Fyzická geografie: Klimatologie a hydrogeografie pro učitele
Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity
RNDr. Aleš Ruda, Ph.D.

Úvod do studia meteorologie a klimatologie

Meteorologie a klimatologie jako vědní disciplíny

Meteorologie a klimatologie jsou vědní obory zabývající se zemskou atmosférou, klimatickými ději a povětrnostními podmínkami. I když obě disciplíny studují zemskou atmosféru, vyvíjely se samostatně, a proto je mezi nimi také určitý rozdíl. Historický vývoj těchto disciplín lze rozdělit do třech stěžejních období. První období končí v polovině 15. století a do té doby zahrnuje pouze nesystematické a primitivní pozorování atmosféry. Již ve starém Egyptě si lidé všímali nástupu období prudkých dešťů s obavou rozlití Nilu a zničení jejich úrody. S první zmínkou meteorologie přišel již Platón (427–347 př. n. l.) – „meteora“ (věci nadzemské). Aristoteles (384–322 př. n. l.) shrnul tehdejší meteorologické poznatky do svého díla Meteorologica. Velký rozvoj nejen meteorologie, ale také klimatologie a oceánografie přinesly zámořské objevy a snaha porozumět a předpovědět proměny atmosféry s ohledem na určení období bezproblémové plavby.

Soustavným pozorováním počasí začíná druhé období, které zároveň končí konstruováním základních meteorologických přístrojů v polovině 17. století. Za vůbec první meteorologickou mapu lze považovat mapu vzdušných proudění nad Atlantským, Tichým a tropickým Indickým oceánem, kterou sestavil na svých plavbách E. Halley (1656–1742). Mapa znázorňuje směry pasátů a monzunů. Třetí období trvá až do současnosti a je charakteristické zejména systematickým pozorováním počasí, měřením hodnot meteorologických prvků a sestavováním stále dokonalejších meteorologických přístrojů. Z historických milníků můžeme v tomto období zmínit zejména následující události:

• 1652 vznikla v Toskánsku první síť meteorologických stanic,
• 1649 se konala ve Francii v Clermont-Ferrand první přístrojová měření,
• 1863 byla ve Francii vytvořena první synoptická mapa,
• 1851 ve Vídni vznikl Ústřední ústav pro meteorologii a zemský magnetismus,
• 1752 byla na pražské hvězdárně Klementinum zahájena pravidelná meteorologická měření,
• 1919–1920 vznikl Státní ústav meteorologický se sídlem v Praze,
• 1953 byla založena Světová meteorologická organizace (WMO).

Meteorologie

Meteorologie, označovaná také jako fyzika atmosféry, využívá fyzikálních poznatků a metod řešení k popisu aktuálního stavu atmosféry. Název vědní disciplíny je odvozen z řeckých slov „meteoros“ (vznášející se ve výši) a „logos“ (slovo, věda). Meteorologie tedy předpovídá a analyzuje počasí, stav atmosféry charakterizovaný souhrnem aktuálních hodnot všech zúčastněných meteorologických prvků a atmosférickými jevy v daném místě a čase. Má široké praktické uplatnění a vzhledem k nezastupitelné integraci informací využívá poznatků nejen fyziky, ale také chemie, hydrologie, biologie aj. Mezi její hlavní úkoly patří studium stavby a složení zemské atmosféry, tepelného a energetické režimu atmosféry, oběhu vody v krajině s ohledem na interakci zemský povrch – atmosféra, povětrnostních podmínek a cirkulačních mechanismů, elektrického pole atmosféry a optických a akustických jevů v atmosféře.

Podle zaměření se meteorologie rozděluje na řadu dílčích oborů:

1. dynamická meteorologie

   jejím cílem je popis statiky, dynamiky a termodynamiku atmosféry,

2. synoptická meteorologie

   analyzuje a předpovídá počasí,

3. fyzikální meteorologie

   studuje fyziku oblaků a srážek, záření v atmosféře, optické, elektrické a akustické jevy v atmosféře,

4. meteorologie radiolokační/radarová

   pomocí studia rádio vln v atmosféře zjišťuje výskyt, lokalizaci meteorologických jevů v atmosféře,

5. aplikovaná meteorologie

   zaměřuje se na konkrétní využití v praxi:

   • biometeorologie (studuje interakci mezi živými organismy a počasím),
   • agrometeorologie (studuje meteorologické jevy a podmínky z hlediska jejich vlivu na zemědělskou výrobu),
   • letecká meteorologie (popisuje aktuální povětrnostní podmínky a predikuje jejich vývoj s ohledem na letecký provoz),
   • námořní meteorologie (aplikace předchozího s ohledem na námořní provoz),
   • lesnická, tropická, lékařská, horská, lázeňská, průmyslová, sportovní aj.

