4. Oblačnost
Po dostatečném úvodu do oblasti podmínek ovlivňujících vývoj bouřek a mechanismů utvářejících bouřkovou oblačnost se budu v následujících kapitolách věnovat již výhradně jen popisu vzhledu bouřkového oblaku, jeho zvláštností a související či doprovodné oblačnosti. Jen občas připojím poznámky popisující podmínky příznivé pro vývoj daného tvaru, zvláštnosti či oblaku.
4.1. Tvary bouřkového oblaku
U každého bouřkového oblaku rozlišujeme dva základní tvary, které do určité míry vypovídají o podmínkách ve vysoké atmosféře a stupni vývoje daného oblaku. Rozeznáváme pouze dva základní tvary:
- calvus
- capillatus
Typické zástupce těchto tvarů znázorňují následující dva obrázky.
Posuzovaným tvarem bouřkového oblaku a odlišujícím znakem je pouze jeho nejvyšší část, uvnitř které dochází k masivnímu zamrzání tekutého obsahu a desublimaci vodních par. A je to právě ledový obsah oblaku, díky němuž se propůjčuje vrcholu bouřkového oblaku na první fotografii jakýsi mlhavý vzhled a ten tak ztrácí ostré obrysy. Mléčný vzhled této části je naprosto typický pro první ze zmíněných tvarů - calvus (česky lysý).
Tvar calvus je často chápán jako počáteční stadium vývoje bouřkového oblaku. Zpravidla až od chvíle jeho výskytu začínají z oblaku vypadávat srážky. Při pokračujícím vertikálním vývoji kumulonimbu se může postupně vrchol oblaku přetvářet do tvaru capillatus (česky vlasatý).
Cumulonimbus calvus.
Další tvar již vytváří navrchu kumulonimbu jakýsi chochol, případně kompaktnější hmotu, kterou poté označujeme pro svůj charakteristický vzhled kovadlinou (viz zvláštnost incus). Tvar horní části oblaku se často rozlévá do stran v důsledku silného výškového proudění nebo blízkosti stabilní vrstvy, především stratosférické inverze.
Tento tvar může být v závislosti na vlhkosti vzduchu ve výšce různě kompaktní. Při nízké vlhkosti vzduchu mívá značně vláknitý vzhled nikoliv nepodobný běžné vysoké cirrovité oblačnosti. Takové bouřky obyčejně nevytvářejí významnější srážky. Kompaktnější vzhled s poněkud zřetelnějšími okraji naopak napovídá, že se v horní části kumulonimbu odehrávají výrazné srážkotvorné procesy, při kterých dochází k prudkému nárůstu a zpravidla i masivní agregaci ledového obsahu.
Cumulonimbus capillatus.
4.2. Zvláštnosti bouřkového oblaku
Zvláštnosti a průvodní oblaky jsou stejně jako tvary bouřkového oblaku součástí mezinárodní klasifikace oblaků. Oblaky typu Cumulonimbus jsou podle ní doprovázeny celkem devíti zvláštnostmi. Později si nicméně popíšeme i jiné typy doprovodné oblačnosti, které ačkoliv nejsou součástí této klasifikace, tak ji do určité míry upřesňují a jsou obecně respektovány.
4.2.1. Praecipitatio
Tato zvláštnost se jeví jako spojení základny nebo i vyšších částí kumulonimbu se zemským povrchem. Označuje místo s vypadávajícími srážkami a tato zvláštnost je v důsledku rozsáhlejších nebo intenzívnějších srážek často neprůsvitná.
Cumulonimbus praecipitatio.
4.2.2. Virga
Virga je zvláštností, která se od té předchozí (praecipitatio) liší pouze tím, že srážky vypadávající z kumulonimbu nedopadají až na zemský povrch. Příčinou je vypařování padajících srážek během propadu suchými vrstvami vzduchu. Nemusí se ani zdaleka vyskytovat pouze v nejspodnějších vrstvách bouřkového oblaku.
Cumulonimbus virga.
Virga se vyskytuje i u jiných oblaků, ale zpravidla má vláknitý vzhled a její tvar se přizpůsobuje silám proudění ve vrstvách kterými srážky propadávají. Během odpařování srážek dochází k ochlazování vzduchu a to téměř vždy v případě jejího výskytu pod kumulonimbem znamená zesílení větru při zemi. Často je virga průvodním jevem suchých průtrží vzduchu (dry microbursts). Bývá běžným příznakem rozpadu oblačnosti nebo přibližujícího se pásma srážek. Není nijak zvlášť ojedinělé když se v určité vzdálenosti od virgy začíná vytvářet i roztrhaná oblačnost.
Zvláštnost si lze velmi snadno splést s podobně vypadajícím jevem, který se také váže na bouřkové oblaky. Nedochází při něm ale k propadávání a následnému odpařování srážky, ale k turbulentnímu promíchávání oblačných částic bouřkové základny (fractonimbus).
4.2.3. Pannus
Nízké tmavé roztrhané oblaky (scud clouds) typu stratus fractus a cumulus fractus v nízké výšce nad zemí pod základnou kumulonimbu a s tímto mateřským oblakem související jsou označovány za zvláštnost pannus. Nalézají se v nízké výšce nad zemí a od bouřkového oblaku jsou většinou odděleny. Mají tendenci přetvářet se do vrstev, které pak mohou pozorovateli na zemi zcela zastínit vlastní bouřkový oblak.
Cumulonimbus pannus.
Kromě ojedinělých případů z nich nevypadávají srážky, přesto jimi ale srážky nezřídka propadávají. Vznikají sice často právě v důsledku vypadávání srážek a turbulentního promíchávání vzduchu během bouřky, ale k jejich vývoji obecně může vést více procesů. Zpravidla se doprovodné oblaky pohybují velmi rychle a podle jejich pohybu si lze často udělat přehled o struktuře bouřky, zejména o pozicích sestupných proudění.
