wstep_do_meteorologii.pdf

inŇ. Andrzej Abþamowicz

Wstħp do meteorologii

dla szybownikw

Meteorologia jest naukĢ zajmujĢcĢ siħ badaniem zjawisk i procesw fizycznych

zachodzĢcych w atmosferze. Jest to nauka bardzo obszerna i korzystajĢ z niej nie tylko

lotnicy. Ma ona ogromne znaczenie dla komunikacji w ogle, dla budownictwa, gospodarki

wodnej, a szczeglnie dla rolnictwa.

Nie moŇna w krtkim opracowaniu ujĢę caþoĻci tego obszernego i bardzo ciekawego tematu,

dlatego teŇ ograniczymy siħ do rozwaŇenia jedynie najwaŇniejszych spraw w zakresie

umoŇliwiajĢcym zrozumienie zagadnieı bezpoĻrednio zwiĢzanych z szybownictwem. Tym

Czytelnikom, ktrzy zainteresujĢ siħ meteorologiĢ i zechcĢ pogþħbię swoje wiadomoĻci, radzħ

przeczytaę áMeteorologiħ dla wszystkichÑ - Czesþawa Szczeciıskiego, albo trudnĢ juŇ dziĻ do

zdobycia áMeteorologiħ dla szybownikwÑ - Wþadysþawa Parczewskiego.

To co Czytelnik znajdzie w niniejszym materiale, bħdzie stanowiþo zbir podstawowych

wiadomoĻci uzupeþnionych spostrzeŇeniami pilota. Z pewnoĻciĢ zrobiþby to lepiej zawodowy

meteorolog, bħdĢcy rwnoczeĻnie szybowcowym pilotem wyczynowym wysokiej klasy,

niestety te dwie cechy - jak dotĢd - nie znalazþy sobie odpowiedniego obiektu, a szkoda!

Aby szybowiec mgþ lataę wyŇej i dalej niŇ mu na to pozwala jego lot Ļlizgowy, musi

napotkaę prĢdy wznoszĢce, ktre sĢ jak gdyby jego silnikiem. Czym sĢ prĢdy wznoszĢce,

jakie sĢ ich odmiany, kiedy wystħpujĢ i jakie sĢ moŇliwoĻci ich wykorzystania - tego miħdzy

innymi uczy nas meteorologia. Bez znajomoĻci meteorologii nie moŇna marzyę o sukcesach

w szybownictwie. Ba, nawet uzyskanie przeciħtnego poziomu pilota wyczynowego nie jest

moŇliwe bez znajomoĻci czynnikw ksztaþtujĢcych pogodħ i praw rzĢdzĢcych jej zmianami.

l. Atmosfera

Zjawiska i procesy fizyczne, ktrymi zajmuje siħ meteorologia, zachodzĢ w atmosferze.

Atmosfera jest to warstwa gazw otaczajĢca kulħ ziemskĢ, przy czym zwykliĻmy jĢ dzielię na

nastħpujĢce czħĻci:

• troposferħ, siħgajĢcĢ do wysokoĻci okoþo 11 km,

• stratosferħ, siħgajĢcĢ do okoþo 80 km,

• termosferħ (zwanĢ rwnieŇ jonosferĢ) siħgajĢcĢ do okoþo 800 km

• egzosferħ wystħpujĢcĢ powyŇej 800 km.

Te czħĻci atmosfery nie sĢ od siebie wyraŅnie oddzielone, a ich wysokoĻę zaleŇy od miejsca

nad kulĢ ziemskĢ i od pory roku. Dla przykþadu: nad rwnikiem troposfera siħga do

wysokoĻci okoþo 16 000 m, zaĻ nad biegunami tylko do okoþo 8000 m.

W naszych dalszych rozwaŇaniach bħdĢ nas interesowaþy przede wszystkim fizyczne

wþasnoĻci troposfery, a to: jej temperatura, ciĻnienie i wilgotnoĻę powietrza. Czynniki te

wpþywajĢ w zasadniczy sposb na ruch powietrza i na tworzenie siħ chmur. Dla

szybownictwa ruch powietrza ma wielkie znaczenie nie tylko jako wiatr, ale przede

wszystkim jako prĢdy pionowe. Zachmurzenie pozwala pilotowi naocznie ocenię, czy i z

jakimi prĢdami pionowymi siħ spotka. Zanim do tego dojdziemy omwimy pokrtce

wymienione czynniki meteorologiczne.

a. Temperatura

Temperatura powietrza w troposferze stopniowo maleje do okoþo -56 C (Ļrednio okoþo 0,6 C

na kaŇde 100 m wysokoĻci). Na wiħkszych wysokoĻciach utrzymuje staþĢ wielkoĻę, aby

nastħpnie po przejĻciowym wzroĻcie i spadku nadal wzrastaę. Temperatura ulega zmianom

wskutek dopþywu energii cieplnej do atmosfery dziħki promieniowaniu sþonecznemu i

wskutek jej odpþywu poprzez wypromieniowanie ziemi.

b. CiĻnienie

CiĻnienie atmosferyczne maleje z wysokoĻciĢ. Jego przebieg ilustruje rysunek l. Dla nas

wiħksze jednak znaczenie ma poziomy rozkþad ciĻnienia, ktry powoduje powstawanie i

zanikanie wyŇw i niŇw barometrycznych, tj. áukþadw barometrycznych ksztaþtujĢcych

pogodħÑ.

c. WilgotnoĻę

WilgotnoĻę powietrza zaleŇy od iloĻci pary wodnej zawartej w jednostce objħtoĻci powietrza.

Zwykle posþugujemy siħ dwoma okreĻleniami:

• wilgotnoĻę bezwzglħdna, tj. ciĻnienie pary wodnej przy danej temperaturze powietrza

(podane w jednostkach ciĻnienia) lub iloĻę pary na jednostkħ objħtoĻci powietrza (w

g/mĎ);

• wilgotnoĻę wzglħdna, tj. stosunek ciĻnienia pary wodnej zawartej w powietrzu przy

danej temperaturze do tego ciĻnienia, ktre wywieraþaby iloĻę pary wodnej nasycajĢca

powietrze przy tej samej temperaturze.

2. Ruch powietrza

Skoro znamy juŇ fizyczne wþasnoĻci atmosfery ziemskiej (powietrza), zastanwmy siħ nad

tym, co powoduje jego ruch. OtŇ przyczynĢ powstawania poziomego ruchu powietrza jest

nierwnomierny rozkþad ciĻnieı (w poziomie). Ten nierwnomierny rozkþad ciĻnieı powstaje

w wyniku nierwnomiernego nagrzewania siħ powierzchni ziemi (powietrze nagrzane jako

lŇejsze - wznosi siħ, powietrze zimne - jako ciħŇsze - opada). OczywiĻcie inaczej nagrzewa

siħ ziemia w okolicach rwnika, a inaczej w pobliŇu biegunw. RwnieŇ niejednakowo

nagrzewa siħ lĢd i woda. Gdy wiħc powstanie rŇnica temperatur, a wiħc i rŇnica ciĻnieı (w

poziomie), czĢstki powietrza bħdĢ dĢŇyę do przemieszczania siħ od obszaru podwyŇszonego

ciĻnienia ku obszarom niŇszego ciĻnienia.

Niestety, zagadnienie to nie przedstawia siħ aŇ tak prosto, jak mogþoby siħ na pierwszy rzut

oka wydawaę. PoniewaŇ powietrze porusza siħ wzglħdem obracajĢcej siħ Ziemi, wiħc obrt

Ziemi wpþywa na ruch powietrza pod postaciĢ siþy odchylajĢcej (siþy Coriolisa), przy czym

odchylenie od pierwotnego kierunku ruchu nastħpuje w prawo na pþkuli pþnocnej, w

lewo zaĻ na pþkuli poþudniowej.

To jednak jeszcze nie wszystko. Tarcie powietrza o powierzchniħ ziemi powoduje dalsze

zmiany kierunku ruchu powietrza. W ostatecznym wyniku wiatry w rejonach obniŇonego

ciĻnienia, tzw. niŇach, wiejĢ przeciwnie do ruchu wskazwek zegara z odchyleniem w lewo,

tj. ku Ļrodkowi niŇu. W rejonach podwyŇszonego ciĻnienia, tzw. wyŇach, wiatry wiejĢ

zgodnie z ruchem wskazwek zegara z odchyleniem rwnieŇ w lewo, tj. na zewnĢtrz ukþadu

(rys. 2 i 3) Na pþkuli poþudniowej kierunki wiatrw w niŇu i wyŇu barometrycznym sĢ

odwrotne, lecz odchylenia nadal pozostajĢ ku Ļrodkowi niŇu i od Ļrodka wyŇu.

Teraz, gdy juŇ wiemy co powoduje ruch powietrza i jak on powstaje, rozpatrzmy to

zagadnienie dla caþej kuli ziemskiej, biorĢc pod uwagħ, Ňe strefa rwnika jest pod wzglħdem

nagrzewania silnie uprzywilejowana, natomiast okolice biegunw majĢ staþy niedobr ciepþa.

NaturalnĢ konsekwencjĢ tego byþoby stale unoszenie siħ rozgrzanego powietrza nad

rwnikiem i staþe opadanie powietrza nad biegunami. OczywiĻcie uniesione nad rwnikiem

ciepþe powietrze przemieszczaþoby siħ grĢ ku biegunom, aby po ochþodzeniu i opadniħciu w

rejonie biegunw wracaę na maþej wysokoĻci ku rwnikowi stopniowo siħ ogrzewajĢc.

Niestety, ten obraz krĢŇenia powietrza nad powierzchniĢ Ziemi z dwch zasadniczych

przyczyn ulega powaŇnym komplikacjom. PierwszĢ z tych przyczyn jest obrt Ziemi, drugĢ

niejednorodnoĻę jej powierzchni. Rozpatrzmy je kolejno.

UnoszĢce siħ nad rwnikiem ciepþe powietrze skierowuje siħ na wiħkszych wysokoĻciach ku

pþnocy. Wskutek odchylajĢcego wpþywu obrotu Ziemi (na naszej pþkuli w prawo) kierunek

tego powietrza stopniowo siħ zmienia na zachodni (tj. z zachodu - a wiħc ku zachodowi).

Caþkowita zmiana kierunku ruchu powietrza z poþudniowego na zachodni nastħpuje w okolicy

30 rwnoleŇnika. Warto tu zwrcię uwagħ, Ňe obwd Ziemi wzdþuŇ 30 rwnoleŇnika jest o

przeszþo 10% mniejszy niŇ wokþ rwnika, co powoduje w omawianym przypadku skupienie

powietrza, podwyŇszenie ciĻnienia, prĢd opadajĢcy, a w wyniku - powrt powietrza na

maþych wysokoĻciach ku rwnikowi. PowracajĢce powietrze znw podlega odchyleniu w

prawo, wiħc jego poczĢtkowy pþnocny kierunek (z pþnocy ku poþudniowi) ulega zmianie na

wschodni (ze wschodu na zachd). I tak zamyka siħ pierwszy ze staþych obwodw krĢŇĢcego

powietrza (patrz rys. 4).

Drugi podobny obwd powstaje pomiħdzy pasem wysokiego ciĻnienia w okolicy 30

rwnoleŇnika oraz pasem niskiego ciĻnienia w okolicy 60 rwnoleŇnika. W oparciu o podane

wyŇej zasady rozkþad zasadniczych kierunkw wiatrw przedstawia siħ tu nastħpujĢco: doþem

wiejĢ wiatry o przewaŇajĢcych kierunkach poþudniowo-zachodnich (z poþudniowego

zachodu), grĢ natomiast przewaŇajĢ kierunki pþnocno-wschodnie.

I wreszcie trzecia strefa - w pobliŇu bieguna - charakteryzuje siħ podwyŇszonym ciĻnieniem,

a wiħc prĢdami opadajĢcymi nad biegunem i wstħpujĢcymi (wznoszĢcymi) w obszarze

niŇszego ciĻnienia w okolicach 60 rwnoleŇnika.

W wyniku oglnej cyrkulacji w atmosferze masy powietrza pozostajĢ przez dþuŇszy czas w

rejonach podwyŇszonego ciĻnienia nad jednym i tym samym obszarem oraz nabierajĢ

jednakowych cech fizycznych. W rezultacie, zaleŇnie od geograficznego poþoŇenia tych

obszarw, nastħpuje podziaþ mas powietrza na: masy powietrza zwrotnikowego zalegajĢce

obszar pomiħdzy rwnikiem i 30 rwnoleŇnikiem, masy powietrza arktycznego zalegajĢce

nad biegunami oraz masy powietrza polarnego zalegajĢce obszar poĻredni.

Pozostaje jeszcze do omwienia wpþyw niejednorodnoĻci powierzchni Ziemi, ktry pozwala

masom powietrza zalegajĢcym te obszary geograficzne na przyjmowanie okreĻlonych cech

fizycznych rŇniĢcych poszczeglne masy miħdzy sobĢ.

NiejednorodnoĻę powierzchni Ziemi polega na podziale na kontynenty i oceany, ktrych

powierzchnie niejednakowo siħ nagrzewajĢ. KaŇda wiħc z wymienionych wyŇej mas

powietrza moŇe dodatkowo zostaę nazwana morskĢ lub kontynentalnĢ, zaleŇnie od tego nad

jakim podþoŇem zalega. I tak dochodzimy do podziaþu mas powietrza w naszym ukþadzie

europejskim na (patrz rwnieŇ rys. 15):

• powietrze arktyczno-morskie (PAm), ksztaþtujĢce siħ miħdzy GrenlandiĢ i

Szpiebergen;

• powietrze arktyczno-kontynentalne (PAk), ksztaþtujĢce siħ na pþnocnych obszarach

Europy w okolicach Morza Barentsa;

• powietrze polarno-morskie (PPm), ksztaþtujĢce siħ nad Pþnocnym Atlantykiem;

• powietrze polarno-kontynentalne (PPk), ksztaþtujĢce siħ nad obszarami Syberii;

• powietrze zwrotnikowo-morskie (PZm), ksztaþtujĢce siħ w rejonie Azorw;

• powietrze zwrotnikowo-kontynentalne (PZk), ksztaþtujĢce siħ nad obszarami Bliskiego

Wschodu.

3. Fronty atmosferyczne

Pozostaje jeszcze do omwienia sprawa bardzo waŇna w meteorologii. Chodzi mianowicie o

istnienie warstw powstajĢcych na granicach dwch rŇnych mas powietrza. Warstwħ takĢ

nazywamy powierzchniĢ frontowĢ lub w skrcie frontem. Zetkniħcie siħ mas powietrza o

rŇnych wþasnoĻciach fizycznych powoduje wskutek wzajemnego oddziaþywania

powstawanie chmur, a raczej ukþadw chmur charakterystycznych dla poszczeglnych

rodzajw frontw.

Fronty mogĢ byę rozmaite. Ich charakter i nazwa zaleŇĢ od tego, ktre z mas powietrza je

ksztaþtujĢ, a takŇe od tego czy napþywajĢce powietrze jest cieplejsze, czy teŇ chþodniejsze od

powietrza zalegajĢcego w miejscu nadejĻcia frontu. Tak wie w oparciu o geograficznĢ

klasyfikacjħ mas powietrza front powstaþy na granicy powietrza arktycznego i polarnego nosi

nazwħ frontu arktycznego; zaĻ front powstaþy na granicy powietrza polarnego i

zwrotnikowego nosi nazwħ frontu polarnego.

JeŇeli front przemieszcza siħ od powietrza cieplejszego ku chþodniejszemu, to nosi on

wwczas nazwħ frontu ciepþego. Inaczej moŇna powiedzieę, Ňe jest to taki front, w ktrym

powietrze ciepþe napþywa w kierunku powietrza chþodniejszego. Ciepþe powietrze

odznaczajĢce siħ przy tym mniejszĢ għstoĻciĢ wĻlizguje siħ nad powietrze chþodne tworzĢc

powierzchniħ frontu. To nachylenie jest bardzo maþe, gdyŇ wyraŇa siħ wielkoĻciĢ 0,5 do 1%.

Wskutek tak maþego nachylenia pionowa skþadowa prħdkoĻci wĻlizgujĢcego powietrza jest

znikoma, co decyduje o warstwowym charakterze chmur towarzyszĢcych frontowi ciepþemu.

OczywiĻcie tak maþe pionowe prħdkoĻci powietrza oraz towarzyszĢce im chmury warstwowe

sĢ niesprzyjajĢce dla szybownictwa.

Zupeþnie inaczej przedstawia siħ sytuacja, gdy napþywa chþodne powietrze, tzn. gdy front

przemieszcza siħ w kierunku od chþodnego powietrza ku powietrzu cieplejszemu. Chþodne

powietrze jako għstsze wciska siħ pod powietrze cieplejsze, a podczas doĻę szybkiego

przemieszczania siħ (wskutek zahamowania w wyniku tarcia o powierzchniħ Ziemi)

powierzchnia frontu uwypukla siħ.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: