Text: Pavel Wronka
Podmínky pro vznik termiky
Termika je to, co nás opravdu extrémně zajímá. Určitě už znáte ten pocit, když vás najednou nakopne neviditelná noha a začínáte stoupat. A jestli ne, tak jste buď nebyli v dobré škole, anebo jste měli velkou smůlu na počasí.
Bohužel, termika nefunguje na požádání, potřebuje k tomu určité podmínky. Tyto podmínky jsou: dostatek slunečního záření, nerovnoměrný prohřev zemského povrchu a vhodné tepelné zvrstvení atmosféry. Tyto podmínky jsou pak doplněny přítomností tzv. odtrhových hran, o které se nám prohřátý vzduch může utrhnout a začít stoupat.
Začneme tím nejjednodušším, tedy dostatkem slunečního záření. V noci termiku nepotkáme, a při zatažené obloze nebo v zimě, když je slunce nízko nad obzorem to taky žádná sláva nebude. Termická konvekce (konvekce je v meteorologii termín pro vertikální pohyby vzduchu, na rozdíl od advekce, což je pohyb ve směru horizontálním) totiž funguje na principu teplého vzduchu, který je lehčí než vzduch studený, a proto stoupá nahoru. Vzduch je průzračný a proto se přímým slunečním zářením ohřívá jen minimálně, prostě sluneční paprsky propustí skrz. Zato zemský povrch, to je jiná káva, ten se dokáže vlivem slunečního záření docela slušně rozpálit a od něj se pak ohřívá přilehlá, nepříliš silná vrstva vzduchu. No a tím se dostáváme k bodu druhému, tedy nerovnoměrnému prohřevu zemského povrchu. Kdyby měl terén v místech naprosto jednolitý povrch, země by se prohřívala všude stejně, ale určitě by nebyly stoupáky všude, kam se podíváte. Právě naopak. Potřebujeme, aby se země někde prohřála víc, a tam nám potom vznikne stoupavý proud, a někde méně, a taková místa si pak analogicky budou „přitahovat“ proudy klesavé.
No a nakonec potřebujeme vhodné tepelné zvrstvení atmosféry. Pokud totiž termika funguje tak, že teplejší vzduch stoupá, jelikož je lehčí než studený vzduch okolo, je jasné, že nalézá li se nad tenkou vrstvou studeného vzduchu u země vrstva vzduchu teplejšího, termické stoupavé proudy se tvořit nebudou, případně se tvořit budou, ale zastaví se ve výšce, ve které narazí na onu vrstvu teplejšího vzduchu. A teď podrobněji…
Sluneční záření a nerovnoměrný prohřev zemského povrchu
To, jak bude Slunce zemský povrch prohřívat, záleží na více okolnostech. První z nich je množství slunečního záření a úhel, pod kterým na zemský povrch dopadá. Bude li obloha jasná a nic nebude slunečním paprskům cestou překážet, zemský povrch se bude moci dobře prohřívat. Avšak stačí poměrně tenká vrstva oblačnosti, a situace bude zcela jiná. Dokonce i cirry, což jsou oblaka, jichž si běžný člověk příliš nevšímá, protože zdánlivě slunce vůbec netlumí a sluneční kotouč je přes ně vidět naprosto ostře, mají schopnost odrazit spoustu sluneční energie zpět do vesmíru a tím úplně znemožnit nebo alespoň značně ztížit tvorbu termických stoupavých proudů. Zrovna tak záleží na tom, pod jakým úhlem sluneční paprsky dopadají na zemský povrch. Ráno a večer je tento úhel příliš plochý na to, aby se země výrazněji prohřívala, a rovněž v zimním období, kdy se slunce nachází nevysoko nad obzorem po celý den, nebude množství dopadající sluneční energie pro vznik termiky dostatečné. Zrovna tak se budou lépe prohřívat jižní svahy, na které sluneční paprsky dopadají pod větším úhlem, než severní.