Oba typy oblačnosti podílející se na této zvláštnosti kumulonimbu lze jen obtížně odlišit. Oblaky typu stratus fractus se jeví o málo tmavší a jsou více ploché než jejich dvojníci druhu cumulus fractus. Příčinou je odlišný mechanismus jejich vzniku. Zatímco pro vývoj roztrhaného stratu je obvyklým procesem vývoje turbulentní promíchávání vlhkého vzduchu ovlivněného srážkami, na vzniku oblaku cumulus fractus se podílejí konvekční pohyby. Díky nim mají kumuly především patrný vertikální rozsah.
Roztrhaná oblačnost má velký význam při pozorování, protože na základě jejich tahu je možné zhodnotit střih větru a případně identifikovat přibližnou pozici hlavního výstupného proudu, nebo okrajů sestupných proudění (outflow).
4.2.4. Incus
V bouřkovém oblaku s dostatečně silnými a déle trvajícími výstupnými proudy se tvar capillatus může přetvářet až do podoby rozměrné kovadliny. Nejsvrchnější část kovadliny je zpravidla plochá vlivem působení stabilní vrstvy vzduchu nad ní.
Cumulonimbus capillatus incus.
Tato zvláštnost značí, že se v oblaku odehrávají významné srážkotvorné procesy a v horních částech kumulonimbu velmi pravděpodobně vznikají i kroupy. Lze předpokládat silnější bouřkové projevy, zejména pak silné srážky a významnější bleskovou aktivitu.
4.2.5. Mamma
Velmi fotogenickou zvláštností bouřkového oblaku jsou dolů směřující výběžky svázané s kovadlinou kumulonimbu. A byly to právě jejich tvary připomínající ženská prsa, které daly této zvláštnosti i svůj název (mamma nebo mammatus - česky mající prsa).
K výskytu této zvláštnosti dochází často během rozpadu horních částí oblačnosti. Může vytrvat několik desítek minut, ale v ojedinělých případech i výrazně déle. Zejména u rozsáhlých bouřek bývá jediným příznakem jejich činnosti i v místech, kde nejsou jinak její projevy vůbec znatelné. Při rychlém výškovém proudění, kdy se kovadliny ojediněle protahují i stovky kilometrů před střed bouře, se mohou stát i dominujícím prvkem vysoké a střední oblačnosti, bohužel většinou i znakem rozpadu bouřkové činnosti v dané oblasti.
Ačkoliv pro vysvětlení příčin vzniku této nezvyklé podívané existují různé teorie, nejvíce uznávaným podnětem k vývoji zvláštnosti se jeví proces odpařování a sublimace části kovadliny kumulonimbu, který iniciuje vývoj sestupných proudů směřujících do stabilních ale dostatečně vlhkých vrstev v blízkosti spodní části bouřkové kovadliny.
4.2.6. Pileus
Nad vrcholy jednotlivých výstupných proudů kupovité oblačnosti se poměrně zřídka a jen na krátkou dobu objevují doprovodné oblaky ve tvaru mlhavých kloboučků nebo nerozsáhlých slabých vrstev. Zpravidla během pokračujícího vertikálního vývoje mateřského oblaku dochází k jejich částečnému nebo úplnému pohlcení. Proto bývá tato zvláštnost pozorována jen velmi krátkou dobu, často jen desítky vteřin.
Cumulonimbus pileus.
K formování tohoto oblaku dochází během náhlého nadzvednutí stabilní vrstvy vzduchu nad mateřským oblakem, při kterém dochází k prudké desublimaci (depozici) vodní páry za rychlého vzniku oblasti s výskytem vysoké koncentrace velmi malých ledových částeček, ještě o řád menších než u zmrzlých mlh. Plocha vrchní části výstupného proudění rozhoduje o velikosti nadzdvihované vrstvy a pozitivní vliv na její vývoj má i proces následného obohacování vrstvy vodním obsahem kumulonimbu. Při silnějších vertikálních rychlostech je možné zaznamenat i výskyt více cirrovitých vrstev nad sebou.
4.2.7. Velum
Velum představuje v mnoha ohledech podivnou a poměrně řídce se vyskytující zvláštnost. Její název, který by se dal nejspíše volně přeložit jako závoj nebo blána, bohužel příliš neodpovídá vzhledu oblačnosti. Více znepokojující je ale skutečnost, že se za velum běžně označují téměř jakékoliv vrstevnaté doprovodné oblaky bez přihlédnutí k příčinám jejich vzniku. Fakticky to ukazuje jak jsou mechanismy vývoje slohovité oblačnosti v oblastech s (hlubokou) konvekcí nedostatečně objasněny. Ani po více jak dvanácti letech od napsání této práce se zřejmě v tomto ohledu nic podstatného nezměnilo.
Zvláštnost doprovází dle definice výhradně kumulonimby a kumuly. Přesto lze podle mého názoru velum pozorovat přinejmenším i v blízkosti stratokumulů.
Velum se nalézá zřejmě o něco častěji ve středních částech kumulonimbu, kde se ve vzácných případech vyskytuje i ve více vrstvách nad sebou. Prudký vertikální vývoj kupovité oblačnosti zřejmě obohacováním existujících stabilních vrstev vodními parami významně podporuje výskyt zvláštnosti. Na vzniku se ale pravděpodobně mohou významně podílet nadále nepříliš objasněné (kompenzující) pohyby vzduchu v okolí bočních stěn kupovité oblačnosti, nebo konvekcí podmíněné turbulentní promíchávání vzduchu pod stabilními vrstvami.
Pozorování ve vyšších částech kumulonimbu není ale výjimečné. Nicméně zde vzniká velum obvykle způsobem nepříliš odlišným od předchozí zvláštnosti pileus, nejspíše jen s výrazným přispěním střihu větru. V jiném případě vznikají vrstvy vela i pod vlivem synopticky podmíněné teplé advekce, kde vlastní konvekce hraje zpravidla jen přechodnou a postupně se umenšující roli.
Cumulonimbus capillatus velum.
Zejména ve středních výškách má velum vždy podobu jen slabých vrstev. Ty mohou sice i zcela obklopovat bouřkový oblak, ale nepoměrně častěji je tato doprovodná oblačnost pozorována jen v podobě místně se vyskytujících slabých a horizontálně nerozsáhlých vrstev i poněkud vzdálených od hlavní kupovité věže. Výskyt vela se v každém případě omezuje jen na vertikálně slabé, dostatečně vlhké a především stabilní vrstvy vzduchu.
Přál bych si, abych v některém z následujících desetiletí v důsledku pokroku v pochopení všech procesů vedoucích k vývoji vrstevnaté oblačnosti v prostředích s konvektivní činností mohl velum ze seznamu zvláštností definitivně vyřadit.
4.2.8. Arcus
Před přibližujícím se čelem významnějších bouřek lze nezřídka v malé výšce nad zemí pozorovat zvláštní doprovodnou oblačnost, která se pro svůj specifický a kontrastní vzhled zvyšující dramatický efekt z pozorování bouřkové činnosti stává terčem zájmu nejen laické veřejnosti, ale i vítaným cílem fotografických objektivů.
Zvláštnost arcus je vizuálním projevem střetávání dvou zcela odlišných vzduchových hmot, té před bouří a druhé masy vzduchu ovlivněné sestupným prouděním za jejím čelem. Během této kolize hmot dochází jak v horizontálním tak vertikálním směru k náhlým a významným změnám meteorologických charakteristik. Za zřejmě nejvýznamnější důsledek střetu těchto dvou hmot lze považovat přenos hybnosti (zjednodušeně rychlosti proudění). Při zemi se to projevuje nejen významným zesílením rychlosti větru, ale i prudkými změnami jeho směru. Změna počasí je doprovázena běžně i silným poklesem aktuální teploty, zvýšením atmosférického tlaku a vlhkosti, obyčejně následované přechodem pásma srážek. Do značné míry tyto změny tedy připomínají chování na atmosférické frontě.
Ačkoliv zde mluvíme jen o jedné zvláštnosti, ve skutečnosti se pod jejím názvem arcus skrývají hned dva různé typy doprovodné oblačnosti. Nejspíš proto se u této zvláštnosti vlastní pojem arcus téměř nepoužívá. Oba níže zmíněné oblačné útvary vznikají vždy následkem již výše popsaného procesu. Budeme se jimi blíže zabývat nejen z důvodu zjevné oblíbenosti, ale také kvůli jemným detailům, které pomohou vyloučit četná nedorozumění při jejich identifikaci.
4.2.8.1. Shelf cloud (návějový oblak)
Zejména na čelní straně gust frontu (frontě nárazovitého větru) se u výrazných bouřek nezřídka vyvíjí doprovodná oblačnost, kterou pro zjevnou podobnost se sněhovou návějí zde označuji jako návějový oblak (shelf cloud).
Za gust frontem se zpravidla vyskytují srážky. A je to zvláště srážkami ochlazovaný vzduch, který před sebou tlačí masy zpravidla teplejšího vzduchu a je tak příčinou vzniku návějového oblaku, především na přední straně bouřky.
Na rozhraní základny kumulonimbu beze srážek a oblastí se srážkami se běžně vytvářejí nestabilní oblačné formace. A to i u jinak slabých bouřek. Skládají se často z nízkých roztrhaných oblaků, ale mohou mít i podobu zvlněných oblačných nebo turbulencí zbrázděných vrstev, případně jen slabého olemování srážkové oblasti v úrovni základny. Vznikající návějový oblak se vytváří před těmito charakteristickými rysy oblačnosti.
O tvaru a celistvosti návějového oblaku rozhoduje mnoho faktorů. Proto jeho vzhled je vždy svým způsobem unikátní. Kompaktní shelf cloud se vytváří podél rozhraní, které ovlivňuje ze zadní strany homogenní vzduchová masa ochlazená a zvlhčená padajícími srážkami. K jeho masivnímu vzhledu někdy přispěje i dostatečně vlhký vzduch před vlastním čelem bouřky, o jehož přípravu se mnohdy postará předcházející vypadávání srážky z předsunuté kovadliny kumulonimbu.
© Michael Bath
Neměnnost vzhledu této zvláštnosti je závislá především na střihu větru v nízkých výškách, proměnlivosti pádové rychlosti sestupného proudu v bouřce, případné její rotaci, a v neposlední řadě i stabilitě zvrstvení vzduchu před jejím čelem. Velmi podstatnou roli pro její vývoj ale hraje i charakter terénu, přes který bouře přechází. Zdaleka nikoliv pouze jeho reliéf.
V obvyklých případech nebývá návějový oblak příliš kompaktní a podél celé fronty nárazovitého větru ani zdaleka souvislý. Příčinu lze hledat jak v nestabilních podmínkách tak prostorových nehomogenitách. Vertikální rozsah oblačného útvaru se pohybuje zpravidla v řádu stovek metrů. Ani výška základny zvláštnosti nebývá na všech místech zcela stejná. Téměř vždy ale leží o hodně níže než základna kumulonimbu. Ve vzácných případech se některé jeho části téměř dotýkají zemského povrchu.
A protože při střetávání vzduchových hmot na gust frontu dochází k různým deformacím pole větru, je možné se setkat v některé části návějového oblaku i s velmi krátkodobým překlápěním běžně přítomné rotace proudění kolem horizontální osy do více vertikálního směru. Vzniklý vír pak může ve formě jakýchsi výběžků ze základny nebo případně v podobě méně soudržného sloupce i na úrovni zemského povrchu připomínat běžné tornádo, ale na rozdíl od něj nepřináší v naprosté většině případů žádné významnější škody (gustnado). Důvodem je především skutečnost, že rychlosti větru v něm řádově nepřekračují rychlosti nárazovitého větru na gust frontu.
Nicméně v některých komplexnějších bouřkových systémech se mohou na jejich přední straně v blízkosti shelf cloudu vyskytnout i silnější nesupercelární tornáda.
Gustnado.
Nenechte se mýlit ani případnou zdánlivou neměnností tvaru návějového oblaku. Ve skutečnosti je proudění v jeho blízkosti velmi dynamické. Jinak by totiž oblak nebyl vůbec stabilní a rychle by se rozpadl. Na jeho přední straně dochází k trvalému a významnému výkluznému pohybu.
© Andrew Godsman a Michael Bath
Na dvou výše uvedených fotografiích jsou klasické případy návějových oblaků. Na prvním z nich je naprosto běžně se vyskytující shelf cloud na čele silnější bouřky. Druhý příklad pak ukazuje jeho kompaktnější verzi, typickou zejména pro silné bouřkové fronty (squall line).