Kromě výše uvedených dílčích oborů lze v rámci studia atmosféry rozlišit také aeronomii a aerologii. Aerologie se věnuje pozorování a výzkumu těch vrstev atmosféry, které nejsou přístupné pozemním pozorováním, k čemuž využívá radiosond umístěných na stoupajících balónech. S ohledem na měřítko studované oblasti můžeme hovořit o makro-, mezo- a mikrometeorologii. Aeronomie, součást aerologie, se zabývá studiem stavby a vlastností atmosféry nacházející se nad troposférou.

Klimatologie

Pojem klima zavedl již řecký astronom Hipparchos, který jím vyjádřil závislost klimatu na sklonu dopadajícího slunečního záření („klima – klinein“ znamená sklon). Klima představuje dlouhodobý režim počasí, který je typický pro určitou oblast. Většinou vychází z 50 letých průměrů. Klimatologie je vědou o utváření klimatu Země, vlivu geografických činitelů na jeho formování, působení klimatu na člověka a naopak. Zároveň také popisuje a klasifikuje podnebí a studuje změny a kolísání klimatu. Obdobně jako meteorologii lze i u klimatologie vymezit několik přístupů dělení. Podle studijních hledisek rozlišujeme klimatologii obecnou (studuje obecné zákonitosti utváření podnebí a klimatických změn), regionální (provádí klimatickou regionalizaci a popisuje prostorovou diferenciaci klimatu), teoretickou a aplikovanou (př. bioklimatolgie, ekologická klimatologie, klimatologie měst, lesnická klimatologie, zemědělská klimatologie aj). Na základě metodických přístupů můžeme vymezit klimatologii klasickou (studuje klimatické prvky v jejich denním či ročním chodu), dynamickou (klimatologické charakteristiky stanovuje na základě různě dlouhých období, během nichž se v daném území vyskytovaly jednotlivé cirkulační nebo radiační podmínky), synoptickou (studuje příčinné vazby mezi cirkulačními typy počasí a utvářením klimatu) a komplexní (studuje klima podle souboru klimatických prvků založených na stanovených intervalech jejich hodnot – třídy a typy počasí).

Klimatický systém je prostorově a časově proměnlivý. Prostorová proměnlivost může být na úrovni:

• topické až chorické – působí známé příčiny (př. vykácení lesa, zástavba),
• regionální – vliv prostorově rozsáhlých systémů (př. tlakové níže a výše),
• globální – je generalizována na základě komplexního hodnocení pro celou Zemi.

Časová proměnlivost může být:

• sezónní – změny jsou periodického charakteru (př. střídání ročních období),
• meziroční – změny nevykazují periodicitu (př. pohyb teplých a studených front),
• sekulární – změny dlouhodobějšího rázu (př. doba ledová).

Úplný klimatický systém

Hnacím zdrojem meteorologických a klimatických změn je převážně sluneční energie, která se dostává do vzájemného vztahu (interakce) mezi atmosférou a zemským povrchem. Tyto energetické procesy tak probíhají uvnitř klimatického systému (obr. 1.1). Úplný klimatický systém se skládá z pěti podsystémů: atmosféry, povrchu pevniny, hydrosféry, kryosféry a biosféry. Poslední čtyři podsystémy představují aktivní povrch.

Aktivní povrch je ta část krajinné sféry, na které dochází jak k odrazu slunečního záření, tak na ní probíhá přeměna radiační energie krátkovlnného slunečního záření na energii tepelnou, která je turbulentní výměnou nebo molekulárním vedením transportována zpět do atmosféry nebo do geologického podloží. Jednoduše si aktivní povrch můžeme představit jako trojrozměrný prostor, ve kterém dochází k postupnému zeslabování sluneční energie.

Klimatický systém je vzhledem k chaotičnosti a neuspořádanosti velmi komplikovaným systémem se zpětnou vazbou. Tu si můžeme náležitě demonstrovat na příkladu odstranění vegetačního krytu důsledkem výstavby parkoviště pro vznikající obchodní centrum. Původní vegetační kryt byl schopen vlivem fyziologické transpirace rostlin snižovat teplotu vznikající přeměnou slunečního záření. Asfaltový povrch parkoviště tuto funkci nemá, proto se přízemní atmosféra enormně otepluje.

