Zvláštní oblaky

Perleťová oblaka

Perleťová oblaka se podobají oblakům druhu Cirrus nebo Altocumulus lenticularis. Tyto oblaky však mají velmi výraznou irizaci v podobě perletě. Typickými znaky pro ně jsou velké jasně svítící plochy, zejména rovnoběžné pásy s různě barevnými místy, které irizují. Nejživější barvy této irizace pozorujeme, když je Slunce několik stupňů pod obzorem.

Fyzikální složení

Fyzikální složení perleťových oblaků zatím jenoznačně známo. Předpokladá se, že se skládají z velmi malých vodních kapiček nebo z velmi malých kulovitých částeček ledu. Určitou roli v jejich stavbě zřejmě hrají dle nejnovějších výzkumů i krystalky oxidů dusíků.

Perleťové oblaky jsou velmi vzácné. Měřením bylo zjištěno, že se vyskytují ve výškách 21 až 30 km. Doposud byly pozorovány hlavně ve Skotsku a Skandinávii, ale jejich výskyt je hlášen i z Francie a z Aljašky. Nejčastěji jsou pozorovány v Norsku a to po přechodu studené fronty přes pohoří ve směru severo-jižním, přičemž pásy této oblačnosti jsou s pohořím rovnoběžné. Jak uvádí Störmer, tyto oblaky mají tendenci pohybovat se s převládajícím prouděním.

Vznik

Poslední hypotézy hovoří, že perleťová oblaka vznikají tak, že nakupením studeného vzduchu před pohořím a jeho postupným přetékáním se atmosféra rozkmitá až do výšek, kde se perleťové oblaky vyskytují. Jejich vznik by se pak dal připodobnit ke vzniku oblaků Altocumulus lenticularis vznikajících v troposféře.

Příčinou irizace a duhového zabarvení lze spatřovat v tom, že různé barvy by mohly vznikat na základě změny poloměrů kapiček od nejmenších na návětrné straně oblaku, přes největší uprostřed směrem opět k nejmenším kapičkám na závětrné straně. Narůstání nejmenších kapiček, jež se mohou snáze udržet v kapalném stavu než ty velké, může být podle výkladu ohybu světla dle Ramachandrana spojeno s několika spektry barev, jež se postupně mění. Ovšem předpoklad, že by kapičky o velikosti 2,5 mikrometru snesly přechlazení pod -40°C, což jsou teploty panující v těchto výškách, lze brát za velmi spekulativní. Je však prokázáno, že ve vzduchu očištěném od aerosolových částic, se mohou vyskytovat vodní kapičky v kapalném stavu i za teplot nižších jak -40°C. V této souvislosti je nutné ovšem, aby měly kapičky co nejmenší velikost, přičemž platí, že čím je kapka menší, tím zamrzá za nižších teplot.

Teorie B. J. Masona naopak předpokládá, že stavebními částicemi nejsou vodní kapky, nýbrž kuličky ledu amorfní struktury, což však koliduje se závěry založenými na experimentálním pozorování homogenních barevných pásů, ze kterých lze usuzovat, že se jedná o stejnorodá kondenzační jádra.

Noční svítící oblaka

Noční svítící oblaky jsou modravě nebo stříbřitě zbarvené oblaky nitkovitého charakteru podobající se tenkému cirru. Svým tvarem jsou buď závojovité, nebo vytvářejí širší pás, popř. mají tvar víru. Barvu mohou mít i oranžovou až červenou a svým zbarvením se ostře rýsují na tmavé noční obloze.

Poprvé byly pozorovány v roce 1885 (v Praze už 10. 6. 1885). Vyskytují se vzácně a jsou pozorovány mezi 50. a 75. stupněm severní šířky a 40. a 60. stupněm jižní šířky a to jen v letních měsících. Postavení Slunce musí být 5 - 18 stupňů pod obzorem. Vzhledem k prokazatelně proměnlivému proudění v mezosféře byly tyto oblaka pozorovány kterak postupují z východu na západ či ze severozápadu na východ a to rychlostí od 50 do 250 m/s.

Fyzikální složení

Fyzikální složení nočních svítících oblaků není ještě známé, ale jsou určité důvody pro domněnku, že se skládají z velmi jemných částeček kosmického prachu.

Noční svítící oblaky byly doposud pozorovány jen velmi vzácně a to jen v severních oblastech mírných šířek severní polokoule v letních měsících, když Slunce bylo 5 až 13 stupňů pod obzorem. Vyskytují se v horní části mezosféry ve výškách 75 - 90 km.

Vznik

V součastnosti není zcela objektivně jasné, jakým způsobem tato oblaka vznikají. Předpokládá se jejich mimozemský původ a to zapříčiněním částic kosmického či kometárního prachu (Hoffmeister, Störmer, Vestine), anebo (a to méně pravděpodobně) prachu z pozemských zdrojů (sopky, atomové výbuchy).

