METEOROLOGIJA

Međunarodna standardna atmosfera

Fizikalne osobine atmosfere znatno utječu na letne sposobnosti letjelica, te na rad instrumenata. Kako se fizikalne veličine koje određuju stanje atmosfere prostorno i vremenski mijenjaju, to se i letno-tehnički podaci letjelica mogu znatno mijenjati. Pri konstrukciji letjelica i instrumenata, te pri usporedbi rezultata probnih letova, mora se krenuti od nekih zadanih fizikalnih osobina atmosfere po visini. To znači kako polazni podatci pri konstrukciji i podatci dobiveni ispitivanjem ne ovise od trenutka i doba godine, kao ni mjestu ispitivanja. Atmosfera čije je stanje unaprijed određeno naziva se standardna atmosfera (SA).

Fizikalne karakteristike SA predstavljene su srednjim vrijednostima meteoroloških elemenata, koji su dobiveni dugogodišnjim mjerenjima i one se odnose na suhi zrak. 1920. godine na temelju mjerenja postavljena je Međunarodna standardna atmosfera (MSA) koja se do danas nekoliko puta mijenjala, posebice zbog sve preciznijih mjerenja na većim visinama.

Za potrebe Međunarodne organizacije civilne avijacije (ICAO-International Civil Aviation Organization) postavljena je SA ICAO.

Karakteristike SA ICAO dane su u donjoj tablici:

MEĐUNARODNA STANDARDNA ATMOSFERA

Visina u metrima Tlak u hPa Temp. u 0 C Gustoća kg/m3

0 1013,25 +15,00 1,2250

500 955,12 +11,75 1,1660

1000 899,36 +8,50 1,1110

1500 844,52 +5,25 1,0580

2000 795,29 +2,00 1,0060

2500 747,13 -1,25 0,9567

3000 697,37 -4,50 0,9089

3500 657,87 -7,75 0,8630

4000 616,65 -11,00 0,8189

4500 577,42 -14,25 0,7766

5000 540,33 -17,50 0,7359

5500 505,11 -20,75 0,6953

6000 471,89 -24,00 0,6595

6500 440,54 -27,25 0,6236

7000 410,65 -30,50 0,5889

7500 382,50 -33,75 0,5563

8000 355,95 -37,00 0,5249

8500 331,01 -40,25 0,4948

9000 307,39 -43,50 0,4660

9500 285,11 -46,75 0,4386

10000 264,30 -50,00 0,4124

10500 244,68 -53,25 0,3874

11000 226,27 -56,50 0,3636

Termika

Pedesetih godina našeg stoljeća pojam termike je bio "jasan" svakom jedriličaru. No, nikome od njih, pa čak ni profesionalnim meteorolozima, nije bilo "jasno" kako ona doista izgleda. Kako bi i moglo kad termiku nije moguće vidjeti. Njen stvarni oblik još uvijek nam ostaje tajna. Vide li ju ptice-jedriličari, galebovi, orlovi i ostali? O tome možemo nagađati, no po svemu sudeći, na neki način je mogu "nanjušiti".

Ono što je ljudima preostalo liči na priču o tri slijepca koji su htjeli utvrditi kako izgleda slon: jedan ga je ulovio za surlu, drugi za nogu, a treći za rep....Dok je slobodno letenje bilo ograničeno na letenje jedrilicama, "opipavanje" termike je navelo ljude da o njoj stvore sliku kao o "stupu" toplog zraka koji se diže unutar "cijevi" hladnog zraka koji se spušta. Ne treba im zamjeriti: letna svojstva jedrilica su naprosto filtrirala samo jedan dio slike o termici. Onaj drugi, finiji dio slike, ostajao je "neopipljiv".

Pojavom nove vrste letjelica- slobodnoletećih zmajeva, jedrenje je šezdesetih godina ovog stoljeća prešlo na manju- "mikro" skalu letenja. Brzine zmajeva su bile manje nego jedrilica, a letne mase su postale smiješno malih iznosa. Zmajari su bili u mogućnosti "opipati" finiji dio slike termike. Osim toga broj letača i letova, a time i jedernja u termici se drastično povećao. Cijela armija zmajara je pipajući pokušavala otkriti najveću misteriju jedrenja: kako izgleda termika?

Teško je danas reći kome je prvi puta pao na pamet pojam termičkog "balona", a kome je pak palo na pamet da ga upotrijebi pri vizualizaciji termike još i teže. Kako bilo da bilo, današnja predstava o termici je dana na Sl.1. Pri tlu se u određenom trenutku počinju odvajati baloni toplog zraka koji se tijekom svog uzdizanja spajaju u sve veće balone, dok na nekoj visini to ne počne ličiti na krumpiroliki stup. U prizemlju su vertikalne brzine balona zasigurno male, manje od 1 m/s, no s povećavanjem visine i povezivanjem u veće, njihova brzina raste. Kada baloni, ili na toj visini "stup", prijeđu nivo kondenzacije, postaju vidljivi, a taj vidljivi dio nazivamo oblak. Najčešće je to kumulus ili stratokumulus. S vanjske strane se pak spuštaju baloni ohlađenog zraka....

Je li ovo prava i konačna slika termike, malo je vjerojatno, no svakako je puno bliža stvarnosti od slike termičkog "stupa" iz pedesetih godina.

Slika 1.

Stvaranje termičkog "stupa" spajanjem uzdužućih "balona"

Vertikalna strujanja zraka

Ono što svaki jedriličar traži u zraku, počevši jastrebova pa preko orlova, zmajara i sve do paragliderista i paukova što se prebacuju zrakom obješeni na svojim nitima, osim užitka, svakako su vertikalna strujanja.

Za razliku od horizontalnog premještanja zraka, kojeg nazivamo vjetar, postoji i vertikalno premještanje zraka, kojeg nazivamo vertikalno strujanje. Vertikalna strujanja zraka mogu se javiti kao posljedica različitih tremodinamičkih stanja atmosfere ili pod utjecajem podloge-orografije. U tom smislu razlikujemo :

1. uređena vertikalna strujanja 2. termička konvekcija 3. dinamička konvekcija 4. valovi

UREĐENA VERTIKALNA STRUJANJA uslovljena su odstupanjem stvarnog vjetra od geostrofičkog zbog promjene polja tlaka ( geostrofički vjetar: neubrzano strujanje zraka koje se uspostavlja pri ravnoteži gradijentne sile i Corriolisove sile, a u odsutnosti sile trenja. Pravac mu se poklapa s pravcem izobara.) Javljaju se na velikim prostranstvima kako u vertikalnom tako i u horizontalnom pravcu, a brzina im iznosi od 1 do 10 cm/s. Kod uzlaznih strujanja nad područjem gdje se javljaju dolazi do pada tlaka na nivou mora (tendencije tlaka su negativne) , a kod silaznih do rasta tlaka zraka (tendencije tlaka su pozitivne).

TERMIČKA KONVEKCIJA (termika) uzrokovana je nejednolikim zagrijavanjem zraka od podloge. Zbog različitog zagrijavanja podloge, u ovisnosti o njenom sastavu i boji, različito se zagrijava i zrak iznad nje. Kada se odrađeni volumen zraka zagrije jače od okolnog, postaje lakši te se zbog Arhimedovog zakona počinje dizati, dok se okloni hladniji zrak počinje spuštati i popunjavati prostor u prizemlju kojeg napušta topli zrak. Strujanje toplijeg zraka uvis naziva se vertikalo uzlazno strujanje ili ascedentno strujanje, a spuštanje hladnijeg zraka vertikalno silazno strujanje ili descedetno strujanje. Brzina uzlaznog strujanja znatno ovisi o količini vlage u zraku: što je količina vlage veća, to će brzine biti veće i obrnuto. Razlog tome je oslobađanje latentne topline pri kondenzaciji vodene pare. U vlažnom nezasićenom zraku vertikalne brzine uzlaznij strujanja su 2 do 4 m/s, a u znatnije vlažnom zraku 5 do 10 m/s. U zasićenom vlažnom zraku te brzine mogu biti

20-40 m/s (vidi članak "Život ili kumulonimbus"). Vrlo često je za pokretanje uzlaznog strujanja potreban neki "okidač": u slučaju "balona" ili termičkih stupova to može biti i prolazak automobila cestom uz žitno polje. Ova tematika okidača u zadnje vrijeme sve više dobiva na značaju.

DINAMIČKA KONVEKCIJA posljedica je mehaničkog djelovanja podloge na zrak u pokretu ili velikim promjenama vjetra s visinom. Brzine vertikalnih strujanja su od nekoliko centimetara do nekoliko metara u sekundi. Dinamička konvekcija je zapravo najčešće prethodnica valovitog kretanja zraka, što je objašnjeno u idućoj točki.

VALOVI u atmosferi imaju nekoliko uzroka:

1. Na granici inverzionog sloja zbog razlike u gustoći i nejednolikog kretanja zraka. 2. Veliki vertikalni gradijent brzine vjetra (velika promjena brzine vjetra s visinom)-

gravitacioni valovi 3. Pod djelovanjem orografske prepreke, planine i sl, nastaju stacionarni ili orografski

valovi

Valovi su detaljnije opisani u članku Atmosferski valovi.

Želite li samo uživati u beskonačnim i čudesnim oblicima oblaka, zaboravite ovaj članak, izađite van i uprite pogled u nebo. No, želite li naučiti nešto o oblacima, razumjeti i znati razloge njihova nastanka, postojanja i nestanka, razloge njihovih različitih oblika i na kraju, na temelju njihovih oblika i kretanja predviđati vrijeme, svakako nastavite čitati dalje. Bavite li se letenjem, svakako biste trebali o njima znati više nego što će vam reći ovaj članak.

Oblaci su vidljive nakupine kapljica vode i/ili kristalića leda, prašine, dima i ostalih sitnih čestica. U njihov sastav ipak najčešće ulaze vidljivi produkti vode: kapljice i kristalići leda.

Uprkos na prvi pogled beskonačnim mogućim oblicima koji oni mogu poprimiti, neke pravilnosti ipak postoje. I to pravilnosti u oblicima i načinu i mjestu nastanka. Njihova najčešća podjela je prema visini i sastavu , te prema obliku. Prema visini i sastavu dijele se na niske, srednje, visoke, oblake vertikalnog razvoja, orografske oblake i specijalne oblake. Podjela prema obliku je najčešće: grudasti ( u nazivu imaju cumulus), slojeviti (stratus), kovrdžasti (cirrus), vlaknasti (fibratus), kukičasti (uncinus), nazubljeni (castellanus), kišni (nimbus), valoviti (undulatus) itd...

1. Niski oblaci 2. Srednji oblaci 3. Visoki oblaci 4. Oblaci vertikalnog razvoja 5. Orografski oblaci

Niski oblaci

Stratocumulus stratiformis opacus undulatus G. Rouillon, Greenland, 17 July 1951, 0200 hours Cl=5, Cm=0, Ch=0

Stratocumulus stratiformis opacus mamma and Stratocumulus lenticularis T. Bergeron, Stockholm, 14 September 1944, 1403 hours Cl=5, Cm=0, Ch=0

Sratus nebulosus undulatus F. A. Milan, Thule (Greenland), summer Cl=6, Cm=/, Ch=/

Cumulus i Stratocumulus s bazama na različitim visinama R. F. Reinking, Niwot (Colorado, U.S.A.), 10 June 1986, 1830 hours Cl=8, Cm=/, Ch=/

Niski oblaci su uglavnom načinjeni od vodenih kapljica dok je njihova baza ispod 2000 m. Naravno, u hladnom dijelu godine mogu biti načinjeni i od kristalića leda i snježnih pahulja.

Pripadnici ovog razreda su Stratocumulus i Stratus. Stratocumulus je grudasti oblak čija je horizontalna dimenzija uočljivo veća od vertikalne. Nastaju u području neposredno ispred tople fronte, iza hladne fronte i pri širokom i sporom konvektivnom dizanju zraka. Iz njih ne pada oborina. Stratocumulus se od Altocumulusa optički razlikuje po tome što je projekcija Stratocumulusa veća od dlana gledanog preko ispružene ruke, dok je kod Altocumulusa manja.

Stratus je slojeviti oblak jednolike baze ili baze na kojoj se mogu uočavati različite nijanse sivosti. Vrlo čest je zimi pri stabilnim situacijama kada se nešto zagrijaniji zrak premješta preko hladnije podloge. Isto tako zimske magle se vrlo često mogu uzdići u stratusnu naoblaku koja se može zadržati cijeli dan. U toplijem dijelu godine jutarnja magla se može izdići u Stratocumulus stratiformis, no taj oblačni sloj se vrlo brzo raspadne. Stratus je sastavni dio i atmosferskih fronti. Sunce se kroz Stratus vidi s oštrim rubom, dok se kroz Altostratusvidi s mutnim rubom. Iz Stratusa u vlažnom dijelu godine može padati rosulja.

Neki autori u ovu skupinu uvrštavaju i Nimbostratus, dok ih drugi radije stavljaju u srednje oblake.

Srednji oblaci

Nimbostratus R. F. Reinking, Niwot (Colorado, U.S.A.), 4 June 1986, 1653 hours Cl=0, Cm=8, Ch=/

Altocumulus translucidus R. L. Holle, Tucson (Arizona, U.S.A.), 21 January 1984, 1615 hours Cl=0, Cm=3, Ch=0

Altocumulus lenticularis B. Colman, Denail National Park (Alaska, U.S.A.), 26 May 1984, 1245 hours Cl=2, Cm=4, Ch=1

Altocumulus lenticularis J. M. Brown, Boulder (Colorado, U.S.A.), 6 December 1979, 1515 hours Cl=5, Cm=4, Ch=1

Altocumulus stratiformis perlucidus undulatus A. Viaut, Saint-Palais-sur-Mer (France), 22 July 1950, 1108 hours Cl=0, Cm=5, Ch=0

Altocumulus cumulogenitus i Cumulus congestus B. Colman, Atlin (British Columbia, Canada), 29 June 1977, 1130 hours Cl=2, Cm=6, Ch=0

Altocumulus translucidus iznad Altocumulus stratiformis perlucidus A. J. Aalders, Blaricum (Netherlands), 1 November 1953, 1605 hours Cl=0, Cm=7, Ch=0

Kaotično nebo A. Viaut, La Tranche-sur-Mer (France), 13 August 1952, 1802 hours Cl=0, Cm=9, Ch=0

Obalci srednjeg razreda su najviši oblaci koji u srednjim geografskim širinama u toplom dijelu godina još mogu biti načinjeni i od vodenih kapljica. Njihove baze su obično između 2000 i 6000 metara.

Pripadnici ovog razreda su Nimbostratus, Altostratus i Altocumulus.

Nimbostratus je kišni oblak u sastavu oblačnog sustava atmosferske fronte. Iz Nimbostratusa pada dugotrajna dosadna jednolična kiša ili snijeg slabog ili umjerenog intenziteta, ali nikada pljusak. Baza mu, osim u slučaju slabe oborine nije vidljiva. Neki autori svrstavaju Nimbostratus u niske oblake.