Ke všemu je navíc klimatický systém tvořen vnitřní proměnlivou částí (pevniny a oceány) a pomaleji se měnící vnější částí (Země – Slunce). Složky klimatického systému také nestejně rychle reagují na potenciální změny (nejrychlejší odezvu vykazuje atmosféra, nejpomalejší kryosféra). Z tohoto pohledu je klimatický systém nevhodný pro studium klimatu. Podle měřítka území, v němž klima studujeme, můžeme specifikovat následující kategorie klimatu (obr. 1.2):

• makroklima

  režim meteorologických dějů odrážející interakce mezi atmosférou a aktivním povrchem odpovídajícím velkým územním celkům (kontinenty), vertikálně je omezený tropopauzou, př. klimatická oblast;

• mezoklima

  vertikálně je určeno hranicí planetární mezní vrstvy atmosféry (1 – 1,5 km), rozsahem odpovídá makrochoře (10³ – 2.10⁵ m), velký význam má vegetační kryt (hospodaření s teplem a vláhou), rozsáhlejší vodní plocha (časté mlhy, odlišné teplotní a vlhkostní poměry) či antropogenní činnost (ovlivňuje hodnoty mnohých meteorologických prvků – teplota, vlhkost, proudění vzduchu aj.), př. klima kotliny ovlivněné městskou zástavbou;

• topoklima

  je utvářeno vlivem morfologie a struktury aktivního povrchu, vertikální rozsah je dám výškou přízemní vrstvy atmosféry (80 – 100 m), př. teplá svahová zóna;

• mikroklima

  je dáno klimageneticky stejnorodým aktivním povrchem (pole, les), nemusí se vůbec vytvářet (při silné advekci) – nebo dosahuje vertikálního rozměru řádově desítek metrů, má charakter labilního teplotního zvrstvení, př. klima skleníku;

• kryptoklima

  představuje mikroklima uzavřených prostor.

Vliv geografických činitelů na charakter klimatu a studium klimatu ve vztahu a vazbách v rámci krajinné sféry a jejich subsystémů naplňuje geografická disciplína klimatogeografie.

Klima je a bylo proměnlivé a v 21. století se člověk stále více podílí na jeho změnách. Původní rovnovážný stav je už po několik desetiletí narušován antropogenní činností. S ohledem na stále častější výkyvy počasí je nezbytné tento měnící stav monitorovat a sledovat zejména změny v integraci s jinými krajinnými složkami, kterými jsou například zvyšování teploty zemského povrchu, snižování koncentrace stratosférického ozónu, kontaminování potravinového řetězce a zvyšování acidity vodních a lesních ekosystémů. V rámci výzkumu světového klimatického systému probíhají následující projekty:

• Interakce tropický oceán – atmosféra (studium jevu El Niňo),
• Cirkulace světových oceánů,
• Globální klimatický pozorovací systém aj.

Způsoby získávání a zpracování meteorologických dat a informací

Meteorologická data se převážně získávají měřením a pozorováním na meteorologických a aerologických stanicích, radiolokačním nebo družicovým měřením. V České republice tuto službu zajišťuje Český hydrometeorologický úřad se sídlem v Praze a jeho pobočky.

Přízemní meteorologická měření a pozorování zajišťují meteorologické a klimatologické stanice. Meteorologické stanice se rozdělují na synoptické a letecké stanice (údaje měří v hlavních synoptických termínech – 00, 06, 12, 18 h UTC a vedlejších synoptických termínech – 03, 09, 15, 21 h UTC), klimatologické stanice (klimatologické termíny měření jsou v 07, 14, 21 h středního místního slunečního času), agrometeorologické a fenologické stanice (pro potřeby správné doby osevu či zvolení vhodných druhů zemědělských plodin) a speciální stanice.

Klimatologické stanice se dále dělí na:

• základní stanice

  3 × denně měří základní meteorologické prvky,

• doplňkové stanice

  svým rozmístěním doplňují stejné hodnoty základních stanic,

• srážkoměrné stanice

  měří množství srážek, charakter sněhové pokrývky aj.,

• stanice se speciálním zaměřením

  slouží k měření speciálních meteorologických prvků (př. počet blesků, záření aj.).

Přízemní měření je v současné době zajišťováno zejména automatickými měřícími stanicemi, které do centrálního střediska posílají naměřené hodnoty. Ale i tak se máme stále možnost setkat s přístroji umístěných v rámci meteorologického měrného pozemku (obr. 1.3).

Aerologická měření se provádí na aerologické stanice Praha – Libuš a v Prostějově. Měření je založeno na vertikální sondáži atmosféry pomocí radiosond umístěných na balóncích prostupujících jednotlivými vrstvami atmosféry až do výšky 30 km. V jednotlivých výškových úrovních se zjišťuje teplota, tlak a vlhkost vzduchu a rychlost a směr větru.

Radiolokační měření umožňuje schopnost atmosférických srážek a oblačnosti odrážet radiové vlny, které jsou zaznamenávány pomocí radaru. Radar vysílá krátké impulzy elektromagnetického vlnění a na základě polohy a doby přijetí signálu se určuje velikost a tvar pozorovaných objektů. Nepřetržité pozorování meteorologických jevů a objektů (srážek a oblačnosti) probíhá v ČR na radiolokační stanici Brdy a Skalka (Drahanská vrchovina). Ze získaných dat lze například identifikovat potenciální srážkové pole (obr. 1.4).

Družicová měření a pozorování představují v současné době zdroj nezastupitelných informací, které vytvářejí tzv. světový meteorologický kosmický systém. Ten je tvořen dvěma dílčími subsystémy, a to kosmickým a pozemním.

Kosmický podsystém zahrnuje soubor umělých družic určených pro monitorování planety Země a atmosféry.

Pozemní subsystém slouží k příjmu a zpracování meteorologických informací. Analogicky je tak součástí systému dálkového průzkumu Země. V současné době disponují státy různými systémy družic.

Tyto družice se většinou pohybují vzhledem k výšce nad Zemí po třech orbitálních drahách (obr. 1.5):

• rovníková dráha

  družice se pohybují ve výšce 36 000 km, př. METEOSAT, ENVISAT (ESA), GOES (USA), GMS (Japonsko), INSAT (Indie), GOMS (Rusko),

• šikmá dráha

  družice se pohybují ve výšce 300–600 km, málo využitelné,

• subpolární dráha

  družice se pohybují ve výšce 800–900 km, př. LANDSAT (USA), SPOT (Francie), TERRA (USA), NOAA (USA), METEOR (Rusko).

METEOSAT

Jedná se o systém meteorologických družic, který provozuje evropská mezivládní organizace Eumetsat. Družice obíhají po geostacionární dráze. V současné době jsou aktivní dvě družice druhé generace a dvě družice první generace. Družice operují ve dvojicích, jedna jako hlavní a druhá jako záložní. První dvojice je umístěna nad nultým poledníkem a snímá Evropu, část Afriky a Ameriky. Druhá dvojice je nad Indickým oceánem. Mezi její hlavní oblasti využití patří krátkodobé meteorologické předpovědi, numerické modelování, monitorování nebezpečných hydrometeorologických jevů a v poslední době také studium kolísání klimatu.

NOAA

Představuje systém amerických družic pohybujících se po subpolární dráze. Její prvotní čistě meteorologický účel se posunul do oblasti globálního mapování. Mimo meteorologické a klimatické účely slouží také k tvorbě map vegetačních indexů či k vertikální sondáži atmosférického ozónu.

GOES

Představuje systém amerických družic na geostacionární dráze zaměřených na meteorologické předpovědi, sledování bouřkových systémů a výzkum.

Velkou výhodou využití meteorologických satelitů je jednak možnost získat snímky v globálním měřítku v různě vysokém rozlišení, a jednak snímat opakovaně tutéž oblast, což umožní analyzovat a popsat vývoj jednotlivých meteorologických jevů v čase. Snímky jsou pořizovány v různých časových intervalech a různých spektrech elektromagnetického vlnění, které umožní atmosférické procesy zkoumat na pozadí jednotlivých fyzicko-geografických poměrů (př. mapování sněhové pokrývky, monitorování rozlivu při záplavách, analýza vegetace aj.)

Družicová meteorologie se využívá zejména pro následující úkoly:

• předpověď počasí a monitorování jeho aktuálního stavu,
• krátkodobá předpověď do šesti hodin – vysoce užitečná družicová data,
• studium oblačnosti a určení změn teploty s výškou,
• měření rychlosti větru – odhad rychlosti podle pohybu oblaků,
• výzkum tropických cyklon – možnost identifikovat cyklon již ve vývojové fázi.