V roce 1965 přicházejí Chapman a Kendall s hypotézou, která navazuje na Wegenerovo zjištění výskytu ledových částic v těchto výškách. Teorie praví, že jsou složeny z ledových krystalků, které vznikají z vody vytvářející se fotochemickou syntézou atmosférického kyslíku s vodíkem, nebo z vody, jež je do těchto výšek vynesena turbulentní difúzí. Mechanismus tohoto transportu přes stratosféru a stratopauzu není však dosud objasněn a jedná se tudíž o pouhou domněnku či spekulaci.

Koblihovitá oblaka (Donuts Shaped Clouds)

"Donuts shaped clouds" je neoficiálním termínem, který se používá jako synonymum pro záhadné díry v oblacích a podivné "koblihovité" oblaky. První záznamy o těchto úvarech (alespoň podle toho, co se mi podařilo zjistit) pocházejí z roku 1963. Tehdy byl nad Arizonou pozorován zvláštní prstencový oblak řasového charakteru. O události barvitě informoval časopis Life Magazine ve svém vydání ze 17. května 1963 (viz obr. 1). Článek nesl název "…And a Hight Cloud Ring of Mystery" (…a velký oblačný kruh mystérie), a ačkoli neznám jeho znění, podařilo se mi z kusých informací zjistit, že obsah byl laděn v duchu tajemna a mystiky a zjevení oblaku se připisoval duchovní podtext.

Od osmdesátých let 20. století se pak již objevují i pozorování také z oběžné dráhy. Jak se začalo ukazovat, na zvláštní oblačné útvary není atmosféra zdaleka chudá. Při pozorování ze země však nejsme schopni nikdy tyto rozsáhlé útvary registrovat jako něco zvláštního, neboť nevidíme celý útvar v kontextu s oblačným okolím.

Zajímavý snímek byl pořízen z paluby amerického raketoplánu (let STS 51-I) v srpnu 1985 (viz obr. 2). Na snímku je patrný kruhovitý objekt v jinak normálně vyhlížející kupovité oblačnosti. Američtí odborníci vysvětlují tento útvar jako kolabující hradbu oblaků Cumulus, která obklopuje oblak Cumulonimbus. Při pohledu z jiného úhlu bylo v obdobném případě ukázáno názorně, jak se výrazný Cumulonimbus rozepíná do svého okolí a utlačuje okolní oblačnost (viz obr. 3). Následná pozorování ukázala, že tento jev je v přírodě vcelku běžný.

Záhadou i pro odborníky však stále zůstávají podivné "donutové" oblaky malého rozsahu. Již při prvním pohledu je znát, že s výše uvedeným Donuts Clouds á la Cumulonimbem, nemají zhola nic společného. Jedná se většinou buď o oblaky menšího rozsahu připomínající oválnou placku (obr. 4), nebo o oblaky s téměř kruhovými dírami uvnitř, a to ať již v horizontálně rozsáhlé, převážně altokumulovité, oblačnosti, nebo v osamocených oblacích náležejících též povětšinou do rodiny altokumulů. Podle amatérských pozorování mají díry v altokumech v průměru 3 až 4 kilometry (určeno patrně odhadem), přičemž tloušťka osamocených oblaků bývá 300 až 400 metrů. V případě ostatních druhů tyto dispozice neplatí.

Díry byly pozorovány povětšinou v horizontálním směru (viz obr. 5, 6, 7 a 8), je však znám také případ, kdy díra procházející oblakem byla orientována vertikálně (viz obr. 9). První z výše zmíněných případů lze porovat jak u horizontálně rozsáhlé oblačnosti, tak i u osamocených oblaků; ten druhý pak výlučně jen u osamocených oblaků.

Na základě pozorování se ukazuje, že díry v oblacích se vytvářejí na všech druzích oblaků, které mohou vytvářet vertikálně ne příliš mocné horizontální vrstvy (Ci, Cs, Cc, Ac, St, Sc). Kromě již zmíněných snímků 5 a 6, může jako další příklad posloužit snímek Martina Viláška, kterému se podařilo zachytit perforovaný Stratocumulus (viz obr. 10), nebo snímky, které zachycují díry ve vysoké oblačnosti (obr. 7 a 8).

