jasno — tisk
čas výtisku: 2020–05–26 | 00:13 UTC
publikováno: 2018–10–02 | 08:42 UTC
autor článku: Petr Dvořák
Kurz: Letecká meteorologie 001
Na stránkách Jasno.cz přináším základní kurz letecké meteorologie, koncipovaný především pro pilotní kvalifikaci ATPL. Vycházím ze své mnohaleté zkušenosti lektora letecké meteorologie, z přednášek a školení pro dopravní piloty ve výcviku. Zdejší lekce je jen výběrem nejdůležitějších témat a principů, které mají za cíl usnadnit pochopení základů. Pro podrobnější znalosti doporučuji některou z učebnic, ať už zahraniční, nebo českou.

Řada meteorologických znalostí je použitelná nejen pro ATPL kvalifikaci, ale také pro jiné pilotní grady, zejména pro CPL, PPL nebo UL. Vynecháme zde však problematiku termiky a bezmotorového létání, jemuž se budeme věnovat později v samostatné sérii.

Význam znalosti počasí pro létání není třeba rozsáhle zdůrazňovat. Atmosféra je prostředí, ve kterém se letadlo pohybuje a je ovlivňováno mnoha faktory — vítr, dohlednost, oblačnost, námraza, turbulence, bouřky. Také při operacích na zemi (např. plnění palivem) je určitá závislost na počasí, např. při bouřce, silném větru, nízké dohlednosti a oblačnosti, namrzajících srážkách, sněžení, apod.

V našem kurzu se budeme orientovat na témata, potřebná pro absolvování teoretické zkoušky ATPL v oboru meteorologie a vysvětlíme principy meteorologických jevů. Obsáhneme stavbu atmosféry, meteorologické prvky (tlak, hustotu, teplotu, vítr, oblačnost, synoptické útvary, námrazu, turbulenci, druhy počasí), klimatické oblasti světa, meteorologické zprávy, předpovědi a výstrahy, a meteorologickou dokumentaci.
Zemská atmosféra je plynný obal kolem planety Země, nazývaná také ovzduší. Její vertikální rozsah je do výšek desítek tisíc km, přičemž podstatný objem atmosféry rotuje spolu s planetou. Atmosféra Země je tvořena směsí několika plynů, dominantní objem však zastávají dva — dusík a kyslík. Ostatní tvoří jen zlomkové množství celkového objemu. Chemické složení atmosféry je víceméně konstantní do výšek kolem 100 km. Výjimkou je časově a prostorově kolísající obsah vodní páry, oxidu uhličitého CO2 a ozónu O3. Dusík (N2) je nejvíce zastoupený plyn v zemské atmosféře, objemově zaujímá 78.084 %. Druhý kyslík (O2) zaujímá 20.948 %. Ostatní plyny dohromady zaujímají zbývající 1 % objemu: Argon 0.934 %, oxid uhličitý asi 0.04 %, další plyny (neon, helium, metan, krypton, vodík, oxid dusný, xenon, oxid siřičitý, ozón, oxid dusičitý, čpavek, oxid uhelnatý, jód) tvoří jen velice malé stopové zastoupení.

Mimo tento výčet stojí vodní pára, která má proměnlivé množství v čase a prostoru, a jejíž objem kolísá zhruba mezi 0 až 4 % celkového zastoupení plynů. Vodní pára se vyskytuje hlavně v nejnižších 10-15 km atmosféry.

Atmosférický tlak, též tlak barometrický nebo tlak vzduchu, klesá s rostoucí výškou. Inverze tlaku vzduchu není možná. Tlak vzduchu vysvětlujeme tak, že horní vrstvy atmosféry svou tíhou zatěžují vrstvy vzduchu pod nimi; nejvíce zatížená je atmosféra při zemském povrchu. Protože musíme vzít v úvahu, že vzduch je stlačitelný, je z tohoto důvodu pokles tlaku s výškou logaritmický a nikoli lineární.
Atmosféru můžeme rozdělit vertikálně na několik vrstev podle různých kvalifikačních kritérií. Nejpoužívanějším kritériem je průběh teploty vzduchu (troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra, exosféra). Podle chemického složení jsou vrstvami homosféra (ca. do 100 km výšky) a heterosféra. Podle elektrických vlastností je to neutrosféra, ionosféra.

Atmosféra také interaguje se zemským povrchem (tření, toky energie, záření, vlhkosti) a podle této interakce rozlišujeme mezní vrstvu a volnou atmosféru.