Altrostratus je slojeviti oblak iz kojeg ne pada oborina, a sunčev disk se vidi sa zamućenim rubom. Kod tankih altostratusa oko sunčevog diska zna doći do optičke pojave halo. Javlja se u sklopu oblačnog sustava atmosferskih fronti ili pri advekciji topijeg zraka po visini.

Uz oblake vertikalnog razvoja, Altocumulusi su sigurno najljepši oblaci na nebu. Njihova raznolikost nadmašuje i najbujniju ljudsku maštu. Na slikama starih majstora najčešće se pojavljuju baš Altocumulusi. Neke vrste Altocumulusa spadaju i u razred orografskih oblaka. Nalazimo ih u oblačnim sustavima atmosferskih fronti, ali i samostalno, u grupama kod atmosferskih valova, kod turbolentne advekcije toplog preko hladnog zraka itd.

Visoki oblaci

Cirrus fibratus i Cirrus uncinus R. A. Keen, Boulder (Colorado, U. S. A.), 11 July 1983, 1000 hours Cl=0, Cm=0, Ch=1

Cirrus floccus R. A. Keen, Ajo (Arizona, U. S. A.), 20 October 1981, 1700 hours Cl=0, Cm=0, Ch=2

Cirrus spissatus cumulogenitus s virgom S. M. Holle, Des Moines (New Mexico, U. S. A.), 30 July 1977, 1130 hours Cl=9, Cm=0, Ch=3

Cirrus uncinus radiatus H. B. Bluestein, Norman (Oklahoma, U. S. A.), 9 October 1977, early afternoon Cl=0, Cm=0, Ch=4

Cirrus uncinus J. H. Conover, Milton (Massachusetts, U. S. A.), 24 July 1948, 1850 hours Cl=0, Cm=0, Ch=4

Cirrus uncinus and Cirrostratus A. H. Boujon and R. Pommier, Port-Martin (Adélie Land, Antarctica), 25 December 1950, 0830 hours Cl=0, Cm=0, Ch=5

Cirrostratus C. A. Doswell, Norman (Oklahoma, U. S. A.), September 1976, 1500 hours Cl=0, Cm=0, Ch=6

Cirrostratus nebulosus H. B. Bluestein, Boulder (Colorado, U. S. A.), 10 January 1985, morning Cl=0, Cm=0, Ch=7

Cirrostratus fibratus H. B. Bluestein, Dillon (Colorado, U. S. A.), 5 January 1978, afternoon Cl=0, Cm=0, Ch=7

Cirrocumulus stratiformis undulatus lacunosus H. H. Larkin, Elma (New York, U. S. A.), 16 July 1949, 0842 hours Cl=0, Cm=0, Ch=9

Visoki oblaci su isključivo načinjeni od kristalića leda i nikada ne stvaraju sjenu, odnosno, danju su uvijek bijele boje. Javaljaju se za lijepog vremena i na rubovima atmosferskih fronti. Isto tako javljaju se kod Cumulonimbusa incusa, odnosno njegov nakovanj pri širanju na donjem rubu inverzionog sloja ili tropopauze stvara Cirruse. Nakon raspada Cumulonimbusa incusa, Cirrusi još mogu živjeti neko vrijeme.

Cirrusi su vlaknasti oblaci koji mogu poprimiti nekoliko osnovnih oblika: fibratus - ravna vlakna, uncinus - u obliku kukica, floccus - u obliku kandži, vertebratus - u obliku riblje kosti i spisatus - u obliku palačinke nepravilnih rubova.

Cirrostratus je slojeviti oblak, najčešće toliko proziran da ga zapravo ne vidimo kao oblak već nam nebo izgleda mliječno plavo. Zbog svoje prozirnosti kroz njega se obično vidi sunce ili Mjesec uz pojavu halo efekta (bijeli krug oko sunčevog ili mjesečevog diska). Uglavnom prekriva cijelo nebo. Nastaju zbog konvergentnog dizanja zračnog sloja na velikoj skali. Prije nailaska tople fronte postaju sve deblji i deblji tako da postepeno sunčev disk postaje sve slabije vidljiv, a nebo sve više poprima bijelu boju.

Cirrocumulus mali grudasti oblaci koji obično pokrivaju veći dio neba. Oni putuju ispred tople ili iza hladne fronte.

Oblaci vertikalnog razvoja

Cumulus humilis R.L.Holle, Grand Canyon (Arizona, U.S.A.), 18 August 1977, 12.40 hours Cl=1, Cm=0, Ch=1

Cumulus zanešeni vjetrom. Altocumulus W. P. Bowman, Atlantic Ocean (9 N, 22.6 W), 7 September 1974, 13.15 hours Cl=2, Cm=7, Ch=0

Cumulonimbus Calvus R. K. Pilsbury, Totland (Isle of Wight, U.K.), 18 September 1981, 1300 hours Cl=3, Cm=3, Ch=0

Cumulonimbus calvus praecipitatio P. G. Black (Florida, U.S.A.), July 1966, 20.00 hours Cl=3, Cm=0, Ch=1

Cumulonimbus Calvus H. Bluestein, Cheyenne (Oklahoma, U.S.A.) 20 April 1985, 1742 hours Cl=3, Cm=0, Ch=3

Cumulonimbus mamma A. Viaut, Altkirch (France), 23 May 1950, 1400 hours Cl=9, Cm=/, Ch=/

Oblaci vertikalnog razvoja opisani su u člancima "Od humilisa do kongestusa" i "Život ili kumulonimbus".

Orografski oblaci

Conjoined orographic clouds P. de Martin de Vivičs, Amsterdam Island, 6 February 1951, 0730 hours Cl=5, Cm=4, Ch=0

Cumulus fractus J. M. Brown, Boulder (Colorado, U. S. A.), 11 May 1979, 0700 hours Cl=1, Cm=0, Ch=0

Orographic Stratocumulus and Altocumulus

Orographic Stratocumulus

(wave clouds) P. Stahl, Greenland, 23 September 1951, 1500 hours Cl=8, Cm=4, Ch=0

A. Viaut, Geneva (Switzerland), 25 September 1952, 1345 hours Cl=8, Cm=0, Ch=7

Nastaju pod djelovanjem geografskih prepreka na vjetar. Zrak u gibanju se mora penjati preko planina i tada mu se mijenjaju fizikalna obilježja. U određenim uvijetima uslijed promjene fizikalnih obilježja dolazi do kondenzacije vodene pare te stvaranja oblačnih sustava. Oni imaju dva najčešća oblika: oblačne kape što leži na vrhu ili grebenu planine te oblaci što nastaju na vrhovima zavjetrinskih valova. Ako je brzina vjetra mala tada će oblaci zavjetrinskih valova biti Stratocumulus ili Altocumulus, a ukoliko se javljaju u obliku valova dodajemo im atribut undulatus. Pri većim brzinama vjetra, iznad 100 km/h, ti oblaci poprimaju lećaste oblike te ih tada nazivamo Stratocumulus ili Altocumulus lenticularis. Lenticularis oblaci mogu biti u nekoliko slojeva, te se čak i spojiti čineći takozvani fenski zid.

Atmosferske baričke tvorevine

Dva pojma koji se najčešće susreću u "meteorološkim" razgovorima su ciklona i anticiklona. Među laicima, ciklona i anticiklona se povezuju s "ružnim" i "lijepim" vremenom. No, tip vremena je vezan uz atmosferske fronte. A što su onda ciklona i anticiklona???

CIKLONA je područje sniženog atmosferskog tlaka u odnosu na okolinu. ANTICIKLONA je područje povišenog atmosferskog tlaka u odnosu na okolinu.

I kod jednog i kod drugog postoji izražena prostorna promjena atmosferskog tlaka

Uz ciklonu i anticiklonu, kao baričke tvorevine, postoje još tri pojma vezana uz atmosferski tlak.

DOLINA je usko izduženo područje sniženog tlaka omeđeno područjima povišenog tlaka GREBEN je usko izduženo područje povišenog tlaka omeđeno područjima sniženog tlaka POLJE IZJEDNAČENOG TLAKA je veće područje u kojem nema značajnije prostorne promjene atmosferskog tlaka.

NASTANAK I ŽIVOT BARIČKIH TVOREVINA

Nastanak baričkih tvorevina je usko vezan uz tzv. zračne mase. Zrak je vrlo inertna tvar koja vrlo sporo poprima svoja svojstva, ali ih isto tako sporo i mijenja. Npr, određeni volumen zraka koji stoji nekoliko dana nad sjevernim Atlantikom postati će vlažan i u prizemlju će imati temperaturu površine oceana- zimi nisku, ljeti nešto višu, dok će određeni volumen zraka koji stoji nekoliko dana iznad Sahare postati vruć i suh, a ako stoji iznad pola, hladan i suh. Takav volumen zraka, koji može imati razmjere od nekoliko tisuća kilometara, naziva se zračna masa.

ZRAČNA MASA je veliki volumen zraka određenih svojstava koja je poprimio boraveći neko vrijeme nad određenom podlogom. Mogu biti npr. polarna zračna masa, sjevernoatlantska, kontinentalna, sibirska, sredozemna, pustinjska.....

Granicu između dviju zračnih masa nazivamo atmosferska fronta. Ukoliko se zračne mase ne pomiču, tada njihovi granicu nazivamo stacionarna atmosferska fronta, Sl.1a).

No dodirna ploha dviju zračnih masa različite temperature je u termodinamičkom smislu područje povišene energije. Naime, u ovom slučaju imamo klasičan primjer "toplinskog stroja", kakav su i benzinski ili parni stroj. Hladni spremnik predstavlja hladna, a topli topla zračna masa. Kako svaki sustav u našem Svemiru nastoji doći u stanje sa što manjom energijom, to će i atmosfera nastojati smanjiti količinu toplinske energije u području fronte. Zakon o očuvanju energije govori kako energija nemože nestati niti nastati iz ničega, već jedino mijenjati svoj oblik i položaj. Sukladno tome, atmosfera može višak toplinske energije samo pretvoriti u neki drugi oblik, npr mehaničku ili neku drugu energiju. Njen krajnji cilj je zapravo poništit temperaturnu razliku zračnih masa, a to će najjednostavnije napraviti tako da ih "promiješa". U tom smislu, na stacionarnoj fronti prvo nastaje jedan valni poremećaj, začetak onoga što će ubrzo postati ciklona, Sl.1b): hladna zračna masa počinje nadirati nad područje tople zračne mase i obrnuto. Granicu zračnih masa gdje hladni zrak zauzima područje toplog zraka naziva se hladna atmosferska fronta, a gdje topli zrak zauzima područje hladnog topla atmosferska fronta. Na cijelom tom području dolazi do pada atmosferskog tlaka, uz najveći pad na samom brijegu vala. To područje sniženog tlaka nazivamo CIKLONA, Sl.1c). Pad tlaka u središtu ciklone uzrokuje tzv. gradijentnu silu koja nastoji ubrzati zrak iz rubnog područja prema centru. Međutim, čim zrak krene prema centru, zbog Zemljine rotacije javlja se Coriolisova sila(zapravo pseudosila), koja na našoj hemisferi skreće vjetar udesno (na južnoj polutci ulijevo-tamo se ciklone "vrte"

u smjeru kazaljke na satu). Kada se gradijentna i Coriolisova sila uravnoteže uspostavlja se gotovo kružno jednoliko gibanje zraka oko centra ciklone. Takvo strujanje zraka naziva se geostrofički vjetar.

Dio toplinske energije se troši na održavanje geostrofičkog vjetra, odnosno kruženje zraka u cikloni, a drugi na ostale procese. Toplinski stroj je u punom pogonu, a količina i brzina pretvorbe toplinske u mehaničku i ostale vidove energije ovisi o mnogim činiocima: o početnim fizikalnim svojstvima zračnih masa, o podlozi preko koje se ciklona kreće, o fizikalnom stanju okolne atmosfere....

Ciklone se na sjevernoj hemisferi kreću u pravilu od zapada prema istoku, no moguća su i odstupanja od pravila. Posebice su, u prognostičkom smislu, interesantni slučajevi kada ciklona na svom putu stane i krene unazad, ponovno prema zapadu. Takvo gibanje se zove retrogradno. Praćenje kretanja ciklona je pokazalo kako one zimi putuju nešto južnije, dok se ljeti njihove putanje nalaze sjevernije, te da postoje i određene "staze" kojima ciklone najčešće putuju. Tako npr "Genovska ciklona" može krenuti ili zapadnom obalom Italije, ili se dolinom rijeke Po prebaciti na Jadran te putovati duž njega ili se prebaciti preko Gorskog kotara ili Like prema Slavoniji te tamo produljiti preko Mađarske...

Ciklone prosječno žive 5 do 7 dana, ali je moguće da se ciklona na svom putu "obnovi" pa traje i dulje. Raspad ciklone započinje kada hladna fronta počinje dostizati toplu, te hladni zrak u prizemlju potiskuje topli u visinu. Time se zapravo stvara termodinamički stabilna situacija s jezerom toplijeg zraka u visini. Takav tip atmosferske fronte nazivamo okludirana fronta ili fronta okluzije, a ciklonu okludirana ili stara ciklona, Sl.1d).

Slika 1. Život ciklone a) stacionarna fronta b) val na fronti c) ciklona d) stara ciklona

Anticiklone su područja povišenog zračnog tlaka između ciklona i u pravilu termodinamički stabilna. Kako je gradijentna sila u anticiklonama usmjerena od središta prema rubovima, to Coriolisova sila na sjevernoj hemisferi usmjerava geostrofičko strujanje u smjeru kazaljke na satu. Vertikalna strujanja su općenito nispona što otežava stvaranje oblaka, izuzev dnevnog razvoja naoblake lijepog vremena - Sc i Cu. Ako je anticiklona nastala na mjestu raspadnute okludirane ciklone, tada će zbog povećane vlažnosti zraka, te temperaturnih inverzija u njoj vrijeme biti "mlječno" uz smanjenu vidljivost te jutarnje magle. Kako se topli zrak spušta prema tlu inverzije nestaju, nebo postaje "plavije", vidljivost veća, a jutarnje magle sve kraće i rjeđe. Zadnjeg dana anticiklone, kada je topli zrak dosegnuo tlo vidljivost će biti maksimalna, udaljeni objekti i objekti na obzoru vrlo jasni, a nebo "kristalno" plavo. No, tlak je već počeo padati....

Pri dinamičnim procesima u atmosferi mogu nastati tvorevine kao atmosferska dolina kojom se proteže fronta ili greben kao usko područje povišenog tlaka između dviju dolina ili ciklona. Grebeni načelno uzrokuju prolaznu stabilizaciju vremena ili prerastu u pravu anticiklonu.

Od Humilisa do Kongestusa

Male bijele krpice na nebu označavaju mjesta gdje dolazi do kondenzacije vodene pare uzdizane pri tlu zagrijanim, a sada ekspanzijom ohlađenim zrakom. oblaka zvanog kumulus. Ovakvo dizanje pri tlu zagrijanog, a time i razrijeđenog odnosno olakšanog zraka naziva se termika. Dizanjem takvog zraka u više slojeve zbog pada tlaka dolazi do njegovog širenja, a time i do hlađenja (plinska jednadžba). Ako u tom volumenu zraka ima vodene pare, na određenoj visini, kada se ostvare fizikalni uvijeti (nivo kondenzacije) dolazi do njene kondenzacije. Kondenzacijom vodene pare oslobađa se dodatna količina topline (latentna toplina) što je do tada bila zraobljena u vodenoj pari kao energetski višem agregatnom stanju, što dodatno pojačava dizanje. To je prva faza razvoja ili kumulus humilis, lijepog bijelog grudastog kumulusa, oblaka lijepog vremena, a možda i prva faza razvoja kumulonimbusa.

Nastavkom procesa uzdizanja toplog zraka, naš kumulus humilis raste i postaje prepoznatljivi grudasti oblak lijepog vremena: kumulus mediokris. Ako je dizanje zraka intenzivno, njegova baza će biti ravna ("odrezana"), a rubovi oštro izraženi. Potrebno je 10 do 15 minuta da se kumulus razvije iz stanja humilis u stanje mediokris. Ispod njega je raj za svakog jedriličara: od ptica grabljivica, supova, lastavica, jedriličara, zmajara. Dizanja ispod kumulusa mediokrisa mogu biti 2 do 6 m/s, a pri vrhu dosižu 10 m/s.

Dizanjem zagrijanog zraka, te kondenzacijom vodene pare čime se oslobađa dodatna energija, kumulus raste uspostavljajući vertikalno kruženje zraka: na njegovoj prednjoj, osunčanoj strani postoji jako dizanje, dok na stražnjoj strani, te ispred njega i na bočnim stranama postoji silazno strujanje.

Zadnji stadij kumulusa je kumulus kongestus. Njegova debljina može biti 5 do 7 kilometara. Brzina dizanja ispod kumulusa kongestusa je 4 do 8 m/s, a pri vrhu 10 do 15 m/s. Naravno, odstupanja su moguća...

U krajnjoj fazi, iz kumulusa kongestusa može padati kiša ili čak i kratkotrajan pljusak. Od humilisa do završne faze kongestusa treba prosječno 20 do 30 minuta, ovisno o stabilnosti atmosfere. Naravno, kako je u prirodi sve prirodno, tako su i tu moguća znatna odstupanja. Isto tako, svaki humilis nemora postati mediokris, niti kongestus. Na čemu će se završiti razvoj kumulusa, ovisi o mnogo faktora: vertikalnom temperaturnom gradijentu (iznos promjene temperature s visinom), relativnoj vlazi, stabilnosti atmosfere, podlozi iznad koje se razvijaju......

Uočite li ovakve oblike, zvane mamatus, a niste na zemlji, za vas je vjerojatno već kasno..... Mamatus je znak vrlo velike nestabilnosti i sva je prilika da vaš kumulus više nije kumulus, već nešto mnogo, mnogo, strašnije....

... ...kumulonimbus!!

Život ili kumulonimbus

Postoje dvije vrste kumulonimbusa prema mjestu nastanka: frontalni kumulonimbusi što nastaju u području frontalnih poremećaja, te kumulonimbusi što nastaju konvektivnim razvojem kumulusa, inače oblaka lijepog vremena. Ulazak letjelicama u kumulonimbus je zabranjeno, no za razliku od kumulusa u koje vrlo rado zavirujemo, u kumulonimbuse ulazimo samo kad smo na to prisiljeni, ili točnije, kad se više nemožemo iščupati njegovim usisavajućim zračnim strujanjima. Postoje dva načina kako nesmotreni letači završavaju u kumulonimbusu. Prvi način je kad se kumulus, ispod čije baze jedre, razvije u kumulonimbus, a drugi je kad ih na svom putu pokupi već razvijeni kumulonimbus. Opišimo posebice svaki od tih slučajeva:

1. Jedreći ispod kumulusa u nestabilnom zraku, pilot zmaja može ostati zatečen brzinom njegovog razvoja: u svega par minuta kumulus mediokris može preći u kumulus kongestus (na slici) ispod čije prednje strane postoji vrlo jako usisavanje. Pilot može naprosto ostati zarobljen u uzlaznoj i usisavajućoj struji zraka iz koje više nema povratka- ulazak u oblak je neminovan.

Što tada učiniti? Mnogi piloti se slažu da je najizgledniji postupak potegnuti bazu trokuta do koljena, te u maksimalnom obrušavanju držati jedan pravac, onaj za koji nam se čini da će nas najbrže izvesti iz opasne situacije. Izgledi su mali, ali svakako valja pokušati.

Najispravnije bi bilo uopće se ne dovesti u takvu situaciju: čim ispod oblaka osjetite da teško kontrolirate visinu, odnosno da je brzina velika za taj tip zmaja, a variometar pokazuje znatno penjanje, vrijeme je da se maknete ispod baze. Pokušajte se spustiti niže gdje će uz odgovarajuću brzinu penjanje biti nula, te se zadržavajte u tom području dok ne vidite hoće li se razvoj kumulusa kongestusa nastaviti ili će početi njegovo raspadanje.

Primjetite li na bazi oblaka ispod kojeg letite ovakve tvorevine, zvane mamatus, koje ukazuju na vrlo veliku nestabilnost, vjerovatno ste zakasnili. Ali nemojte NIKADA prestati s pokušavanjem izvlačenja.

2. Uživajući jedreći između kumulusa mediokrisa nesmotreni pilot ne primjećuje približavanje opasnog kumulonimbusa, ili krivo procjenjuje njegovu brzinu ili mu je naprosto žao napustiti područje termike. Iskustvo autora je kako desetak kilometara ispred kumulonimbusa svuda diže i to čovjeka može zanijeti. Međutim, brzina kumulonimbusa može biti znatna, te se pilot vrlo brzo može naći u nezavidnom položaju. Zapravo, čim ugledate kumulonimbus što vam se približava, najsigurnije je sletjeti ili odmah početi s udaljavanjem. Imajte na umu kako je jedrenje na bočnim stranama kumulonimbusa vrlo riskantno, jer on može nenadno promijeniti smjer kretanja ili se proširiti prema području gdje se baš nalazite. Na kraju, nije baš neki užitak letjeti pokraj okomite crne planine visoke osam do deset kilometara i slušati tutnjavu gromova.....provjereno...

Dva su glavna oblika kumulonimbusa: kalvus (ćelavi) prikazan na slici i inkus (nakovanj) prikazan na slici ispod. Kumulus kongestus će preći u kumulonimbus kalvus (Cu Calvus) ako su zadovoljeni fizikalni uvijeti: odgovarajući vertikalni temperaturni gradijent iznad vrhova kumulusa, dovoljna vlažnost uzlaznog zraka i dovoljan intenzitet vertikalnog (uzlaznog) i horizontalnog (vjetar) strujanja zraka.

Pri izrazito nestabilnoj atmosferi kumulonimbus može postići svoj maksimalni razvoj za 30 do 60 minuta. Rekord zabilježen u Italiji, kada su poginula tri zmajara je pet minuta od vedrog neba do razvijenog kumulonimbusa. Događaj je opisao preživjeli pilot koji se uspio otkvačiti od zmaja i u prizemlju otvoriti padobran.

Brzina dizanja zraka, odnosno brzina uzlazne struje se u kumulonimbusima kreću od 20 u donjoj polovici do 50 m/s u gornjoj polovici oblaka. Horizontalno rasprostiranje kumulonimbusa je prosječno 15 do 20 km a vertikalni razvoj u našim geografskim širinama u toplom dijelu godine 8 do 10 km.