Právě tak záleží na tom, jaké jsou vlastnosti zemského povrchu. Důležité je třeba to, jakou barvu má konkrétní místo. Čím tmavší, tím více slunečního záření bude pohlcovat a tedy se i ohřívat, čím světlejší, tím více sluneční energie odrazí zpět a méně se zahřeje. Tato odrazivost slunečního záření se nazývá ALBEDO a existují tabulky, ve kterých si můžete přečíst, pokud vás to bude zajímat, kolik procent slunečního záření jaký povrch odrazí a kolik absorbuje. Ona je tady totiž věc podstatně důležitější než albedo, tedy barva terénu, a tou je TEPELNÁ KAPACITA povrchu.
Představte si to takhle: máte vedle sebe dvě pooraná a povláčená pole, jedno je v mírném svahu, voda z něj mohla odtéct, zbytek se už vypařil a tak je na pohled světlé a suché. O jeden pozemek níže je pole druhé, a to je v rovině, voda se na něm hromadí a tudíž je z vašeho pohledu tmavé. A zde se začíná lámat chleba: světlé pole sice více slunečních paprsků odrazí, ale přesto se bude prohřívat lépe. Mokré pole je sice tmavé, ale je mu to houby platné, protože většina dopadlé sluneční energie se spotřebuje na ohřev a odpařování vody.
Voda má vysokou tepelnou kapacitu, proto se třeba používá na chlazení motorů. Znamená to, že potřebuje hodně energie, aby se ohřála. Takže stejně, jako je na vojně úsloví „co je mokré, to je čisté“, my si můžeme vytvořit úsloví vlastní- „co je mokré, to je špatné“, protože mokré pozemky se prohřívat nebudou a žádné stoupáky tam nenajdeme. Spíše naopak.
Adiabatický děj
Pochopení adiabatického děje je důležité, abychom porozuměli následující podmínce pro vznik termiky, totiž teplotnímu zvrstvení.Adiabatický děj je takový, při kterém nedodáváme žádné teplo z vnějšku, ani jej neodebíráme, veškeré změny teploty pozorovaného média, v našem případě vzduchu, se dějí pouze změnou tlaku. Jak tomu rozumět? Už jste určitě zaregistrovali, že tlak vzduchu s výškou klesá. Když na startu dopijete vodu a prázdnou petflašku jako slušně vychovaný pilot nenecháte válet na startu, ale zavřete do sedačky, na přistání si určitě všimnete, ze je jakoby trošku smáčknutá. Důvodem je to, že v nižší nadmořské výšce je vyšší tlak vzduchu. A teď dávejte pozor: Uděláme si malý pokus. Vezmeme igelitový pytel, naplníme vzduchem, dovnitř vložíme sondu elektronického teploměru, teplotu změříme, zapíšeme a hodíme jej ze sto metrů vysoké věže. Na zemi, tedy o sto metrů níž, teplotu změříme znovu, a ejhle: teploměr nám ukáže teplotu o jeden stupeň Celsia vyšší. Plyny se totiž při stlačování ohřívají (pro technické typy: to je taky důvod, proč mají kompresory chladící žebra. Kdybychom je nechladili, zavařily by se stejně, jako nechlazený motor). Zrovna tak se plyny při rozpínání ochlazují, a kdybychom pokus provedli opačně, tj. zvedli bychom pytel se vzduchem na laně, naměřili bychom nárůst teploty o 1°C na výšce 100 m. Tohle platí pro vzduch, který ještě není nasycen vodní parou, a proto tomuto ději říkáme SUCHÁ ADIABATA.
U vzduchu, který je již vodní parou nasycen, je průběh trochu jiný. Pokud budeme tento vzduch zvedat, bude se nadále ochlazovat, a rád by se ochlazoval dále o 1° C na 100 m, avšak vodní pára v něm kondenzuje a pří kondenzaci uvolňuje tzv. skupenské neboli latentní teplo a tím jej zpětně prohřívá, takže vzduch nasycený vodní parou se bude ochlazovat podle takzvané VLHKÉ ADIABATY a to je 0,6° C na 100 m.
Teplotní zvrstvení atmosféry
Teplotním zvrstvením atmosféry se rozumí průběh teploty vzduchu s výškou. Ne v každých podmínkách nám totiž bude termika fungovat tak, jak bychom si přáli. Každý lítač si čas od času zažije den, kdy je zdánlivě vše v pořádku: slunce pálí, na obloze ani mráček, země není promoklá, tudíž se může dobře prohřívat a .. nic. Stoupáky se nedostaví. Příčinou toho je takzvané STABILNÍ ZVRSTVENÍ.
