S

Scintilometrie

Scintilometrie (angl. scintillometry) je mikrometeorologická metoda používaná k měření turbulentních toků tepla a vodní páry mezi zemským povrchem a atmosférou na velkoplošné škále (řádově stovky metrů až několik kilometrů).

Více

Princip metody spočívá v tom, že scintilometr vysílá paprsek elektromagnetického záření (obvykle v infračervené nebo mikrovlnné oblasti) mezi vysílačem a přijímačem.
Turbulence v atmosféře způsobují malé fluktuace indexu lomu vzduchu, které vedou ke kolísání intenzity přijatého signálu – tzv. scintilacím.
Z míry těchto fluktuací lze pomocí teoretických vztahů určit strukturální charakteristiky turbulence, např.:

• strukturální parametr teploty \(C_T^2\),
  
• strukturální parametr vlhkosti \(C_q^2\),

a následně vypočítat toky citelného a latentního tepla.

Scintilometrie umožňuje neinvazivní a plošné měření toků energie, které doplňuje bodové metody, jako je eddy covariance.
Používá se při výzkumu výměny energie a vody, kalibraci modelů evapotranspirace, studiu heterogenních povrchů a hodnocení vodní bilance ekosystémů.

Skleníkové plyny

Skleníkové plyny (angl. greenhouse gases, zkratka GHG) jsou plyny v atmosféře, které pohlcují a znovu vyzařují dlouhovlnné (infračervené) záření, čímž přispívají k oteplování dolních vrstev atmosféry – tzv. skleníkovému efektu.
Tento jev je přirozený a nezbytný pro udržení života na Zemi, ale zvýšené koncentrace skleníkových plynů vlivem lidské činnosti zesilují přirozený skleníkový efekt a způsobují globální oteplování.

Více

Hlavní skleníkové plyny:

• vodní pára (H₂O) – nejhojnější přirozený skleníkový plyn, jeho množství závisí na teplotě,
  
• oxid uhličitý (CO₂) – vzniká spalováním fosilních paliv, odlesňováním a dýcháním organismů,
  
• metan (CH₄) – uvolňuje se při rozkladu organické hmoty, v zemědělství (např. z rýžovišť a trávení přežvýkavců) či těžbě paliv,
  
• oxid dusný (N₂O) – pochází především z hnojení a spalovacích procesů,
  
• ozon (O₃) – v troposféře vzniká fotochemickými reakcemi znečišťujících látek,
  
• fluorované plyny (CFC, HFC, SF₆ aj.) – syntetické plyny s vysokým oteplovacím potenciálem.

Skleníkové plyny se často vyjadřují pomocí ekvivalentu CO₂ (CO₂-eq), který umožňuje srovnání jejich globálního oteplovacího potenciálu (GWP).

Studium skleníkových plynů je zásadní pro modelování změny klimatu, tvorbu emisních inventur a navrhování opatření ke snižování emisí.

Srážky

Srážky (angl. precipitation) jsou vodní částice vzniklé kondenzací vodní páry v atmosféře, které dopadají na zemský povrch nebo se v atmosféře vyskytují v podobě mlhy či mrholení.
Podle skupenství rozlišujeme kapalné srážky (déšť, mrholení) a tuhé srážky (sníh, krupky, kroupy).

Více

Srážky vznikají, když se vodní pára v atmosféře ochladí pod teplotu nasycení, dojde ke kondenzaci na kondenzačních jádrech a následně ke spojování kapek nebo krystalků do částic dostatečně velkých, aby překonaly vztlak vzduchu a spadly k zemi.

Množství srážek se měří pomocí srážkoměrů (ombrometrů) a vyjadřuje se jako výška vodního sloupce v milimetrech (mm) za určité období.

Srážky představují hlavní zdroj vody v pevninském hydrologickém cyklu a jsou klíčovým faktorem vodní bilance, tvorby odtoku, půdní vlhkosti i ekologických a klimatických procesů.

Stabilita atmosféry

Stabilita atmosféry (angl. atmospheric stability) je míra odolnosti vzduchové hmoty vůči vertikálnímu pohybu.
Určuje, zda má vystupující nebo klesající vzduchová částice tendenci vrátit se do původní polohy (stabilní stav), pokračovat v pohybu (nestabilní stav), nebo zůstat v rovnováze (neutrální stav).

Více

Základem hodnocení stability je srovnání skutečného teplotního gradientu atmosféry (\(\Gamma\)) – tedy poklesu teploty se vzrůstající výškou – s adiabatickým teplotním gradientem, tj. poklesem teploty vzduchu při výstupu bez výměny tepla:

• suchá adiabata: přibližně \(9{,}8\ ^\circ\mathrm{C·km^{-1}}\),
  
• vlhká adiabata: přibližně \(4{-}7\ ^\circ\mathrm{C·km^{-1}}\) (závisí na obsahu vodní páry).