Stručně se zmíníme o charakteru oblačnosti nad úrovní shelf cloudu. Ta totiž také bývá nezřídka velmi spektakulární a leccos nám může napovědět o typu, režimu propagace a intenzitě daného bouřkového systému. Vzhled této části kumulonimbu (nebo doprovodné oblačnosti) je do značné míry určen stabilitou zvrstvení nad bouřkovou základnou. Panují-li v těchto výškách dostatečně instabilní podmínky, lze se setkat na čele bouřky s kupovitou oblačností, nejčastěji tvaru castellanus nebo fractus. Tento tvar se svými charakteristickými věžičkami v horní části je známkou tendence k vývoji nových konvekčních buněk na přední části systému. V případě naopak stabilního zvrstvení se zde za předpokladu výskytu silných výkluzných pohybů na gust frontu formují charakteristické rýhované nebo zvlněné pásy oblačnosti. Ty mohou prozrazovat existenci blokujících teplotních inverzí, ale i významného vertikálního střihu větru nebo mezocyklóny. Za takového stavu se může při dostatečné vlhkosti vytvářet před vlastním gust frontem významná vrstevnatá oblačnost zakrývající i značnou část předsunuté kovadliny bouřkového oblaku, případně do ní vrůstající. Nicméně oblačné vrstvy se mohou tvořit i v důsledku jiných mechanismů, které zde pro stručnost ale nebudeme rozebírat. Navíc by to i poněkud narušilo zde výrazně zjednodušené pojetí gust frontu jako nezpochybnitelné styčné plochy mezi vzduchovými hmotami různých vlastností. Ve skutečnosti je takové pojetí při opravdu významných konvektivních událostech jen pouhou iluzí.
Shelf cloud se zvlněnou vrstvou nad ním.
4.2.8.2. Roll cloud (rotorový oblak)
Rotorové oblaky (zkráceně rotory) nejsou výhradně doménou bouřkové činnosti. Vytvářejí se poměrně běžně, vždy jen ve stabilní vzduchové vrstvě. Jejich obvyklým místem výskytu jsou závětří kopců a horských masivů a příčinou jejich vzniku pak rozvoj vlnových pohybů v atmosféře.
V mezní vrstvě jsou v blízkosti bouřkového oblaku obvyklou příčinou vzniku vlnění silná sestupná proudění. A je to právě jen a pouze sestupné proudění v roli iniciátora vzniku zvláštnosti, které je pomyslným a jediným pojítkem s návějovým oblakem (shelf cloud). Podmínka stabilního zvrstvení vzduchu je mimo oblasti se sestupným prouděním v bouřce zpravidla vždy splněna alespoň ve slabé vrstvě vzduchu. Pro vývoj jednotlivé vlny zodpovědné za vznik roll cloudu je zřejmě nutný ale větší vertikální rozsah takové vrstvy a její vysoká poměrná vlhkost. Zřejmě proto je i v bouřkách se silnými propady studeného vzduchu roll cloud poměrně zřídkavým jevem. Nejsou nicméně příliš detailně známy okolnosti jeho vývoje, proto i následující popis nepovažujte ze jediné a zcela zaručené vysvětlení všech podobných úkazů.
Ke vzniku stabilní vlny zodpovědné za zformování této doprovodné oblačnosti (interního solitonu) je potřebná alespoň krátkodobá oscilace ve vertikální rychlosti vzduchu. Jsou tak naplněny podmínky pro vznik tzv. hydraulického skoku. Výsledná vlna je charakteristická svou velkou amplitudou a pohybuje se určitým směrem, který díky vlastnostem vlny zůstává nezměněn. Rychlost šíření vlny se obyčejně pohybuje v desítkách kilometrů za hodinu. Při nezměněných stabilitních a střihových podmínkách může přetrvávat i poměrně dlouhou dobu. Nicméně to nebývá v tak dynamickém prostředí jakým je právě okolí bouřek příliš obvyklé. V horní části vlny dochází ke kondenzaci zodpovědné za vlastní zformování doprovodného oblaku.
Po tomto úvodu bude jistě již snadnější dovodit vzhled, chování i vlastnosti této zvláštnosti, a tak jej snadněji odlišit od předchozího návějového oblaku (také arcus). Přesto takový úkol ale nebývá v terénu v daném okamžiku a z určitého pozorovacího místa bez posouzení časového vývoje vůbec jednoduchý.
Roll cloud.
Rotorový oblak má obvyklý tvar protažené trubice často jen zdánlivě rotující kolem své horizontální osy. Je dlouhý zpravidla alespoň několik kilometrů. Na přední straně dochází k vystupování vzduchu a jeho následné kondenzaci, na zadní naopak k sestupu a odpařování. Pozorovatel na zemi si před jeho přechodem všimne náhlého setmění následovaném většinou i velmi náhlou změnou síly větru. Obyčejně i z naprostého bezvětří v průběhu několika málo sekund dosáhne vítr rychlostí i přes 20 m/s. Po přechodu oblaku se opět vše vrátí do předchozího stavu. Jak jsme již naznačili, roll cloud se pohybuje do značné míry nezávisle na vlastním pohybu bouře. Kvůli této vlastnosti se pak často ocitá i v místech, kde bychom jej běžně neočekávali. A je to právě odvislost oblaku od vlastního kumulonimbu, která se uvádí jako hlavní znak odlišující jej od shelf cloudu (návějového oblaku).
Na závěr znovu připomenu, že není režim vzniku této oblačnosti dostatečně objasněn. Podle mého názoru jsem zde dostatečně popsal pouze jeden režim vývoje rotorového oblaku. Ovšem jistě z pohledu pozorovatele ten nejzajímavější. Pro úplnost se ale ještě stručně zmíním o jiném.
