Radiačné ochladzovanie: Prečo je pri snehovej pokrývke chladnejšie ?

Posledné dni sa do Európy dostal od Arktídy veľmi studený vzduch. Jazyk prechladeného vzduchu zasahoval od severovýchodu cez celú Európu až nad sever Afriky. Snežilo dokonca aj v Alžírsku, kde napadlo približne 20 centimetrov snehu. Prečo je však niekde chladnejšie ? Prečo teplota pri jasnej oblohe klesá rýchlejšie ako pri veľkej oblačnosti ?

Žiarenie zeme

Vplyvom slnečného žiarenia sa zem zohrieva a ako každé teleso teplejšie ako okolie sa stáva zdrojom žiarenia. To znamená že vyžaruje teplo do okolia. Intenzita tohto vyžarovania je tým silnejšia, čím je teleso teplejšie. Z tohto vyplýva, že zem dodáva vrstve nad ňou, čiže atmosfére, o dosť viacej energie cez deň ako v noci. Časť tohto zemského vyžarovania uniká do kozmického priestoru, no časť za zachytáva v atmosfére, keď ho pohlcujú vodné pary a častice kysličníku uhličitého.

Ako je možné, že v noci sa ochladzuje rýchlejšie ako cez deň ?

Odpoveď asi každý z nás pozná. Cez deň svieti slnko tak sa otepľuje, v noci nesvieti tak sa ochladzuje.

Z fyzikálneho hľadiska sa to dá opísať aj iným spôsobom. Cez deň prijíma zem vysoké množstvo slnečného žiarenia, preto aj rýchlejšie vyžaruje. Teplota vzduchu však stúpa a neklesá. Ako je to možné ? Dôležitým faktom je, že prílev tepla spôsobený slnečným žiarením je podstatne vyšší ako množstvo tepla vyžarované do atmosféry – povrch sa tak prehrieva a vzduch sa otepľuje. Inak je tomu v noci. Prílev tepla je nulový, keďže slnečné lúče vôbec nedopadajú na zemský povrch. Zem má však určitú teplotu a tú si podľa termodynamických zákonov vymieňa s vrstvou vzduchu nad ňou. Zem vyžaruje svoje teplo počas celej noci a teplota stále klesá. Najnižšia teplota je tak logicky tesne pred východom slnka.

Vplyv oblačnosti na ochladzovanie

Ako sme sa už dozvedeli vyššie tak Zem vyžaruje svoje teplo, ktoré potom uniká do atmosféry a neskôr do kozmického priestoru. Cestou však vyžarované teplo môže naraziť na častice vody alebo kysličníku uhličitého. Práve častice vody zväčša tvoria oblačnosť. Existuje aj veľa iných častíc, ktoré vytvárajú zdanlivé „mraky“. Ide hlavne o častice, ktoré vytvárajú smog a iné typy znečisteného ovzdušia. Teraz však naspäť k vyžarovaniu. Pri zamračenej oblohe sa logicky nad zemou vyskytuje určitá vrstva oblakov tvorená časticami vody. Vyžarovanie zo zemského povrchu tak nemieri priamo do kozmického priestoru, ale čiastočne sa odráža od častíc vody späť k zemskému povrchu. Naopak je tomu pri jasnej oblohe. Pri bezoblačnom počasí smeruje žiarenie priamo do kozmického priestoru, pričom určité množstvo žiarenia sa zachytáva v atmosfére, ale neodráža sa späť. Tým pádom pri oblačnom počasí ochladzovanie neprebieha pri plnej intenzite, ale povrch sa z časti spätne ohrieva.

Vplyv oblačnosti na ochladzovanie od povrchu

Z toho môžme povedať, že „radiačné“ ochladzovanie nezávisí priamo od toho, či je zamračené alebo jasno. Dôležitá je najmä vlhkosť vzduchu. Čím je vyššia vlhkosť vzduchu, tým je vyššia koncentrácia častíc H2O v atmosfére a tým viac žiarenia sa odráža spätne k povrchu. Čo so snehovou pokrývkou ? Snehová pokrývka funguje podobne ako povrch vody. Na rozdiel od povrchu vody sa však do atmosféry odráža nie 5%, ale 85% slnečného žiarenia. To je hlavný dôvod, prečo je pri mori teplejšie. Voda pohlcuje väčšinu slnečného žiarenia a tým si udržiava svoju určitú teplotu. Sneh však funguje ako zrkadlo. Keďže pohlcuje len 15% slnečného žiarenia tak sa povrch neohreje tak, ako pri povrchu bez snehovej pokrývky. Z toho vyplýva, že v noci prebieha ochladenie pri oveľa nižších začiatočných teplotách ako povrch bez snehu, ktorý sa kvôli nedostatočnej alebo žiadnej snehovej pokrývke prehrial viac. Pri ochladzovaní bez snehovej pokrývky hovoríme o holomrazoch.

Odraz slnečného žiarenia od rôznych povrchov

Zhrnutie

Podľa toho čo sme povedali vyššie môžme zhrnúť, že vplyvom vyžarovania zemského povrchu sa v noci ochladzuje. Intenzita ochladzovania však závisí od vlhkosti vzduchu (oblačnosti) a výskytu snehovej pokrývky. Pri veľkej oblačnosti sa teplota udržiava a pri jasnej oblohe teplota klesá. Teplota však rýchlejšie klesá, ak sa na zemi nachádza snehová pokrývka, ktorá odráža väčšinu slnečného žiarenia späť do kozmického priestoru.

Očakávané silné mrazy na Slovensku počas začiatku pracovného týždňa

Príkladom toho bola aj noc z 18.01 na 19.01.2016. Arktický vzduch sa už nachádzal nad našim územím. Takisto sa na zemskom povrchu vyskytovala aj snehová pokrývka, no niečo tomu chýbalo. To bola práve tá oblačnosť. V tom čase sa nad severnou Ukrajinou nachádzal stred výškovej tlakovej níže, ktorá spôsobila prílev vlhkého chladného vzduchu nad sever nášho územia. V najchladnejších lokalitách na severe sa tak vytvorila nízka oblačnosť, ktorá odrážala žiarenie späť k zemskému povrchu a neochladzovalo sa rapídne. Inak však tomu bolo v Českej republike. Pri jasnej oblohe, snehovej pokrývke a veľmi nízkej vlhkosti klesla teplota na stanici Rokytská Slať - Modrava až na -32,3°C, pričom na Slovensku bolo pri polooblačnej oblohe najchladnejšie v Liptovskom Hrádku  -18,3°C.

Minimálna teplota v Českej republike v noci z 18. na 19. januára, zdroj: ČHMÚ