Česko v tomto týdnu zasáhlo několik bouřek. Jak dochází k jejich vzniku v zimě?
V tomto týdnu přecházely Česko od severu či severozápadu hned dvě studené fronty. Tyto fronty přinesly především silný vítr a srážky, které byly dešťové a postupně přecházely ve sněžení. Nejpozoruhodnější na těchto frontách bylo, že se na nich (v pondělí především na severní Moravě a ve Slezsku, ve čtvrtek i jinde v Česku), vyskytlo několik blesků (obr. 1). Blesky a tedy bouřky v lednu se vyskytují velice sporadicky. Bouřky známe spíše z letního období, kdy po horkém dni přijde pořádná bouřka s přívalovým deštěm. Jak ale dochází ke vzniku bouřky v zimě, kdy je podstatně méně energie ve vzduchu a spíše dominuje stabilnější zvrstvení vzduchových hmot? Situaci a příčiny vzniku rozebereme v tomto článku.
Obr. 1 Sumace blesků za pondělí 17. 1. 2022. Patrné jsou elektrické výboje nad Polskem a Moravskoslezským krajem v rámci ČR, zdroj: blitzortung.org
Vývoj bouřek obecně
Obecně je vývoj bouřkové oblačnosti spojen s instabilním vertikálním zvrstvením vzduchu. Při takovém zvrstvení teplota vzduchu s výškou klesá. Při intenzivním slunečním záření se zemský povrch nerovnoměrně zahřívá (např. jižní svah kopce se bude zahřívat rychleji než severní svah), což vede k tomu, že nad teplejšími částmi povrchu je také vzduch teplejší a řidší, než v jeho okolí. Řidší a teplejší vzduch začne podobně jako horkovzdušný balón stoupat vzhůru. Takto nastává přenos tepla prouděním, což označujeme jako konvekce. Vzduch ve stoupavém konvekčním proudu se ochlazuje, protože s výškou klesá jeho tlak. Chladný vzduch je schopen pojmout méně vlhkosti, takže roste jeho relativní vlhkost a nastává kondenzace. Při kondenzaci se tvoří malé vodní kapičky (nebo led. krystalky), které vnímáme jako oblak. Bouřkový oblak dosahuje výšek okolo 14 km. Z takového oblaku už začnou vypadávat srážky. Bouřková oblačnost se obvykle vytváří na studených frontách nebo v jejich blízkosti. Často také může vyvolat vzestupné konvekční pohyby vzduchu jeho přetékání přes horský masiv.
Schéma vývoje a zániku běžné letní bouřky - v první fázi dojde výstupnými pohyby vzduchu k vývoji oblaku, který přeroste až do bouřkového oblaku a následně se deštěm a ochlazením vzestupný proud ukončí a bouřka opět zaniká, zdroj: wolkenatlas.de
V zimě vývoj bouřek podpoří tryskové proudění
Výše je velice stručně popsán vznik letních bouřek při instabilním vertikálním zvrstvení vzduchu. V zimě ovšem v důsledku radiačního ochlazování zemského povrchu a menší míry přicházející slunečního záření se častěji vyskytuje stabilní vertikální zvrstvení vzduchu, jinak řečeno teplotní inverze, kdy teplota s výškou naopak roste. Také, jak již bylo avizováno, má studený vzduch mnohem méně vlhkosti (absolutní), než vzduch teplejší. Co však zimní situace nabízejí oproti letním, jsou dynamičtější povětrnostní situace s rychlým tryskovým prouděním ve vyšších vrstvách atmosféry. Tlakové níže bývají hlubší a jejich fronty jsou po teplotní stránce výraznější (s větším teplotním gradientem). Instabilní teplotní zvrstvení se ale v zimě vyskytuje především při advekci mořského vzduchu od severozápadu (často s čerstvým větrem). I tak se v tomto instabilním zvrstvení vyskytuje mnohem menší energie výstupných proudů (desítky až stovky J/kg), než tomu bývá v létě (tisíce J/kg).
