Bouřky a průvodní jevy

Definice bouřky Bouřka je soubor elektrických, optických a akustických jevů vznikajících mezi oblaky druhu Cumulonimbus navzájem nebo mezi těmito oblaky a zemí. Bývá doprovázena dalšími meteorologickými jevy, např. nárazy větru, silnými výstupnými a sestupnými vzduchovými proudy, vydatnými přeháňkami (deště, krup, v zimě sněhu), smrštěmi, atd.

Charakteristika bouřkové oblačnosti Cb -mohutný a hustý oblak velmi značného vertikálního rozsahu (horní hranice může sahat až do spodní stratosféry) v podobě hor nebo obrovských věží. V závislosti na stadiu vývoje nabývá Cb tvarů Calvus nebo Capillatus.

Charakteristika bouřkové oblačnosti Cu congestus

Charakteristika bouřkové oblačnosti Cb calvus

Charakteristika bouřkové oblačnosti Cb capillatus

Charakteristika bouřkové oblačnosti Let v mohutně kupovité a bouřkové oblačnosti nebo let v její bezprostřední blízkosti je ovlivněn: intenzivní turbulencí; silnou námrazou; přeháňkami, silným deštěm, často i kroupami; uvnitř oblačnosti a v oblasti silných srážek sníženou dohledností; malou výškou spodní základny oblačnosti; velkým vertikálním rozsahem oblačnosti; silným nárazovitým větrem v nižších vrstvách a častým výskytem húlavy v přední části bouřkového oblaku; silnými elektrickými výboji s možností zásahu letounu bleskem.

Podmínky vzniku bouřek Termodynamické; Synoptické; Místní.

Podmínky vzniku bouřek Termodynamické podmínky vzniku bouřek: instabilní zvrstvení atmosféry ( v přízemních vrstvách suchoinstabilní); malá vertikální mohutnost zadržujících vrstev nebo jejich absence; dostatečná vlhkost vzduchu a to v celé jeho instabilní vrstvě; izoterma -10°C musí být relativně nízko a horní hranice konvekce (HHK) je nad touto hladinou, zpravidla v hladině s teplotami -20°C a nižšími.

Podmínky vzniku bouřek Synoptické podmínky vzniku bouřek: nevýrazné tlakové pole, brázda nízkého tlaku nebo týlová část cyklony; konvergence proudění při zemi a divergence ve vyšších hladinách; cyklonální charakter proudění.

Podmínky vzniku bouřek Místní podmínky vzniku bouřek: vhodný charakter podkladu, umožňující rozvoj termické turbulence; geografické podmínky, umožňující vznik mechanické turbulence. 

Rozdělení bouřek Bouřky můžou vznikat jak uvnitř homogenních vzduchových hmot, tak i na atmosférických frontách. Podle toho je dělíme na: bouřky nefrontální, bouřky frontální.

Rozdělení bouřek Bouřky nefrontální: Bouřky inzolační (z tepla); Bouřky advekční; Bouřky orografické.

Rozdělení bouřek Bouřky frontální: Bouřky studených front; Bouřky teplých front; Bouřky okluzních front.

Rozdělení bouřek Bouřky inzolační: oblasti s malými tlakovými gradienty (nevýrazné tlakové pole), konvergentní proudění v přízemních vrstvách, cyklonální zakřivení izobar, předpoklad existence dalších fyzikálních podmínek (instabilita prostředí, dostatečná vlhkost vzduchové hmoty a dostatečná teplota přehřátí).

Rozdělení bouřek Bouřky advekční: Přísun studeného vzduchu nad teplejší podklad (studená advekce); Týlová část cyklon postupujících z moře nad pevninu; Instabilizace teplé vzduchové hmoty, postupující ze Středozemního moře do střední Evropy.

Rozdělení bouřek Bouřky orografické: Bouřková činnost zesiluje v horských oblastech; Za příhodných podmínek vzniká na návětrné straně souvislého horského masivu val cumulonimbů, spojený v poledních a odpoledních hodinách s přeháňkami a bouřkami; Tyto bouřky zesilují hlavně v případech, kdy je tlakové pole charakterizováno brázdou nižšího tlaku vzduchu, nebo výškovou tlakovou níží. 

Rozdělení bouřek Frontální bouřky: Nucený výstup vzduchu na frontální ploše bez ohledu na druh fronty; Rychleji se přemisťují a jsou rozsáhlejší než bouřky uvnitř vzduchových hmot; Denní chod je nevýrazný, intenzita je bezprostředně závislá na termodynamických a vlhkostních vlastnostech vystupujícího teplého vzduchu; Mohutnost těchto bouřek zpravidla zesiluje v horských oblastech.