Rozlišujeme tři základní stavy:

• stabilní atmosféra – skutečný teplotní gradient je menší než adiabatický (vzduch se při výstupu ochlazuje rychleji než okolí → klesá zpět); brání konvekci, omezuje turbulenci, typická pro noční inverze,
  
• nestabilní atmosféra – skutečný gradient je větší než adiabatický (vzduchová částice je teplejší než okolí → stoupá dále); podporuje konvekci, tvorbu oblaků a turbulentní mísení,
  
• neutrální atmosféra – teplotní gradient odpovídá adiabatickému, vertikální pohyby nejsou tlumeny ani podporovány.

V mikrometeorologii se stabilita atmosféry často vyjadřuje pomocí Monin–Obuchovovy délky (\(L\)), která charakterizuje poměr mezi mechanicky a tepelně vyvolanou turbulencí:

• \(L > 0\) → stabilní podmínky,
  
• \(L < 0\) → nestabilní podmínky,
  
• \(L \to \infty\) → neutrální podmínky.

Stabilita atmosféry ovlivňuje šíření tepla, vlhkosti a znečištění, vznik oblačnosti i efektivitu turbulentní výměny, a je klíčovým parametrem v mikrometeorologii, klimatologii, hydrologii i numerickém modelování atmosféry.

Stomatální vodivost

Stomatální vodivost (angl. stomatal conductance, značka \(g_s\)) je míra schopnosti průduchů (stomat) propouštět vodní páru a plyny mezi vnitřním prostředím listu a atmosférou.
Vyjadřuje, jak snadno dochází k výměně vodní páry, oxidu uhličitého a kyslíku přes průduchy na povrchu listu.

Více

Stomatální vodivost se obvykle udává v jednotkách mol·m⁻²·s⁻¹ nebo jako převrácená hodnota stomatárního odporu (\(r_s\)) v jednotkách s·m⁻¹.

Je ovlivněna řadou faktorů, zejména: - intenzitou světla,
- teplotou,
- relativní vlhkostí vzduchu,
- koncentrací CO₂,
- dostupností vody,
- a fyziologickým stavem rostliny.

Vysoká stomatální vodivost znamená, že průduchy jsou otevřené a umožňují intenzivní výměnu plynů a transpiraci,
zatímco nízká hodnota signalizuje uzavírání průduchů a omezení ztrát vody.

Stomatální vodivost je klíčovým parametrem při modelování transpirace, fotosyntézy a vodní bilance rostlin, a často se používá jako indikátor reakce rostlin na stres (např. sucho či vysokou teplotu).

Stres suchem

Stres suchem (angl. drought stress nebo water stress) je fyziologický stav rostliny vznikající při nedostatku dostupné vody v půdě, kdy příjem vody kořeny nestačí pokrýt její ztráty transpirací.
Důsledkem je snížení turgoru buněk, uzavírání průduchů (stomat) a omezení fotosyntézy, růstu i výnosu.

Více

Intenzita stresu suchem závisí na délce a závažnosti suchého období, hloubce a vododržnosti půdy, druhu a vývojové fázi rostliny, ale také na teplotě a relativní vlhkosti vzduchu.

Typické projevy zahrnují:

• snížení vodního potenciálu rostliny,
  
• zpomalení nebo zastavení růstu,
  
• vadnutí a svinování listů,
  
• akumulaci osmoticky aktivních látek (např. prolinu),
  
• v extrémních případech odumírání pletiv.

Stres suchem je jedním z nejvýznamnějších abiotických stresových faktorů, který ovlivňuje produktivitu plodin, stabilitu ekosystémů a v širším měřítku také vodní bilanci krajiny.

Porozumění mechanismům vodního stresu je zásadní pro šlechtění odolných rostlin, optimalizaci závlah a adaptaci zemědělství na změnu klimatu.

Sublimace

Sublimace (angl. sublimation) je fyzikální proces přeměny pevné látky přímo na páru, aniž by prošla kapalnou fází.
V hydrologii a meteorologii označuje přeměnu ledu nebo sněhu přímo na vodní páru. Sublimace hraje v hydrologickém cyklu řádově menší roli, než evaporace. Sublimace se vyskytuje ve vyšší míře ve vyšších nadmořských výškách, kde je tlak vzduchu menší nž v nižsích. K sublimaci je potřebná silná sluneční energie. Nízké teploty, silný vítr, intenzivní sluneční záření, velmi nízký tlak vzduchu.

Více

Na západě USA existují větry Chinook, “žrout sněhu”, která odpařuje snín ještě předtím, než má šanci roztát. Chinooské větry jsou západní od Pacifiku, jejichž vlhkost se vyždímá při průchodu Skalistými horami. Když tyto větry sestoupí z hor na vysoké pláně, mohou být docela mírné a extrémně suché. Teplé až 60–70 Fahrenheita (přes 15 stupňů Celsia).

Krychlový centimetr (1 gram) ve formě ledu vyžaduje 80 kalorií k roztavení, 100 kalorií k dosažení bodu varu a dalších 540 kalorií k odpaření. Celkem 720 kalorií. Sublimace vyžaduje stejný přísun energie, ale obchází kapalnou fázi.

Sublimace ve vrcholných partiích hor. Slunce silně sívtí a poskytuje dostatečné množství energie.

Sytostní doplněk

Sytostní doplněk (angl. saturation deficit nebo vapor pressure deficit, zkratka VPD) je veličina vyjadřující rozdíl mezi nasyceným tlakem vodní páry a skutečným tlakem vodní páry ve vzduchu.
Udává tedy, kolik vodní páry chybí k dosažení nasycení.

Více

Matematicky lze sytostní doplněk vyjádřit jako:

\[ D = e_s - e_a \]

kde:
– \(D\) je sytostní doplněk (kPa),
– \(e_s\) nasycený tlak vodní páry při dané teplotě (kPa),
– \(e_a\) aktuální (skutečný) tlak vodní páry (kPa).

Vysoké hodnoty sytostního doplňku znamenají suchý vzduch s vysokým potenciálem výparu, zatímco nízké hodnoty odpovídají vlhkému vzduchu blízkému nasycení.

Sytostní doplněk je klíčovým ukazatelem pro hodnocení výparu a transpirace rostlin, intenzity evapotranspirace, stresu suchem a výměny vodní páry mezi povrchem a atmosférou.

Surface renewal

Surface renewal (nemá zavedený český ekvivalent) je mikrometeorologická metoda používaná k odhadu turbulentních toků tepla, vodní páry nebo CO₂ mezi povrchem a atmosférou.
Zakládá se na analýze rychlých teplotních fluktuací v přízemní vrstvě vzduchu nad povrchem.

Více

Principem je, že turbulentní víry periodicky „obnovují“ vzduch u povrchu – střídavě přinášejí teplejší nebo chladnější vzduch z vyšších vrstev a odvádějí vzduch ochlazený nebo ohřátý kontaktem s povrchem.
Tvar těchto teplotních změn v čase (tzv. rampový signál) obsahuje informaci o intenzitě turbulentní výměny.

Z analýzy časového průběhu teploty se určuje tok citelného tepla (\(H\)) podle vztahu:

\[ H = \rho \, c_p \, \alpha \, \frac{A}{\tau} \]

kde:
– \(\rho\) je hustota vzduchu (kg·m⁻³), – \(c_p\) měrná tepelná kapacita vzduchu (J·kg⁻¹·K⁻¹), – \(A\) průměrná amplituda rampy (°C·s), – \(\tau\) průměrná doba trvání rampy (s), – \(\alpha\) empirický kalibrační koeficient.

Metoda surface renewal je často kalibrována vůči metodě eddy covariance, přičemž umožňuje měřit turbulentní toky s nižšími náklady, protože vyžaduje pouze rychlý teplotní senzor (termistor) místo plné soustavy trojosých anemometrů.

Výhody: - nižší cena a spotřeba energie,
- vhodná i pro malé a vzdálené experimentální plochy,
- možnost odhadu toků v reálném čase.

Nevýhody: - nutnost kalibrace,
- menší přesnost při nestabilních nebo silně proměnlivých podmínkách.

Metoda surface renewal se používá v agrometeorologii, hydrologii, ekofyziologii a monitoringu evapotranspirace, zejména pro kvantifikaci toků energie a vody nad vegetací či půdou.

Sytostní doplněk

Doplněk do maxima vlhkosti

\[ d_A = A-a\quad(\mathrm{g\cdot m^{-3}}) \]

Teplota	Doplněk
\(0^{\circ}\mathrm{C}\)	\(4,8\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(5^{\circ}\mathrm{C}\)	\(6,8\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(10^{\circ}\mathrm{C}\)	\(9,4\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(15^{\circ}\mathrm{C}\)	\(12,8\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(20^{\circ}\mathrm{C}\)	\(17,3\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(25^{\circ}\mathrm{C}\)	\(23,0\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(30^{\circ}\mathrm{C}\)	\(30,4\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(35^{\circ}\mathrm{C}\)	\(39,6\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)
\(40^{\circ}\mathrm{C}\)	\(51,1\:\mathrm{g}\cdot\mathrm{m}^{-3}\)

Z údajů je vidět, schopnost vzduchu vázat molekuly vody se s rostoucí teplotou zvyšuje.

Ve skutečnosti je tento graf možné prodloužit až do: