Počasí a jeho předpovědi sleduje snad každý z nás. Jak však vypadá profesionální měření a pozorování počasí? 21. STOLETÍ se zeptalo odborníků, jak se pozorování v poslední době změnilo.
Pozorováním počasí se lidé zabývají už od úsvitu civilizace, systematicky měřit ho však začali až poměrně nedávno. Nejstarší věrohodné záznamy nalezneme zejména ve starých kronikách. Do těch však byly zaznamenávány hlavně povětrnostní extrémy, navíc jen sporadicky a na okraji významných politických událostí.
V českých zemích se počasí začalo pravidelně sledovat až od 30. let 16. století. Zřejmě to působil vliv renesance se zvýšeným zájmem o přírodní vědy. První dobrovolní pozorovatelé zaznamenávali denní údaje o počasí na okrajích astronomických ročenek, efemerid.
Galileův odkaz
Na tom, že se dnes počasí nejen pozoruje, ale i skutečně měří, má zásluhu především Galileo Galilei (1564 – 1642) a jeho žáci, díky nimž se rozvinula experimentální fyzika.
Vůbec první přístrojová měření počasí se konala ve francouzském městě Clermont-Ferrand roku 1649. První síť meteorologických stanic pak vznikla v Toskánsku v roce 1652 a pozoruhodné je, že naše předky zajímal spíše atmosférický tlak, než teplota vzduchu.
Na našem území se první soustavná měření tlaku vzduchu začala provádět až v letech 1719 – 1720 v Zákupech u České Lípy a jedním z prvních míst ve střední Evropě, kde se pravidelně měřilo několika meteorologických prvků, byla Praha. Stanice, která je dodnes umístěna v patře Klementina, zahájila svou činnost již v roce 1752.
Komu zvoní hrana?
Jak však vypadá profesionální měření počasí v dnešní době? Oficiální meteorologická data se na území Česka získávají pozorováním ve staničních sítích Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ). Některé stanice jsou obsazeny profesionály, avšak v převážné většině případů je to práce dobrovolníků.
Ještě v nedávné minulosti byly i profesionální stanice vybaveny klasickou meteorologickou budkou s dvířky orientovanými k severu. V budce byly umístěny teploměry, vlhkoměr a záznamová zařízení pro teplotu a vlhkost vzduchu. Velká část stanic však byla v nedávné minulosti automatizována a klasickým meteorologickým budkám tak „zvoní hrana“.
Stanice dnes měří samy!
Jak tedy vypadá takový automatický měřící systém? Měřící stanice s programovým vybavením je propojena s počítačem, umístěným někde v přilehlém objektu. Mezi stanicí a počítačem, který celou „operaci“ řídí, přitom probíhá čilá výměna dat.
Naměřené hodnoty ukládá stanice do své vlastní vnitřní paměti a teprve na vyžádání je zasílá k dalšímu zpracování do počítače, aby je mohl v patřičné aktuální formě zobrazit na monitoru a posléze ukládat do své paměti.
Počítač je navíc modemem připojen na veřejnou telefonní síť nebo na síť GSM a touto cestou se pak data pravidelně šíří do regionálních center ČHMÚ.
Měření každou sekundu
Pro zjišťování jednotlivých meteorologických hodnot je moderní systém vybaven spoustou snímačů, např. k měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu nebo pro monitorování rychlosti a směru větru ve výšce deseti metrů nad povrchem. Měří se třeba i přímé sluneční záření či množství srážek.
Výsledky sledování teplot jsou aktualizovány každých 20 sekund (mezitím stačíme v televizi shlédnout jednu reklamu). Vlhkost vzduchu se měří každé dvě sekundy a stejně tak i rychlost a směr větru. Měření srážek a přímého slunečního záření se opakuje každou sekundu.
Některé vybrané stanice sledují i další charakteristiky, jako je tlak vzduchu, výpar, teplota půdy v různých hloubkách či hloubka promrznutí půdy.
Velký bratr tě slyší!
Zajímavým měřícím zařízením je takzvaný sodar. Princip jeho měření je podobný radarovému, avšak místo radiových vln se zde pracuje s vlnami akustickými.