Družicová klimatologie se zaměřuje na studium v následujících oblastech:

• toky energie v systému Země,
• globální rozdělení vodních par,
• globální rozložení teploty,
• rozložení pokrytí oblačnosti,
• teplota povrchu oceánu,
• proudění větru, cirkulace vzduchu.

Takto získaná data jsou shromažďována, interpretována a poskytována různými organizacemi a institucemi. Z pohledu významu pro ČR budou zmíněny informace o Světové meteorologické organizaci (WMO), Českém hydrometeorologickém ústavu (ČHMÚ), Národním klimatickém programu (NKP) a Mezivládním panelu pro změnu klimatu (IPCC).

Světová meteorologická organizace (World Meteorological Organization – WMO) je nevládní organizací členských států OSN. V roce 1947 byla ve Washingtonu podepsána Dohoda o Světové meteorologické organizaci, která vstoupila v platnost 23. 3. 1953 (světový meteorologický den). Nejvyšším orgánem je kongres, který se schází jednou za čtyři roky. WMO je tvořena šesti regionálními asociacemi, ve kterých jsou zařazeny členské země (Afrika, Asie, Jižní Amerika, Severní a Střední Amerika, jihozápadní Tichomoří a Evropa), a je rozdělena do osmi technických komisí (letecká meteorologie, agrometeorologie, atmosférické vědy, základní systémy, klimatologie, hydrologie, pozorovací metody přístroje a námořní meteorologie). Hlavním úkolem WMO je podpora celosvětové výstavby meteorologických staničních sítí a standardizace pozorování, výměny meteorologických informací, aplikační stránky meteorologie v ostatních oborech lidské činnosti atd. Její program a činnost lze shrnout do následujících bodů:

1. Světový program pozorování počasí – World weather watch (WWW)

   • představuje hlavní vědecký a technický program a je páteří aktivit WMO,
   • umožňuje získat informace o počasí prakticky v reálném čase z kteréhokoliv místa na světě,

2. Světový klimatický program – World Climate Programme (WCP)

   • Světový program pro klimatická data a monitoring,
   • Světový program pro klimatické aplikace a služby,
   • Světový program pro hodnocení dopadů a strategie odezvy,
   • Světový program pro výzkum klimatu,

3. Program pro výzkum atmosféry a životního prostředí (Atmospheric Research and Environment Programme),

4. Aplikace meteorologických programů,

5. Hydrologie a vodní zdroje a další.

Český hydrometeorologický úřad se sídlem v Praze zajišťuje hydrometeorologickou službu v České republice. Jde o státní službu, která zřizuje a provozuje pozorovací a monitorovací staniční sítě, zpracovává výsledky měření a pozorování, spravuje databázi meteorologických dat, poskytuje operativní informace o stavu atmosféry a provádí vědeckou a výzkumnou činnost. ČHMÚ je organizačně členěn na tři odborná oddělení: meteorologie a klimatologie, hydrologie a ochrana čistoty ovzduší.

Mezi základní měřené prvky patří teplota, vlhkost a tlak vzduchu, směr a rychlost větru, úhrn srážek a výška sněhové pokrývky, doba trvání slunečního svitu, přízemní minimální teplota v 5cm nad zemským povrchem a příkon fotonového dávkového ekvivalentu. Z pozorovaných prvků je věnována pozornost zejména vodorovné dohlednosti, pokrytí oblohy oblačností, charakteristikám oblačnosti, stavu a průběhu počasí, nebezpečným a zvláštním atmosférickým jevům a náhlým změnám počasí. Nadstandardní měření a pozorování se provádí jen na vybraných stanicích, na kterých je například sledován výpar vody z vodní hladiny, teplota půdy, měření čistoty ovzduší, fotografování bolidů (velmi jasných meteorů) atd.

Speciální meteorologické observatoře byly také vybudovány při jaderných elektrárnách Dukovany a Temelín.

Národní klimatický program zajišťuje v ČR úkoly, které vyplývají ze Světového klimatického programu. Jde o získávání klimatologických dat a monitoring klimatu, jejich z pracování pro efektivní využití odbornými a řídícími orgány, odhady dopadů klimatu na život a činnost člověka a odhadu vlivů antropogenní činnosti na klima.

Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC – Intergovernmental panel on climatic change) byl založen v roce 1988 WMO a UNEP (Program OSN pro otázky životního prostředí). IPCC představuje nezávislý vědecko-technický orgán zaměřený na podporu poznání podstaty klimatické změny a hodnocení jejích environmentálních a sociálních důsledků. Tvoří ho tři odborné pracovní skupiny, které jsou zaměřené na otázky vědecké podstaty problému. První se zabývá fyzikálními základy změny klimatu, druhá dopady změn klimatu, adaptací a zranitelností a třetí řeší zmírnění dopadů klimatických změn (tzv. mitigace).

Z ostatních dostupných zdrojů meteorologických a klimatických informací lze zmínit Atlas podnebí Československé republiky (1958), Tabulky k atlasu podnebí (1961), Mezinárodní atlas oblaků, Atlas podnebí Česka (2007) a soubor klimatických map sestavených Evženem Quittem.

Meteorologická pozorování

V současné době je celá síť základních stanic ČHMÚ vybavena automatickými meteorologickými stanicemi. Zásadně se tak změnila používaná přístrojová technika, neboť u těchto stanic pracuje většina čidel pro měření základních meteorologických prvků na elektrickém principu. Přesto je ale velké množství stanic s tradičními přístroji. Meteorologické stanice dělíme do tří základních druhů. Jsou to synoptické stanice, klimatologické stanice a srážkoměrné stanice.

Klimatologická měření se provádějí 3 krát denně v termínech 07, 14, 21 hodin středního místního slunečního času.

Pro zápis meteorologických jevů se využívá aktuální čas (zimní, letní). Většina meteorologických přístrojů včetně meteorologické budky je umístěna na meteorologickém měrném pozemku (obr. 1.3). Je to pozemek, jehož okolí musí být dostatečně volné a vzdálenosti všech překážek od středu by měly nejméně 4x převyšovat jejich vlastní výšku. Povrch by měl být v létě pokryt udržovaným trávníkem a v zimě se nechává neudržovaný.

Meteorologická budka je bílá, stěny má z dvojitých žaluzií a dno z drátěného síta ve výšce 180 cm nad zemí. Dvířka musí být orientována k severu. Budka slouží jako ochrana meteorologických přístrojů před rušivými vlivy slunečního záření a srážek. Umožňuje ventilaci přístrojů. Je-li meteorologická stanice vybavena automatickou meteorologickou stanicí (AMS), omezuje se funkce klasických přístrojů na náhradní získávání údajů nebo pro kontrolu.

V tradiční meteorologické budce (obr. 1.7) se nachází:

• 2 staniční teploměry (suchý a vlhký),
• vlasový vlhkoměr,
• extrémní teploměry (minimální a maximální),
• termograf,
• hydrograf.

Kromě přístrojů, které měří okamžité charakteristiky, se používají také samopisné (registrační) přístroje. Ty zaznamenávají nepřetržitý chod meteorologických prvků, ale jejich údaje jsou méně přesné.

Registrační přístroj se obvykle skládá z:

• měřící části (čidla, snímače),
• převodového mechanismu,
• registrační části (otočný válec s registrační páskou, hodinový stroj nebo pero s nevysychající tuší).

Na klimatologických stanicích se používají přístroje s týdenním chodem, kdy se válec otočí jednou za asi 180 hodin.

Výsledky nepřetržitých měření a pozorování jsou předávány každou hodinu do centrálního telekomunikačního počítače ve zprávě SYNOP. Zde jsou k dispozici zpracovatelským útvarům ČHMÚ převážně pro sestavení meteorologické předpovědi. Mimořádné zprávy o náhlé změně počasí BOUŘE jsou sestavovány a předávány centru okamžitě při splnění stanovených kritérií: začátek výskytu nebezpečných meteorologických jevů (mlha, mrznoucí srážky, bouřka, krupobití), změna směru nebo rychlosti větru nad stanovenou hodnotu a snížená dohlednost nebo výška základny oblačnosti. Zpráva BOUŘE slouží jako upozornění na výskyt těchto jevů a přes centrální útvary ČHMÚ je tato výstraha určena pro veřejnost, silniční dopravu, letectvo a jiné uživatele. Klimatologická měření a pozorování v 7, 14 a 21 hodin místního středního slunečního času (MSSČ) předávají MS centru jednou denně ve zprávě INTER sestavované po klimatologickém termínu v 7 hodin.