Při pozorování si lze občas všimnout rotujících oblaků, jejichž životnost je značně odlišná od toho co bylo popsáno, a která je silně závislá na trvalém působení sestupného proudění. Tyto zjevně velmi nestabilní a krátkodobé víry s horizontální osou otáčení se nevytvářejí v důsledku vlnění v atmosféře, ale pouze vlivem existence dočasného zdroje horizontální vorticity. Nevyžadují pro přetrvání své nikoliv jen domnělé cirkulace ani zdaleka tolik stabilní vrstvu. A z pochopitelných důvodů se ani nevzdalují relativně od místa svého vzniku. To bude ostatně asi jedním z důvodů, proč se rotory tohoto typu i nadále zařazují pod stejnou zvláštnost kumulonimbu (arcus) jako návějový oblak (shelf cloud). Dokonce se i předpokládá možnost jeho přeměny v shelf cloud. Dále uvedená fotografie s popisky bude klasickým příkladem takového rotorového oblaku.
Roll cloud s náznakem rotace podle horizontální osy.
4.2.8.3. Tuba (nálevkový oblak)
Během vývoje této zvláštnosti by měl být pozorovatel v její blízkosti obzvlášť obezřetný, protože může předznamenat výskyt ničivého tornádového víru (velké tromby).
Nálevkový oblak je viditelný ve formě sníženiny základny nebo spodního okraje oblačnosti středních výšek a může se za příznivých podmínek postupně spouštět směrem k zemskému povrchu. Tvarem zpravidla připomíná nálevku nebo trychtýř, který se směrem k zemi nepatrně zužuje, ale nikdy se jí zcela nedotkne. Velmi často je u něj patrná rotace.
Cumulonimbus tuba.
Doprovodný oblak nemusí být vázán jen na oblačnost typu Cumulonimbus. Vyskytnout se může i ve společnosti běžné kupovité oblačnosti. Na jeho zviditelnění se podílí dostatečně vlhký vzduch v okolním prostředí, v případě nízko položené tuby například i srážkami ochlazený vzduch pod základnou kumulonimbu. Protože se tuba nikdy nevytvoří bez přítomnosti kupovitého oblaku v jinak suchém prostředí a nerozvíjí se směrem od země, není pravděpodobná její záměna za nepoměrně častěji se vyskytující malou trombu.
4.3. Ostatní oblačnost
V předchozích odstavcích jsme již zmínili i takové doprovodné oblaky, které nejsou dodnes součástí mezinárodní klasifikace oblaků. V podobném tónu budeme pokračovat a ačkoliv nejsou některé z předchozích i následujících termínů obecně přijímány odbornou veřejností, mezi lovci bouřek (stormchasery) se dá již téměř hovořit o ustálené a respektované terminologii.
V závěru kapitoly ještě pro úplnost zmíníme některé typy oblačnosti, které sice bouřkovou činnost běžně doprovázejí, ale nemusí být nutně její součástí.
4.3.1. Wall cloud (stěnový oblak)
Jakýmsi svatým grálem mnoha pozorovatelů silných bouří bývá stěnový oblak. Nikoliv pouze kvůli jeho poměrně vzácnému výskytu. Tento doprovodný oblak je oblíbeným cílem lovců bouřek i díky své zvláštní a snadno pozorovatelné dynamice vývoje, velké proměnlivosti vzhledu a v neposlední řadě při jeho rotaci i kvůli příslibu možného budoucího vývoje tornáda v jeho bezprostřední blízkosti. K vývoji wall cloudu dochází nejčastěji v supercelárních bouřích.
Stěnový oblak (wall cloud) se vždy vyvíjí pod základnou kumulonimbu beze srážek, v oblasti s významným výstupným proudem. Jedná se běžně o poměrně stabilní oblačnou formaci kupovitého vzhledu. Buď nabývá eliptického tvaru typického svou značnou výstředností nebo podoby různě mohutné a kompaktní oblačné hradby ve tvaru klínu svažujícího se směrem k nejbližšímu srážkovému poli. Oblak může ale nemusí být vždy vizuálně propojen se základnou bouřkového oblaku. Lze u něj za příznivých podmínek i pouhým okem zaznamenat rotaci kolem vertikální osy. Šířka útvaru dosahuje stovek metrů až několika málo kilometrů.
Následujícím popisem mechanismu vzniku lze dobře vysvětlit nejen jeho vzhled, ale i jeho značnou proměnlivost v čase. A tím pomoci pozorovateli odlišit jej od jiných doprovodných oblaků. Velmi často se totiž za stěnový oblak zaměňuje roztrhaná oblačnost (pannus, cumulus fractus, stratus fractus) nebo obyčejně v docela jiných místech se vyskytující návějový oblak (shelf cloud).
K vytvoření stěnového oblaku je třeba splnění dvou hlavních předpokladů. V základně bouřkového oblaku musí existovat do značné míry dobře ohraničená oblast s významným vzestupným prouděním. To bývá splněno zejména u silných bouří, u kterých se díky dobře strukturovaným oblastem umístění oblaku zpravidla shoduje s nejsilnějším vtokem teplého a vlhkého vzduchu do bouře. U supercelárních bouří je takovým místem mezocyklóna, která projevuje-li se dostatečně i v nižších hladinách atmosféry, bývá již předtím nezřídka naznačena alespoň mírným lokálním snížením základny kumulonimbu. Druhou nutnou podmínkou je blízký zdroj chladnějšího vlhkého vzduchu. Takovou roli sehrává téměř vždy srážkami zvlhčený vzduch z přední části bouřky, případně zadní výtokové oblasti (rear-flank downdraft). Nicméně ke kondenzaci oblaku v nižších výškách přispívá nakonec i nezanedbatelné působení sníženého tlaku vzduchu ve výstupové oblasti. Relativní význam tlakového deficitu zde zřejmě roste se zvyšující se rotací bouřkového systému.
Jedná se především o silné liniové multicelární bouře a supercely, ve kterých jsou kvůli silnému střihu větru a případné mezocyklóně velmi dobře odděleny oblasti se vzestupným proudem a sestupným prouděním. Příznivé okolnosti jsou schopny v centrálních částech bouře udržet i na delší dobu dostatečně stabilní prostředí pro vývoj wall cloudu.
Zadní výtok vzduchu u supercely přispívá k zesílení případné rotace stěnového oblaku. Často lze na severozápadní straně rotujícího vzestupného proudu se stěnovým oblakem tento zadní sestupný proud pozorovat jako místní zeslabení oblačnosti běžně doprovázené vypadáváním velkých krup. A zejména tehdy vynikne i podstatné zesvětlení dotyčné části základny (clear slot).
