Cyril Siman, Meteoinfo.sk / 28.07.2014 21:59
Charakteristickým znakom počasia letného obdobia (júl až august) v klimageografickom regióne strednej Európy je výskyt búrok a javov s nimi súvisiacich. V našich zemepisných šírkach sa najčastejšie vyskytujú v letnom období (jún-august), ale prvé búrky v roku môžeme pozorovať už začiatkom apríla a výnimočným javom nie je ani búrka v septembri. Zimné búrky sú u nás zriedkavé, vyskytujú sa od začiatku decembra do konca februára , keď registrujeme v priemere len asi 2 % z celkového ročného počtu búrok. Z meteorologického hľadiska chápeme búrku ako súbor elektrických, optických a akustických javov, ktoré vznikajú medzi oblakmi typu Cumulonimbus (obr.1) navzájom alebo medzi oblakmi a zemským povrchom. Elektrické javy, ktoré sú znakom búrky v praxi označujeme názvom elektrometeory. Patria sem všetky viditeľné a počuteľné prejavy atmosférickej elektriny, podrobne sa nimi zaoberá špeciálne odvetvie fyziky atmosféry. Výskyt búrok je viazaný na stav rady fyzikálnych prvkov (teplota vzduchu, vlhkosť vzduchu, tlak vzduchu, prúdenie a pod.), ročné obdobie a geografické podmienky. Napríklad v Keni alebo vo Vietname sú oblasti, kde sa vyskytuje silná búrka vo viac ako dvoch tretinách všetkých dní v roku.
Procesy prebiehajúce pri vzniku oblakov a búrok
Vznik búrky zahŕňa množstvo procesov, ktoré predchádzajú alebo sa priamo zúčastňujú na jej formovaní a výsledkom je vznik búrkových oblakov a sprievodných meteorologických javov, ktoré sú často nebezpečnejšie a ničivejšie ako samotná búrka.
Kondenzácia vodnej pary
Základným procesom ktorým vznikajú nie len búrkové oblaky je proces kondenzácie a desublimácie vodnej pary. Vodná para, ktorá je obsiahnutá v atmosfére za určitých podmienok mení svoje skupenstvo z plynného na kvapalné alebo na pevné. Pri tomto procese sa uvoľňuje teplo. Podmienkou kondenzácie alebo desublimácie (prechod z plynného na pevné skupenstvo) je nasýtenie vzduchu vodnou parou a prítomnosť kondenzačných jadier alebo predmetov na ktorých dochádza ku kondenzácií. Vzduch nasýtení vodnou parou má relatívnu vlhkosť 100% (relatívna vlhkosť vyjadruje percentuálny pomer skutočnej vlhkosti vzduchu k maximálnej možnej vlhkosti vzduchu pri danej teplote). Stav nasýtenia môže byť dosiahnutý viacerými spôsobmi. Ochladením vzduchu na teplotu rosného bodu (teplota rosného bodu, je teplota kedy má vzduch relatívnu vlhkosť 100%), alebo zvýšením vlhkosti vzduchu pri stálej teplote. Ochladenie vzduchu na teplotu rosného bodu môže nastať:
a.) dotykom teplého vzduchu s chladným povrchom pôdy, tiel rastlín, rôznych predmetov
b.) vyžarovaním tepla do ovzdušia (radiácia)
c.) miešaním teplých a studených vzduchových hmôt
d.) adiabaticky pri jeho výstupe do výšky (oblaky s vertikálnym vývojom)
Ďalšou spomínanou podmienkou kondenzácie a desublimácie je prítomnosť kondenzačných jadier. Kondenzačné jadrá sú malé, mikroskopické častice rôzneho skupenstva a pôvodu s veľkosťou najčastejšie od 0,01 do 0,1 mikrometra.
Obr. 1: Cumulonimbus nad Muránskou planinou
Výpar
Ku kondenzácií je potrebné aby atmosféra obsahovala určité množstvo vodnej pary. Vodná para sa v atmosfére nachádza vo všetkých troch skupenstvách. Medzi aktívnym povrchom a atmosférou prebieha neustála výmena vlahy, ktorá sa uskutočňuje prostredníctvom turbulentného prúdenia a molekulárnou difúziou. Vodná para sa teda do ovzdušia dostáva prostredníctvom výparu. Výpar je fyzikálny proces transformácie kvapalného alebo pevného skupenstva vody na plynné skupenstvo. Pokiaľ vyparujúci povrch opúšťa viac molekúl ako do neho vstupuje jedná sa o výpar, pričom sa povrch ochladzuje o tzv. skupenské teplo vyparovania (na vyparenie 1 g vody pri teplote 0°C je potrebných 2500 J energie).
