4. VŠEOBECNÁ CIRKULACE ATMOSFÉRY
4.1 VZDUCHOVÉ HMOTY
• velké objemy vzduchu (horizontálně tisíce km, vertikálně po tropopauzu) s nevelkými
horizontálními gradienty meteorologických prvků a s jejich zákonitou změnou s výškou
• vedle sebe nebo se nasouvají nad sebe – odděleny atmosférickými frontami
• typické vlastnosti získávají při stagnaci nebo pomalém pohybu vzduchu v oblastech svého
vzniku
• geografické typy vzduchových hmot:
Vzduchová
hmota
Symbol Oblast vzniku
arktická AV
Severní ledový oceán
a přilehlá pevnina
antarktická AAV Antarktida
polární PV
kontinenty a oceány,
50-60° z.š.
tropická TV
kontinenty a oceány,
20-35° z.š.
ekvatoriální EV
oceány blízko
rovníku
• dělení vzduchových hmot podle typu aktivního povrchu, nad nímž vznikají:
– mořské (m) – nad oceány
– kontinentální (c) – nad pevninou
• při přemisťování do jiné oblasti mění vzduchová hmota své vlastnosti – transformace
vzduchové hmoty (dosažení rovnováhy mezi hodnotami meteorologických prvků a
podmínkami v oblasti):
a) transformace mezi VH (např. AV → PV)
b) transformace uvnitř daného typu (např. mPV → cPV)
• dělení vzduchových hmot podle termodynamického hlediska:
a) teplé VH – při přemisťování do dané oblasti se ochlazují, přinášejí oteplení, stabilní
zvrstvení nebo inverze, počasí: St, Sc, mrholení, advekční mlhy, nevýrazný denní
chod meteorologických prvků
b) studené VH - při přemisťování do dané oblasti se oteplují, přinášejí ochlazení,
labilní zvrstvení, počasí: Cu, Cb, bouřky a lijáky, v noci radiační mlhy, výrazně
vyjádřený denní chod meteorologických prvků
c) neutrální VH – v dané oblasti si po několik dnů zachovávají své základní vlastnosti,
stabilní i labilní zvrstvení
4.2 ATMOSFÉRICKÉ FRONTY
• atmosférická fronta – ostře vyjádřená přechodná vrstva oddělující vzduchové hmoty
• frontální čára (fronta) – průsečnice frontální plochy se zemským povrchem
• hlavní atmosférické fronty – oddělují geografické typy VH:
a) arktická fronta AF (AV x PV)
b) polární fronta PF (PV x TV)
c) tropická fronta TF (TV x EV resp. rozhraní mezi pasáty) – též tropická zóna
konvergence
• klimatická fronta – průměrná dlouhodobá poloha hlavních atmosférických front
4.2.1 Vznik (frontogeneze) a zánik (frontolýza) front
• kinematický mechanismus – deformační pole proudění v oblasti barického sedla
– frontogeneze: izotermy rovnoběžné s osou roztažení x nebo s ní svírají úhel menší než
45º
– frontolýza: opačný případ
4.2.2 Podmínky rovnováhy frontální plochy
• stacionární fronta – proudění podél čáry fronty
• úhel sklonu frontální plochy:
• na rovníku ukloněná plocha fronty nemůže existovat (sin φ = 0)
4.2.3 Atmosférické fronty v poli tlaku a větru
4.2.4 Pohyblivé fronty
• pohyblivá fronta – složky rychlosti směřující k frontě – izobary ve tvaru písmene
V protínají čáru fronty
• vertikální složky rychlosti – výstup vzduchu (anafronta), sestup vzduchu (katafronta)
4.2.4.1 Teplá fronta
• teplá fronta – část fronty přemisťující se na stranu relativně chladnějšího vzduchu
• anafronta – vznik oblaků Ns, As, Cs – šířka pásu oblaků 700-900 km
• trvalé srážky z Ns (cca 300 km), popř. sněžení z Ns a As
• průběh počasí: Ci, Cs, pokles tlaku, zesilování větru → As přecházející v Ns, trvalé
srážky, zesiluje vítr, pokles tlaku se zpomaluje → po přechodu fronty vzestup teploty,
stočení větru doprava, ustávají srážky, pokles tlaku přerušen nebo zpomalen
4.2.4.2 Studená fronta
• studená fronta – část fronty přemisťující se na stranu relativně teplejšího vzduchu
• postupující studený vzduch zpomalován třením – tvar tupého klínu
• studená fronta 1. druhu (anafronta) – oblaka Cb, Ns, As, Cs → přeháňky a bouřky z Cb
přecházejí v trvalé srážky z Ns, srážkové pásmo užší než u teplé fronty
• studená fronta 2. druhu (anafronta, od 2-3 km katafronta – sestup teplého vzduchu →
