Jdi na obsah Jdi na menu
 


O BOUŘKÁCH

Bouřka je souborem elektrických, optických a akustických jevů vzniklých mezi oblaky druhu Cumulonimbus navzájem nebo mezi těmito oblaky a zemí. Bývá doprovázena dalšími meteorologickými jevy, např. nárazy větru, vydatnými přeháňkami, silnými nárazy větru apod. Tolik definice. Teorie bouřek a projevů s nimi spojenými je nesmírně obsáhlá a složitá a její stručné základy budou uvedeny v následujících řádcích. Další podrobnosti o bouřkách budou zveřejňovány v samostatných článcích.

Obsah:
Jak vzniká bouřka?
Rozdělení bouřek
Bouřkový oblak neboli Cumulonimbus
Zvláštnosti bouřkového oblaku
Elektrické projevy bouřek - blesky


Jak vzniká bouřka?

Pro vznik bouřkového oblaku, na který se bouřky vážnou, je nutné splnění několika podmínek. Jak je známo, teplota vzduchu s rostoucí výškou klesá (v případě inverze je chod obrácený) a právě rychlost tohoto poklesu teploty s výškou rozhoduje, zda bude docházet k výstupným proudům.

V troposféře (nejspodnější část atmosféry, kde se odehrávají meteorologické jevy) můžou existovat tři různé rovnovážné stavy:
a) vratká rovnováha
b) indiferentní rovnováha
c) stálá rovnováha
Jestliže je v troposféře některý z posledních dvou jmenovaných stavů, nedochází k tvorbě bouřek. Jestliže je ale v troposféře vratká rovnováha neboli instabilita, k tvorbě bouřek docházet může. Jak si takovou instabilitu představit?

Předpokládejme, že při zemském povrchu je teplota 30 °C a že při vzrůstu výšky klesá o 1,4 °C na každých 100 metrů. Meteorologové nazývají tento pokles teploty s výškou vertikální teplotní gradient, který bývá označován g. Dále předpokládejme, že teplota vystupujícího vzduchu klesá pomaleji, například o 1 °C (tzv. adiabatický gradient ga). V určité výšce nad zemí (dejme tomu 500 m), je teplota vystupujícího vzduchu stejná, jako teplota okolního vzduchu. Situace je znázorněna na obrázku. Co se stane v případě, že bude na hladině ve výšce 500 m udělen vystupujícímu vzduchu vnější impuls? Odpověď je jednoduchá: Začne stoupat nebo klesat. Ve výšce například 600 m je teplota okolního vzduchu 21,6 °C, kdežto teplota vystupujícího vzduchu je 22,0 °C. Vystupující vzduch je tedy teplejší. Z fundamentálních fyzikálních zákonů plyne, že teplejší vzduch se rozpíná, má tedy větší objem a stoupá vzhůru. Podobně je tomu na hladině 700 metrů, kde je rozdíl mezi okolním vzduchem a vystupujícím vzduchem ještě vyšší. Tímto rozdílem rychlosti poklesu teploty s výškou u okolního a vystupujícího vzduchu je tedy zajištěna první podmínka pro vznik bouřek - tedy vzestupné proudy.

Další podmínkou je dostatečná vlhkost vzduchu. Jak už bylo zmíněno, vzduch se většinou s rostoucí výškou ochlazuje. Maximální obsah vodní páry přímo závisí na teplotě vzduchu: Maximální obsah vodní páry v chladném vzduchu je nižší než ve vzduchu teplém. Dojde-li k překročení maximálního obsahu páry, začne tato kondenzovat a vytvářet oblak. Teplota, při které dochází ke kondenzaci se nazývá rosný bod. Dosáhne-li tedy teplota vystupujícího vzduchu v určité výšce (tzv. kondenzační hladině) teploty rosného bodu, začne kondenzovat. Produktem kondenzace jsou drobné vodní kapky, které jsou na rozdíl od vodní páry viditelné. Jakmile tedy dosáhne vystupující vzduch kondenzační hladiny, začne docházet k tvorbě oblaku. Výška, ve které se nachází kondenzační hladina je různá a závisí mimo jiné na vlhkosti vzduchu - čím je vzduch vlhčí, tím leží kondenzační hladina níž a naopak.

Uvedeným procesem vznikají tzv. konvektivní oblaky, které se nazývají Cumulus - Cu (viz. první obrázek). To, že na obloze pozorujeme tyto oblaky, však ještě neznamená, že se začne vyvíjet bouřka. K tomu je nutné, aby vývoj těchto oblaků pokračoval dále do výšky. Podle různého stupně vývoje oblaků Cumulus je rozdělujeme na tři druhy - Cumulus humilis neboli oblaka bez vertikálního vývoje, Cumulus mediocris (oblaka s mírným vertikálním vývojem) a Cumulus congestus čili oblaka s velkým vertikálním vývojem. Všechna tři stadia jsou na obrázku. Teprve poslední typ (Cu congestus) už přímo předchází vývoji bouřky, ale v žádném případě to neznamená, že z toho oblaku musí bouřka nutně vzniknout. Jakmile se však pozoruje rychlý vývoj tohoto oblaku směrem do výšky, mění se tento na bouřkový oblak, čili Cumulonimbus, o kterém bude pojednáno v dalších kapitolách.



