Seriál o búrkach: Podmienky pre tvorbu búrok. Čo je CAPE a CIN ?

Wiki článok

To, či sa búrky nakoniec vyskytnú závisí od množstva podmienok. Rozhodujúca je labilita prostredia, dynamika a ďalšie faktory.

V dnešnej dobe sa často stretávame s pojmami CIN či CAPE. Na prvý pohľad nám to naznačuje, či búrky vzniknú alebo nie. Výpočet týchto hodnôt a ich skutočný význam je však trošku zložitejší. Skratka CAPE pochádza z anglického Convective Available Potential Energy, v slovenčine dostupná konvektívna potenciálna energia. CIN je presným opakom hodnoty CAPE a znamená Convective INhibition. Čiže ide o konvektívny inhibítor alebo aj o vrstvu, ktorá zabraňuje tvorbe búrok.

CAPE - dostupná konvektívna potenciálna energia

CAPE znamená množstvo energie, ktorú by potenciálne dosiahlo určité množstvo vzduchu, keby vystúpilo určitú výšku v atmosfére. CAPE je pozitívny ukazovateľ vztlaku určitého množstva vzduchu. Znamená to vlastne, že čím je vyššia hodnota CAPE, tým ma určité množstvo vzduchu vyššiu vztlakovú silu a rýchlejšie stúpa. Čím je hodnota CAPE vyššia, tým je vzduch labilnejší a tým je väčšia tzv. "instabilita". Tento parameter je základom pre tvorbu búrok a predpovede nebezpečných poveternostných javov pri búrkach.
Definujme si množstvo vzduchu A a množstvo vzduchu B. A je nižšie a B je množstvo vzduchu nad vzduchom A. Pokiaľ A vystúpi dohora, dostane určitú energiu a namiesto neho sa nasunie vzduch B. Prebehne tak nejaká výmena. Vzduch B sa postupne ohreje a začne takisto stúpať. Namiesto neho sa nahradí opäť ďalší (chladnejší) vzduch z okolia, ktorý keď sa ohreje tak tiež začne stúpať. V tomto momente už hovoríme o konvekcii a tento jav pozorujeme ako rýchlo-rastúce kopovité oblaky. Nie vždy sa však z týchto oblakov vytvorí búrka (vysvetlíme v odseku pre aerologické sondáže).

CIN - vrstva CIN je presný opak CAPE, čím je jej hodnota vyššia, tým viac zabraňuje konvekcii a oblaky sa tak netvoria, poprípade nerastú.

Aerologické sondáže a ich čítanie

Aerologické sondáže prebiehajú na aerologických sondážnych staniciach. Na Slovensku prebiehajú sondáže v Poprade. Meteorológovia vtedy vypustia meteorologický balón, ktorý nesie sondu. Sonda meria vždy v určitej výške teplotu, rosný bod, rýchlosť vetra a smer vetra. Výška sa udáva v hektopascaloch. Údaje zo sondy sa dostávajú v určitých kódoch, ktoré sa neskôr spracujú a vznikne z nich diagram. Najčastejšie sa stretávame so SKEW-T diagramom, ktorý je verejne dostupný napríklad na stránke: sondaze.bourky.cz .

Na týchto diagramoch je červenou čiarou znázornená teplota a zelenou rosný bod meniace sa s výškou. Vo všeobecnosti platí, že vzduch sa dostane do stavu úplného nasýtenia, pokiaľ dosiahne teplotu rosného bodu. Z toho vyplýva, že čím sú tieto dve krivky k sebe bližšie v určitej nadmorskej výške, vieme povedať aké typy konvektívnych oblakov budú vznikať. Čím sa teplota viac priblíži k teplote rosného bodu, tým je v určitej výške vyššia vlhkosť a to znemená vyššiu pravdepodobnosť vzniku oblaku.


sondáž z Prostějova 31.7.2016 o 14:00

Príklad dát spracovaných do SKEW-T diagramu, kde sú v pravej časti napísané dôležité parametre vrátane hodnoty CAPE a CIN.