Stěnový oblak vzniká během procesu vtahování (entrainment) vlhkého a chladného vzduchu ze srážkové oblasti do zpravidla silného konvekčního proudu. Právě z toho důvodu získává často wall cloud svůj typický vzhled vertikálně se rychle vyvíjející kupovité oblačnosti. Ta se obyčejně na jedné straně mírně svažuje k oblasti se srážkami. Vtahování okolního vzduchu do oblasti se stěnovým oblakem může být v některých případech opravdu značné. K otáčení oblaku dochází v naprosté většině případů jen za současného působení mezocyklóny.
Dříve zmíněný návějový oblak (shelf cloud) se od stěnového oblaku odlišuje nikoliv pouze zpravidla odlišnou pozicí vůči bouřce a rozdílnou délkou, ale především i docela odlišným způsobem vývoje. Shelf cloud vzniká jako následek intenzívního vytlačování teplého vzduchu před gust frontem, který před sebou hrne rychle se pohybující studený vzduch ze srážkového pole. Při vzniku wall cloudu naopak dochází k aktivnímu vtahování srážkami prochlazeného vzduchu hlavním vzestupným proudem.
Přes zjevně odlišný způsob vývoje obou oblaků nemusí být jejich odlišení v mnoha případech vůbec snadné. Důvodem je především skutečnost, že jednotlivá srážková pole a sestupné proudy mohou během rozvoje bouře převzít iniciativu a charakter vývoje této oblačnosti podstatně měnit. Stěnový oblak se v jejich důsledku může jevit poněkud méně uspořádaný, nebo se pod základnou současně objevuje i více jeho “generací”. V závislosti na intenzitě těchto procesů, typu sestupného proudění a jeho vzdálenosti od jádra konvekční cely to může předznamenat i zánik wall cloudu, nebo i jeho přetvoření v shelf cloud. Stěnový oblak ale v důsledku trvalého působení mezocyklóny často regeneruje, nebo se kvůli odklonění vzestupného proudu přesouvá o něco rychleji než by odpovídalo běžné propagaci bouře. Bez ohledu na existenci stěnového oblaku přispívají zmíněné procesy k vytváření tornádických vírů.
U supercel je třeba ještě poznamenat, že je vhodné rozlišovat wall cloud a spodní část rotujícího vzestupného proudu. Rotující vzestupný proud v závislosti na vlhkostních a tlakových podmínkách často zaujímá celou plochu základny kumulonimbu, ale někdy tvoří v jejím rámci jen jakousi lokální sníženinu. Stěnový oblak se vytváří vždy až pod ním. Často ovšem do rotujícího vzestupného proudu při pokračujícím vývoji vrůstá a nemusí tak být snadné jej zřetelně odlišit.
Přestože obecně převažují stěnové oblaky vázané na supercelární mezocyklóny, pro úplnost ještě zmíním, že u multicelárních bouří, které bývají nejčastěji součástí kvazilineárních konvektivních systémů, se stěnové oblaky nebo jim velmi podobné oblačné útvary vyvíjejí nezřídka i v předních nebo okrajových částech. U běžných shlukových multicel je jejich výskyt i při interakci dvou sousedících bouřkových buněk poměrně málo pravděpodobný.
4.3.2. Tail cloud (přívěskový oblak)
Tento doprovodný oblak bezprostředně souvisí s procesy utvářejícími stěnový oblak. Je za něj obyčejně označována jeho okrajová část ležící velmi nízko nad zemí, která se tvoří vždy na straně odkud je do vzestupného proudu vtahován chladný a vlhký vzduch z nedaleké srážkové oblasti. Jen zřídkakdy mívá kompaktní vzhled. Ve většině případů zaujímá podobu souvislé řady roztrhané oblačnosti, jejíž vertikální rozsah se zvětšuje s rostoucí vzdáleností od pole srážek a s přibližováním se k vzestupnému proudění vytvářející stěnový oblak. Za zvláštních vlhkostních podmínek nemusí být ani vlastní stěnový oblak přítomen.
Na následujícím obrázku je znázorněna jeho kompaktní forma na pravé straně od stěnového oblaku.
U tohoto přívěsku stěnového oblaku lze zpravidla pouhým okem velmi dobře pozorovat dynamiku vtahování (entrainment) srážkami ochlazeného vzduchu do hlavního vtoku bouře. Při něm bývá jasně patrná významná horizontální složka proudění. Je třeba si uvědomit, že k procesu vtahování dochází především v důsledku působení vzestupného proudění ve středu bouře. V jiných směrech od něj už zpravidla nedochází k vytváření podobné oblačnosti kvůli nedostatečné vlhkosti vtahovaného vzduchu. K charakteristickému protažení oblaku zřejmě přispívají i tlakové rozdíly v oblasti.
Případná rotace stěnového oblaku od určitého okamžiku již ustálené podobě přívěskového oblaku nijak neprospívá a dokonce při zvyšující se rychlostí rotace dochází k jeho rychlému zániku. Zpravidla poté následuje vytváření oblačnosti charakteristické pro systémy s nízko položenou rotací.
Přestože může přívěskový oblak kvůli své značné dynamice vzbudit u leckterého pozorovatele dojem, že se snad jedná o tornádo, oblak nemá v naprosté většině případů s tornádickým vírem nic společného. Ten se totiž velmi často vytváří na téměř opačné straně stěnového oblaku, případně i s opačným sklonem osy rotace.
4.3.3. Beaver tail (bobří ocas)
U klasických supercel se zpravidla již v prvních stadiích vývoje dá identifikovat nepříliš ostré rozhraní oddělující teplý a vlhký vzduch v bezoblačném sektoru bouře od chladnějšího vzduchu pod základnou kumulonimbu a jeho nákovou. V dalším průběhu formování struktury bouře se na její východní straně následkem vypadávání srážek v přední části a nižších hladinách atmosféry stabilizuje část tohoto rozhraní (FFGF). Získává postupně charakter stacionární teplé fronty, která se tak v literatuře zpravidla označuje termínem pseudo-teplá fronta (pseudo-warm front).