Vzpomeňme si na suchou adiabatu. Stoupá li vzduch, který není nasycen vodní parou, ochlazuje se o 1°C na 100 m. A teď je důležité, jak se nám s výškou mění teplota vzduchu. Pokud totiž teplota toho vzduchu, který máme v oblasti ve které chceme létat neklesá alespoň o hodnotu suché adiabaty, tedy o 1°C na 100 m, vzduch, který nějakým způsobem přinutíme stoupat (třeba větrem přes hřeben kopce) se při stoupání bude ochlazovat podle suché adiabaty, kdežto okolí bude teplejší. Výsledkem bude to, že okolí bude i lehčí a tak tento vystoupivší vzduch klesne dolů k zemi, kde se původně vyskytoval. Ke stabilnímu zvrstvení dále patří IZOTERMIE, kdy se teplota s výškou nemění, a INVERZE, kdy teplota s výškou dokonce roste.
Úplně opačný případ nastane tehdy, když teplota s výškou bude klesat rychleji, než oněch zmíněných 1°C na 100m. Pokud se nám totiž utrhne termická bublinka a začne stoupat, bude se ochlazovat podle suché adiabaty, kdežto okolí bude chladnější. Rozdíl teplot bude stále větší, bublina bude vůči svému okolí stále lehčí a bude neustále samovolně stoupat. Toto zvrstvení se nazývá INSTABILNÍ, někteří meteorologové dávají přednost termínu LABILNÍ, no a vy se rozhodněte sami- na názvu nezáleží, hlavně když to bude chodit.
No a pak tady máme případ třetí, kdy teplotní zvrstvení přesně kopíruje suchou adiabatu. Toto zvrstvení se nazývá INDIFERENTNÍ (etymologická podstata názvu: in-diferentní, tedy ne-rozdílné, tzn. nijak se neliší od suché adiabaty) a termika při něm opět fungovat může. Jak je to možné? Jednoduše. Představme si, že máme jakousi počáteční teplotu vzduchu u země, řekněme 20°C. Vzduch nad sluncem rozpálenou loukou se potom může prohřát na 25°C, nebo klidně i víc, uloupne se o vhodnou odtrhovou hranu – třeba hranu lesa- a najednou je kolem něj vzduch o teplotě 20°C.. Náš přehřátý vzduch je tedy najednou teplejší, lehčí a může si to vesele mazat vzhůru.
Tak to bychom tak přibližně měli podmínky, za kterých termika bude vznikat. Zbývá ovšem dořešit otázku neméně důležitou, a totiž v jaké výšce se termika zastaví. Takže máme instabilní zvrstvení, už víme, co to je. Termická bublina se nám utrhne a stoupá. Ochlazuje se podle suché adiabaty, tedy o 1°C/100m. Neustále tím zvyšuje svůj teplotní náskok proti okolnímu vzduchu. A najednou, v určité výšce, najednou narazí na něco, čemu se VÝŠKOVÁ TEPLOTNÍ INVERZE. Další alternativní názvy mohou být zadržovací vrstva nebo taky top vrstva. Je to vrstva, kde najednou teplota s výškou, místo aby dále klesala, začíná stoupat, nebo případně zůstává stejná. Termická bublina stoupá stále, až si srovná teplotu se svým okolím. Tady by se mohla zastavit, jenomže to, co se dostalo do pohybu vzhůru, je pěkných pár desítek, možná i stovek tun vzduchu. A taková masa má docela slušnou setrvačnost. Takže stoupá dál, dokud nevyčerpá i tuhle rezervu energie. A pak naše bublina zjistí: Ejhle, já jsem najednou studenější a těžší než okolí, energie došla.. A začne si to zase sypat dolů, a máme tady klesavý proud jak vyšitý.