inverze subsidenčního typu) – oblaka Cb s bouřkami a přeháňkami (50-100 km) – ve
studeném vzduchu podružné studené fronty
• pokles tlaku před příchodem fronty, vzestup tlaku po přechodu
4.2.4.3 Okluzní fronta
• okluzní fronta – studená fronta postupuje rychleji než teplá, takže při povrchu se po
určité době mohou střetnout dvě studené vzduchové hmoty – která postupovala za
studenou a ustupovala před teplou frontou → proces splývání front (okludování, okluzní
bod):
a) neutrální okluze – stejná teplota VH, nevytvoří se fronta
b) teplá okluzní fronta – studený vzduch za studenou frontou relativně teplejší než
studený vzduch před teplou frontou
c) studená okluzní fronta – opačný případ než b)
• kombinace oblačných systémů a počasí splývajících front
4.2.5 Vliv orografických podmínek na atmosférické fronty
• teplá fronta snadno překonává horské překážky
• studená fronta zadržena pohořím, obtéká je, deformace fronty – orografická okluze
4.3 VŠEOBECNÁ CIRKULACE ATMOSFÉRY (VCA)
• systém stálých vzdušných proudění velkého měřítka (rozměry kontinentů a oceánů) od
zemského povrchu do spodní mezosféry
• hlavní faktory: sluneční záření, rotace Země (Coriolisova síla), nehomogenity zemského
povrchu, tření
• homogenní nerotující Země: rovník – nízký tlak, póly – vysoký tlak
• homogenní rotující Země: subtropy – dynamicky podmíněné pásmo vysokého tlaku,
subpolární šířky (cyklonální činnost) – nízký tlak → 3 cirkulační mechanismy
• základní zákonitosti VCA:
a) převážně vírový charakter
b) převaha horizontálních rychlostí nad vertikálními
c) převaha zonálního proudění nad meridionálním
d) nestacionárnost proudění
e) změny směru a rychlosti proudění od vrstvy k vrstvě
f) změny směru a rychlosti proudění od sezóny k sezóně
g) převládající západní přenos vzduchu v troposféře a spodní stratosféře
4.3.1 Cirkulace a počasí v tropických šířkách
• transport přebytku energie od rovníku k subtropům prostřednictvím Hadleyho buňky
• faktory: malé rozdíly mezi vzduchovými hmotami, malá Coriolisova síla (chybí ostře
vyjádřené fronty a frontální cyklony), velmi výrazná konvekce
• složky: tropická zóna konvergence, pasáty, monzuny, tropické cyklony
4.3.1.1 Tropická zóna konvergence
• pásmo nízkého tlaku vzduchu s konfluencí proudění a tvorbou kupovité oblačnosti
• během roku se posunuje v závislosti na poloze Slunce v rozsahu asi 40 šířkových stupňů
– TZK v blízkosti rovníku: dvě vnější (konvekce, oblačnost, srážky) a jedna vnitřní zóna
(slabé větry – pásmo rovníkových tišin)
– posun TZK na sever od rovníku: na sever od TZK suché, jasné počasí, 300-600 km na
jih silná konvekce, bouřky, lijáky (druhotná zóna konvergence)
4.3.1.2 Pasáty
• španělsko-arabské pasada – převoz (využití pasátů při plavně plachetnic)
• silné, stálé severovýchodní (SP) a jihovýchodní (JP) větry vanoucí z oblasti vysokého
tlaku v subtropech k rovníku od 20º z. š. zimní polokoule do 30º z. š. letní polokoule (1/3
povrchu Země) – 5-8 m.s-1
, východní části oceánů
• vertikální struktura pasátů:
– vrstva spodních pasátů
– vrstva pasátové inverze (sesedání vzduchu v subtropických anticyklonách a
ochlazování vzduchu od povrchu)
– vrstva horních pasátů
• počasí: pasátová inverze brání vývoji kupovité oblačnosti (často Sc) → bez srážek nebo
drobný déšť
4.3.1.3 Antipasáty
• odtok vzduchu ve výšce od rovníku k subtropům
• ve svrchní troposféře většinou proudění o malých meridionálních složkách rychlosti
4.3.1.4 Monzuny
• arabské mausin – sezóna, roční doba
• stálá vzdušná proudění sezónního charakteru nad značnými částmi zemského povrchu,
vyznačující se náhlou, protichůdnou nebo téměř protichůdnou změnou převládajícího
směru větru mezi zimním a letním obdobím
• termicky podmíněné rozdíly v rozložení tlaku vzduchu
• zimní monzun – proudění z pevniny (vyšší tlak) na oceán (nižší tlak)