Měření základních meteorologických a klimatologických charakteristik

• Intenzita slunečního záření
• Délka trvání slunečního svitu
• Měření ozonu v atmosféře
• Měření teploty půdy
• Měření teploty vzduchu
• Měření srážek
• Měření vlhkosti vzduchu
• Měření tlaku vzduchu
• Měření přízemního větru
• Měření oblačnosti
• Měření výparu

Intenzita slunečního záření

Intenzita slunečního záření se měří radiometry, které registrují jednotlivé charakteristiky elektromagnetického záření, např. pyranometr (obr. 1.8) měří globální, difuzní a odražené záření vlnové délky 0,3–3,0 µm. Měření se i přes vysoký význam provádí jen na omezeném počtu stanic. Nejvíce používané jsou záznamy o denním chodu průměrných hodinových úhrnů globálního záření během roku.

Délka trvání slunečního svitu

Délku trvání slunečního svitu zaznamenává heliograf nebo solarimetr (zaznamenává rozptýlené záření pomocí termoelektrického článku je vybaven sluneční clonou, která zabrání dopadu přímých paprsků). Nejběžněji používaným typem je heliograf Stokes-Campbellův (obr. 1.9). Je založen na tepelném účinku slunečních paprsků soustředěných skleněnou koulí na registrační pásku, na níž se vypaluje stopa.

Jako délku trvání slunečního svitu označujeme časový interval mezi východem a západem slunce. Na základě vyhodnocení údajů z heliografu se udává v hodinách nebo desetinách hodin za den, měsíc nebo rok. Čára spojující místa se stejnou délkou trvání slunečního svitu za určité období se nazývá izohélie.

Měření ozonu v atmosféře

Celkové množství ozonu mezi zemským povrchem a vnější hranicí atmosféry se měří spektrofotometry (př. Dobsonův). Měří jak v ultrafialové, tak v tepelné části spektra, údaje slouží jako kontrolní data pro záznamy z družic.

Měření teploty půdy

K měření se využívá rtuťových nebo elektrických teploměrů. Provádí se měření v hloubkách 5, 10, 20, 50 a 100 cm. Pro hloubky do 20 cm se používají lomené půdní teploměry, pro 50 a 100 cm se používají hloubkové půdní teploměry. Mezi nejběžnější charakteristiky patří měsíční průměry termínových pozorování, denní průměr, minimum a maximum. Kromě teploty půdy se také měří hloubka promrznutí půdy.

Měření teploty vzduchu

Teplota vzduchu se měří 2 metry nad aktivním povrchem s přesností 0,1 °C. Ke klimatologickým účelům se měří teploty suchá, vlhká., maximální, minimální a přízemní (0,05 m nad zemí). Skleněné kapalinové teploměry využívají teplotní roztažnosti kapaliny v nádobce. Kapalinou je líh, rtuť nebo toluen. U deformačních-bimetalových teploměrů tvoří čidlo bimetalová destička nebo prstenec. Využívají se u samozapisujících přístrojů, termografů (obr. 1.11).

Elektrické teploměry se používají stále častěji, jsou přesnější a mají nižší setrvačnost. Teploměry mohou být odporové, kdy většina kovů mění svůj odpor v závislosti na teplotě, nebo termoelektrické, kdy jsou spojeny 2 kovy (měď a konstantan) do uzavřeného obvodu. Proud, který prochází, je úměrný rozdílu teplot obou míst.

Základem měření je průměrná denní teplota, vypočítaná na základě váženého aritmetického průměru (indexy udávají hodinu naměřené teploty):

K podrobnějšímu popisu teplotních poměrů místa patří údaje o počtu charakteristických dní:

• arktický den – max. teploty vzduchu je -10 °C a méně
• ledový den – max. teploty vzduchu je -0,1 °C a méně
• mrazový den – min. teploty vzduchu je -0,1 °C
• letní den – max. teploty vzduchu je 25 °C a více
• tropický den – max. teploty vzduchu je 30 °C a více
• tropická noc – min. noční teploty vzduchu je 20 °C a více

Dalšími důležitými údaji jsou výskyt charakteristických průměrných teplot a teplotní sumy, což jsou součty průměrných denních teplot. Ty jsou často užívanou teplotní charakteristikou v zemědělství.