Rozdělení bouřek podle struktury Klasifikace bouřek podle stability a střihu větru: Unicely Multicely; Supercely.

Rozdělení bouřek podle struktury Unicely: Bouřky s jednoduchým životním cyklem, přičemž délka jejich existence se uvádí kolem 30 minut od začátku pozorování srážek. Jednobuněčná bouřka

Rozdělení bouřek podle struktury Multicely: Jsou typické spojením buněk do většího systému, ale mohou se nacházet v různém stádiu životního cyklu. Multicelární bouřka

Rozdělení bouřek podle struktury Supercely: Jsou vyvolány abnormálně vysokou instabilitou a velkou rotací proudů, vyživujících supercelu. Lze v nich pozorovat tzv. mezocyklonu o průměru asi 20 km. Takováto bouře patří mezi nejsmrtonosnější konvekční bouře vůbec. Supercelární bouřka

Vývojová stadia bouřek Vývoj bouřkového oblaku – cumulonimbu – probíhá ve třech hlavních stadiích: stádium cumulu; stádium aktivní bouřky; stádium rozpadu.

Vývojová stadia bouřek Stádium cumulu: Výstup vzduchu, adiabatické ochlazování, kondenzace vodní páry, vznik kupovité oblačnosti. Umožňuje-li zvrstvení atmosféry další vertikální vývoj, kumulus se začíná rozrůstat a často se více oblaků spojuje v jeden (Cumulus mediocris v Cumulus congestus). Rychlost proudů uvnitř oblaku Cu med dosahuje hodnot až 15 m.s-1, v centrální části až 20 m.s-1. V oblasti největších výstupných proudů – v přední části oblaku - je teplota o několik °C vyšší než v okolí. V týlové části jsou výstupné pohyby oslabovány produkty kondenzace a to postupně do takové míry, že ustanou úplně. Tím se vytváří oblast relativně velmi studeného vzduchu, který podmiňuje instabilizaci níže ležících vrstev.

Vývojová stadia bouřek Stádium cumulu:

Vývojová stadia bouřek Stádium aktivní bouřky: Vypadávající srážky strhávají studený vzduch z vyšších hladin a tím zesilují sestupné proudy v týlové části. Začátek vypadávání srážek je téměř totožný s nárazem studeného vzduchu, který se rozlévá pod oblakem a podporuje výstup teplého vzduchu v přední části oblačnosti. Teplotní rozdíl mezi studeným a teplým vzduchem pod oblakem je přibližně 10°C i více. Vlivem těchto změn teploty vzniká výrazná změna tlaku (vzestup) tzv. bouřkový nos, který je pro postupující bouřku charakteristický. Vznik víru s horizontální osou – húlavy (arcus), který se nachází v malé výšce nad zemí, a ve kterém nárazy větru mohou dosahovat hodnot 30–40 m.s-1. Na přední straně jsou výstupné proudy o rychlosti 20–30 m.s-1 ( v některých případech až do 40 m.s-1) zesilovány výstupem teplého vzduchu, v týlové části oblaku je rychlost sestupných proudů 10–15 m.s-1. Ve druhém stadiu se všechny průvodní jevy bouřky projevují nejintenzivněji – silná turbulence v oblačnosti i v její bezprostředním okolí, námraza, přeháňky, kroupy, nárazy větru v přízemní vrstvě, snížená základna oblačnosti, elektrické výboje. Horní část oblačnosti je tvořena ledovými krystalky – oblak má ledovou strukturu, postupně ztrácí ostře ohraničený „květákový“ vzhled (Cb calvus) a nabývá vzhledu kovadliny (Cb capillatus nebo Cb incus).

Vývojová stadia bouřek Stádium aktivní bouřky:

Vývojová stadia bouřek Stádium rozpadu bouřky: Probíhá zánik bouřkové oblačnosti. Srážkové elementy zahrnují již převážnou část oblaku, výstupné pohyby slábnou a sestupné proudění zasahuje stále větší část oblaku. Rychlost sestupných proudů je 5–10 m.s-1. Slábne rovněž přeháňková činnost, oblak se rozplývá, vytvářejí se jednotlivé oblačné vrstvy (Sc nebo Ac cumulonimbogenitus). Velmi dlouho se udržují oblaka typu Ci, která vznikla rozpadem kovadliny (Ci densus, Ci nothus). Před rozpadem bouřkové oblačnosti vzniká v některých případech na zadní straně základny Cb oblačnost, jejíž tvar potvrzuje existenci sestupných proudů (Cb mamma) v této oblasti. Doba vývoje celého cyklu vývoje bouřkové oblačnosti závisí na stupni instability a může trvat od jedné do několika hodin. Ve většině případů při intenzivním rozvoji konvekce jedna bouřka zaniká, druhé v nejbližším okolí vznikají (komorová struktura konvekce).

Vývojová stadia bouřek Stádium rozpadu bouřky:

Podmínky letu v kupovité oblačnosti Let v bouřkové oblačnosti i vlétávání do bouřkové oblačnosti nebo do oblasti s výskytem bouřek jsou v leteckých předpisech zakázány!!! Oblačnost druhu Cb případně Cu con představuje pro bezpečnost letového provozu značné riziko vzhledem k nebezpečným meteorologickým jevům, které se zpravidla v souvislosti s touto oblačností vyskytují.

Podmínky letu v kupovité oblačnosti Vertikálně málo vyvinutá oblačnost: Představují ji tvary Cu hum, Cu med. Základna této oblačnosti bývá zpravidla ve výšce 800 až 1200 m, vertikální mohutnost je několik set metrů. Tato oblačnost je složena z vodních kapek, námraza se zpravidla nevyskytuje. Turbulence je slabá nebo mírná. Dohlednost v oblačnosti je 30 až 50 m.

Podmínky letu v kupovité oblačnosti Vertikálně mohutně vyvinutá oblačnost: Jedná se o oblačnost tvaru Cu con. Spodní základnu má zpravidla ve výšce 800 až 1200 m, horní hranice zasahuje do výšky 3 až 4 km. Námraza je v oblačnosti mírná až silná. Při letu uvnitř oblačnosti a v jejím bezprostředním okolí se intenzivní turbulence projevuje kymácením letounu. Výstupné proudy mají rychlost 10 až 15 m.s-1, v centrální části 15 až 20 m.s-1.

Podmínky letu v kupovité oblačnosti Bouřková oblačnost: Jedná se o oblačnost druhu Cb (Cb cal, Cb cap, inc). Základna oblačnosti se nachází zpravidla ve výšce 600 až 1200 m, horní hranice ve výšce několika kilometrů a často zasahuje až do spodní stratosféry. Při současném výskytu oblačnosti Cu fra a St fra je základna spodní vrstvy často ve výšce jen 200 až 400 m. Húlava, charakteristická húlavovým límcem. Vytváří se na přední straně určitých pohybujících se oblaků a při větším rozsahu má vzhled tmavého hrozivého oblouku). Turbulence bývá velmi silná vlivem silných výstupných a sestupných pohybů o rychlostech 20 až 30 m.s-1 a v některých případech až do 40 m.s-1. Vyskytuje se velmi silná námraza. Často se vyskytují kroupy, které můžou být zanášeny větrem až do vzdálenosti několika kilometrů po směru proudění.

Lety v oblastech bouřek Kroupy: Proces vzniku krup v Cb

Lety v oblastech bouřek Bouřka je pro letový provoz nejnebezpečnějším meteorologickým jevem!!! Předpověď výskytu tohoto jevu bývá často vzhledem ke spolupůsobení různých faktorů obtížná!!! Velmi účinným opatřením pro včasné zjištění předpokladů vytváření mohutné kupovité oblačnosti a bouřek bývá kvalitní rozbor synoptické situace, pečlivé vyhodnocení aerologických výstupů a radiolokační průzkum počasí!!! V případě zjištění příznivých podmínek pro rozvoj této oblačnosti je nezbytným opatřením k zajištění bezpečnosti letového provozu vydání meteorologické výstrahy!!!

Lety v oblastech bouřek Turbulence: Intenzivní turbulence, vlivem které se letoun může stát neřiditelným, dostat se do neřízeného pádu a možnost deformace letounu v důsledku přetížení. Přetížení, které uvnitř bouřky vzniká se sčítá s přetížením manévrujícího letadla a může tak dosáhnout kritické hodnoty. Největší vliv turbulence se projevuje v blízkosti dostupové výšky, kdy již malá změna úhlu náběhu může vést k vynucenému pádu. Rychlé střídání výstupných a sestupných proudů o různé rychlosti a rozměrech vede ke vzniku kymácení podél obou os a k vibraci nosných ploch a směrovky. Řízení je velmi ztíženo, někdy znemožněno. Ke kymácení může dojít i v blízkosti bouřkové oblačnosti, kdy do cirkulace uvnitř oblačnosti je vtahován vzduch z okolí.