Rozdělení bouřek

V zásadě lze bouřky rozdělit do dvou skupin:
a) frontální (nazývané někdy tažné)
b) místní (nazývané bouřky z tepla)
Nejdříve tedy k bouřkám frontálním.

Nebudu se zde dlouze rozepisovat a atmosférických frontách, pouze zmíním, že existují tři základní typy, a to:
a) teplá fronta
b) studená fronta
c) okluzní fronta
Bouřky můžou vznikat na všech zmíněných typech front, nejvýraznější jsou však na studených frontách, o kterých se zmíním trochu podrobněji.

Atmosférická fronta je místem, kde se setkávají dvě různé vzduchové hmoty, teplejší a chladnější. Oblast, kde se hmoty stýkají, je poměrně ostře ohraničena a k promíchávání vzduchu zde dochází jen nepatrně. Proniká-li chladnější vzduch do oblasti teplého vzduchu, mluvíme o studené frontě. Jelikož je studený vzduch chladnější než teplý, drží se spíše při zemi a vkliňuje se pod teplý vzduch. Tento teplý vzduch je následkem tohoto procesu vytlačován vzhůru, čímž vznikají výstupné proudy, které, jak již bylo řečeno, jsou jednou z hlavních podmínek pro vznik bouřkové oblačnosti. Čím rychleji postupuje studená vzduchová hmota a čím větší je rozdíl teplot mezi ní a před ní ležící teplou vzduchovou hmotou, tím silnější jsou výstupné proudy a tím lepší jsou předpoklady pro vznik bouřkové oblačnosti. Je to však podmínka nutná nikoliv postačující, protože pokud bude vzduch na frontě například velmi suchý, nemusí docházet k vývoji bouřkové oblačnosti.

Druhým základním typem bouřek jsou bouřky místní neboli bouřky z tepla. Tyto vznikají uvnitř vzduchových hmot a souvisejí s tzv. insolací, čili ohříváním zemského povrchu slunečními paprsky. Od ohřátého povrchu se pak ohřívá vrstva vzduchu ležící nad ním, stává se teplejší a tedy i lehčí než okolní vzduch a stoupá vzhůru. Opět je tedy spojena první nutná podmínka pro vznik bouřkové oblačnosti. Jako v předchozím případě platí, že i zde je nutná vysoká vlhkost vzduchu.

Mezi bouřky místní se řadí i speciální typ bouřek, tzv. orografické bouřky. Tento typ bouřek je vázán na vysoké kopce a hory, jejichž svahy (především jižní) jsou silně ohřívány slunečními paprsky, čímž opět dochází k výstupným proudům.



Bouřkový oblak neboli Cumulonimbus

V první kapitole bylo uvedeno, že bouřkový oblak vzniká pokračujícím vertikálním vývojem oblaků Cumulus congestus. Kumulonimbus zasahuje do všech výškových pater oblačnosti (od nízkého patra přes střední až do vysokého). Hranice jeho horní části se v letním období pohybuje kolem 10 kilometrů (7 - 12 km, velmi ojediněle i výše), v zimním období pak pod 5 kilometrů, nehledě na to, že zimní bouřky jsou u nás velkou vzácností. V tropických oblastech pak sahají vrcholy kumulonimbů až do výšek kolem 20 km. Základna pak leží v nízkém patře, mnohdy i níže než 1 kilometr nad zemí. Kumulonimbus je smíšeným oblakem. Dolní části oblaku bývají složeny z vodních kapiček, horní části, kde teploty klesají i pod -50 °C, pak z ledových krystalků. Objem oblaku bývá desítky a velice často stovky krychlových kilometrů. Bouřkový oblak je oblakem, který v sobě soustřeďuje ohromné množství energie. Tato energie pochází hlavně z kondenzace vodní páry, přičemž se uvolňuje latentní (utajené) teplo, a z výstupných proudů.

Z vizuálního hlediska se rozlišují dva tvary kumulonimbů: calvus a capillatus. Kromě nich je výrazným tvarem ještě tzv. incus, ten je však zařazen mezi zvláštnosti bouřkového oblaku, o nichž bude více v následující kapitole. Tvar calvus je prvním stadiem bouřkového oblaku, ze kterého již můžou vypadávat srážky. Oblak tohoto tvaru dost často připomíná obrovský květák. Calvus znamená česky lysý, což částečně charakterizuje vzhled tohoto oblaku: Kumulonimbus calvus je bouřkový oblak, jehož alespoň některé výběžky ztrácejí charakteristické kupovité obrysy, ale nesmí se u něj vyskytovat ani náznak řasnaté struktury. Tento tvar je na levém obrázku.