Na tomto stabilně zvrstveném rozhraní se v důsledku srážkové činnosti, částečně i blízkosti vzestupného proudění, a zpravidla i významné rotaci mezocyklóny vytvářejí zvlášť úzké formace vrstevnaté oblačnosti, které mají tendenci být vytlačovány nad chladný vzduch a případně vtahovány směrem ke středu bouře. Jejich délka zpravidla přesahuje alespoň jeden kilometr, ale v nepříliš ojedinělých případech se mohou podél FFGF táhnout i do mnohakilometrových vzdáleností. Podobně jako u přívěskového oblaku se s přibližováním se ke středu bouře obvykle jejich vertikální rozsah poněkud zvětšuje. Oblačnost svým tvarem připomíná bobří ocas, proto si získala svůj neformální název. Horizontální složka proudění v této oblačnosti je stejně jako u předchozího oblaku odvislá od rychlosti rotace mezocyklóny. Zde naopak ale významnější rotace systému oblačný útvar stabilizuje. Jeho stálost a dynamika horizontálního proudění manifestuje vývoj rotujícího wall cloudu a předznamenává formování tornádového víru.
Poměrně často se lze setkat s tvrzeními, které ztotožňují přívěskový oblak (tail cloud) s oblakem zde volně přeloženým jako bobří ocas (beaver tail). A dokonce i tehdy pokud se oblaky řádně rozlišují, tak přesto často dochází k jejich vzájemným záměnám. Přitom je mechanismus jejich vzniku dost odlišný a až na určitou podobnost ve tvaru a souvislosti s centrální částí bouře se vlastně tvoří i v jiných místech bouřkového systému. Přestože v našich zeměpisných šířkách se s tímto oblakem zřejmě jen tak nesetkáte, tak přesto aby nedošlo k pozdějším nesprávným identifikacím, shrnu zde několik odlišností, které sice nejspíše vyplynuly z předchozího popisu, ale nemusí být na první pohled natolik zřejmé. Z nich pak nakonec vyplyne i celkem zajímavá skutečnost. Oba oblaky se za vhodných podmínek mohou v rámci jedné buňky objevit dokonce i současně, přestože z pochopitelných důvodů taková situace není nijak zvlášť stabilní. Jasným důkazem takového výskytu budiž následující fotografie.
Poměrně zřídka pozorovaný současný výskyt přívěskového oblaku (tail cloud) ve středu fotografie pod základnou, a bobřího ocasu (beaver tail) v její pravé části.
Zanedlouho poté došlo u této HP supercely k vývoji silného RFD a výraznému zesílení rotace vznikajícího stěnového oblaku (wall cloud). Později při západu slunce i ke zformování nepříliš silného tornáda. Bouře přinesla do zasažené oblasti především přívalové srážky a lokální povodně.
© Mike Hollingshead, extremeinstability.com
Přívěskový oblak je předně téměř o řád menším útvarem. Podobně jako ve většině případů i beaver tail míří směrem do centra vzestupného proudu, ale z docela jiného směru. Zatímco tail cloud se protahuje od středu oblasti se srážkami, beaver tail je naopak v důsledku výkluzného pohybu na pseudofrontě rovnoběžný s okrajem této oblasti. Proto bývají oba útvary navzájem téměř kolmé. Při výkluzných pohybech teplého vzduchu na pseudo-teplé frontě dochází na rozdíl od vynucené konvekce chladného vzduchu k pozdější kondenzaci, proto je také přívěskový oblak položen o poznání níže a má více konvektivní vzhled. Zatímco je u něj ale horizontální složka proudění podmínkou nutnou pro jeho zviditelnění a to je z podstatné části důsledkem působení vztlakových sil v centrální části bouře, u svého výše položeného dvojníka naopak platí, že teprve až se sílící mezocyklónou se u něj významněji prosazují horizontální pohyby. Jsou-li tyto pohyby nevýznamné, mívá nezřídka oblačnost bobřího ocasu charakter nikoliv nepodobný návějovému oblaku (shelf cloud). Teď již bude asi více pochopitelné, proč se oba druhy oblačnosti mohou vyskytnout i současně ale zároveň proč k tomu dochází poměrně zřídka. Bobří ocas je na rozdíl od přívěskového oblaku typickým doprovodným znakem rotujících supercelárních bouří. Nikdy se ale při jejich současném výskytu nesmí rotace mezocyklóny významně projevovat v přízemních hladinách atmosféry (low-level mesocyclone).
4.3.4. Collar cloud (límečkový oblak)
Límečkový oblak tvoří podobně jako přívěskový oblak součást stěnového oblaku (wall cloud). Nemůže se však vyskytnout samostatně. Tento oblak lze zejména v našich podmínkách pozorovat poměrně vzácně, protože se vyskytuje zpravidla jen u silně rotujících bouřkových buněk (supercel), u kterých je pravděpodobný brzký výskyt ničivého tornáda.
Tvoří ho jakýsi oblačný límec či prstenec obepínající horní část stěnového oblaku. Ten se pak otáčí společně s ním. Nevytváří se tedy u nerotujícího wall cloudu. Často nemá kompaktní vzhled a v důsledku specifické cirkulace a odstředivých sil v úrovni základny a pod ní nemusí ani bezprostředně se stěnovým oblakem souviset, může být od něj poněkud vzdálen.
Vytváří se v důsledku otáčení a intenzívního promíchávání do středu bouře vtahovaných vzduchových mas a oblačné hmoty z různých zdrojů v okolí mezocyklóny. Na vzniku límečkového oblaku se slabě podílejí i vzestupná proudění v okolí stěnového oblaku. Při obzvlášť silné cirkulaci dochází k přerušování límečkového oblaku po jeho obvodu a takové podmínky mohou předznamenávat vývoj občasných, krátkodobých, ale přesto velmi nebezpečných sekundárních savých vírů (multiple-vortex tornado).
