Storms and lightnings/cs

Bouře

Pokud se mezi lidmi mluví o bouřích, mluví se o něčem, co je v meteorologii označováno jako Konvektivní / Konvekční bouře. Konvekcí rozumíme výměnu tepla při proudění. Bouře vznikají výhradně z mraků typu Cumulonimbus, technicky ten nejdříve vznikne z Cumulus, ten je obyčejným mrakem, který můžeme pozorovat za normálního počasí. Cumulonimbus je označován jako bouřkový mrak, ovšem to neznamená, že každý Cumulonimbus je aktivní bouří. Proto musí být splněno několik podmínek, než samotná bouře vznikne. Každá bouře je potenciálně nebezpečná, to záleží na intenzitě a typu struktury samotných mraků. Bouře a mraky jako takové jsou přímo propojené s vodní cyklem vypařování a následných srážek. Vodní cyklus není předmětem tohoto článku, a tedy není přímo popisován pouze v souvislostech s jevy bouří a blesků.

Životní cyklus

Vznik

Jak už bylo zmíněno, mrak začíná ve stádiu Cumulus. Během času horní části mraku stoupají, dokud se nedostanou ke studeným proudům vzduchu (vertikální teplotní gradient) zde se páry začnou přeměňovat na kapky / ledové částice. Aby toto mohlo nastat, musí na mrak, po dlouhou dobu působit vzestupné proudy vzduchu Ty jsou způsobeny ohřevem povrchu země slunečními paprsky a výsledkem je teplý proud vzduchu, který stoupá a tlačí oblaka do větších výšek. Této výměně tepla během prodění se říká konvekce, proto právě konvekční bouřky.

Zralost

Po určité době působení stoupajících proudů se mrak dostane do rozhraní mezi troposférou a stratosférou. Zde je podstatný rozdíl v troposféře, nižší vrstva atmosféry, teplota vzduchu s výškou klesá, ochlazuje se. Naopak v stratosféře teplota vzduchu s nadmořskou výškou roste. Pro Českou republiku a velkou část Evropy se jedná o 11 kilometrů nad mořem. Zde vzduch setrvává a ochlazuje se a díky tomu znovu začne klesat zpět k zemi. Červenými šipky označují stoupající proudy v bouřkový mraku, modré pak sestupné proudy chladnějšího vzduchu, ve kterém dochází k vypařování oblaku.

Zánik

Až dojde při zemi k ochlazení vzduchu (případně snížení vlhkosti vzduchu) a zaniknou stoupající proudy a oblak se začne buď rozpadat, nebo se z něj začnou vypadávat srážky.

Vlastnosti konvekční bouře

Výška mraku

Intenzita konvekční bouře se dá odhadnout, pokud je známá nebo měřitelná výška, altituda mraku. Přesněji horní část, zde obecně platí, čím výše se bouřkový mrak nachází, tím intenzivnější bude i samotná bouře. Klíčovým faktorem je zde rozdíl teplot mezi stratosférou (chladný vzduch) a troposférou (teplý vzduch).

Tvar horní část mraku

Při sledování přicházející bouře se vyplatí sledovat horní část mraku, pokud je celkově zaoblená, je pravděpodobné, že se blízké budoucnosti nestane bouří. Pokud ovšem tvarem připomíná kovadlinu, to naznačuje přítomnost silných vzestupných proudů vzduchu a vhodné podmínky pro vytváření srážek a elektrických nábojů (blesků).

Přestřelující vrchol

Vrchní část konvekčních bouří bývá plochá, ovšem pokud se zde nachází „přestřelující vrchol“, dá se očekávat mnohem intenzivnější bouře. Vrcholek se tvoří pouze tehdy, pokud je hlavní vzestupný proud v oblaku natolik silný, že dokáže proniknout i vrstvou blokující teplotní inverze ve spodní stratosféře.

Struktura bouře

Unicela

Unicely mají krátkou dobu životnosti, průměrně je jedná o 30 až 50 minut. Tvoří se v podmínkách se velmi slabým větrem. Je možnost, že budou provázeny krátkodobými, ale silnými projevy. Pokud k těmto projevům dojde, může se bouře označovat jako „pulse severe storm“. Díky krátkému trvání, bouře tohoto typu nebývá příčinou přívalových povodní, ale je nebezpečná kvůli krupobitím či silným větrům „Downburst“. Pro tornáda nemají dostatečně silný vítr, ale i tak je šance pro vznik.