O něco složitější to bude, když vezmeme do úvahy i vlhkost vzduchu. Vzduch stoupá nahoru a ochlazuje se podle suché adiabaty. Celou dobu obsahuje určité množství vodní páry, v absolutním množství pochopitelně stejné, jenže se snižující se teplotou vzduchu roste jeho relativní vlhkost, až dostoupá do hladiny, kde se vychladí na teplotu rosného bodu. Relativní vlhkost vzduchu dosáhne v tomto okamžiku 100% a přebytečná vodní pára začne kondenzovat. Výšce, ve které k tomuto dojde, se říká KONVEKTIVNÍ KONDENZAČNÍ HLADINA a je to výška, ve které se budou tvořit základny oblačnosti. V plachtařských předpovědích tuto výšku najdeme pod zkratkou KKH. Zde se samozřejmě stoupání nezastaví. Naopak, spíše zesílí, protože nad úrovní KKH se vzduch bude ochlazovat podle vlhké adiabaty, tedy o 0,6°C a teplotní rozdíl mezi jádrem stoupavého proudu a okolím se bude ještě zvětšovat. Nakonec ovšem stejně narazí na teplotní inverzi, rozdíly teplot se srovnají, stoupání bude ještě kousek pokračovat a nakonec se zastaví. Údaj o této výšce v plachtařských předpovědích najdeme pod zkratkou HHK, tedy HORNÍ HLADINA KONVEKCE. Z tohoto důvodu mají též kumuly svůj typický tvar. Základna je plochá, protože ke kondenzaci dochází na jedné hladině, kdežto vrcholy jsou kulaté – nejvýše se totiž v top vrstvě setrvačností „probijí“ ty nejsilnější části stoupavého proudu.
Jak to bude vypadat , když bude KKH výše, než HHK? Je to vlastně situace, která odpovídá prvnímu modelovému případu. Termika fungovat bude, ale zastaví se dříve, než se vzduch ve stoupavém proudu stihne ochladit na teplotu rosného bodu. Této situaci se říká bezoblačná termika, rovinoví letci ji nemají příliš rádi, protože se jen těžce můžou orientovat kde stoupáky hledat, ale v horách to příliš nevadí, protože tam se létá více podle konfigurace terénu než podle mraků. Proto spousta horských pilotů má bezoblačnou termiku raději než klasickou s kumuly, protože mrak zastíní terén, který se tím pádem neohřívá, vychladí se a ještě i po tom, co stín oblaku přejde, bude dané místo nějakou dobu termicky neaktivní, než jej sluneční záření znovu nahřeje.
Teď se ovšem nabízí otázka, jak to bude vypadat, když ona zadržovací vrstva, tedy výšková teplotní inverze, bude příliš nevýrazná, takže ji termika prorazí, nebo dokonce bude chybět vůbec. Odpověď je jasná a jednoduchá: termika bude stoupat a stoupat, dokud se nezarazí až o inverzi ve stratosféře a bude z toho bouřka jako řemen.
A to je vlastně podstata takzvaných BOUŘEK Z TEPLA. Tyto, jiným názvem místní, bouřky vznikají za podmínek instabilního zvrstvení spodní vrstvy troposféry, absence silnější zádržné vrstvy a – což je dost podstatné – vyšší vlhkosti vzduchu. Vzduch nasycený vodní parou se totiž při svém výstupu ochlazuje podle vlhké adiabaty a tudíž rychleji vrůstají tepelné rozdíly mezi vzduchem ve stoupavém proudu a v jeho blízkém okolí, vývoj oblačnosti je tudíž dynamičtější. Všimněte si, že bouřkové mraky mají sice velmi vysoko vrcholy, avšak základny leží poměrně nízko. Pokud hrozí bouřky z tepla, létat se dá, ale je to loterie: může to být pouhý slet v přehřátém vzduchu, nebo pěkné polétání při neustálém koukání na mraky kolem sebe a hlavně nad sebou.. Nebo to může být boj „vo holej“, kdy už vám jde jen o to abyste se na zem dostali celí. Zkušení piloti, zvláště jejich poddruh řečený místňáci dokáží skvěle odhadnut situaci – „když jsou bouřky tááámhle nad tím hřebenem, tak to moc neřeš, ale když se táhnou zezadu, tak to sbal a jeď dolů lanem“ – no a tyhle rady bývají k nezaplacení. Ovšem nikdy nezapomeňte na vlastní hlavu, druh pilota „kamikadze podivný“ se může vyskytovat prakticky kdekoli na Zemi.