Z originálnych diagramov sa počítajú hodnoty CAPE a CIN. Na obrázku sa vám ich pokúsime znázorniť, no výpočet ich hodnoty je zložitejší a vyžaduje znalosti vyššej matematiky. CAPE je na grafe oblasť medzi teplotnou krivkou, vlhkou adiabatou (na diagrame vyššie fialová krivka), hladinou voľnej konvekcie a rovnovážnou hladinou. Z diagramov sa dá zistiť kondenzačná hladina, v ktorej začne tvorba oblakov, konvekčná hladina, v ktorej začne prebiehať konvekcia. Ďalej môžme zistiť rovnovážnu hladinu, kde je vztlak neutrálny a oblaky tak ďalej nerastú. V tejto hladine pri búrkach pozorujeme kovadlinu. Pre príklad prikladáme sondáž z Viedne, 31.7. o 14:00. Počas tohto dňa sme večer a v noci zaznamenali extrémne búrky na západnom Slovensku. Červeným je vyznačená oblasť CAPE z ktorej sa číselná hodnota vypočíta pomocou nasledovného krivkového integrálu. V diagramoch ďalej môžme pozorovať inverziu, ktorá vo vyšších výškach často zabraňuje ďalšej tvorbe búrkových oblakov a to je dôvod, prečo nemusia vždy vďaka vysokej instabilite vzniknúť búrky. Inverzia znamená, že teplota s výškou neklesá, ale narastá. Pozorovať ju môžme v tomto prípade v oblasti kondenzačnej hladiny.

Kde zf znamená hladina voľnej konvekcie, zn je rovnovážna hladina. Ďalej g znamená zrýchlenie vďaka gravitácii. Tv,parcel je virtuálna teplota určitého množstva vzduchu, ktorý vystúpi do určitej výšky a Tv,env je teplota okolitého vzduchu, ktorý obklopuje vystúpený vzduch.


CAPE poznáme aj z máp, vypočítaných modelmi. Modely počítajú na určitom mieste vo viacerých výškach teplotu a iné parametre. Preto vedia nasimulovať alebo predpovedať graf podobný tomu zo sondáže. Nikdy to však nebude také presné. Všeobecne sa dá úroveň instability rozdeliť na 5 častí. CAPE = 0 - stabilný vzduch, 0 až 1000 - mierne nestabilný, 1000 až 2500 - stredne nestabilný, 2500 až 3500 - veľmi nestabilný, 3500 a viac - extrémne nestabilný. Pre príklad predpoveď hodnoty CAPE na piatok, 5.8.2016 z modelu GFS a mapou vygenerovanou in-pocasie.sk. Hodnoty na severozápadnom Slovensku dosahujú úroveň 1500 J/kg, čo je už stredne nestabilný vzduch a preto tam treba očakávať búrky. Začiatok konvekcie však závisí na ďalších faktoroch, ktoré keď sa nesplnia, tak vzduch nezačne stúpať a konvekcia nezačne prebiehať. Pokiaľ však začne vzduch stúpať a dostane sa do úrovne voľnej konvekcie, vtedy začnú rásť búrkové oblaky.


Takto sa prejavuje extrémne vysoká instabilita. Foto: SE Qld Weather Photography - Chris McFerran

Dúfame, že sme vám aspoň trochu priblížili procesy, ktoré prebiehajú pri tvorbe búrok. Často sa počítajú zložito a vzorec, ktorý vidíte vyššie patrí k tým najjednoduchším, ktoré sa v meteorológii počítajú. CAPE je jeden z najdôležitejších parametrov a často sa z neho dá odhadnúť oblasť tvorby búrok.

ČASŤ 1. Vznik, rozdelenie a nebezpečenstvo bleskov
ČASŤ 2. Detekcia, typy bleskov a vznik hromu

img