Vertikálne zvrstvenie atmosféry, adiabatické deje
Počiatočnou energiou, bez ktorej by proces výparu, kondenzácie a opätovného kolobehu vody v krajine nemohol existovať je energia slnečného žiarenia. Slnečné lúče dopadajúce na zemský povrch (aktívny povrch) sa menia na teplo. Teplota vzduchu v atmosfére vo všeobecnosti klesá s nadmorskou výškou (normálne teplotné zvrstvenie), niekedy stúpa (inverzia) a niekedy zostáva konštantná (izotermia). Tieto stavy teplotného zvrstvenia charakterizujeme pomocou vertikálneho geotermického teplotného gradientu. Termické zvrstvenie teploty nesmieme zamieňať so zmenami teploty ku ktorým dochádza vplyvom zmeny nadmorskej výšky (klimatologický teplotný gradient u nás 0,6°C/100m) a rovnako ho nemôžeme zamieňať s adiabatickými zmenami teploty, ku ktorým dochádza vo vnútri vzduchových hmôt. Deje, ktoré sa odohrávajú vnútri vzduchovej hmoty bez prílevu energie zvonku a bez straty tepla do okolitého priestoru sa nazývajú adiabatické deje. Predstavme si určitý vystupujúci objem vzduchu, ktorý sa rozpína, pretože smerom do výšky ubúda tlak vzduchu (so zvyšujúcu nadmorskou výškou klesá tlak vzduchu (o cca 133 Pa na 11m, vertikálny barický gradient v má u nás v nižších nadmorských výškach hodnotu 1250 Pa/100m). Na zväčšenie jeho objemu sa vynakladá práca na ktorú je potrebná energia. Tá však nie je dodávaná z okolitého prostredia a tak sa spotrebuje energia vlastnej vzduchovej hmoty, vďaka tomu klesá teplota. Veľkosť adiabatickej zmeny teploty s výškou vyjadruje tzv. suchoadiabatický gradient (1°C/100m), jedná sa o vzduch suchý aj nenasýtený vodnou parou. Pri výstupe vzduchu, ktorý je nasýtený vodnou parou je pokles teploty na 100 m nižší (vlhkoadiabatický gradient 0,2°C až 1°C/100 m), je to spôsobené tým, že časť vodnej pary nasýteného vzduchu kondenzuje a tým sa uvoľní ,,utajené“ teplo. Vystupujúci vzduch sa najprv ochladzuje podľa ,,suchoadiabatického gradientu (1°C/100 m) a po dosiahnutí nasýtenia (kondenzačná hladina) sa ďalej ochladzuje podľa nasytenoadiabatického gradientu (vlhkoadiabatický gradient 0,2°C až 1°C/100m). Adiabatické ochladzovanie vzduchu pri jeho výstupe do výšky je hlavnou príčinou vzniku oblakov a zrážok. Výstupný pohyb vzduchu závisí od charakteru teplotného rozdelenia teploty okolitého prostredia. V podstate nastávajú tri rôzne zmeny tepoty prostredia v ktorom sa premiestňuje vzduchová hmota:
1.) pokiaľ je geometrický teplotný gradient nižší ako 1°C/100 m (teda nižší ako suchoadiabatický gradient), bude mať vystupujúci vzduch vždy nižšiu teplotu ako okolitý vzduch. Ako chladnejší a ťažší bude klesať (stabilné zvrstvenie atmosféry)
2.) pokiaľ sa geometrický teplotný gradient rovná suchoadiabatickému gradientu vzniká indiferentné zvrstvenie atmosféry (vystupujúci vzduch má v každej vyššej nadmorskej výške rovnakú teplotu ako okolitý vzduch a vplyvom trenia sa zastaví)
3.) pokiaľ je geometrický teplotný gradient vyšší ako 1°C/100 m (vyšší ako suchoadiabatický), tak vystupujúci vzduch bude v každej novej polohe teplejší ako okolitý vzduch a preto ako ľahľí bude vystupovať (obr.2, obr.3)
Pre vznik teplotnej konvekcie má význam tzv. kritický gradient s hodnotou nad 3,4°C na 100 m, kedy dochádza k porušeniu stability atmosféry. Medzi oblaky, ktoré vznikajú adiabatickým ochladzovaním vzduchu patria oblaky teplotnej konvekcie, teda oblaky s výškovým vývojom. Tie vznikajú nad ohriatym povrchom Zeme pri labilnom zvrstvení atmosféry. Spočiatku sa vytvárajú oblaky ,,pekného počasia“, ktoré sa však pri dostatočnej energií výstupných prúdov môžu transformovať na mohutné búrkové oblaky Cumulonimbus (obr.1, obr. 4)
Obr. 2: Vystupujúci vzduch vzduchovej hmoty sa ochladzuje podľa suchoadiabatického gradientu, ktorý je nižší ako geotermický teplotný gradient, vďaka tomu, je vystupujúci vzduch vždy teplejší ako okolitý vzduch, ktorý sa s výškou ochladzuje viac
Obr. 3: Začiatok konvekcie v sobotu napoludnie neďaleko pohoria Branisko, pohľad na Spiš
Obr. 4: Typy búrok podľa tvaru oblaku Cumulonimbus v závislosti od profilu vetra.