• letní monzun – proudění z oceánu (vyšší tlak) na pevninu (nižší tlak)
• hlavní monzunová oblast je přední Indie a východní Asie (Čerrápuňdží v pohoří Khásí –
nejdeštivější místo na světě)
4.3.1.5 Tropické cyklony
• nejsilnější a nejdestruktivnější typ cyklonálních bouří s různými místními názvy:
hurikán – Atlantský oceán; tajfun – Dálný Východ; cyklón – Bengálský záliv; uragán –
střední Amerika; orkán – jižní část Indického oceánu (Madagaskar – Maskarény); WilliWillies
– Indický oceán (Austrálie – Kokosové ostrovy)
• rozměry 150-500 km, rychlosti větru 120-200 km.h-1
, tlak v centru klesá až na 950 hPa,
energii získávají z latentního tepla při intenzivní kondenzaci (silné srážky)
• „oko“ tropické cyklony – sestupné pohyby v centrální části víru, bez oblaků, bezvětří
• vznikají v pásmu 8-15º z.š. z východních vln nebo slabých níží při povrchových teplotách
oceánů nad 27 ºC a pohybují se od východu k západu, přičemž jsou Coriolisovou sílou
uchylovány k vyšším šířkám (→ mimotropické cyklony)
• východní vlny – pomalu se pohybující (300-500 km za den) brázdy nízkého tlaku
vzduchu v pásmu východního proudění mezi –30º z.š.; konvergence na jejich východní
(zadní) straně vede k výstupu vlhkého vzduchu, přeháňkám a bouřkám
• tropické cyklony jsou pojmenovávány střídavě mužskými a ženskými jmény
• extrémní srážky během tropické cyklony jsou často příčinou povodní
• v pobřežních oblastech je jejich účinek kombinován s bouřlivým vlnobitím a vysokým
přílivem (náhlý vzestup vodní hladiny – tzv. bouřlivý příliv)
• velmi destruktivní účinky – např. cyklón v Bengálském zálivu v listopadu 1970 – 200 tisíc
obětí, hurikán Andrew v srpnu 1992 v USA 43 obětí a škody za 25 miliard USD
4.3.2 Cirkulace a počasí mimotropických šířek
• západní přenos vzduchu (polární oblasti – východní proudění)
• intenzivní cyklonální činnost (cyklony, anticyklony)
4.3.2.1 Mimotropické cyklony
• cyklona (oblast nízkého tlaku vzduchu) – vzduch natéká proti směru pohybu hodinových
ručiček dovnitř a v centru vystupuje nahoru (oblačno, deštivo)
• rozdělení cyklon podle vzniku:
a) termické – v létě nad pevninou a v zimě nad teplejšími oceány, nevelké rozměry,
slabě vertikálně vyvinuty (do 1,5 km)
b) frontální
– vysvětlení vzniku:
a) formuje se frontální vlna (vlny dynamicky stabilní a instabilní), studený vzduch
proniká do teplého a teplý vyklouzává nad studený, pokles tlaku vzduchu
b) stadium mladé cyklony – zesilují fronty, výkluz teplého vzduchu, formuje se teplý
sektor, vírová cirkulace, tepelná a tlaková asymetrie
c) stadium okludování – okluzní fronta, teplý vzduch je vytlačován od povrchu (snížení
těžiště → potenciální energie na kinetickou → do cirkulace více okolního vzduchu)
d) odumírání cyklony – teplý vzduch vytlačen od povrchu, cyklona teplotně symetrická
(ve studeném vzduchu), kinetická energie spotřebovávána na tření, obnovuje se
frontální rozhraní
e)
• regenerace cyklony - jsou-li teploty na obou stranách okluze rozdílné
• centrální cyklona – symetrická, nepohyblivá, rozsáhlá a hluboká deprese (po několika
regeneracích)
• pohyb cyklon ve směru všeobecného přenosu vzduchu ve střední a horní troposféře
(zpravidla od západu k východu) – 30-40 km.h-1
• série (rodina) cyklon – jednotlivé cyklony se vyvíjejí za sebou a vytváří řetězec
v severním Atlantiku nebo Pacifiku - každá cyklona se pohybuje na severovýchod,
prohlubuje se a pak okluduje – proto cyklony přicházející na západ Evropy jsou již často
okludované; meridionální výměna vzduchu
4.3.2.2 Anticyklony
• anticyklona (oblast vysokého tlaku vzduchu) – vzduch klesá v centru a vytéká po směru
pohybu hodinových ručiček (jasné počasí)
• vznik: termicky (ochlazování vzduchu od povrchu) nebo ve spojení s cyklonami na
frontách
• dělení anticyklon podle charakteru přízemního tlakového pole a jeho změn:
