzduchu)

b)      katabatické větry – studený vzduch stéká gravitací z vyšších poloh do nižších (např. ledovcový vítr)

Obr. 2.42/92 – FG I

 

5.5      Větry ve výšce

Obr. 5.16/119 – SS

-         geostrofický vítr (neprojevuje se vliv tření o zemský povrch) – pohyb vzduchu ve směru izohyps

 

5.5.1        Globální cirkulace ve vyšších vrstvách atmosféry

Obr. 5.17/120 – SS

-         proudění ve vyšších vrstvách troposféry:

a)      západní větry od asi 25º z.š. k pólům, kde vytváří cirkumpolární cirkulaci kolem polárních níží

b)      tropické pásmo vysokého tlaku vzduchu mezi 15-20º s.š. a j.š.

c)      východní větry mezi oběma tropickými pásy vysokého tlaku

 

5.5.2        Rossbyho vlny

Obr. 5.18/120 – SS

- Rossbyho vlny – vlny vznikající v západním výškovém proudění na severní polokouli na styku chladného polárního a teplého tropického vzduchu

 

5.5.3        „Jet streamy“ (trysková proudění)

-         jet stream – úzké zóny ve vyšších vrstvách atmosféry, kde proudění dosahuje velmi vysoké rychlosti (při velkých teplotních gradientech), maximální rychlost klesá od centra k okrajům:

a)      polární jet stream – mezi 35-65º z.š. obou polokoulí mezi chladným polárním a teplým tropickým vzduchem (okraj Rossbyho vln) ve výšce 10-12 km s rychlostmi 350-450 km.h-1

b)      subtropický jet stream – při tropopauze nad Hadleyho buňkou (teplotní kontrast na okraji buňky) s rychlostmi 345-395 km.h-1

c)      tropický jet stream – směřuje z východu na západ, jen v létě, omezen na jihovýchdní Asii, Indii a Afriku

Obr. 5.19-5.20/121 – SS

 

5.6      Mořské proudy

-         mořský proud – stálý převážně horizontální tok oceánské vody

-         mořské proudy zajišťují přenos tepla mezi nízkými a vysokými šířkami a dělí se na:

a)      povrchové proudy – působením větrů

b)      hluboké proudy – změny v teplotě a hustotě vody

 

5.6.1        Povrchové proudy

-         vznikají působením větrů, kdy pohybová energie je vodě předávána třením

-         působením Coriolisovy síly je jejich směr odchýlen asi o 45º od řídícího větru

-         proudy nesoucí teplou vodu ve směru k pólům jsou studené proudy a nesoucí chladnou vodu směrem k rovníku jsou teplé proudy

Obr. 5.22/123 – SS

-         kolem 20-30º z.š. jsou centra proudových koloběhů vázaná na subtropické anticyklony

-         v rovníkové oblasti tekou na západ → při pevnině se stáčí k pólům (teplé proudy – např. Golfský proud, Kuro-šio) → v zóně západních větrů se stáčí na východ → při pevnině se stáčí k rovníku (studené proudy – např. Humboldtův proud), často doprovázeny výstupem nižších chladnějších vod (upwelling)

-         klimatický vliv mořských proudů – oteplování západních pobřeží (např. Severoatlanstký proud v Evropě) a ochlazování východních pobřeží pevnin

 

5.6.1.1 ENSO

-         ENSO = El Niño – Southern Oscillation (Jižní Oscilace) – interval 2-7 roků:

a)      oceánská složka

-         El Niño (Ježíšek) – každoroční rovníkový protiproud podél peruánského pobřeží k jihu v létě

-         studená fáze ENSO (La Niña): teplé vody v západním Pacifiku, studené ve východním (Humboldtův proud + upwelling, výrazná pasátová cirkulace)

-         teplá fáze ENSO (El Niño): teplá anomálie povrchových vod v Tichém oceánu šířící se od jihoamerického pobřeží na západ, která se spojí s teplou anomálií vznikající v oblasti datové hranice (zeslabení upwellingu a pasátové cirkulace)

Obr. 2 z článku Brázdil - Bíl

b)      atmosférická složka

-         index Jižní oscilace – rozdíl přízemního tlaku vzduchu mezi Tahiti ve Francouzské Polynésii a Darwinem v Austrálii – charakterizuje intenzitu pasátové cirkulace

-         Walkerova cirkulace – charakterizuje cirkulaci podél rovníku ve vertikálním řezu

-         studená fáze ENSO: intenzivní pasáty, cirkulační buňka s konvekcí nad Austrálií (srážky)

-         teplá fáze ENSO: oslabení pasátů, přesun oblasti intenzivní konvekce nad střední část Tichého oceánu (Austrálie – subsidence vzduchu, sucho)

Obr. 1 z článku Brázdil – Bíl

-         dopady ENSO (např. teplota vzduchu, telekonekce, srážky a povodně, rybolov)

 

5.6.2        Hlubokooceánské proudy a termohalinní cirkulace

-         hlubokooceánské proudy zajišťují pomalou výměnu vody mezi jednotlivými vrstvami v oceánu – jsou generovány pomalým poklesem povrchové vody s vyšší hustotou

-         s nimi jsou spojeny široké a pomalé povrchové proudy

-         termohalinní cirkulace – závisí na teplotě a slanosti vody v severním Atlantiku

-         teplá voda má menší hustotu než studená, proto se povrchová voda nemíchá s chladnější vodou pod ní

Obr. 5.25/127 – SS

-         vysvětlení procesu:

a)      bod A: teplá povrchová voda pomalu postupuje na sever, výpar – voda se stává slanější a hustší

b)      bod B: voda se dostala do severního Atlantiku a odevzdala teplo atmosféře, je dostatečně hustá, aby mohla klesat do hloubky

c)      bod C: chladná a hustá voda se dostává dolní vrstvou do Jižního ledového oceánu (tzv. atlantský přenosový pás)

d)      cirkulace se uzavírá prouděním v tichooceánském přenosovém pásu

-         termohalinní cirkulací se dostává do oceánských hlubin voda bohatá CO2 – součást uhlíkového cyklu (vázání C z atmosféry)

-         termohalinní cirkulace by mohla být zastavena přívodem většího množství sladké vody do severního Atlantiku (pokles hustoty) – možnost náhlých klimatických změn

 

5.7      Meridionální transport tepla a vláhy

-         transport tepla a vláhy z rovníkových a tropických oblastí se uskutečňuje prostřednictvím globální cirkulace a mořských proudů

Obr. 5.26/128 – SS

-         Hadleyho buňka jako „tepelná pumpa“: proudění k rovníku transportuje latentní teplo, které je pak součástí přenosu tepla ve výšce od rovníku do subtropů, kde může divergovat v anticyklonách do vyšších šířek (může se obohacovat latentním teplem při výparu)

-         termohalinní cirkulace je důležitá z hlediska transportu teplejší vody do severního Atlantiku – část tohoto tepla přenášena západním prouděním nad Evropu

 

 

Literatura:

Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. SPN, Praha. Kap. 2.3.7-2.3.8.3: s. 75-93; kap. 3.10.7, s. 254-259.

Strahler, A., Strahler, A. (1999): Introducing Physical Geography. Wiley, New York. Kap. 5: Winds and Global Circulation, s. 107-131.