Daleké obzory, 3. díl - Rozsah troposféry a ionosféra

Veškerá hmota podléhá vlivu gravitace. Jak těleso Země, tak i její vodstvo a vzduchový obal se deformuje vlivem gravitačních sil mezi Zemí, Sluncem a Měsícem.

Zemský glóbus tolik uvažovat nemusíme, ale světový oceán se vzdouvá jak směrem ke Slunci a Měsíci vlivem jejich přitažlivých sil, tak i na stranu opačnou od Slunce vlivem odstředivé síly při oběhu planety kolem centrální hvězdy.

Vzdouvání vody označujeme jako příliv. Atmosféra takovému vzdouvání podléhá ještě více, protože je to pružnější materiál, než voda. To je jedna z příčin, proč je vzdušný obal planety excentricky vychýlený v rovině rovníku a naopak zploštělý kolem pólů. Další příčinou je průměrná teplota vzduchové hmoty, která je v malých zeměpisných šířkách vyšší, než u pólů. Deformace se týká především nejhustší vrstvy, troposféry, a tak její horní ohraničení, tropopauza, leží v proměnlivé výšce.
Zatímco v Mezinárodní standardní atmosféře je konstantní výška spodní hranice tropopauzy 11019 m, v reálné atmosféře je obecně výška tropopauzy nad rovníkem v 16-18 km, nad póly 6-8 km. Budeme-li předpokládat vertikální změnu teploty vzduchu o gradientu -0,0065 °C/m a u hladiny moře 15 °C, pak nad rovníkem bude v úrovni tropopauzy teplota vzduchu asi -70 °C, v oblasti pólů asi -40 až -50 °C. Ale ani tato představa hladké tropopauzy neodpovídá složité realitě.

Troposféra má i na stejné zeměpisné šířce značnou proměnlivost v závislosti na teplotě vzduchové hmoty. Například nad střední Evropou může být v extrémně studeném vzduchu tropopauza i kolem 6 km, v horkém létě kolem 14-15 km. Dokonce v některých případech může být tropopauza několikanásobná; připomíná přes sebe poskládaný list papíru ve tvaru ležatého S. Je zřejmé, že tropopauza coby zádržná vrstva pro výstupné proudy, představuje v rovníkových oblastech překážku velmi vysoko položenou, takže dovoluje kupovité bouřkové oblačnosti růst do značných výšek. Lety přes rovník, kde se nachází pás nižšího tlaku vzduchu a dochází k intenzivní tvorbě bouřek, znamenají určitou překážku pro letadla, která nemohou vystoupat tak vysoko, aby hradbu bouřek nadletěla.

Naproti tomu v polárních oblastech letadla nemají problém letět nad tropopauzou, avšak bouřky se tu tvoří jen velmi výjimečně. Elektrické vlastnosti atmosféry můžeme popsat jako atmosféru neutrální anebo ionizovanou. O neutralitě můžeme mluvit ve vrstvě mezi zemským povrchem a výškami kolem 90 km, v určitých případech i jen 50-60 km. Samozřejmě jde o celkový průměr, protože např. v probíhající bouřce rozhodně není lokální elektrická neutralita. V horních vrstvách nad výškami 90 km se však vyskytují plyny, které interagují s kosmickým, ultrafialovým nebo rentgenovým zářením, které v některých atomech navozuje stav ionizace.

Za běžných okolností je atom elektroneutrální, tzn. má stejný počet protonů v jádře a elektronů v obalu. Iontem se rozumí částice, která má jiný počet elektronů než protonů, ať vyšší, nebo nižší. Díky tomu se ionizovaný plyn stává vodivým, dochází např. k interakci se slunečním větrem, tj. částicemi, vyvrhovanými ze Slunce, zejména při slunečních erupcích. Proud takových částic letí vesmírem a pokud zasáhne Zemi, dochází např. k ionizaci a následné rekombinaci, což je opak ionizace. Přitom je vyzářena určitá energie ve formě viditelného záření, které známe jako polární záři. Ta je mimochodem známa i z atmosfér jiných planet, např. Jupitera. Pro letectví jako takové nemá ionosféra význam, ale projevuje se v telekomunikacích včetně těch, které se v letectví používají. Rádiové vlny určitých délek, hlavně krátkých, se šíří pod značným vlivem stavu ionosféry. Sluneční bouře mohou mít v extrémních případech velmi rušivý vliv i na veškeré elektrické přístroje. V ionosféře se přes den pod přímým slunečním zářením utvářejí vrstvy ionizovaných plynů, především kyslíku, dusíku, vodíku, helia, oxidu dusného a sloučenin s vodními molekulami. Některé rekombinují rychle a po západu slunce tak zanikají, některým to trvá dlouho a vydrží celou noc do dalšího příchodu slunečních paprsků.

Rozlišujeme vrstvy D (50-90 km), E (90-110 km) a F, kterou dělíme ještě na F1 (110-250 km) a F2 (250 km a výše). Díky existenci těchto vodivých vrstev je možno za příznivých okolností, hlavně v létě za dlouhého slunečního svitu, navázat rádiové spojení na krátkých vlnách na velmi dlouhé vzdálenosti. V letectví se sice používají především velmi krátké vlny, ale na těchto vlnových délkách se lze dovolat jen na kratší vzdálenosti do několika stovek km. Pro komunikaci na velké vzdálenosti, např. při letech přes oceán nebo na jinou než leteckou komunikaci (obvykle po přistání ve vzdálené destinaci a volání domácího operačního střediska o stavu letu) je výhodnější použít krátké vlny.

RNDr. Petr Dvořák
Letecký meteorolog, lektor

www.jasno.cz