a) stacionární subtropické anticyklony (např. Azorská, Havajská) – 10-40º z.š. nad
oceány, 3000-4000 km, tlak o 5-20 hPa vyšší než průměrný tlak na rovnoběžce,
vertikálně vyvinuty, na periférii pasáty
b) putující anticyklony – hřebeny vysokého tlaku vzduchu mezi dvěma cyklonami
stejné série
c) anticyklony, uzavírající sérii cyklon – vznikají z putujících anticyklon, jejichž pohyb
se zastavil nebo přestal
d) stacionární (sezónní) studené anticyklony mírných šířek (Sibiřská, Kanadská) –
přes 3000 km, přízemní inverze (600-800 m), tlak do 1040 hPa, slabě vertikálně
vyvinuty
e) arktické a subarktické zimní anticyklony – mohutná inverze, stálost, silná
divergence proudnic a větry na periferii
• počasí: slabé větry, převládající sestupné pohyby → pěkné počasí (historie VH)
a) jasno (Cu humilis, popř. vlnová oblaka Sc, Ac), sucho, v noci radiační mlha
b) oblaka St, Sc s mrholením a mlhami (podzim, zima)
4.3.2.3 Mimotropické monzuny
• monzuny mírných šířek ve východní Asii (sezónní střídání tlaku vzduchu na pevnině)
• „evropský monzun“
4.3.2.4 Typy cirkulace mimotropických šířek
a) zonální typ
obvykle přenos vzduchu ve směru západ-východ (nízký tlak ve vyšších šířkách,
vysoký v nižších) – postup pohyblivých cyklon a anticyklon – zeslabena
meridionální výměna tepla – Evropa: advekce vzduchu z Atlantského oceánu (zima –
teplý vzduch, léto – studený vzduch)
b) meridionální typ
přenos vzduchu v meridionálním směru (nepohyblivé studené centrální cyklony a
teplé blokující anticyklony vedle sebe) – Evropa: vpády studeného AV nebo teplého
TV
• cirkulační indexy – charakterizují cirkulaci na základě rozdílů tlaku vzduchu mezi
klíčovými oblastmi, např.:
– Southern Oscillation Index – viz ENSO (kap. 7.3)
– North Atlantic Oscillation Index (NAOI) – rozdíl normovaného (průměr dělený
směrodatnou odchylkou) přízemního tlaku vzduchu mezi Lisabonem (Azorská výše) a
Stykkisholmurem (Islandská níže) – kladné NAOI: intenzivní západní cirkulace v
Evropě
4.4 VŠEOBECNÁ CIRKULACE NA ZEMI
4.4.1 Tropická zóna konvergence (TZK) a monzunová cirkulace
• TZK se meridionálně posunuje během roku
• v oblasti Asie je zimní sibiřská anticyklona vystřídána letní iránskou níží, což má vliv na
vznik monzunů
4.4.2 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
• východní část anticyklon sušší (intenzivnější subsidence), západní vlhčí (slabší
subsidence, vzduch putující nad oceány se sytí vlhkostí)
4.4.3 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 Islandská 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
4.5 VŠEOBECNÁ CIRKULACE VE VYŠŠÍCH VRSTVÁCH ATMOSFÉRY
• 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
4.5.1 Rossbyho vlny
• vlny vznikající v západním výškovém proudění na severní polokouli na styku chladného
polárního a teplého tropického vzduchu hlavně v zimních měsících (nejsilnější cirkulace):
a) počáteční stadium – jet-stream a západní proudění severně od průměrné pozice –
silné západní větry – slabá meridionální výměna
b) přechodná stadia – proudění se rozšiřuje, roste jeho rychlost, zvlnění s rostoucí
amplitudou
c) koncové stadium – komplexní narušení a buněčná fragmentace proudění – hluboké
studené deprese v nižších šířkách a hluboké teplé blokující anticyklony ve vyšších
šířkách mírného pásu
• fragmentace obvykle začíná na východě a šíří se na západ asi o 60º délky za týden
4.5.2 „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:
– polární jet stream – 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
– subtropický jet stream – při tropopauze nad Hadleyho buňkou (teplotní kontrast na
okraji buňky) s rychlostmi 345-395 km.h-1
– tropický jet stream – směřuje z východu na západ, jen v létě, omezen na jihovýchodní
Asii, Indii a Afriku
4.5.3 Cirkulace ve vertikálním řezu