Pokud pozorujeme u oblaku třepení a náznak vláknité struktury (což jsou defakto cirry), znamená to, že oblak pokračuje ve vývoji a nazývá se capillatus neboli vlasatý. Tento tvar je na pravém obrázku.

Cb cal, Cb cap

Zvláštnosti bouřkového oblaku

Zvláštností kumulonimbů je celá řada. Ke každému z nich uvedu krátký popis a obrázek. Nejdřív však přehled všech zvláštností.
a) arcus
b) incus
c) mamma
d) pannus
e) pileus
f) praecipitatio
g) tuba
h) velum
i) virga


ARCUS

Zvláštnost arcus se často nazývá též shelf cloud nebo roll cloud. Nalézá se většinou na čele postupující bouřky a vypadá jako dlouhý pás oblačnosti. Oproti kumulonimbu mívá světlejší barvu, většinou šedavě bílou. Vzniká na rozhraní, kde je do bouřkového oblaku vtahován teplý vzduch a oblasti vypadávání srážek. Na své spodní straně mívá často výběžky, které mohou směřovat dolů, tak jak je vidět na obrázku, kde je arcus označen šipkami.

Cb arcus


INCUS

Tato zvláštnost je poměrně dobře známá. Označuje se tak kumulonimbus, který má horní část ve tvaru kovadliny. Tato kovadlina vzniká pokračujícím vývojem tvaru capillatus.

Cb incus


MAMMA

Jako mamma se označuje zvláštnost bouřkového oblaku ve tvaru prsů směřujících směrem k zemi. V případě, že se pozoruje tato zvláštnost, je to neklamným důkazem silných sestupných proudů a tedy rozpadu kumulonimbu.

Cb mamma


PANNUS

Zvláštnost pannus jsou nízké potrhané oblaky cumulus fractus, stratus fractus eventuálně stratus, které se nacházejí pod základnou bouřkového oblaku, většinou velice nízko nad zemí. Často mají hrozivý vzhled a můžou se měnit na jiné oblaky, zejména pak tzv. wall cloud.

Cb pan


PILEUS

Slovo pileus znamená něco jako čapka a skutečně tento oblak, který se nachází nad horní částí kumulonimbu, jako jakási čepička vypadá. Od kumulonimbu je zpočátku oddělena, ale postupně s ním může splynout. Má mlhavý vzhled. Bohužel fotku zvláštnosti pileus nad kumulonimbem se mi nepovedlo sehnat, takže uvádím fotku čepičky nad oblakem Cumulus congestus.

Cu con pil


PRAECIPITATIO

Zvláštnosti praecipitatio se často říká srážkové pruhy nebo pásy. Znamená to, že při pohledu na oblak vidíme visící provazce srážek, které dosahují zemského povrchu.

Cb pra


TUBA

Slovem tuba se označuje zvláštnost kumulonimbu, která má tvar rotující nálevky rostoucí směrem k zemi a dost často bývá spojena se vznikem tornáda. U nás se tato zvláštnost vyskytuje velmi zřídkavě.

Cb tub


VELUM

Od této zvláštnosti se mi nepovedlo sehnat žádnou fotku, tak jen její stručný popis. Do jisté míry se podobá již popsané zvláštnosti pileus. Také se nachází nad bouřkovým oblakem, který jí postupně prorůstá, a je to horizontálně dost rozsáhlá vrstva, často pokrývající celou horní část kumulonimbu.




VIRGA

Jako virga se označují srážkové pruhy, které nedosahují do zemského povrchu. Virga se tedy podobá zvláštnosti praecipitatio a skutečně někdy není možné odlišit tyto dvě zvláštnosti. Na uvedeném obrázku je vidět virga vpravo a ve střední části, zcela vlevo je pak praecipitatio.

Cb vir

Elektrické projevy bouřek - blesky

O tom, že bouřkový oblak v sobě může akumulovat značné množství elektrické energie, jistě nikdo nepochybuje, protože se každý setkal s projevem výboje této energie - bleskem. Ale kde se tato energie v mraku bere? Odpověď na to je značně složitá a existuje více teorií, které se snaží co nejvěrněji jev nabíjení bouřkového oblaku popsat. V zásadě se dá ale říci, že na nabíjení oblaku mají hlavní vliv výstupné proudy, které unášejí vodní páru. Ta ve vyšších hladinách kondenzuje na vodní kapky, které se díky proudění elektrizují (třením). Další faktor, který spolupůsobí je pak gravitace, která rozděluje díky odlišné hmotnosti kapky do různých částí bouřkového mraku. Tak se postupně utvoří v horní části bouřkového oblaku centrum kladného náboje a v dolní části centrum záporného náboje (díky elektrostatické indukci). V pokročilém stadiu vývoje bouřky se pak v oblasti vypadávání srážek utváří ještě podružné centrum kladného náboje. Celý problém je však mnohem složitější než je uvedeno v těchto několika větách, ale to teď není podstatné. Podstatné je, že je-li rozdíl napětí mezi různými částmi oblaku dostatečně velký, dochází k jiskrovému výboji.

První částí jiskrového výboje je tzv. lídr. V této fázi se lavina elektronů blíží po jakýchsi rychlých skocích směrem k zemi, přičemž vyhledává cestu nejmenšího odporu, tedy nejvodivější cestu. Jakmile dosáhnou elektrony až na zem, dojde k uzavření elektrického obvodu (povrch země je rovněž elektricky nabit). Dojde tak vlastně k vytvoření vodivého kanálu, který spojuje oblak se zemí. Pak následuje druhá etapa - hlavní část blesku. Vodivým kanálem proběhne hlavní elektrický výboj, po němž může stejnou cestou následovat ještě několik výbojů dalších, což se projeví jako "blikání" blesku.

První etapa vývoje blesku, tedy lídr, směřuje většinou od mraku směrem k zemi, ale mnohdy tomu bývá naopak. Někdy dokonce vyjde lídru směřujícímu dolů z mraku naproti lídr od země, konkrétně od vyšších špičatých předmětů. Hlavní výboj pak většinou směřuje od povrch země k oblaku, ale může tomu být i naopak. Celková doba trvání blesku činí přibližně setiny až desetiny sekundy, ale byly zaznamenány případy, kdy díky mnoha po sobě následujícím výbojům, trval blesk i více než 1 sekundu.

Teď se ještě na chvíli vrátím k samotnému kanálu, kudy výboj probíhá. Ačkoliv se to může zdát nepravděpodobné, průměr kanálu většinou dosahuje hodnot pouze milimetrových až centimetrových, vzácněji bývá širší (až několik desítek centimetrů). Proud, který kanálem protéká, dosahuje intenzity kolem 25.000 ampérů, ale může být i značně vyšší než 50.000 ampérů. Teplota uvnitř kanálu se pak pohybuje v desetitisících stupních, nejčastěji kolem 30.000 K.

A nakonec ještě orientační klasifikace blesků. Tu lze zase provést z několika hledisek. Podle jednoho z hledisek lze blesky rozdělit na blesky mezi oblakem a zemí, mezi dvěma blízkými oblaky a případně i uvnitř jednoho mraku (mezi horní kladnou částí a dolní zápornou). Poslední jmenovaný případ je však oproti prvním dvoum mnohem vzácnější. Délka blesku směřujícího od oblaku k zemi bývá řádově v kilometrech (průměrně 2 až 3 km), délka blesku mezi dvěmi jednotlivými oblaky je přibližně o řád větší (může přesáhnout 50 km).

Z jiného hlediska lze blesky rozdělit následovně: čárový blesk, rozvětvený blesk, perlový (nebo též růžencový) blesk, blýskavice a kulový blesk. Pravděpodobně nejrozšířenějším je čárový blesk, který má tvar jednoduché klikaté čáry bez větvení. Naproti tomu rozvětvený blesk má kromě hlavního kanálu několik vedlejších (které se pak můžou dále větvit) a připomíná tak obrácenou korunu stromu. Perlový blesk je poměrně vzácný a je tvořen jednotlivými svítícími body v dráze vodivého kanálu. Vzdálenost mezi jednotlivými body je přibližně 10 metrů. Tento druh blesku vzniká nejčastěji ve dráze, kde předtím proběhnul čárový blesk. Jako blýskavice je označován výboj mezi horní a dolní opačně nabitými částmi bouřkového oblaku. A konečně kulový blesk má podle názvu tvar koule a jeho trvání bývá často velmi dlouhé (desítky sekund až minuty), přičemž se může pohybovat nad zemí nebo téměř stát na místě apod. Různorodost projevů tohoto blesku je značná a mechanismus jeho vzniku ani další podrobnosti o něm nejsou dodnes rozřešeny. Respektive existuje spousta více či méně pravděpodobných teorií, které se ho snaží vysvětlit, ale ani jedna zatím nebyla stoprocentně potvrzena.

Tím bych ukončil toto stručné pojednání o bouřkové oblačnosti, bouřkách a jejich projevech. Samozřejmě, že zde ani zdaleka nenaleznete všechny odpovědi ohledně tohoto zajímavého přírodního úkazu. Více, podrobněji a fundovaněji se dozvíte z jednotlivých článků, které budou nepravidelně uveřejňovány na těchto stránkách.