Multicela

Multicely vznikají spojením několika samostatných buněk (cell) do jedné bouře. Tyto buňky, jako u jednoduché, mají svoje vlastní žitvotní cykly a během bouře vznikají nové. Multicely existují jako shluky nebo jako liniové bouře, obdoba zdi. Bouře tohoto typy se vyskytují nejčastěji a zároveň jsou velice nebezpečné. Počínaje od silných krupobití, nárazových větrů, povodní, tak i znatelně vyšší možnosti vzniku tornád než je u unicel.

Supercela

Je speciálním případem unicely, ale mnohem větších proporcí. Životní cyklus této buňky se pohybuje přes hodinu, ovšem dominantní buňka se obnovuje. V porovnání s ostatními se jedná o skutečně nebezpečnou bouři, která je doprovázena všemi nebezpečnými projevy (krupobití, nárazové větry,…). Hlavním nebezpečím jsou tornáda, která často vznikají z supercel a jsou velice ničivá.

Projevy bouří a spojená rizika

Downburst, microburst

Downburst je zajímavým a zároveň ničivým projevem konvekční bouře. Na rozdíl od tornád se celkem jedná o normálně dějící se jev, který může vyprodukovat větry o rychlostech přesahující 55 m/s. To co se děje, je dobře popsáno anglickým názvem, nahromaděný vzduch z horní a střední části bouře se najednou propadne až na povrch země (down). Tento jev má velice krátké trvání, ale velkou sílu (burst). Microbursty jsou menší verzí downburstu, ale je jednoduché si jich všimnout. Jedná se velice rychlé zhoršení bouře a náhlé setmění, jinak ostatní projevy jsou obdobné downburstu.

Tornádo

Tornáda jsou rychle rotující víry vzduchu pod samotnou konvekční bouří. Pokud si představíme klasické filmové tornádo, mluvíme tornádu, které je doprovázeno supercelou – supercelární tornáda. Ale ty nejsou jediným typem, existují nesupercelární tornáda, nejsou tak nebezpečná jako supercelární, ale i tak mohou napáchat obrovské škody. Potenciální škoda tornáda je měřena za pomoci Enhanced Fujita Scale - EF Scale (od roku 2007):

• EF0 = 29 - 37 m/s – Lehké poškození

Dochází k lehkým škodám, většinou na špatně upevněných plotech a lehkých předmětech s větší plochou. Může docházet k lehkému poničení střešních krytin. Na polích mohou být patrné cesty zanechané průchodem tornáda.

• EF1 = 38 - 49 m/s – Střední poškození

Dochází k větším škodám na střechách a může docházet k převrácení lehkých neupevněných buněk (stavební buňky). Chatrné budovy jako kůlny, plechové haly mohou být těžce poničeny. Začínají se vyvracovat první stromy. Řízení automobilu je těžké a nebezpečné.

• EF2 = 50 - 60 m/s – Středně těžké poškození

Střechy mohou být kompletně utrženy, pokud nejsou pořádně upevněny. Starší nebo hůře postavené budovy mohou být poničeny i kompletně zničeny. Dobře postaveny budovy jsou jen lehce poškozeny na stěně působení větru. Trosky střech a jiných předmětů se stávají projektil, které létají vzduchem. Lehčí automobily jsou nadnášeny. Velké, osamocené stromy jsou vyvráceny nebo přelámány.

• EF3 = 61 - 73 m/s – značné poškození

Vítr trhá střechy i dobře postavených budov i stěny bývají poničeny, ale ne neopravitelně. Dochází k převrácení vlaků nebo těžších aut. Stromy v lesu jsou vyvráceny, zlomeny a zbaveny kůry.

• EF4 = 74 - 90 m/s – Těžké poškození

Dochází k poškození na kvalitně postavených železobetonových a neopravitelným poškozením na kamenných budovách. Ostatní budou, jsou srovnány se zemí a trosky létají do značných vzdáleností. Automobily jsou nadnášeny těsně nad zemí nebo jsou převráceny a rolují po silnici / okolí. Velké předměty létají vzduchem.

• EF5 = 91 - +105 m/s – Totální zkáza

Železobetonové budovy jsou těžce, strukturně poškozeny. Ostatní budovy jsou roztrhány a přeměňují na létající projektily dosahující velkých vzdáleností od jejich originálního umístění. Automobily létají vzduchem. Jakákoliv úroda na polích je vytrhána i s kořeny.

Přívalové deště a povodně

Tornáda nejsou pouze jediným, ničivým následkem bouří. Přívalové deště a povodně, na rozdíl do hurikánů, jsou celkem běžným úkazem na území České republiky. Přívalový déšť je krátký, ale velice vydatný déšť na poměrně malé ploše. Důsledkem bývají rozvodněné menší potoky a řeky, které se mohou vylít z koryta, vzniká povodeň. Intenzita samotného deště závisí na jeho trvání, kde nejvíce vody spadne ze začátku. Druhý parametrem, který ovlivňuje intenzitu je zasažená plocha, čím menší, tím je intenzivnější, navíc nejsilnější průtrž mračen je přímo pod centrem bouře. Přijatou definicí přívalového deště je trvání do 180 minut a s výškou srážek 10-80 mm. Nebezpečím přívalových dešťů jsou krátkodobé povodně a zatopení nízko položených prostor jako sklepy. Aby k tomuto došlo, musí být splněno několik podmínek. Vznik povodně je přímo propojen se schopností země vsakovat vodu. Pokud v oblasti padá více srážek, než země pohlcuje, voda začne zůstávat na povrchu a stékat přímo do blízkých vodních ploch či sklepů a obdobných místností. Vsakování vody je závislé na vlastnostech půdy a vysušenosti, proto neexistuje jedno číslo pro minimální množství vody. Přívalové povodně bývají doprovázeny silnou erozí půdy a v kombinaci s poškození elektroniky a vody náchylných předmětů, může způsobit nezadatelnou škodu.

Krupobití

Kroupy vznikají jako kapky kondenzací vody. V horní části mraku jsou pak nashromažďovány, zde, při dosáhnutí dostatečné altitudy (pod troposférou), zmrzají, teplota se pohybuje pod bodem mrazu. Vzestupné proudy vzduchu, zde už kroupy, udržují vodní částice, dokud nejsou příliš těžké a začnou padat směrem k zemi. Kroupy mohou dosahovat značných rychlostí a při dostatečné váze, páchají velké škody způsobené nárazem.

Elektrická aktivita - Blesk

Tvorbě elektrického náboje se děje v centru bouřkového mraku, kde díky teplotě se z par sráží voda nebo i mrzne do ledových částic, ty jsou vynášeny nahoru rychle stoupajícím vzduchem. Během cesty se ovšem střetávají se sněhovými vločkami a po střetu se kapky a ledové částice nabíjejí pozitivním elektrickým nábojem a sněhové vločky negativním elektrickým nábojem. Proto se horní část mraku nabíjí pozitivním nábojem a střed a spodní část mraku negativně. Aby došlo k blesku, výboji elektrického náboje, je zapotřebí splnit hned několik podmínek:

Podmínky pro úder blesku

Existence dvou opačných elektrických nábojů, které jsou od sebe odděleny materiálem nebo prostředím s vysokým elektrickým odporem, v tomto případě vzduch. Právě tento odpor zabraňuje neustálému vybíjení, dokud náboj nepřesáhne hodnotu potřebnou pro přenos elektrického proudu přes toto odporové médium, náboj / e rostou v relativně ohraničených oblastech mraku bouře. Jak už je zmíněno, je zapotřebí dvou nábojů. Jeden je generován uvnitř bouře, druhý, záleží na typu blesku. Jsou definovány tři typy blesků podle toho, kam udeří, kde se nachází druhý opačný elektrický náboj. Tedy bouře je efektivně obrovský kondenzátor, který se neustále nabíjí a vybíjí. Kondenzátory jsou tvořeny dvěma deskami, mrak a druhá podle typu, plus dielektrikum (materiál s téměř nulovou elektrickou vodivostí, v tomto případě vzduch).

Dělení blesků podle zasaženého cíle

Uvnitř mraku | Intra – Cloud

Jedná se o nejčastější případ blesku, výboj nastává mezi oblastmi elektrických nábojů uvnitř stejného mraku, buňky. V tomto případě, klasické známky blesku jako hrom (zvuk) neexistují, pouze je možné sledovat elektrický výboj při vybití. Okem jsou většinou nepozorovatelné. Země během výboje není zasažena.

Mrak – Mrak | Cloud – Cloud

Podobně jako u blesků uvnitř mraků, tyto blesky nezasáhnou zemi a udělají hrom během vybití. K výboji dochází mezi buňkami bouře a to hlavně v posledních momentech, kdy se bouře začíná rozpadat. Na rozdíl od blesků uvnitř mraku jsou lehce pozorovatelné ze země okem.

Mrak – zem | Cloud – Ground

Toto je ten klasický typ blesku, který můžeme velice jednoduše pozorovat. V tomto případě celkový elektrický náboj je tak velký, že se skrze vzduch a kapky propojí elektrický obvod do země a u zemní se, udeří do země. Viz podmínky pro úder blesku, je zapotřebí mít dva opačné elektrické náboje jeden je v mraku bouře, ten druhý se nachází na povrchu země. Země normálně je neutrální, „nemá“ náboj, v uvozovkách protože se náboj pohybuje kolem nuly. Pohybem bouře se povrch země nabíjí pozitivně a dosahuje nejvyšší hodnoty u centra bouřkového mraku, kam při dosažení dostatečného náboje dojde k výboji elektrického náboje. Zajímavostí je, že blesk může mít oba typy náboje a to jak pozitivní i negativní. Při bouří je země nabitá pozitivně, a proto je přitažen negativní náboj, ale není to pravidlem. Náboje negativních blesků se pohybují okolo 350 columbů (elektrický náboj) a 120 kiloampér (elektrický proud). Když nastane „pozitivní“ blesk dopady jsou mnohem více zničující. Díky tomu že se pozitivní náboj nachází v horních částech mraků větší množství odporového, izolačního materiálu, potřebný náboj je mnohem vyšší, stovky columbů a až 300 kiloampér. Tento typ blesku je velice nebezpečný, může muže udělat velkou škodu na elektrické rozvodné síti nebo domácích spotřebičích. I když je zaznamenáno mnoho případů, kdy lidé byli zasaženi a přežili, reálná šance na přežití je nízká. Naštěstí elektřina vždy hledá cestu nejmenšího odporu a má možnost se vybít / uzemnit, lepším místem než je lidské tělo, tak se tak stane. Většinou to znamená vysoká budova s hromosvodem či strom. Poslední rizikem jsou požáry, které mohou nastat při střetu s hořlavým materiálem.

Dělení blesků podle vzhledu

• Blesk čárový – je nejtypičtějším případem blesku. Blesk je tvořen pouze jediným souvislým výbojem elektřiny, může být i lomený.
• Blesk rozvětvený – je ikonickým bleskem, výboj nejdříve začíná jako jediný, ale poté se začne rozvětvovat na několik menším výbojů. Rozvětvení může připomínat obrácený listnatý strom bez listí. Tento blesk je ovšem nebezpečný, kvůli rozvětvení nestačí pouze jeden hromosvod, ale hned několik pro ostatní větve.
• Blýskavice - je případem blesků uvnitř mraku nebo mrak – mrak, výboje nastávají pouze mezi centry opačných elektrických nábojů. Blesk nezasáhne zemi.
• Růžencový (perlový) blesk – je typem blesku, u kterého podél hlavního výboje jsou viditelné světla / velké jiskry. Tyto jiskry mohou být někdy pozorovatelné i krátkou dobu po skončení vlastního výboje. Teoreticky se, že by se mohlo jednat o kulové blesky, ale to nikdy nebylo potvrzeno.
• Kulový blesk – není přímo bleskem, ale je ohraničenou koulí plasmy / ionizovaného plynu. Může nabývat velikostí od několika centimetrů až po metry. Po pár sekund se neřízeně pohybuje nad zemí, pak zaniká bezhlučným rozplynutím, nebo ohlušujícím výbuchem. Jedná se o velice vzácný jev, který nejčastěji nastává při nebo krátce po bouři.

Model bouře s blesky

--Xkutv05 (talk) 15:00, 12 June 2017 (CEST)