V letecké meteorologii nás bude zajímat především dělení atmosféry podle průběhu teploty vzduchu. Nejnižší vrstva, troposféra, má rozsah od zemského povrchu do výšek kolem 11 km; tato horní hranice troposféry se však mění jak se zeměpisnou šířkou (v oblasti rovníku dosahuje do 16-18 km, ve středních šířkách 11 km, v polárních oblastech kolem 8 km), tak s roční dobou a teplotou vzduchové hmoty. V mírných šířkách je horní hranice troposféry v létě kolem 14 km, v zimě 8-10 km; v teplé vzduchové hmotě je horní hranice výš, nežli ve studené. Charakteristický průběh teploty vzduchu v troposféře: lineární pokles s výškou, průměrný vertikální teplotní gradient je -0.0065 °C.m-1, tj. o 6.5 °C na kilometr výšky.

Mezi troposférou a nad ní ležící stratosférou je oddělující vrstva nazývaná tropopauza. Jen výjimečně přechází troposféra do stratosféry rovnou jednoduchou vrstvou. Vertikální mohutnost tropopauzy je několik stovek metrů až 3 km; ojediněle se může vyskytnout i zdvojená tropopauza (tzv. listovitost tropopauzy). Teplota vzduchu v tropopauze je konstantní, tzn. izotermie. Hodnota teploty závisí na výšce tropopauzy — při nízké tropopauze, např. v oblasti pólů, je teplota kolem -50 °C. V mírných zeměpisných šířkách je výška tropopauzy 11 km a teplota -56 až -60 °C. V rovníkových oblastech je tropopauza kolem 16-18 km a teplota zde je kolem -70 °C až -80 °C, někdy i nižší.

Nerovnoměrná výška tropopauzy nad zemským glóbem se vysvětluje slapovými silami, působícími na atmosféru, a teplotou vzduchových hmot.
Stratosféra leží nad troposférou, od které je oddělena tropopauzou. Na jejím horním okraji navazuje stratopauza, tzn. stratosféra je vrstva mezi tropopauzou (ve výšce ca. 11 km) a stratopauzou (ve výšce ca. 50 km). Teplota vzduchu se od 11 do 20–25 km udržuje konstantní nebo nepatrně roste. Od výšky 25 km má teplota inverzní charakter a roste až k 0 °C na horní hranici. Tento růst se zdůvodňuje vysokou koncentrací stratosférického ozónu O3, který zvýšenou měrou absorbuje sluneční záření a je skleníkovým plynem.
Ve stratosféře je pozorováno sezónní střídání západo-východního proudění ve výškách kolem 30 km v oblasti vysokých zeměpisných šířek; toto proudění se nazývá cirkumpolární. Ve výškách kolem 25 km se příležitostně vyskytují tzv. perleťová oblaka, jejichž původ je ve vlnovém proudění přes vysoká pohoří. Stratosféra je od vyšší vrstvy oddělena stratopauzou, v níž je teplota vzduchu kolem 0 °C a je ve výšce asi 50 km. Tlak a hustota vzduchu jsou zde jen zlomkem oproti hladině moře, ca. kolem 0.2 hPa. Do výšek horní stratosféry, 40-45 km, vystoupají plynové balóny. Horkovzdušný balón s posádkou je schopen vystoupat do ca. 21 km.

Mezosféra je vrstva ve výškách 50-80 km. Teplota vzduchu zde klesá; na spodní hranici má 0 °C, na horní v létě -80 až -90 °C, v zimě -40 až -50 °C. Na horní straně ohraničuje mezosféru přechodová vrstva mezopauza. V blízkosti mezopauzy se době kolem letního slunovratu občas vyskytují noční svítící oblaka NLC (noctilucent clouds), viditelná z mírných zeměpisných šířek blízko severního obzoru na severní polokouli.

Termosféra je vrstva nad mezopauzou, sahá od 80-90 km do výšek 200-700 km podle různých autorů. Teplota atmosféry zde výrazně roste až na hodnoty kolem 1200 °C. Protože hustota prostředí je velice nízká, je tato teplota měřena podle kinetické energie molekul plynů.

Exosféra sahá od termopauzy do výšek 20000-35000 km. Kinetická teplota molekul je zde asi 1200 °C, vyskytují se hlavně molekuly vodíku a helia, které vlivem vysoké kinetické energie a slábnoucího gravitačního pole v některých případech unikají z gravitačního pole Země a odcházejí do vesmírného prostoru.