Proč vidíme někdy nebe modré a někdy je plné mraků? Co ovlivňuje pochody vzniku mraků?

Touto otázkou se už zabývali ve starověkém Řecku, kde vznik mraků (oblak obecně) byl přisuzován bohu Diovi1, nicméně dochované počátky meteorologie2 se objevují v Indii, kde byli schopni rozpoznat, jak který jev vzniká a spojit si kupříkladu oběh Země kolem Slunce a atmosférickým jevům.3

Samozřejmě ani v Řecku a Římě nezůstávají pozadu a kupř. Aristoteles sepisuje  dílo Meteorologie4, kde se však ještě drží starých zažitých teorií o čtyřech základních elementech5, nicméně jedná se prakticky pouze o obecný přehled teorií o “funkci světa”6. V Římě prozměnu vzniká rozdělení tzv. “podnebných pásů” na tropický, subtropický, mírný, subakrtický a arktický.

V dnešní době pro studium a pozorování máme velkou škálu přístrojů a (především matematických) metod, jsme schopni odhadnout s určitou pravděpodobností vývoj aktuálního počasí na několik dní dopředu. Pro základní pozorování však žádné přístroje nepotřebujeme – stačí zvednout hlavy od počítačů a vykouknout z okna. Základní pozorovací soustavu tak máme hotovou a teď se stačí jen koukat.

Co potřebujeme znát k tomu, abychom věděli, jak vznikají mraky?

Mnoho toho pro začátek není. Musíme si vysvětlit několik základních termínů:

Atmosférický tlak – tlak je definován jako síla, kterou působíme na nějakou plochu. Např. pokud bychom působili silou 1 N na plochu čtverečního metru, měli bychom tlak 1 Pa7. Běžný atmosférický tlak je 101,3 kPa, čili jako bychom působili přibližně hmotou 10 tun na metr čtvereční. Čili náš atmosférický tlak není zase tak malý, když si to představíme v takových měřítcích. Čím stoupáme výše, tím je atmosférický tlak nižší. Jemu vděčíme např. za to, že je voda v kapalném skupenství a nevypaří se ihned z pevného skupenství8. 

Atmosférická vlhkost – zde už to tak snadné není, ve své podstatě máme totiž vlhkosti dvě – relativní a absolutní. Při běžném tlaku a teplotě je atmosféra schopna pojmout asi 4 % vodních par. Pokud máme tedy absolutní vlhkost 4 %, máme relativní vlhkost 100 %. Pro začátek tato úroveň detailu stačí. :-)

Rosný bod – rosný bod, resp. teplota rosného bodu, což je teplota, při které je atmosféra nasycena vlhkostí. Pokud teplota (atmosférická) klesne pod rosný bod, vlhkost začne kondenzovat, pokud je nad, nekondenzuje9. Ve své podstatě to není nic složitého. Tato teplota se dá vyzjistit v “tabulkách” – jedna metoda je, že pro každou teplotu atmosféry zjistíme, jaký by byl rosný bod při 100% nasycení (100% vlhkosti – zjistíme kritickou teplotu10). Máme-li tedy teploměr a vlhkoměr a naměříme-li venku třeba 25°C, tak z tabulek vyčteme, že kritická teplota je 23,8 °C. Pokud změříme vzudšnou vlhkost třeba 50 %, pak je teplota rosného bodu polovina z oněch 23,8, tedy necelých 12 °C. Víme tedy, že pokud by náhle teplota klesla např. pod 12 °C, začne mlha, jinovatka a rosa11. Pro trošku sofistikovanější výpočty se dá třeba použít to, co píši ve článku o výpočtu rosného bodu. 

To je snad všechno, co potřebujeme “z fyziky” znát, ještě je dobré vědět, že teplejší vzduch má menší hustotu, tedy pokud je na jednom místě současně s teplým, stoupá výše. 

Nyní již víme opravdu všechno a můžeme se pustit do “výroby oblaku”. :-)

• 1. V prvním pádě Zeus, v ostatním Dia, Die atd. Vychází z řecké výslovnosti, kdy “Zeus” se čte skoro jako [dzéius], čili v češtině “bez Dzia”…
• 2. tedy studijnímu oboru, který se věnuje atmosférickým jevům
• 3. Viz http://www.imd.gov.in/doc/history/history.htm
• 4. přibližně 350 l. př. n. l.
• 5. voda, vzduch, oheň, země
• 6. Dílo pak pojednává i o dalších věcech, jako zemětřesení atd.
• 7. Pascal
• 8. Tedy že nevysublimuje z ledu na páru.
• 9. Přeměna z plyného na kapalné skupenství.
• 10. Ta se dá spočítat jako relativní hodnota vůči parciálnímu tlaku nasycené vodní páry při teplotě 273,16 K (0 °C). Pro výpočet se dá použít třeba aplet na http://tpm.fsv.cvut.cz/asw/partial_pressure.php. Hodnotu (označme jako E, která nám vyjde) výpočtu potom vynásobíme relativní vlhkostí vzduchu. Takže např. pro 60% vlhkost nám vyjde Ek = 0,60 × E. Vezmeme rovnici, ze které jsme původní E počítali a dosadíme tam nové E a tím nám vyjde pro dané E určitá teplota – právě teplota rosného bodu. Rovnice, o které celou dobu mluvím je uvedena např. na http://cs.wikipedia.org/wiki/Rosn%C3%BD_bod.
• 11. Proto je nad ránem rosa/jinovatka, protože v noci často teplota klesne pod rosný bod.