Zimní bouřky se ve většině případů vyskytují na atmosférických frontách nebo v jejich bezprostřední blízkosti. V zimním období se obecně vyskytují výraznější horizontální teplotní gradienty, pokud např. pronikne velice chladný vzduch původem z Arktidy do mírných zeměpisných šířek. S tímto souvisí pojmem baroklinní instabilita (cmes.cz), která způsobuje rychlé prohlubování cyklón a vznik intenzivnější frontální cirkulace, a to právě vlivem silnějších horizontálních teplotních gradientů. Svou roli zde sehrávají také neadiabatické procesy. Těmito procesy rozumíme uvolňování nebo spotřebu latentního tepla. K zostření atmosférické fronty přispívá, když se latentní teplo při kondenzaci (a tedy tvorbě srážek) uvolňuje do teplé vzduchové hmoty a k jeho spotřebě dochází ve studené vzduchové hmotě, zde ve formě tání (třeba sněhových vloček) nebo odpařování či sublimaci. Výraznější fronty pak vedou k silnějšímu dynamickému generování výstupných pohybů na jejich čele. Bouřkám zde prospívá také výrazný vertikální střih větru, který posiluje tryskové proudění ve vyšších vrstvách atmosféry. Bouřky se tedy v zimě vyskytují na rychle postupujících studených frontách, které jsou orientovány kolmo na směr proudění (můžeme je označit jako tzv. katafronty).
Obr. 2 Přechod pondělní (17. 1. 2022) studené fronty, která přinesla bouřky především na severní Moravu a do Slezska, zdroj: ventusky.com
V pondělí bouřky přinesla studená fronta
V pondělí nás v silném severním až severozápadním proudění přecházela rychle postupující studená fronta (obr. 2), která byla spojená s tlakovou níží se středem nad severovýchodní Evropou. Studená fronta během dne velice rychle postupovala přes Polsko, kde se na ní vyskytlo až několik tisíc elektrických výbojů (obr. 1). Bouřky se zde vyskytovaly díky vhodným výše popsaným dynamickým podmínkám. Především vertikální střih větru byl podpořen tryskovým prouděním ve vyšších vrstvách atmosféry (obr. 3). Silnější proudění zde bylo v důsledku výrazného tlakového gradientu mezi tlakovou výší nad Britskými ostrovy a hlubokou tlakovou níží nad severovýchodní Evropou.
Obr. 3 Znázornění polohy tryskového proudění (temně červená barva) v pondělí 17. 1. 2022 podle výpočtu modelu GFS, zdroj: ventusky.com
Čtvrteční bouřky způsobila podružná studená fronta
Trochu odlišná situace nastala ve čtvrtek (20. 1. 2022). Zde nás v ranních hodinách přecházela studená fronta spojená s tlakovou níží nad Baltským mořem tentokrát od severozápadu (v pondělí to bylo spíše od severu). Tato studená fronta nepřinesla nikterak významné srážky, pouze za ní přišel chladnější vzduch především do vyšších vrstev atmosféry. Ovšem v některých případech při rychlém vpádu chladného vzduchu ze severních směrů nižších zeměpisných šířek se sem může dostávat v jednotlivých vlnách. Taková situace nastala právě ve čtvrtek. Zde tedy jedna vlna v podobě studené fronty přešla v ranních hodinách a další vlna v podobě podružné studené fronty ji následovala v poledních hodinách.
Na obr. 4 je znázorněna sumace blesků za čtvrtek (do 14:46 hod), ze které vyplývá, že se opět na území České republiky vyskytly bouřky. Jejich výskyt podpořilo hned několik faktorů. Prvním z nich je přechod studené fronty v ranních hodinách, která přinesla chladnější vzduchovou hmotu, a to především do vyšších vrstev atmosféry, do výšek okolo 2 km. Ve spodních hladinách se vzduchová hmota stihla transformovat, a to jednak díky jejímu přechodu přes teplejší moře a také díky radiačnímu ohřevu přes den. Tyto podmínky způsobily instabilní zvrstvení této vzduchové hmoty. Dalším faktorem je, že tento přicházející vzduch původem z moře byl relativně vlhký a mohla se zde snadno vytvářet oblačnost. A zřejmě posledním faktorem je přechod samotné podružné studené fronty, nad kterou se opět vyskytovalo silné tryskové proudění (obr. 5) podporující vertikální střih větru. Dohromady tyto faktory představují vhodné podhoubí pro vznik bouřek.
Obr. 4 Sumace blesků za čtvrtek 20. 1. 2022. Patrné jsou elektrické výboje především nad Polskem, Německem a Českem, zdroj: blitzortung.org
Na obr. 4 si lze povšimnout úbytku blesků v severozápadních Čechách a nad Moravskoslezským krajem. To souvisí s vlivem reliéfu. Krušné hory případně Jeseníky přechodně naruší organizaci fronty, a to tím, že mohou se oslabit vzestupné proudy, které jsou důležité pro vertikální proudění v bouřkových oblacích a vznik blesků. Tyto oblasti také představují při postupu front od severozápadu srážkový stín.