Kada njegov vrh dosegne tropopauzu na nekih 8 do 10 km, odnosno, općenito dosegne donju granicu inverzionog sloja (koji su na velikim visinama rijetki) ili dosegne donju granicu mlazne struje početi će se njegov vrh šitriti u obliku nakovnja, te on prelazi u oblik kumulonimbus inkus (Cu Incus), prikazan na slici lijevo.

Baza kumulonimbusa je vrlo kaotična, ispod nje velikom brzinom jure fraktusi, otkinuti krpasti dijelovi oblaka, u stražnjem dijelu pada pljusak, a u toplom dijelu godine često i tuča.

Koristeći se shematskim prikazom unutrašnjosti kumulonimbusa, složimo priču o nesretnom zmajaru koji se, naravno ne svojom voljom, našao ispod kumulonimbusa.

Jedreći ispod prednje strane kumulusa kongestusa koji preraste u kumulonimbus, naš pilot biva zahvaćen snažnom uzlaznom strujom zraka kojoj se ne može oduprijeti, jer njegov zmaj

ne može pikirati tako da mu vertikalna komponenta brzine bude veća od 10 m/s odnosno 36 km/h. Stoga biva uvučen u crnilo baze kumulonimbusa. Turbolencija je toliko jaka pa on više ne može kontrolirati zmaja, niti zna u kojem je položaju. Sile na krilima uslijed turbolencija su tolike da dolazi do zamora materijala i loma krila....Prvi mogući završetak naše priče: pilot pada iz oblaka slomljenih krila. Penjući se brzinom 20-30 m/s za minutu i pol do dvije dolazi do nulte izoterme, koja se u ljetnim mjesecima nalazi na 3.5 do 4 km visine i tu se susreće s pothlađenim kapljicama vode, kapljicama čija je temperatura ispod 0oC i koje imaju nezgodno svojstvo da se trenutno zalede čim dođu u dodir s čvrstom podlogom, u ovom slučaju s krilima zmaja i našim zmajarom. Lako možemo izračunati kako će masa ledene kore debljine samo 1 cm što će se nakupiti na obje strane krila površine 14 m2 iznositi oko 277 kg. Tu treba dodati još i ledenu koru na zmajaru...Drugi mogući završetak priče: nesretni zmajar ispada iz kumulonimbusa kao velika gromada leda.....

Recimo da je naš pilot kojim slučajem preživio zaleđivanje pothlađenih kapljica vode te se njegovo penjanje nastavlja. Mjestimice će upadati u područja gdje će oko njega letjeti komadi leda veličine šake brzinom stotinjak kilometara na sat. Čak ako koji od njih i ne pogodi direktno našeg pilota, svakako će razderati i izbušiti krila....Treći mogući završetak priče: pilot pogiba pogođen komadom leda ili pada stoga što njegova krila više ne postoje...

Pretpostavimo kako se nije desio niti taj završetak nego uzlazne struje i dalje nose našeg zmajara u visine. Nakon narednih minutu do dvije, odnosno, četiri minute od usisavanja u kumulonimbus, pilot se nalazi u području gdje je temperatura između -20 i - 30oC. Bez posebne opreme, pri toj temperaturi, pilot će živjeti još koju minutu.... Četvrti mogući završetak priče: pilot će se smrznuti.

Uzmimo neka je pilot dobro pripremljen, dobro obučen tako da može izdržati takve niske temperature. Na visini iznad 5 km zrak je toliko rijedak da je disanje bez posebne opreme nemoguće, odnosno, naš pilot će prvo uslijed nedostatka kiskika zaspati, a potom se ugušiti....Peti mogući završetak priče: pilot će se u visokim slojevima atmosfere ugušiti.

Otvaranje padobrana je najbesmislenija ideja koja vam u kumulonimbusu može pasti na pamet jer je brzina propadanja s otvorenim padobranom 6 m/s dok su dizanja u kumulonimbusu znatno iznad te vrijednosti: prema tome i s otvorenim padobranom ići će te gore. Osim toga, vrlo brzo će te se naći umotani u vlastitom padobranu.

Atmosferski valovi

Valovi su transport energije titranjem i u našem Svemiru je to vjerojatno najčešći oblik transporta energije. Iako su valovi česta pojava u atmosferi, njihovo postojanje je utvrđeno tek u prvoj polovici našeg stoljeća. Međutim, kretanje čestica zraka je kod atmosferskih valova nešto drugačija nego kod drugih tipova mehaničkih valova: kod atmosferskih valova čestice zraka ipak putuju u nekom pravcu, dakle, uz titanje opisuju i translatorno gibanje. Postoje dvije vrste atmosferskih valova interesantnih u zrakoplovstvu:

1. gravitacioni valovi 2. stacionarni valovi

Gravitacioni valovi

Gravitacioni valovi se javljaju u područjima naglih prostornih promjena neke od veličina što definiraju stanje atmosfere, primjerice na granici nagle promjene vertikalnog temperaturnog gradijenta (inverzioni sloj) ili vertikalnog gradijenta brzine vjetra.

1. Inverzioni valovi

Javljaju se na granici inverzionog sloja- području gdje dolazi do nagle promjene u vertikalnoj razdiobi temperature. To je ujedno i područje nagle promjene gustoće zraka te u fizikalnom smislu možemo govoriti o dva medija: hladnijem i gušćem i toplijem i rjeđem iznad njega. Najčešće su brzina i smjer strujanja jednog i drugog sloja različiti. Inverzioni valovi imaju svoju brzinu premještanja, a smjer im je okomit na pravac vjetra. Valna duljina im ovisi o veličini skoka u gustoći, te o temperaturi i brzini vjetra u inverzionom sloju. U području brijegova vala može doći do kondenzacije vodene pare i stvaranja oblaka tipa undulatus. Ako se valovi javljaju u sloju niskih oblaka, tada će to biti Sc undulatus, u području srednjih oblaka Ac undulatus, kod većih brzina vjetra Ac lenticularis undulatus, a u sloju visokih oblaka Cc undulatus.

Međutim, na inverzionom sloju može doći do pojave valova različitih valnih duljina, tako da dolazi do superpozicije viših harmonika osnovnog inverzionog vala. Ova pojava je vrlo nezgodna za zrakoplove jer te više harmonike piloti mogu doživjeti kao trešnju te ju pobrkaju s turbolencijom. No, nije isključena i mogućnost pojave prave turbolencije kada čestice valova iz titrajućeg prijeđu u "kružna" gibanja. Zbog vrlo velikih energija i time uzrokovane trešnje, bilo je slučajeva ozbiljnih oštećenja zrakoplova koji su uletjeli u takvo područje. Vrlo opasna je pojava inverzionih valova malih valnih duljina ili čak turbolencije na osnovnom inverzionom valu kada nema "vidljivih" pokazatelja. Ovoj pojavi, nazvanoj CAT (Clear Air Turbolence), su iz razumljivih razloga piloti i meteorolozi posvećivali posebnu pozornost, te se ona danas sa znatnim uspjehom prognozira.

2. Valovi velikog vertikalnog gradijenta brzine vjetra

Atmosferski valovi mogu biti generirani uslijed velikog vertikalnog gradijenta brzine vjetra. Njihov pravac protezanja je paralelan s pravcem puhanja vjetra, a brzina premještanja veća od brzine inverzionih valova.