4.3.5. Stratocumulus (slohová kupa)
Protože se zde věnujeme téměř výlučně jen bouřkové a doprovodné oblačnosti, tak platí že u většiny z dříve popsané oblačnosti se na vzniku oblačnosti různou měrou přímo či nepřímo podílejí termicky podmíněná vzestupná a sestupná proudění vzduchu (konvekce). Konvekce se rozvíjí následkem nehomogenního ohřívání spodních vrstev atmosféry (krátkovlnným) slunečním zářením. U stratokumulů nehrají takto podmíněné vertikální pohyby nijak podstatnou roli.
Co do vzhledu, značné variability a mnoha mechanismů jeho vývoje patří stratocumulus k celkem pozoruhodným druhům oblačnosti nízkého a středního patra. V globálním měřítku patří jistě k těm nejvíce rozšířeným. Nad kontinenty se vyskytuje častěji v chladnější polovině roku.
Jistě ale příliš nezaujme svým vzhledem. Tvarem připomíná často jen běžnou mělkou kupovitou oblačnost hezkého počasí (cumulus humilis). Bez ohledu na vertikální rozsah u něj nepozorujeme nijak zvlášť ustálenou základnu. Periferní části oblaku nemívají ostré okraje. Takové charakteristiky potvrzují malý význam vertikálních pohybů při vývoji a naznačují často přítomnou turbulenci. Shlukuje-li se více takových oblaků do větších celků, nabývají nezřídka podobu až souvislé vrstvy. Často jsou v těchto vrstvách pozorovány vlnové pohyby. Vrcholky oblačnosti mohou při existenci instabilního zvrstvení vzduchu nad její základnou připomínat i vertikálně vyvinutou kupovitou oblačnost (stratocumulus castellanus).
Ve spojitosti s bouřkovou oblačností se stratokumuly vyskytují zejména při jejím pozvolném rozpadu, například po jejím přechodu.
Nepoměrně zajímavější je však náhlá tvorba turbulentně zvlněné vrstvy stratokumulů bezprostředně před významnými bouřkovými systémy (MCS). Ty naopak mohou věstit opravdu prudkou změnu počasí. Před systémem se běžně v nízkých výškách nachází stabilně zvrstvený vzduch a malá oblačnost. Tyto vrstvy vzduchu se nicméně snadno ocitají ve vlivu významné konvergence charakteristické pro některé MCS. A dochází-li k jejich vynucenému výstupu a turbulentnímu promíchávání, vznikají před systémem i poměrně husté vrstvy oblačnosti.
Nezkušenému pozorovateli se může zdát, že nedochází k ničemu zvlášť zajímavému, protože při výskytu této oblačnosti dochází obyčejně k rozpadu oblačnosti. Takové předsvědčení zpravidla umocní i znatelné ochlazení před příchodem bouřkové fronty, protože nikoliv pouze laici považují ochlazení před bouřkou za známku jejího prudkého zeslabení.
Za takového stavu je však nutné věnovat obzvlášť velkou pozornost výskytu případného protivětru ve výšce, tj. větru směřujícím směrem do bouře, případně vyvýšené konvekci (castellanus) nad vrstvami oblačnosti. Pozvolné zeslabení větru až mrtvolný klid při zemi je také známkou probíhajících změn v proudění. Zkušenému pozorovateli takové chování napoví, že by bylo dobré připravit se na přechod silné bouře doprovázené pravděpodobně silným větrem způsobujícím škody (derecho). Neznalost a ignorování těchto varovných projevů již bohužel zavinila smrt a zranění mnoha lidí při nesčetných kulturních akcích a sešlostech. Ačkoliv jsou totiž stratokumuly v naprosté většině případů jen bezvýznamnou oblačností, před významnými bouřkovými systémy v teplé části roku je třeba jejich náhlému vývoji, zvlnění do vrstev, případné vyvýšené konvekci a náhlé změně tahu oblačnosti věnovat obzvlášť velkou pozornost.
4.3.6. Castellanus
Pozorováním kupovité oblačnosti lze nabýt dojmu, že k vertikálním pohybům nutným pro její vznik dochází při přehřívání zemského povrchu, a že tedy počátek výstupného proudu spočívá vždy v úrovni země. Podobně intuitivně předpokládáme, že konečná část vertikálního sloupce vzduchu se nachází poblíž horní hranice oblačnosti. Ve skutečnosti jsou oba tyto předpoklady splněny jen zřídka. Dokonce i představa ideálního vertikálního sloupce formující nad kondenzační hladinou daný kupovitý oblak je značně zkreslená.
Vyskytuje se zcela běžně oblačnost, u které k případnému vertikálnímu vývoji dochází až nad úrovní kondenzační hladiny, tj. nad její základnou. Nezabývejme se zde příčinami vzniku takové oblačnosti, neboť je nelze ani příliš generalizovat. Zajímají nás především odlišná zvrstvení vzduchu ve spodní a střední výšce této oblačnosti. Vespodu je zvrstvení stabilní, zatímco ve střední části naopak zpravidla podmíněně instabilní, tzn. stabilní vůči suchému ale nestabilní ve vztahu k nasycenému vzduchu.
Takové podmínky formují oblaky do tvaru nazývaného castellanus (česky cimbuřovitý). V důsledku instabilitních podmínek se v horních částech oblačnosti udržuje kupovitý vzhled, nejčastěji v podobě malých věžiček , ale občas i poměrně vertikálně vyvinutých věží srovnatelných se vzhledem mohutných kup (kumulů). Základny jsou často nesouvislé a kvůli odlišným příčinám vzniku jsou obvykle zformovány do podoby nevýrazných pásů nebo menších vrstev.
Altocumulus castellanus.
V mezinárodní klasifikaci se tvar přisuzuje pouze některým druhům oblačnosti. Na obloze je obvyklým reprezentantem tohoto tvaru altocumulus. A právě ten se vyskytuje v dnech, které velmi pravděpodobně budou doprovázeny bouřkou. Tvar castellanus se tak stává dobrým nástrojem pro předpovědi. Jeho výskyt je běžný v ranních a dopoledních hodinách, kdy není zespodu narušována jeho celistvost vertikálním mísením vzduchu. V pozdějším denním čase se vyskytuje až před vlastními bouřkami.
Snadno lze tento tvar při nezohlednění vzhledu spodní části oblačnosti zaměnit za tvar floccus.