Vplyv zatmenia Slnka na priebeh meteorologických prvkov
 

RNDr. Oliver Bochníček, SHMÚ, Bratislava, oliver.bochnicek @shmu.sk
Doc. RNDr. Záviš Bochníček, CSc., Bratislava,

Abstrakt
Príspevok pojednáva o vplyvoch čiastočného zatmenia Slnka ( 99%) dňa 11.8.1999 na chod niektorých meteorologických prvkov meraných a zaznamenávaných automatickou me-teorologickou stanicou MILOS 500, VAISALA. Poveternostná situácia do značnej miery ovplyvnila rozdiely v plošnom porovnaní meraní meteorologických prvkov. Najvýraznejšie zmeny oproti normálnemu chodu za zmenených podmienok boli pozorované u trvania slnečného svitu, globálneho žiarenia, teploty vzduchu v 2 m, prízemnej teploty vzduchu v 5 cm, vlhkosti vzduchu, rýchlosti vetra a teploty pôdy do 5 cm.

1. ÚVOD

     Dňa 11.8.1999 nastalo nad Európou úplné zatmenie Slnka. Pás totality prechádzal strednou Európou kraji-nami južné Nemecko, Rakúsko a Maďarsko Aj napriek tomu, že pás totality neprechádzal cez Slovensko až 99 % zatmenie bolo možné pozorovať z územia juho-západného Slovenska. Tento zriedkavý úkaz, vyskytujú-ci sa v našich zemepisných šírkach 2 až 3 krát za 1000 rokov. Úkaz bol o to významnejší, že sa vyskytol v poludňajších hodinách, čo na miestach nezakrytých oblačnosťou umožňovalo sledovať zmeny, ktoré tento jav so sebou priniesol, veľmi intenzívne. Z územia Slovenska úplné zatmenie Slnka bolo možné pozorovať posledné v r. 1485 a budúce bude v r. 2135. Čiastočných zatmení je omnoho viac: od IX storočia až dodnes ich bolo 10. Predposledným bolo zatmenie 12.X.1996 a posledné bolo takmer úplné 11.VII.1999, ktoré sme pozorovali v maďarskom Szombathely 125 km južne od Bratislavy, kde bolo úplné. Budúce čiastočné zatmenia budú 31.V.2003, 3.X.2005 a najmä zatmenie 29.III.20006, ktoré vo vzdialenosti 1500 km od nás na južnom pobreží Turecka bude zatmením úplným a veľmi podobným zatmeniu z r. 1999. Mesto Antalya leží tak-mer v strede pásu totality a stane sa asi najvy-hladávanejším miestom astronómov amterov aj pro-fesionálov. Stred zatmenia nastane o 10.57 UT pri výške Slnka 67 stupňov., trvanie zatmenia na tomto mieste bude 4 minúty a 7 sekúnd.
     Maximálne trvanie úplného zatmenia môže dosiahnuť takmer 8 minút. Z budúcich zatmení budú také 2: 22.IX.2006 a 26.I.2009. U nás však pozorovateľné nebudú.
     Zatmenia Slnka sú časté: za uplynulých 5000 rokov nastalo celkovo 11 897 slnečných zatmení, z toho 3 197 úplných, čo je 27% z celkového počtu všetkých zatmení. V štatistickom priemere za dobu 3 rokov sú 2 úplné zatmenia Slnka, ale môže ich byť až 5 v jednom roku. Takýto prípad nastal v r. 1805 a v r. 1936. Nasledujúce bude v r. 2207. V intervale 100 rokov je v jednom z nich zatmení 5, v 5 rokoch sú zatmenia 4, v 15 rokoch zatmenia 3 a v 79 rokoch zatmenia 2.
     Nami sledované augustové zatmenie 1999 patrí do série saros 145, v ktorej zatmenie vždy po 18 rokoch a 10 alebo 11 dňoch plus 0.32 dňoch sa opakujú. Podľa toho predchádzajúce zatmenia tejto série boli 31.VII.1981 a budúce 21.VIII.2017. Zlomok 0.32 dňa spôsobuje presun pásu totality každého nasledujúceho zatmenia o 120 stupňov na západ.
     Zatiaľ čo astronómovia sa venujú výhradne Slnku, odohrávajú sa počas zatmenia ďalšie procesy a úkazy, ktorým venujeme pozornosť. Neobyčajnosť javu pôsobí na chovanie sa živých organizmov. Hmyz, mravce, včely ale aj vtáci a tiež domáce zvieratá ako je napríklad hydina, menia náhle režim dňa a chystajú sa k spánku, prípadne prejavujú známky nepokoja. Je to asi vyvolané postupným úbytkom slnečného osvetlenia a poklesom teploty.. Zatmenie, najmä zatmenie úplné posobili a dodnes pôsobia na človeka mohutnýn dojmom. V minulých dobách všetko nečakané, čo sa udialo v prírode, bolo považované za prejav vôle bohov. Jav, kedy Slnko, nenahraditeľný zdroj svetla a tepla, naraz zmizne z oblohy, bol jav nepriaznivý a vyvolával obavu, čo keby Slnko zmizlo natrvalo. Zabrániť tomu znamenalo zmeniť vôlu bohov. Ľudia sa pokúšali modlením a prnášaním obetí, čo ako si vtedy vysvetlovali, bolo nakoniec vždy úspešné: zatmenie prešlo a Slnko ďalej svietilo.
     Mimoriadnosť takéhoto nebeského javu zostala aj v ďalších dobách, kedy podstata javu bola už známa a vysvetlená. Pôsobivo to opísal rakúsky spisovateľ Adalbert Stifter, jeho popis opakuje M. Waldmeier v knihe “Sohne und Erde”, Zurich 1946.
     V našom príspevku sme sa zamerali na priebeh hlav-ných meteorologických prvkov na stanici Slovenského hydrometeoro- logického ústavu v Bratislave, kde zatme-nie bolo síce čiastočné, ale o veľkosti 0.99.

2. METEOROLOGICKÁ SITUÁCIA

     Odborná aj laická verejnosť sa už niekoľko dní pred zatmením Slnka intenzívne zaujímala o priebeh počasia, pravdepodobnosť pozorovania tohoto významného úkazu. V pohotovosti boli najmä meteorológovia (synoptici) predpovedajúci počasie, ale tiež klimatológovia, zaobe-rajúci sa dlhodobými charakteristikami počasia, najmä z pohľadu pravdepodobnosti výskytu zrážok, oblačnosti a pod.
     Celková poveternostná situácia na tento deň nevyzerala vôbec priaznivo. Za studeným zvlneným frontom, ktorý v sprievode zrážok, prehánok a búrok prešiel v nočných hodinách celým územím Slovenska smerom na východ, prúdil do našej oblasti od severozápadu chladnejší vzduch. V ňom sa nad Karpaty začal rozširovať nevýrazný výbežok tlakovej výše. Meteorológovia pre územie Slovenska na 11.8.1999 predpovedali polooblačné, popoludní hlavne na severe až oblačné počasie. Na severe miestami, inde len ojedinele v popoludňajších hodinách prehánky. Najčas-tejšia otázka znela: "Aká bude obloha počas zatmenia?" "Budeme môcť zatmenie vôbec pozorovať?" Keďže od vyjadrenia meteorológovzáviselo rozhodnutie mnohých občanov či vycestovať za priaznivejšími podmienkami sledovania tohoto významného úkazu, nebola to vec vôbec jednoduchá. Meteorológovia to však zvládli, keď predpokladali 50 až 80 percentnú pravdepodobnosť sledovania zatmenia v závislosti od miesta pozorovania. V oblasti juhozápadného Slovenska bolo spočiatku zamračené, miestami prehánky, ktoré predpoludním ustali, oblačnosť sa pretrhala a prevládala len malá kopovitá oblačnosť. To malo za následok úspešné a tak dlho očakávané pozorovanie zatmenia Slnka.
     Čiastočné zatmenie Slnka nastalo v Bratislave v 10.15 h, vrcholilo v 11.48 h a skončilo v 13.10 h stredoeurópskeho času (SEČ). V dobe vrcholu bolo zatienené 99 % slnečného kotúča. Predstavu o oblačnosti nad Strednou Európou dokumentuje snímok zo satelitnej družice Obr. 1a a 1b z 10. a 11.h SEČ.
     V dobe zatmenia došlo k náhlym zmenám v priebehu meteorologických prvkov. Najvýraznejšie sa to prejavilo v trvaní slnečného svitu, intenzite globálneho žiarenia, teploty vzduchu, relatívnej vlhkosti ako aj teplote pôdy. Všetky meteorologické prvky v príspevku spomínané boli merané automatickou meteorologickou stanicou VAISALA, MILOS 500.

Obr. 1 a, b Satelitný snímok dňa 11.8.1999 o 09.00 h UTC (10.00 h SEČ) ­ a 10.00 h UTC (11.00 h SEČ) ?





3. VÝSLEDKY
ZMENA SLNEČNÉHO SVITU A GLOBÁLNEHO ŽIARENIA

     Technické parametre merania slnečného svitu:

Obr. 2 dokumentuje priebeh trvania slnečného svitu v desatinách za posledných 10 minút. Z obrázku je zrejmé, že pred a po zatmení boli podmienky na samotné pozorovanie optimálne. V čase nasúvania sa Mesiaca pred slnečný kotúč došlo k úbytku trvania slnečného svitu až na minimum (nulové trvanie slnečného svitu) v čase od 11.30 h až do 12.30 h, kedy naopak došlo k nárastu až na maximálne trvanie počas 10 minútovej periódy.
     Technické parametre merania globálneho žiarenia: Typický chod globálneho žiarenia sa vyznačuje za bezoblačnej oblohy v dennom cykle s výskytom minima pred východom a po západe Slnka a maximom v čase kulminácie. Meranie globálneho žiarenia vykazovalo väčšiu citlivosť na zmeny v zakrytí slnečného kotúča a tak aj priebeh zatmenia dokumentuje postupná zmena obr. 3. Pokles od 10.50 h, minimum (nulová hodnota) 12.00 h a nárast až po 13.20 h. Keby sme urobili obalovú krivku ideálneho dňa (bez oblačnosti) pokles globálneho žiarenia by tak predstavoval úbytok až 100 %.
     S postupným ubúdaním zatienenia Slnka Mesiacom stúpalo aj globálne žiarenie dopadajúce na zemský povrch. V čase úplného odokrytia (13.10 h) dosahovalo 280 J.cm-2h-1 (= 0,76 kWm-2).

4. ZMENY TEPLOTY A VLHKOSTI VZDUCHU

     Technické parametre merania teploty vzduchu:

Denný chod teploty vzduchu závisí od ročnej doby, konfigurácie terénu, slnečného svitu a oblačnosti. Na obr. 4 je znázornený chod teploty vzduchu vo výške 2 m nad zemským povrchom ako 10 minútový priemer. Pozornosť si zasluhuje oneskorenie 22 minút za globálnym žiarením s minimom 12.10 až 12.20 h. Diferencia medzi začiatkom a úplným zatmením dosiahla hodnotu 25°C a medzi maximom zatienenia a koncom zatienenia (nový slnečný kotúč) mala hodnotu 27 C. Podobne porovnanie teploty vzduchu v 5 cm a teploty vzduchu v 2 m ukázalo očakávané rozdiely v zotrvačnosti ohrievania sa vzduchu (oneskorenie oproti zemskému povrchu) vo väčších výškach. Tento rozdiel je v súlade s väčšou dynamikou krátkovlnného radia-čného zahrievania a dlhovlnného ochladzovania zemské-ho povrchu. Minimálne hodnoty vo výške 5 cm (obr. 5) boli pozorované v 12.00 až 12.10 h, pričom rozdiel v čase spoločného prekrytia miním dosahoval 3,6 °C, ale s oneskorením 22 minút.
     Technické parametre merania vlhkosti vzduchu: Relatívna vlhkosť vzduchu, podobne ako teplota vzduchu sa meria vo výške 2 m nad zemským povrchom. Keďže relatívna vlhkosť závisí od teploty vzduchu v nepriamej úmere, poklesom teploty sme zaznamenali v čase úplného zatmenia vzrast relatívnej vlhkosti vzduchu približne o 15-17%, obr. 6. s oneskorením 55 minút.

5. ZMENY RÝCHLOSTI VETRA

Technické parametre merania rýchlosti vetra:

Pozoruhodný úkaz nastal aj v pozorovaní a meraní rýchlosti vetra obr. 7, keď došlo k jej zníženiu z 3.5 m.s-1 (11.20 h) na 0.9 m.s-1 (12.40 h) a neskôr k opätovnému nárastu až na 4 m.s-1 .

6. ZMENY TEPLOTY PODY

Technické parametre merania teploty pôdy:

Medzi zemským povrchom a hlbšími horizontmi pôdy prebieha tepelná výmena. Čím hlbšie, tým sú výkyvy teploty pôdy menšie a časový posun väčší. Keďže proces zatmenia predstavoval postupný proces aj teplota pôdy klesala postupne a s oneskorením 70 minút. Na obr. 8 je znázornený je chod v čase zatmenia Slnka. Zastavenie rastu teploty pôdy nastalo v 11.50 h (podľa 10 minútového priemeru), po ktorom nastal nevýrazný pokles asi o 1°C v 12.30 h a následne stúpanie až do 15.20 h, čo odpovedá normálnemu dennému chodu v tejto ročnej dobe. Spomalenie rastu teploty pôdy sme zaznamenali aj pri meraní teploty pôdy v hĺbke 10 cm, obr. 9. Pokles o 0,3 C s oneskorením 80 minút.

7. ZÁVER

      Meranie meteorologických prvkov ako aj samotná príprava sa aj napriek nie priaznivému vývoju počasia v dňoch tesne pred samotným zatmením Slnka, nakoniec ukázalo veľmi užitočné. Boli vyhodnotené merania všetkých meteorologických prvkov zaznamenané automatickou meteorologickou stanicou (Bratislava, Koliba). Najvýraznejšie sa prejavilo zakrytie slnečného kotúča na priebehu trvania slnečného svitu, globálneho žiarenia, teploty vzduchu tak v 2 m ako aj v 5 cm nad zemským povrchom, vlhkosti vzduchu, rýchlosti vetra a teploty pôdy 5 a 10 cm a na časovom oneskorení zmien jednotlivých meteorologických prvkov za optickou fázou zatmení. Tým sa zároveň potvrdil dominantný vplyv Slnka na energetickú bilanciu zemský povrch - atmosféra a zemský povrch - pôda. I keď pozorovanie zatmenia Slnka bolo už v Bratislave pozorované 30.6.1954 zamerané najmä na úbytok svetelnej intenzity v pásmach spektra červeného, žltého a ultrafialového, merania poklesu teploty, merania intenzity počuteľnosti vysielača Bratislava a meranie intenzity kozmického žiarenia, meranie a vyhodnotenie meraní automatickou meteorologickou stanicou 11.8.1999 považujeme za ďalší vklad do poznania tak zriedkavo sa vyskytujúceho sa javu, akým zatmenie Slnka bezpochyby je.