Stacionarni valovi

Uzrokovani su obično atmosfersko-orografskim uvijetima, a kako se stvaraju na jednom mjestu, nazivaju se stacionarni ili orografski valovi. Brijegovi i doline stacionarnih valova uvijek stoje na istom mjestu a zrak se penje ili spušta na mijenjajući njihov položaj. Njihov izgled, te brzine uzlaznih i silaznih strujanja uvijetovani su stanjem atmosfere (brzina vjetra, kut između smjera vjetra i smjera prepreke, termičkog stanja i veličine zračne mase što se prebacuje preko prepreke) i oblikom orografske prepreke (visina, duljina, širina i strmina padine). Ako se radi o stabilnoj zračnoj masi, orografska prepreka stvarati će osnovni val zbog prisilnog dizanja zraka uz padinu. No, radi li se o nestabilnoj zračnoj masi, osnovni val stvarati će nove valove niz tok zračne struje. Njihova brzina strujanja ovisi o valnoj duljini, te vertikalnoj razdiobi temperature i brzine vjetra.

Sl.1. Kad je brzina zračne struje manja od brzine rasprostiranja vala tada se nad preprekom

stvara uzlazno strujanje zraka (brijeg vala).

Sl.2. Kad je brzina zračne struje veća od brzine rasprostiranja vala tada se nad preprekom

stvara silazno strujanje zraka (dolina vala).

Ako se pak brzina zračne struje približava brzini širenja vala niz struju, amplituda raste, a valovito se kretanje nad preprekom neprekidno održava.

Atmosferske fronte

Atmosferske fronte su uska granična područja između atmosferskih zračnih masa

U termodinamičkom smislu one predstavljaju zračne toplinske strojeve na makro i mezo skali. Za obične ljude prolazak atmosferske fronte predstavlja "ružno" vrijeme praćeno naoblakom, kišom, pljuskovima, dok su za meteorologe prirodne pojave od ogromnog značenja jer predviđanje njihovog nastanka, te praćenje i predviđanje kretanja i vrijeme života predstavlja okosnicu meteorološkog posla. Atmosferske fronte su u baričkom smislu sastavni dijelovi ciklona.

Stacionarne atmosferske fronte

Dok dvije zračne mase miruju jedna kraj druge, njihovu granicu nazivamo stacionarna fronta i na njoj nema nekih interesantnih zbivanja. Ono po čemu se može uočiti ta granica je nagla promjena temperature i vlažnosti pri prelasku iz jedne u drugu. Što se tiče tlaka, tu nećete uočiti nikakav skok. Načelno, u atmosferi ne mogu postojati nagli skokovi u tlaku jer bi to izazvalo veliku gradijentnu silu koja bi inducirala jake vjetrove. Iznimka su tropski cikloni (twisteri, pijavice, hurricane-i, tajfuni...). Međutim, dvije zračne mase različitih temperatura u dodiru predstavljaju područje povećane toplinske energije, odnosno začetak atmosferskog toplinskog stroja koji će tu toplinsku energiju pretvoriti u mehaničku kako bi se kao konačni cilj poništila razlika u temperaturi i snizilo energetsko stanje takvog sistema jer svaki fizikalni sustav u našem Svemiru nastoji doći u stanje sa najnižim mogućim sadržajem energije. Kada energetski nivo postane dovoljno veliki, počinje pretvorba toplinske u mehaničku energiju: na stacionarnoj fronti se javlja valni poremećaj i na jednom mjestu hladni zrak počinje zauzimati područje toplog zraka, dok na drugom topli zrak počinje zauzimati područje hladnog zraka. Ono što je tema ovog članak je kako izgledaju pomične atmosferske fronte.

Tople fronte

Kada topli zrak počne nadirati nad područje hladnog zraka, on se, zato što je specifično lakši, "penje" preko hladnog. Stoga je granica tople i hladne zračne mase nagnuta prema hladnom zraku. Nagnutost se izražava tangensom kuta (omjer nasuprotne i priležeće katete) i iznosi od 1/50 do 1/300. Frontalna površina započinje tamo gdje počinje uočljiva razlika dviju zračnih masa, najčešće na površini zemlje, a završava tamo gdje ona prestaje.

Slika 1. Prikaz naoblake u toploj fronti s stabilnim toplim zrakom

Ns - nimbostratus As - altostratus

Ci - cirus Sc - stratumulus

Cs - cirostratus

Zbog penjanja toplog zraka iznad hladnijeg dolazi do kondenzacije vodene pare, odnosno stvaranja naoblake duž frontalne površine. Sl.1 predstavlja sustav naoblake kada se radi o stabilnom toplom zraku. Uočljivo je da se tu radi uglavnom o slojevitoj naoblaci (nimbostratus Ns, altostratus As, cirostratus Cs). U području hladnog zraka ispred same fronte postoji područje oborina. Oborine iz As najčešće ne dopiru do tla, dok iz Ns pada dosadna jednolična kiša. Područje oborina se nalazi u području toplog zraka. Nakon prolaska tople fronte dolazi do naglog razbijanja naoblake i zatopljenja.

Slika 2. Prikaz naoblake u toploj fronti s nestabilnim toplim zrakom

Ns - nimbostratus As - altostratus

Cb - cumulonimbus Sc - stratumulus

Cs - cirostratus Ci - cirus

Sl.2 predstavlja oblačni sustav tople fronte u slučaju nestabilnog toplog zraka. Zbog termodinamičke nestabilnosti, dolazi do stvaranja olujnih oblaka kumulonimbusa Cb unutar samog oblačnog sloja. Kako su ti kumulonimbusi Cb sastavni dio oblačnog sustava teško su uočljivi te se nazivaju "maskirani komulonimbusi". Ne treba posebno naglašavati njihovu opasnost za zračni promet. No mi tamo ionako ne letimo, zar ne? Ili možda letimo...? U ovom slučaju oborine su kombinacija dosadne kiše iz nimbostratusa Ns i mjestimičnih povremenih pljuskova iz kumulonimbusa Cb.

Hladne fronte

Pri nadiranju hladnog zraka na područje toplog, dolazi do njegovog "podvlačenja" ispod toplog. Razlog tome je njegova veća specifična težina. Zbog podizanja toplog zraka u više slojeve, u njemu dolazi do kondenzacije vodene pare , te stvaranja oblaka. Postoje spora (Sl.3.) i brza (Sl.4.) hladna fronta.

Slika 3. Prikaz naoblake spore hladne fronte sa stabilnim toplom zrakom

Ac - altokumulus As - altostratus

Ns - nimbostratus Cu - kumulus

Sc - stratokumulus Cu con - kumulus kongestus

Sl.3 prikazuje oblačni sustav spore hladne fronte kada hladan zrak zauzima područje stabilnog toplog zraka. Ovdje će prevladavati slojevita naoblaka, kišni nimbostratusi Ns, te altostratusi As iznad njih. Iza hladne fronte, u području "vedrine", dolazi do stvaranja novog "reda" kumulusne naoblake, Cu con i Cb. Ta linija se još naziva i "sekundarna hladna fronta", mada se tu zapravo ne radi o pravoj fronti nego o jakoj termičkoj aktivnosti.

Slika 4. Prikaz naoblake spore hladne fronte sa stabilnim toplom zrakom

Ac - altokumulus Cu - kumulus

Cb - cumulonimbus Cu con - kumulus kongestus

Sc - stratokumulus

Sl.4. prikazuje oblačni sustav brze hladne fronte, kada hladan zrak zauzima područje nestabilnog toplog zraka. Uslijed te nestabilnosti dolazi do naglog uzdizanja toplog zraka te stvaranja olujnih kumulonimbusa Cb praćenih jakim udarima vjetra, pljuskovima i grmljavinom. Ispred ovakve hladne fronte dolazi do pupanja kumulusa Cu i kumulusa kongestusa Cu con , što u jedriličarskom smislu predstavlja "raj" jer diže "svuda" (osobno iskustvo autora). Nekada je bilo popularno jedrenje jedrilicama ispred fronte, no jasno je koje opasnosti kriju takvi "užitci". Iza fronte, u području "vedrine", uslijed jake termičke aktivnosti dolazi do stvaranja "sekundarne hladne fronte".

Fronte okluzije

Kako je hladna fronta brža od tople, to će ona nakon nekog vremena, četiri do pet dana u prosjeku, dostignuti toplu frontu. Drugim riječima, hladan zrak će dostignuti hladnu zračnu masu koju je topli zrak gurao ispred sebe. Uslijed toga će topli zrak biti potisnut u visinu, što je i logično jer je specifično lakši od obje hladne zračne mase. Sada imamo u igri tri zračne mase: dvije hladne u prizemlju i jednu toplu iznad njih. Ovu situaciju nazivamo okluzija. Spomenute hladne zračne mase se ipak razlikuju u temperaturi, pa u ovisnosti o tome možemo govoriti o dvije vrste okluzije: okluzija tipa tople fronte i okluziji tipa hladne fronte. Okluzija predstavlja završni čin u životu ciklone. Smisao ciklone je bio miješanjem zračnih masa poništiti temperaturnu razliku među zračnim masama, odnosno smanjiti energetski nivo sistema, što je sada i postignuto. Još je nešto malo energije ostalo što održava oblačni sustav, koji čak u sebi može sadržavati i maskirane kumulonimbuse Cb. Ali to je zapravo kraj. Ciklona će živjeti još najviše dan ili dva.

Slika 5. Prikaz naoblake pri okluziji po tipu hladne fronte

Ac - altokumulus Sc - stratokumulus

Cb - cumulonimbus Ns - nimbostratus

Sl.5. prikazuje oblačni sustav okluzije tipa hladne fronte. Hladni zrak koji je sustigao drugu hladnu zračnu masu (u biti samoga sebe) je ipak nešto hladniji te u najnižem sloju imamo tip "hladne fronte". Oblačni sustav može sadržavati maskirane kumulonimbuse Cb, što je vrlo opasna situacija za zračni promet pošto su vizualno teško ili gotovo nikako uočljivi.

Slika 6. Prikaz naoblake pri okluziji tipa tople fronte

Ac - altokumulus Sc - stratokumulus

As - altostratus Ns - nimbostratus

Ci - cirus

Sl.6. prikazuje oblačni sustav okluzije tipa tople fronte. Hladni zrak koji je sustigao drugu hladnu zračnu masu (u biti samoga sebe) je ipak nešto topliji te u najnižem sloju imamo tip "tople fronte".

Promjene koje obično prate prolaz fronte

Fronta Svojstvo Ispred fronte Pri prolazu Nakon prolaza

T O P L A

Tlak Stalno pada Pad prestaje Male promjene; možda lagani pad

Temperatura Lagano raste Porast prestaje Male promjene

Vlaga Postepeno raste Porast prestaje Male promjene

Vjetar Protusatna promjena smjera i pojačanje

Satna promjena i slabljenje

Male promjene

Oblaci Ci, Cs, As, Ns u slijedu Niski Ns i fraktusi Možda St ili Sc

Vrijeme Stalna oborina Oborina prestaje Lijepo ili rosulja, event. s prekidima

Vidljivost Dobra osim u kiši; smanjuje se približavanjem fronte

Slaba; katkad sumaglica ili magla

Slaba; sumaglica ili magla često traju

H L A D N A

Tlak Pada; obično polagano Naglo raste Porast se nastavlja ali polganije

Temperatura Male promjene Naglo pada Pad se polagano nastavlja

Vlaga Male promjene Naglo pada Niska

Vjetar Lagana protusatna promjena smjera i pojačanje

Nagla satna promjena; možda uz jake mahove

Male promjene; možda daljnje satno skretanje

Oblaci Možda Cu ili Cb Cu i Cb; Ns i As Katkad As, onda Cu

Vrijeme Moguća kiša Jaka kiša; katkad grmljavine i tuča

Pljuskovi

Vidljivost Slaba Naglo poboljšanje Dobra

ZRAČNA MASA je veliki volumen zraka određenih svojstava koja je poprimio boraveći neko vrijeme nad određenom podlogom. Mogu biti npr. polarna zračna masa, sjevernoatlantska, kontinentalna, sibirska, sredozemna, pustinjska....., a glede fizikalnih svojstava mogu biti hladne, tople, suhe, vlažne, stabilne, nestabilne....

Ekmanova spirala

Slika 1. - sile geostrofičkog vjetra

Na većim visinama i na makro skali, smjer vjetra određen je uravnoteženom gradijentnom Fg i Coriolisovom silom Fc (Sl.1). Gradijentna sila je posljedica različitih tlakova, a smisao joj je izjednačavanje atmosferskog tlaka na cijelom području. Coriolisova sila je posljedica rotacije Zemlje i ona zapravo spada u tzv "pseudo sile", pojave koje zapravo nisu sile, ali izgledaju kao sile i mogu se vektorski zbrajati sa stvarnim silama (u pseudo sile spadaju i inercijalna i centrifugalna sila). Vjetar uravnotežen tim dvijema silama naziva se geostrofički vjetar vg i načelno puše paralelno s izobarama, s time da na sjevernoj hemisferi niži tlak ostavlja s lijeve strane.

Slika. 2 - Sile u graničnom sloju

U donjem sloju atmosfere gdje je značajan utjecaj tla, a koji se naziva granični sloj, vjetar je uravnotežen s tri sile: gradijantnom silom Fg, Coriolisovom silom Fc i silom unutrašnjeg ili viskoznog trenja Fv (Sl.2). Pod utjecajem sile trenja, stvarni vjetar v na sjevernoj hemisferi skreće ulijevo od geostrofičkog vjetra. Uz promjenu smjera, dolazi i do promjene brzine stvarnog vjetra s visinom, odnosno dubinom ako gledamo od vrha graničnog sloja. Granični sloj ima debljinu od oko 1000 m.

Slika. 3 - Ekmanova spirala

Promatrajući hodogram vektora brzina, počevši s geostrofičkim vjetrom na samom vrhu graničnog sloja, vidimo da njihovi vrhovi opisuju neku vrstu spirale. Ta spirala naziva se Ekmanova spirla (crvena krivulja) prema švedskom oceanografu V.W. Ekmanu koji je ovo prvi matematički izveo za problem morskih struja u oceanima. Na Sl. 3 je vidljivo kako stvarni vjetar neposredno ispod geostrofičkog nešto ubrza a zatim uslijed sile trenja opada. Teoretski, na samom tlu, vjetar bi trebao biti 0. Sl. 3 prikazuje idealnu, matematičku Ekmanovu spiralu, no ona se kao takva nikada ne ostvaruje u prirodi. Mjerenja su pokazala kako se vjetar ponaša vrlo slično matematičkom obliku, no matematički oblik je izveden uz mnoge aproksimacije i zanemarivanja pojava kao npr turbolencija i sl.

Međutim, poznavanje i vođenje računa skretanju vjetra ulijevo u prizemnom sloju je od velike važnosti pri slijetanju na terene bez vjetrulje ili neke druge indikacije o samom vjetru pri tlu (trava, lišće, dim i sl). Prema tome, kada određujete smjer vjetra na sletištu promatranjem zanošenja, znajte kako smjer vjetra 300 m ispod vas može biti i do 45o otklonjen ulijevo.