Četnost hlášení o pozorování těchto podivných děr včetně snímků stoupla s rozšířením jak internetu tak digitální fotografie. Díky internetu víme i o pozorování, které se událo v červnu roku 1999 ve východní Austrálii (obr. 11). Díra v oblačnosti, která zde byla pozorována a vyfotografována, byla téměř kruhová a její tvar se s časem příliš neměnil. Perforovaný oblak se pomalu pohyboval po obloze, takže jej bylo možné pozorovat více jak hodinu, než zmizel docela. Události byl přítomen i meteorolog, který přiznal, že se doposud s něčím podobným v životě nesetkal. Pozorování se následně stalo senzací, o které informovaly dokonce i místní média.

Po té, co 3. března 2003 v Nashvillu ve státě Tennessee pořídil Wayne Carter své záběry perforovaných oblak (obr. 5), byla vyzvána Americká meteorologická společnost (American Meteorological Society), aby podala vysvětlení tohoto jevu. Vyjádření znělo tak, že vznik těchto děr je pravděpodobně výsledkem teplotní inverze rychle vystupujícího horkého vzduchu.

Otázky okolo vzniku "Donuts Clouds" jsou dnes přetřásány především na internetu. Není mi známo, že by o tomto fenoménu bylo pojednáváno v odborných publikacích, nicméně tuto možnost nelze vyloučit. V souvislosti s vysvětlením Americké meteorologické společnosti byla otevřena debata o původu oněch zvláštních výstupných proudů horkého vzduchu.

Takové proudy, které by mohly takto výrazně ovlivnit vzhled oblačnosti středního patra, může vytvořit pouze silný výbuch nebo velký požár. Oba tyto případy však vždy doprovází kouř, který avšak nikdy při pozorování koblihovitých oblak pozorován nebyl. Navíc by nebylo ani dost dobře možné, aby se díra v oblačnosti způsobená mohutným výbuchem, který je časově velmi ohraničenou událostí, beze změny svého tvaru a velikosti dále s oblakem pohybovala a existovala poměrně dlouhou dobu. Jediné, co by za hypotézou vystupujícího proudu vzduchu stálo, je to, že v některých případech byly uprostřed děr pozorovány nálevkovitě vyhlížející řasovité oblaky, které byly širším koncem orientovány směrem vzhůru (obr. 11, 12 a 13). Podobně vypadá i vrchol kumulonimbu, který ztělesňuje právě několik silných vystupujících vzduchových proudů, jež se ve vrcholových partiích roztékají do stran a vytvářejí onu klasickou cirrovitou kštici.

Další hypotézou vysvětlující vznik oblačných děr jsou velké atmosférické víry způsobené silnými větry. Tato hypotéza je však více méně únikovou možností, jak díry v oblacích vysvětlit. Silné větry, které by mohly způsobit atmosférické víry, by se musely sami o sobě nějak navenek projevovat a na okolní oblačnosti by to bylo patrné. Ovšem téměř vždy byly díry pozorovány v jinak homogenní vrstvě oblačnosti, což tedy rozhodně není indikátorem silného turbulentního proudění - ba právě naopak. Silné střihy větru, tzv. jet streamy, lze spatřovat jako příčinu vzniku vertikálních děr v osamocených oblacích. Nejedná se však o turbulentní proudění, nýbrž proudění téměř laminární.

Třetí možností je hypotéza, která hovoří o tom, že příčinu lze hledat v lokálních sestupných proudech studeného vzduchu. Ta má však také značné nedostatky a to především v samotném vysvětlení původu těchto proudů.

Problematika perforovaných oblaků se stále rozvíjí a dnes se do této kategorie řadí i tzv. "průrvy" v oblacích. Nejedná se o klasické symetrické otvory v oblačnosti, ale o jakési trhliny s nepravidelnými tvary, mnohdy i vyplněné s pouze znatelnými okraji. Z tohoto soudku máme k dispozici opět zajímavé snímky českých pozorovatelů (obr. 14, 15 a 16).

Kelvin-Helmholtzova oblaka

Kelvin-Helmholtzova oblaka jsou velice zvláštními a vzácně se vyskytujícími oblaky, resp. tvary oblaků zejména u druhu Cirrus. Vyskytují se však také u druhů Altocumulus a Stratocumulus a dá se předpokládat, že se mohou vyskytnout i u druhu Stratus. Tyto oblaky díky svému zvlněnému vzezření mohou představovat v podstatě jistou variaci na tvar undulatus. Tvar undulatus je v případě druhu Altocumulus a Stratocumulus podle platné systematiky povolen, ovšem u druhu Cirrus nikoli. Možná i to bylo důvodem, proč se prosadil právě přívlastek Kelvin-Helmholtz.

Název tohoto oblačného tvaru však není odvozen od jmen jeho objevitelů, jak by se možná mohlo na první pohled zdát, ale od fyzikálního děje, který se při jeho vzniku uplatňuje - Kelvin Helmholtzovy instability. Ta se uplatňuje v místech, kde se stýkají dvě proudící tekutiny (kapalina-kapalina, kapalina-plyn, plyn-plyn), jejichž vlastnosti jsou různé (zejména pak hustota a rychlost jejich pohybu). V praxi se vždy i při sebe dokonalejším laminárním proudění vyskytnou drobné zakřivení proudnic (turbulence), což ve svém důsledku způsobí, že proud rychleji se pohybujícího média vyvolá nepatrnou odstředivou sílu, která střídavě vede ke změně tlaku v místech styku obou tekutin. Začne se tak tvořit vlnění, které postupně zesiluje a původně malé vlnky se začnou ve svých vrcholových partiích čeřit, tak jak to známe například, když fouká silný vítr nad klidnou hladinou rybníka. V konečné fázi začne vlnění formovat uzavřené turbulentní buňky, které se nazývají též "kočičí oči" (viz obrázek 2).

Rozdíl v samotném principu vzniku Kelvin-Helmholtzovy oblačnosti na rozdíl od běžných oblaků tvaru undulatus je tedy zřetelný. Oblaky undulatus vznikají díky tzv. stojatému vlnění), které jednu vzduchovou hmotu vytláčí střídavě nahoru a dolu, přičemž právě v maximech těchto vln (a nikde jinde) oblaky vznikají. Naproti tomu tvar Kelvin-Helmholtz vzniká na již existujícím oblaku, na který působí v horizontálním směru rychle se pohybující vzduch, který ji na horních partiích čeří, někdy dokonce až přelévá.

Kondenzační pruhy

Kondenzační pruhy jsou oblaky, které se tvoří ve stopě letadla, jestliže vzduch v hladině letu je dosti chladný a suchý. Těsně po svém vzniku mají vzhled zářivě bílých čar, po malé chvíli však nabývají chomáčkovitého vzhledu s částmi vydutými převážně směrem dolů, takže se podobají obráceným hřibům. Jejich existence bývá zpravidla velmi krátká, někdy však - zejména při cirrové a cirrostratové oblačnosti - mohou trvat až několik hodin. Takové trvající kondenzační pruhy se dále rozšiřují a často vytvářejí dosti rozsáhlé vločkovité nebo vláknité oblaky podobné oblakům druhu Cirrus nebo Cirrocumulus či Cirrostratus. Někdy je skutečně obtížné rozlišit starší kondenzační oblaky od přirozených oblaků uvedených druhů.

Vznik mračna způsobený průletem letadla má stejnou příčinu jako každý obvyklý vývin oblačnosti. Proudění vzduchu okolo trupu a křídel letadla změní vždy teplotu a tlak okolního vzduchu. Vztlak vzniklý rozdílem tlaku vrchní a spodní strany křídla nebo trupu letadla ochladí okolní vlhký vzduch a vodní pára zkondenzuje (dloužno poznamenat, že ve výškách kde se letadla pohybují je teplota vzduchu velmi hluboko pod bodem mrazu).

Určitý druh krátko trvajících kondenzačních pruhů vzniká někdy při expansních procesech ve vírech za koncem křídla nebo listu vrtule.

V případě letu nadzvukových letadel vzniká kolem vlastních strojů velmi často neobvyklé mračno tvaru rozpláclého kužele, či šišatého vejce. Tyto oblaky jsou už nějaký dobu známé, ale v tomto případě panují určité nejasnosti a samotní vědci se zatím úplně neshodli nad teorií vysvětlující původ tohoto mračna. Pravděpodobná verze tohoto jevu je však taková, že při rychlostech blížících se rychlosti zvuku jsou teplotní a tlakové rozdíly výrazně větší než u normálního (podzvukového) letu. Mechanismus pro toto zvětšení se nazývá Prandtova - Glauertova singularita (singularita resp. bod proto, že předpokládá, že jakmile se rychlost letu přiblíží rychlosti zvuku, zesílí podle matematického popisu tlakové a teplotní perturbance nade všechny meze). V ostatních ohledech je však podstata mechanismu stejná jako v případě podzvukového stroje. Takže proč vlastně vznikne tak neobvyklý vejčitý tvar?

Podle jednoho vysvětlení je to proto, že Prandt-Glauertův kondenzační mrak odráží izotermální charakteristiku nadzvukového proudění. Jiné zdroje uvádějí, že mrak v podstatě zviditelní rázovou vlnu. To však fyzici zuřivě popírají a tvrdí, že vznik mraku nemá nic společného s překonáním zvukové bariéry. Letadla mohou generovat Prandt-Glauertův kondenzační mrak prý i bez překročení rychlosti zvuku.

Na běžných kondenzačních pruzích můžeme pozorovat také halové jevy. Jejich barvy jsou až pozoruhodně čisté.

na začátek stránky



icon icon icon icon icon icon icon icon
.