Měření srážek

Měří se srážkoměry (používají se i pro sníh). Jde o velkou nádobu, nálevky konvice a skleněné kalibrované odměrky. Pomocí samopisného ombrografu lze registrovat časový průběh. Totalizátor slouží k měření za delší dobu v nepřístupném terénu. Na stanicích měříme výšku nového sněhu, který napadl od 07:00 předešlého dne do 07:00 dne měření, celkovou výšku sněhové pokrývky a vodní hodnotu sněhové pokrývky. Výška nově napadeného sněhu se určuje sněhoměrným prkénkem. Celková výška sněhoměrnou latí s přesností na 1 cm. Vodní hodnota se zjišťuje pomocí vláhového sněhoměru. Drosometrem (rosoměrem) se měří výskyt a množství rosy.

Nejčastěji bývají zpracovávány měsíční srážkové úhrny (v mm). Z nich potom průměrné dlouhodobé měsíční úhrny. Dále nejvyšší denní úhrny, četnosti výskytu srážkových úhrnů, počet dní se srážkami, srážková pravděpodobnost (hodnoty absolutních nebo relativních kumulovaných srážkových úhrnů), počet dní s kroupami, charakteristiky sněhových poměrů jako je počet dní se sněžením atd.

Měření vlhkosti vzduchu

Vlhkost vzduchu se měří psychrometrickou metodou anebo vlasovými vlhkoměry. Psychrometr (obr. 1.13) funguje tak, že máme 2 teploměry. Jeden je suchý a druhý vlhký (nádobka obalena savou látkou – punčoškou, která je namočena do vody). Suchý má vyšší teplotu, vlhký nižší a rozdíl mezi nimi je psychrometrická diference. Vlasový vlhkoměr (hygrometr) využívá změnu délky odmaštěného lidského vlasu. Při zvyšování vlhkosti se vlas prodlužuje.

Měření tlaku vzduchu

Tlak vzduchu se měří tlakoměry (barometry) nebo pomocí samopisných barografů. Ty jsou rtuťové, kovové nebo hypsometry. Rtuťový staniční tlakoměr určuje tlak vzduchu z výšky rtuťového sloupce v mm (na desetiny), který se přepočítává na hPa. Pak musíme provést opravu na teplotu vzduchu, výšku a tíhové zrychlení. Dále můžeme používat kovové tlakoměry, kdy máme téměř vzduchoprázdnou kovovou krabičku, která se prohýbá a na stupnici se přímo ukazuje tlak.

Tlak vzduchu má spíše meteorologický význam, v klimatologii tvoří doplněk. Denní průměr se spočítá jako (index udávají hodinu naměřeného tlaku):

Měření přízemního větru

Přízemní vítr je proudění ve výšce asi 7–10 m nad zemí. V tomto případě zjišťujeme směr a rychlost větru. Směr se měří větrnými směrovkami, které jsou na stožáru nejméně 7 metrů vysokém. Rychlost se určuje anemometry (obr. 1.15) a čidlem je Robinsonův miskový kříž. Udává se v m.s^-1.

V případě směru jde o vektorové veličiny a vyjadřují 8 nebo 16 hlavních směrů. V grafickém zpracování je to větrná růžice. Je možné stanovit výsledný směr nebo převládající směr. Důležitá je také síla větru určená podle Beaufortovy stupnice.

Měření oblačnosti

Stupeň pokrytí oblohy oblačností, tedy její množství se v naší hydrometeorologické službě odhaduje, a to z místa, ze kterého můžeme přehlédnout celou oblohu. Na měření ale existují i přístroje. Nefometr je vypuklé zrcadlo, které je ryskami rozděleno na několik částí. Nefoskop (obr. 1.16) určuje směr a rychlost oblaků.

Měření výparu

Výpar představuje množství vody v mm, která se vypaří z volné vodní hladiny za 24 hodin. Všechny běžné přístroje dokážou jen srovnávat podmínky, za nichž výpar na různých lokalitách (typech aktivního povrchu) probíhá. Rozšířeným typem přístroje je evaporimetr (výparoměr – obr. 1.17), odměrná válcová nádoba zapuštěná do země. Charakteristiky výparu hrají důležitou roli ve studiu oběhu vody v krajině, v agroklimatologii, biologii apod.

Klasicky se zpracovává roční chod, měsíční minima a maxima, měsíční průměry denních a ročních úhrnů a další.

Meteorologická a klimatologická data jsou nejčastěji zpracována v podobě tabulek, grafů, normogramů (tabulky vyjadřující vztah mezi proměnnými), blokových schémat a izoplet (plošné zobrazení hodnot klimatických prvků pomocí izolinií – izoterma, izobara, izohyeta aj.).

---

Shrnutí a literatura