Zvukové paprsky jsou vysílány vzhůru v podobě krátkých pulsů a při průchodu přízemní atmosférou se na odlišnostech v ovzduší zpětně rozptylují. Část vyzářené energie se pak v důsledku toho vrací zpět ke stále naslouchajícímu sodaru. Po vyhodnocení výsledků lze stanovit třeba výšku inverzní vrstvy nebo trojrozměrné pole proudění vzduchu ve výšce cca 50 – 1000 metrů nad povrchem.
Speciálním typem pozorování, která probíhají na observatořích ČHMÚ v Temelíně a Dukovanech, jsou měření stožárová. Na stožáru v Dukovanech se měří ve výškách 18, 42, 79, 119 a 136 m nad povrchem země. Nejvýše se tedy měří přibližně ve dvojnásobné výšce pražské Petřínské rozhledny. Na jednotlivých výškových úrovních se sleduje směr a rychlost větru, teplota a vlhkost vzduchu, případně i jiné meteorologické charakteristiky. Taková měření pak slouží například pro stanovení rozptylových podmínek v přízemní atmosféře.
Co prozradí meteory?
Vedle přístrojových měření provádějí pozorovatelé na meteorologických stanicích také vizuální sledování. Většinou se tak stanovuje množství a druh oblačnosti nebo se upřesňují jevy jako je déšť, bouřka, mlha, námraza apod. Tyto úkazy, vyskytující se v atmosféře nebo na zemském povrchu, se souhrnně označují jako meteory. Podle jejich povahy je dělíme na hydrometeory, litometeory, fotometeory a elektrometeory.
Kouzla se světlem
Sledovat výskyt různých jevů není jednoduchá věc. Teoreticky by totiž pozorovatel musel oblohu a okolí stanice hlídat neustále, což ovšem není v lidských silách. Úkazy, které pozornosti obsluhy stanice neujdou, jsou zaznamenávány do počítače a odesílány do regionálních center ČHMÚ. Některé jevy, na sebe upozorní samy tím, že se „přihlásí“ jak opticky, tak i akusticky.
Jsou ovšem i takové, které lze jen spatřit a s jejich zaznamenáním je pak ovšem často problém. Mezi takové určitě patří takzvané fotometeory, tedy světelné úkazy v atmosféře. Bývají někdy velmi efektní a v minulosti s nimi proto byla spojena celá řada pověr – třeba v místě, kde se duha dotýkala země, bylo prý možné nalézt poklad… Díky atmosférické optice jsme však dnes již schopni fyzikálně zdůvodnit výskyt různých světelných úkazů, které nad našimi hlavami atmosféra vykouzlí.
Co je to Brockenské strašidlo?
Fotometeorů můžeme na obloze sledovat celou řadu. Některé jsou notoricky známé, jiné třeba nikdy v životě neuvidíme. Mezi ty známé patří již zmíněná duha. Ta vlastně vzniká lomem a vnitřním odrazem slunečního nebo dokonce i měsíčního světla na vodních kapkách v atmosféře. Kromě hlavní a méně jasné vedlejší duhy lze vzácně pozorovat i tzv. duhu kolem Slunce. Ta se objevuje na opačné straně oblohy, než duha hlavní, a vzniká lomem a trojnásobným vnitřním odrazem slunečních paprsků na kapkách deště.
Běžně můžeme také pozorovat takzvané soumrakové jevy, které k fotometeorům rovněž řadíme, kdy je slunce již za obzorem a vnímáme jen jeho rozptýlené světlo v atmosféře. Z nichž k nejznámějším patří červánky nebo mihotání hvězd, odborně nazývané scintilace. Tu zase mají na svědomí krátkodobé změny indexu lomu světla ve vzduchu.
Často také vidíme některé halové jevy, vznikající v důsledku odrazu a lomu slunečního, méně často i měsíčního záření na ledových krystalcích rozptýlených ve vzduchu. Běžně můžeme spatřit i bělavou kružnici kolem Slunce, kterou nazýváme malé halo.