Lety v oblastech bouřek Námraza: velká vodnatost Cb, smíšená struktura při záporných teplotách, intenzivní turbulence uvnitř bouřkového oblaku, značné rozměry přechlazených vodních kapiček - příznivé podmínky pro vznik námrazy!!! Nejčastěji se námraza vyskytuje ve střední části oblaku při teplotách 0° až -12°C. V této oblasti jsou podmínky pro vznik ledovky, která ve vyšších částech bouřkového oblaku přechází v zrnitou námrazu. Tvorba námrazy zesiluje v horských oblastech, kdy dochází k celkově intenzivnějšímu projevu bouřek. Mimo oblačnost se námraza tvoří i v oblastech vypadávajícího přechlazeného deště a mokrého sněhu.

Lety v oblastech bouřek Přeháňky: Srážky ve formě silných přeháněk výrazně ovlivňují let následujícími podmínkami: při vlétnutí do oblačnosti nastává rychlé a značné zhoršení dohlednosti, zvláště při letu velkou rychlostí; zvláště nebezpečné je zhoršení dohlednosti v oblasti sněžení, kde dohlednost často klesá jen na několik desítek metrů a navíc může klesnout viditelnost až k nule v důsledku usazování sněhových vloček na sklech pilotní kabiny; při letu v oblasti deště s přechlazenými vodními kapičkami se vytváří nejnebezpečnější druh námrazy – led; kroupy, které můžou i velmi silně mechanicky poškodit letoun hlavně při letu velkou rychlostí a rotory vrtulníků.

Lety v oblastech bouřek Vertikální struktura Cb: bouřková oblačnost je charakterizována velkou vertikální mohutností. Výška spodní základny je několik set metrů, v oblastech přeháněk se snižuje na 300 až 500 m s výskytem cárů (Cu fra a St fra) ve výšce 100 až 200 m. Zvlášť nebezpečné je rychlé snížení spodní základny Cb hlavně u zimních bouřek. Horní hranice Cb zpravidla zasahuje do výšek 7-9 km. Má výrazný roční chod. V letních měsících se kovadlina bouřkového oblaku (incus) vyvíjí až pod tropopauzu. V některých případech - při velké energii konvekce - zasahuje horní část Cb až do spodní stratosféry.

Lety v oblastech bouřek Húlava: Vytváří se na čele postupující bouřky jako vzdušný vír s horizontální osou. V přední části víru je silné výstupné proudění, v zadní části začínají srážky a silné sestupné proudění. Příchod rotoru nad letiště se projeví náhlým poklesem tlaku (bouřkový nos). V oblasti srážek a sestupných pohybů se výrazně snižuje výška základny oblačnosti na 100 m a méně. Přesto, že tento jev má krátkodobý charakter (několik minut), vytváří velmi nebezpečné podmínky pro vzlet a přistání a je nutné přerušit letovou činnost až do ustálení podmínek po přechodu bouřky.

Lety v oblastech bouřek Elektrické výboje: Záporný elektrický náboj se soustřeďuje blízko nulové izotermy, kladný náboj se vyskytuje v okrajových částech oblaku ve vyšších i nižších hladinách. Elektrické výboje vznikají mezi jednotlivými částmi oblaku nebo mezi oblakem a povrchem země. Letoun za letu přejímá svým povrchem náboj prolétávané části oblaku a tím naruší celkové rozdělení elektrického potenciálu v bouřce. Přímý zásah letounu bleskem je poměrně vzácný a nejčastěji se vyskytuje za letu ve výšce izotermy 0°C!!! Přesto, že je pravděpodobnost přímého zásahu letounu bleskem poměrně malá, blesk řadíme mezi nebezpečné meteorologické jevy. Zásah bleskem poškozuje antény, křídla, ocasní plochy, méně často trup letounu. Někdy dochází k poškození spojovacích a navigačních prostředků a elektronické výbavy letounů.

Tornáda Definice: Tornádo je silně rotující vír (se zhruba vertikální osou), vyskytující se pod spodní základnou konvekčních bouří, který se během své existence alespoň jednou dotkne zemského povrchu a je dostatečně silný, aby na něm mohl způsobit hmotné škody.   Poloha tornáda v oblačnosti Cb

Tornáda Tornádo je název pro velké tromby, vyskytující se především v povodí řeky Mississippi ve státech Kansas a Oklahoma (USA). Tornáda obvykle vznikají v instabilním vlhkém tropickém vzduchu, pocházejícím z oblasti Mexického zálivu a vytvářejícím teplé sektory cyklon, které přecházejí nad jmenovanými územími. Oblaky druhu cumulonimbus, se kterými tornáda souvisejí, bývají uspořádány do pásů a tvoří typickou čáru instability, identifikovatelnou na družicových snímcích a při radiolokačních pozorováních.

Tornáda Tornádo se nejčastěji jeví jako silně rotující „chobot“ či „sloup“, visící ze spodní základny konvekční bouře. Rotace je v naprosté většině případů cyklonální, výjimečně anticyklonální. Ne vždy je však rotace dobře patrná - nejlépe ji „zviditelňuje“ zvířený prach, unášený tornádem.

Kondenzační chobot tornáda Nejčastěji je tornádo „zviditelněné“ díky kondenzaci vodní páry, ke které dochází v důsledku velmi silné rotace vzduchu a následnému poklesu atmosférického tlaku uvnitř tornáda. Zeslabení cirkulace nebo nasátí suššího vzduchu má za následek „zvednutí se“ tornáda ze zemského povrchu či jeho úplné vymizení, kolísání intenzity rotace se projevuje jako „skákání“ tornáda. Kondenzační chobot tornáda

Tornáda Sekundární savé víry v tornádu: Na periferii větších tornád se vytvoří rozměrově menší, tzv. sekundární savé víry, které však svým destruktivním účinkem vysoce převyšují „nosné“ tornádo. Jejich doba života bývá řádově v sekundách, čímž se zemského povrchu dotýkají jen velmi krátce a jimi zasažená oblast bývá malá, silně ohraničená. Právě jejich přítomností se vysvětlují místně značně proměnlivé škody - například z domku je stržena střecha, zatímco o pár metrů vedle stojící skleník zůstane netknutý. Slovo savý vyjadřuje jejich další význačnou vlastnost - výrazný savý efekt.

Fujitovo schéma savých vírů v tornádickém chobotu Tornáda Sekundární savé víry v tornádu: Fujitovo schéma savých vírů v tornádickém chobotu

Tornáda Fujitova stupnice tornád:

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F0

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F1

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F2

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F3

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F4

Tornáda Fujitova stupnice tornád: F5

Tornáda Tornádo, Seymour -Texas, 10.4.1979

Tornáda Tornádo poblíž Magdeburgu (Německo), 23.6.2004

Tornáda Tornádo nad mořem (vodní smršť (angl. Waterspout)

Downbursty Výstupné a sestupné pohyby v Cb:

Downbursty Downburst (microburst):

Rainfoot - srážková noha v oblasti microburstu Downbursty Downburst (microburst): Po dopadu na zemský povrch se downburst začne prudce rozlévat do okolí dopadu, především ve směru postupu bouře – v čele rozlévajícího se downburstu pak dochází k nejprudším nárazům větru. Downburst je většinou krátkodobou záležitostí - na konkrétní lokalitu může působit 5 až 10 minut, jako jev může trvat o něco déle. Bouře však může vygenerovat celou sérii downburstů a přerušovaná stopa škod tak může dosáhnout i desítky kilometrů. Rainfoot - srážková noha v oblasti microburstu

Downbursty Downburst (microburst): Průměr downburstu bývá většinou od několika set metrů do několika kilometrů. Microburst je jeho drobnější variantou (avšak může být intenzivnější), o rozměrech několika desítek metrů. Microbursty mohou z bouře vypadávat jak v rámci, tak na periférii normálního sestupného proudu a působí výrazně lokálnější škody než downburst.

Downbursty Downburst (microburst): Škody způsobené downbursty/microbursty na první pohled mohou připomínat škody způsobené slabšími až středně silnými tornády. Stromy po dopadu downburstu jsou většinou vyvráceny nebo polámány ve směru dopadu downburstu (resp. ve směru postupu bouře); předměty většinou nelétají do vyšších výšek - i když například střechy mohou po nadnesení odlétnout i několik desítek metrů od místa původu. Pro microburst jsou charakteristické vějířovité polomy o rozměru od několika desítek metrů do cca 200 metrů.

Downbursty Suchý microburst (dry microburst)

Downbursty Vlhký microburst (wet microburst)

Downbursty Vliv na činnost letectva: Období přistání: letoun začíná sestup; vlétá do silného protivětru; je prudce srážen dolů; získává silný zadní vítr, který snižuje vztlak a prudce sráží letoun k zemi.

Downbursty Vliv na činnost letectva: Období startu: pilot cítí silný protivítr a zvyšuje výkon motoru při startu; následuje krátké období sníženého protivětru; následuje prudký padavý vítr; následuje výrazný zadní vítr, srážející letoun k zemi.