Výskyt búrok a sprievodné meteorologické javy
Najmenej búrok sa z dlhodobého hľadiska vyskytuje v nížinách, naopak v podhorských a horských oblastiach je ich najviac (orografické prekážky podporujú výstupné prúdy). Miestne búrky trvajú na našom území v priemere 15 až 30 minút, frontálne búrky 1 až 3 hodiny. Jedna búrka trvá priemerne 1 hodinu a 20 minút.
Blesky
Výboje (blesky) vznikajú sústredením častíc nesúcich náboj rovnakého znamienka v jednej časti oblaku, zatiaľ čo v druhej časti oblaku sú častice nabité opačným nábojom. Rozdiel potenciálov na jednotku dĺžky dosahuje státisíce voltov. K takémuto stavu môže dôjsť v oblakoch alebo medzi oblakom a zemským povrchom. Blesk je výboj, prostredníctvom ktorého dochádza k vyrovnaniu potenciálov. Zvuk, ktorý nasleduje sa nazýva hrmenie. Hrmenie vzniká dôsledkom silného a rýchleho zahrievania vzduchu pozdĺž dráhy blesku. Rozpínanie vzduchu sa prejavuje ako výbuch, pričom vzniká tlaková vlna, ktorá sa odráža od okolitých oblakov a od Zeme a preto má charakter dlhšie trvajúceho hrmenia. Zvuk sa šíri priemernou rýchlosťou 330 m/s, rýchlosť svetla je neporovnateľne rýchlejšia, preto hrmenie počujeme často s niekoľko sekundovým odstupom a až potom ako udrie blesk (v závislosti od vzdialenosti). Blesk vzniká vtedy, keď napätie elektrického poľa presiahne kritickú hodnotu 25 000 až 50 000 V, jeho dĺžka môže byť niekoľko km s intenzitou prúdu 10 000 a viac ampérov. Najčastejším typom blesku je čiarový blesk, ktorý je často vetvený, ale známe sú aj plošné blesky vnútri oblakov a pod.
Blýskavica
Je osvetľovanie oblohy bleskami zo vzdialenej búrky, kedy nie je počuť hrmenie.
Krúpy
Sú rôzne veľké, nepravidelné kúsky ľadu veľkosti hrachu (často aj väčšie). Hmotnosť krúp sa pohybuje v našich zemepisných šírkach do 300 g, v tropických oblastiach môžu byť krúpy väčšie. Majú nehomogénnu štruktúru, priesvitné a nepriesvitné vrstvy. Tie vznikajú ako dôsledok ,,cestovania“ krúp v oblaku, vo vrstvách s kryštálikmi ľadu a prechladených vodných kvapiek a pod. Krupobitie môže mať rozsah živelnej pohromy aj keď postihuje väčšinou len obmedzené oblasti v úzkych pruhoch.
Húľava
Húľavy predstavujú náhle a krátkodobé zosilnenie vetra s nárazmi prevyšujúcimi aj 20 m/s. Trvajú niekoľko minút a môžu mať aj katastrofické následky. Vyskytujú sa v búrkových oblastiach v prednej časti búrkového oblaku, kde vzniká silný výstupný pohyb vzduchu, v centrálnej a zadnej časti zasa zostupný. Húľavy sú sprevádzané niekedy aj krúpami a silným dažďom.
Zrážky
Nebezpečným meteorologickým javom môžu byť v súvislosti s búrkami aj zrážky a predovšetkým ich vysoká intenzita v krátkom čase. Počas silnej búrky môže v našich podmienkach spadnúť aj viac ako 50 mm zrážok za 1 h. Pri takomto silnom lejaku hrozia lokálne povodne a zosuvy pôdy.
Na Slovensku pozorujeme výrazný denný chod zrážok a už od soboty sa každý deň vyskytujú aj búrky. Takýto charakter počasie bude pokračovať aj v najbližších dňoch. Vo vlhkom a teplo vzduchu očakávame búrky najmä v popoludňajších hodinách, pričom ojedinele sa pri nich môžu vyksytnúť aj nebezpečné sprievodné javy, ktoré sme opisovali aj v tomto článku, nemožno teda vylúčiť lokálne krupobitie, prechodné zosilnenie vetra alebo silný dážď.
Zdroje:
Petrík, M., Havlíček V., Uhrecký I., Lesnícka bioklimatológia. vyd. Príroda, Bratislava, 1986. 346 s.
http://www.setoop.sk/paragliding/docs/m16.htm
http://www.fyzickageografia.sk/geovedy/texty/pecho.pdf
http://server.sk/zaujimavosti/pod-lampou/ako-sa-rodi-burka/
http://www.kstst.sk/pages/vht/meteo/oblaky2.htm#cb
http://www.enviromagazin.sk/enviro5_2/zrazky.html
http://www.kstst.sk/pages/vht/meteo/blesk.htm