Naopak v našich podmínkách vzácným, avšak v pouštních a polárních oblastech běžným jevem, je fata morgána. Ta je zvláštním případem zrcadlení v atmosféře, při němž vznikají obrazy skutečných, často velmi vzdálených objektů.
Zajímavým úkazem je také tzv. Brockenské strašidlo, se kterým se setkávají horolezci nebo trekaři na hřebenech hor. Pokud se pohybují nad oblačnou vrstvou, na niž dopadá jejich zvětšený stín, může se kolem něj objevit působivá soustava barevných světelných kroužků.
Modrá je dobrá
Kdybychom udělali mezi lidmi anketu s otázkou “Proč je vlastně obloha modrá?”, asi bychom správnou odpověď příliš často neslyšeli. Takovou věc bereme jako samozřejmost a odpověď na to, proč to tak je, většinou nehledáme. A co nám o „nebeské modři“ prozradí atmosférická optika?
Charakteristické modré zabarvení oblohy je způsobeno molekulárním rozptylem světla. Rozptyl přicházejícího slunečního záření probíhá jednak na molekulách vzduchu a zároveň na větších částicích přítomných v atmosféře, jakými jsou třeba vodní kapičky. Účinnost molekulárního rozptylu je největší u krátkých vlnových délek, a proto jsou v rozptýleném záření nejvíce zastoupeny oblasti viditelného záření. Ty příslušejí především fialové a modré barvě. Pokud se tedy v ovzduší vyskytuje malý počet větších částic a převládá molekulární rozptyl, je obloha modrá.
Sluncem ozářená oblaka jsou naopak bílá, protože tam rozptyl záření probíhá na větších částicích, jakými jsou vodní kapičky či ledové krystalky. V tomto případě jsou různé vlnové délky viditelného záření stejně účinně rozptylovány a rozptýlené světlo má tedy přirozenou bílou barvu.
Ani jasná obloha však není vždy modrá, ale může mít bělavý nádech. To je způsobeno zakalením atmosféry prachem nebo drobnými kapičkami, kdy je modrá barva tlumena a nebeská klenba pak nabývá bělavého vzhledu.
Více se dozvíte:
http://www.chmi.cz/meteo/
Karel Krška, Ferdinand Šamaj, Dějiny meteorologie v českých zemích a na Slovensku, Karolinum, 2001.
Jan Bednář, Pozoruhodné jevy v atmosféře, Academia, 1989.
Meteorologický slovník výkladový a terminologický, MŽP ČR, 1993.
Počasí v Kosmově Kronice české
Důkazy o tom, že již zhruba před tisíci lety žili v českých zemích lidé, kteří se zajímali o počasí, podávají záznamy kronikářů. Nejstarší zpráva o počasí, uvedená v Kosmově kronice, se váže k roku 1092: “A v samý týden velikonoční, dne 1. dubna, napadlo množství sněhu a uhodily takové mrazy, jako málokdy bývá uprostřed zimy.”
Srážkoměrné stanice
Kromě uvedených meteorologických a klimatologických stanic provozuje ČHMÚ i síť stovek dobrovolných srážkoměrných stanic. Atmosférické srážky jsou prostorově a časově velmi proměnlivé, a proto jejich kvalitní sledování vyžaduje co nejhustší srážkoměrnou síť.
Pozorovací program takových stanic je omezen jen na průběžné měření a zaznamenávání atmosférických srážek, sněhu a atmosférických jevů. Většina srážkoměrných stanic dosud nebyla automatizována.
Atmosférické jevy
Hydrometeory jsou tvořeny soustavou vodních částic ve skupenství kapalném nebo tuhém. Patří mezi ně srážky, mlha, zvířený sníh aj.
Litometeory jsou tvořeny soustavou částic, jež jsou většinou tuhého skupenství a nepocházejí z vody, třeba zákal, písečná vichřice nebo prachový vír. Fotometeory rozumíme světelné úkazy v atmosféře, vytvořené odrazem, lomem, ohybem či interferencí slunečního nebo měsíčního světla. Elektrometeory jsou viditelné nebo slyšitelné projevy atmosférické elektřiny. Patří k nim polární záře, bouřka či oheň svatého Eliáše (namodralé světélkování kolem různých předmětů).