Obr. 5 Znázornění polohy tryskového proudění (temně červená barva) ve čtvrtek 20. 1. 2022 podle výpočtu modelu GFS, zdroj: ventusky.com
Na závěr můžeme uvést, že cumulonimby (bouřkové oblaky) v zimním období dosahují podstatně menších výšek, než bouřková oblačnost v létě. V zimě se horní hranice bouřkové oblačnosti pohybuje mezi 4-5 km. Souvisí to s nižší polohou tropopauzy, která je v zimním období v našich zeměpisných šířkách o několik km níž než v létě. Zimní bouřky jsou také spojeny s větším procentem kladných CG blesků než letní. O těchto jevech však budeme pojednávat v dalším článku.
Obr. 1 Sumace blesků za pondělí 17. 1. 2022. Patrné jsou elektrické výboje nad Polskem a Moravskoslezským krajem v rámci ČR, zdroj: blitzortung.org
Vývoj bouřek obecně
Obecně je vývoj bouřkové oblačnosti spojen s instabilním vertikálním zvrstvením vzduchu. Při takovém zvrstvení teplota vzduchu s výškou klesá. Při intenzivním slunečním záření se zemský povrch nerovnoměrně zahřívá (např. jižní svah kopce se bude zahřívat rychleji než severní svah), což vede k tomu, že nad teplejšími částmi povrchu je také vzduch teplejší a řidší, než v jeho okolí. Řidší a teplejší vzduch začne podobně jako horkovzdušný balón stoupat vzhůru. Takto nastává přenos tepla prouděním, což označujeme jako konvekce. Vzduch ve stoupavém konvekčním proudu se ochlazuje, protože s výškou klesá jeho tlak. Chladný vzduch je schopen pojmout méně vlhkosti, takže roste jeho relativní vlhkost a nastává kondenzace. Při kondenzaci se tvoří malé vodní kapičky (nebo led. krystalky), které vnímáme jako oblak. Bouřkový oblak dosahuje výšek okolo 14 km. Z takového oblaku už začnou vypadávat srážky. Bouřková oblačnost se obvykle vytváří na studených frontách nebo v jejich blízkosti. Často také může vyvolat vzestupné konvekční pohyby vzduchu jeho přetékání přes horský masiv.
Schéma vývoje a zániku běžné letní bouřky - v první fázi dojde výstupnými pohyby vzduchu k vývoji oblaku, který přeroste až do bouřkového oblaku a následně se deštěm a ochlazením vzestupný proud ukončí a bouřka opět zaniká, zdroj: wolkenatlas.de
V zimě vývoj bouřek podpoří tryskové proudění
Výše je velice stručně popsán vznik letních bouřek při instabilním vertikálním zvrstvení vzduchu. V zimě ovšem v důsledku radiačního ochlazování zemského povrchu a menší míry přicházející slunečního záření se častěji vyskytuje stabilní vertikální zvrstvení vzduchu, jinak řečeno teplotní inverze, kdy teplota s výškou naopak roste. Také, jak již bylo avizováno, má studený vzduch mnohem méně vlhkosti (absolutní), než vzduch teplejší. Co však zimní situace nabízejí oproti letním, jsou dynamičtější povětrnostní situace s rychlým tryskovým prouděním ve vyšších vrstvách atmosféry. Tlakové níže bývají hlubší a jejich fronty jsou po teplotní stránce výraznější (s větším teplotním gradientem). Instabilní teplotní zvrstvení se ale v zimě vyskytuje především při advekci mořského vzduchu od severozápadu (často s čerstvým větrem). I tak se v tomto instabilním zvrstvení vyskytuje mnohem menší energie výstupných proudů (desítky až stovky J/kg), než tomu bývá v létě (tisíce J/kg).
Zimní bouřky se ve většině případů vyskytují na atmosférických frontách nebo v jejich bezprostřední blízkosti. V zimním období se obecně vyskytují výraznější horizontální teplotní gradienty, pokud např. pronikne velice chladný vzduch původem z Arktidy do mírných zeměpisných šířek. S tímto souvisí pojmem baroklinní instabilita (cmes.cz), která způsobuje rychlé prohlubování cyklón a vznik intenzivnější frontální cirkulace, a to právě vlivem silnějších horizontálních teplotních gradientů. Svou roli zde sehrávají také neadiabatické procesy. Těmito procesy rozumíme uvolňování nebo spotřebu latentního tepla. K zostření atmosférické fronty přispívá, když se latentní teplo při kondenzaci (a tedy tvorbě srážek) uvolňuje do teplé vzduchové hmoty a k jeho spotřebě dochází ve studené vzduchové hmotě, zde ve formě tání (třeba sněhových vloček) nebo odpařování či sublimaci. Výraznější fronty pak vedou k silnějšímu dynamickému generování výstupných pohybů na jejich čele. Bouřkám zde prospívá také výrazný vertikální střih větru, který posiluje tryskové proudění ve vyšších vrstvách atmosféry. Bouřky se tedy v zimě vyskytují na rychle postupujících studených frontách, které jsou orientovány kolmo na směr proudění (můžeme je označit jako tzv. katafronty).
Obr. 2 Přechod pondělní (17. 1. 2022) studené fronty, která přinesla bouřky především na severní Moravu a do Slezska, zdroj: ventusky.com
V pondělí bouřky přinesla studená fronta
V pondělí nás v silném severním až severozápadním proudění přecházela rychle postupující studená fronta (obr. 2), která byla spojená s tlakovou níží se středem nad severovýchodní Evropou. Studená fronta během dne velice rychle postupovala přes Polsko, kde se na ní vyskytlo až několik tisíc elektrických výbojů (obr. 1). Bouřky se zde vyskytovaly díky vhodným výše popsaným dynamickým podmínkám. Především vertikální střih větru byl podpořen tryskovým prouděním ve vyšších vrstvách atmosféry (obr. 3). Silnější proudění zde bylo v důsledku výrazného tlakového gradientu mezi tlakovou výší nad Britskými ostrovy a hlubokou tlakovou níží nad severovýchodní Evropou.
Obr. 3 Znázornění polohy tryskového proudění (temně červená barva) v pondělí 17. 1. 2022 podle výpočtu modelu GFS, zdroj: ventusky.com
Čtvrteční bouřky způsobila podružná studená fronta
Trochu odlišná situace nastala ve čtvrtek (20. 1. 2022). Zde nás v ranních hodinách přecházela studená fronta spojená s tlakovou níží nad Baltským mořem tentokrát od severozápadu (v pondělí to bylo spíše od severu). Tato studená fronta nepřinesla nikterak významné srážky, pouze za ní přišel chladnější vzduch především do vyšších vrstev atmosféry. Ovšem v některých případech při rychlém vpádu chladného vzduchu ze severních směrů nižších zeměpisných šířek se sem může dostávat v jednotlivých vlnách. Taková situace nastala právě ve čtvrtek. Zde tedy jedna vlna v podobě studené fronty přešla v ranních hodinách a další vlna v podobě podružné studené fronty ji následovala v poledních hodinách.
Na obr. 4 je znázorněna sumace blesků za čtvrtek (do 14:46 hod), ze které vyplývá, že se opět na území České republiky vyskytly bouřky. Jejich výskyt podpořilo hned několik faktorů. Prvním z nich je přechod studené fronty v ranních hodinách, která přinesla chladnější vzduchovou hmotu, a to především do vyšších vrstev atmosféry, do výšek okolo 2 km. Ve spodních hladinách se vzduchová hmota stihla transformovat, a to jednak díky jejímu přechodu přes teplejší moře a také díky radiačnímu ohřevu přes den. Tyto podmínky způsobily instabilní zvrstvení této vzduchové hmoty. Dalším faktorem je, že tento přicházející vzduch původem z moře byl relativně vlhký a mohla se zde snadno vytvářet oblačnost. A zřejmě posledním faktorem je přechod samotné podružné studené fronty, nad kterou se opět vyskytovalo silné tryskové proudění (obr. 5) podporující vertikální střih větru. Dohromady tyto faktory představují vhodné podhoubí pro vznik bouřek.
Obr. 4 Sumace blesků za čtvrtek 20. 1. 2022. Patrné jsou elektrické výboje především nad Polskem, Německem a Českem, zdroj: blitzortung.org
Na obr. 4 si lze povšimnout úbytku blesků v severozápadních Čechách a nad Moravskoslezským krajem. To souvisí s vlivem reliéfu. Krušné hory případně Jeseníky přechodně naruší organizaci fronty, a to tím, že mohou se oslabit vzestupné proudy, které jsou důležité pro vertikální proudění v bouřkových oblacích a vznik blesků. Tyto oblasti také představují při postupu front od severozápadu srážkový stín.
Obr. 5 Znázornění polohy tryskového proudění (temně červená barva) ve čtvrtek 20. 1. 2022 podle výpočtu modelu GFS, zdroj: ventusky.com
Na závěr můžeme uvést, že cumulonimby (bouřkové oblaky) v zimním období dosahují podstatně menších výšek, než bouřková oblačnost v létě. V zimě se horní hranice bouřkové oblačnosti pohybuje mezi 4-5 km. Souvisí to s nižší polohou tropopauzy, která je v zimním období v našich zeměpisných šířkách o několik km níž než v létě. Zimní bouřky jsou také spojeny s větším procentem kladných CG blesků než letní. O těchto jevech však budeme pojednávat v dalším článku.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
