Rodzaje burz

Wał szkwałowy. Fot. Tomasz Machowski

Co to jest burza i jak wygląda wie niemal każdy człowiek na świecie. Postaram się opisać pokrótce rodzaje burz oraz zagrożenia, jakie niosą ze sobą. W opracowaniu zostaną opisane podobieństwa i różnice pomiędzy poszczególnymi rodzajami burz. Za słowa wstępu niech posłuży zdanie: każdy nawet najstraszniejszy układ burzowy powstaje z niegroźnej chmury Cumulus, który w zależności od napotkanych warunków termodynamicznych i kinematycznych  może się rozproszyć lub zmienić w mocną burze.

Burze wewnątrzmasowe dzielimy na: termiczne i adwekcyjne.

Pojedyncza komórka burzowa (Cumulonimbus calvus). Fot. Jan Jakóbczak

Burze termiczne powstają wskutek nagrzania się gorących i wilgotnych mas powietrza znajdujących się w przypowierzchniowej warstwie granicznej troposfery. Burze te powstają bez udziału wspomagania frontowego w jednolitej, chwiejnej masie powietrza, zazwyczaj w drugiej części dnia lub pierwszej części nocy. Najczęściej burze termiczne występują w postaci pojedynczych komórek lub w postaci nie zorganizowanego klastra burzowego. Podczas zwiększonego przepływu w atmosferze, zazwyczaj możemy mieć do czynienia z formowaniem się klastrów burzowych przemieszczających się zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza na wysokości geopotencjalnej 500hPa. Pojedyncze komórki najczęściej mają charakter stacjonarny. W bardzo ciepłe, wręcz upalne dni, chmury Cumulonimbus charakteryzują się bardzo dużą aktywnością elektryczną (w żargonie łowców burz nazywanych „stroboskopami”). Największym zagrożeniem podczas przechodzenia burz wewnątrzmasowych jest zazwyczaj ulewny lub wręcz nawalny opad deszczu. Dość często zdarza się że po burzy następuje zalanie lub podtopienie jednej lub kilku miejscowości. W skrajnych przypadkach komórki takie mogą doprowadzić do większych powodzi błyskawicznych.

Pojedyncze komórki burzowe. Fot. Piotr Żurowski

W przypadku występowania dużej chwiejności termodynamicznej, stosunkowo nisko położonej izotermy 0°C (wysokości w troposferze, na której warstwa powietrza posiada temperaturę 0°C) i wzmożonej prędkości przepływu powietrza, istnieje ryzyko uformowania się sporych wielkości kul gradowych. Natomiast w przypadku umiarkowanej lub dużej chwiejności termodynamicznej i jednoczesnym pojawieniu się niedosytów wilgoci na różnych poziomach atmosfery, istnieje ryzyko pojawienia się niszczących porywów wiatru związanych z silnym prądem zstępującym komórki burzowej (tzw. downburst). W sprzyjających warunkach podczas przechodzenia tego rodzaju komórek możliwe jest uformowanie się trąby powietrznej, lub jego zalążka nie dotykającego i nie wyrządzającego szkód na ziemi (tzw. funnel cloud). W czasie występowania głębokiej, wilgotnej konwekcji, w warunkach wzmożonej prędkości przepływu powietrza w wielu warstwach atmosfery, istnieje możliwość pojawienia się wszystkich rodzajów superkomórek burzowych.

Cumulonimbus capillatus incus. Fot. Tomasz Machowski

Burze termiczne w Polsce mogą wystąpić w okresie od połowy kwietnia do września. Największe szanse na ich pojawienie się daje napływ powietrza ze strony rejonu Morza Czarnego. W strefie równikowej komórki takie występują niemal cały rok i mogą wypiętrzać się nawet na wysokość ponad 18 km. W naszym kraju burze te nie osiągają aż takich zdumiewających rozmiarów, jednak są i tak co roku są sprawcami wielu szkód i strat. Wierzchołki chmur Cumulonimbus mogą u nas rozbudowywać się nawet do ponad 15 km wysokości.

Burza adwekcyjna. Fot. Tomasz Machowski

Burze adwekcyjne – Burze te są specyficznym rodzajem burz wewnątrzmasowych. Występują najczęściej za chłodnym frontem atmosferycznym w strefie napływu chłodnego powietrza polarnomorskiego lub arktycznego. Chłodne powietrze nacierając na zalegające przy powierzchni ziemi cieplejsze i wilgotniejsze, a często dodatkowo nagrzane przez promienie słoneczne powietrze, powoduje jego unoszenie się do góry. Na skutek napływu chłodnych mas powietrza do górnych i środkowych warstw atmosfery, a także dziennej insolacji, pojawia się duży pionowy gradient temperatury powietrza, który jest przyczyną powstania niestabilności w troposferze. Burze adwekcyjne przybierają zarówno formę pojedynczych komórek, jak i zorganizowanych multikomórek, czy tez linii szkwału. Pojedyncze odizolowane Cumulonimbusy mogą powstawać w czasie, kiedy prędkość przepływu powietrza w atmosferze jest niewielka.

Podczas nasilonej prędkości przepływu powietrza, co w przypadku pojawienia się adwekcji chłodnego powietrza jest dość częste, pojawiają się liczne konwekcyjne układy wielokomórkowe, często z liniami szkwałowymi. W takich warunkach na czele tych komórek często pojawiają się wały szkwałowe przybierające formy łuku poprzedzającego główny układ chmurowy. W przypadku wzmożonego przepływu istnieją szanse na wytworzenie się małej superkomórki burzowej. Z racji tego, że podczas napływu chłodnej masy powietrza wysokość izotermy 0°C jest dość nisko nad ziemią, a prędkość przepływu powietrza w atmosferze jest dość znaczna (sprzyjająca organizacji komórek burzowych w większe i często silniejsze struktury), istnieje spore ryzyko pojawienia się opadu gradu. Grad ten zwykle nie osiąga dużych rozmiarów, jednak jego częstość występowania w takich sytuacjach jest większa. Nieraz zdarza się, że po przejściu burz adwekcyjnych trawniki i ulice robią się białe niczym w porze zimowej. Dodatkowo innym istotnym zagrożeniem jest wiatr, który zazwyczaj jest generowany podczas przechodzenia linii szkwałowej podczas przejścia wału szkwałowego, lub tuż za nim. W sprzyjających warunkach kinematycznych, dużej chwiejności termodynamicznej w dolnych 2-3 km troposfery i sporej insolacji słonecznej istnieje możliwość pojawienia się trąby powietrznej.

Wał szkwałowy poprzedzający burzę adwekcyjną. Fot. Jan Jakóbczak

Burze adwekcyjne w Polsce mogą występować przez cały rok, jednak najczęściej pojawiają się od wiosny do jesieni. W zimie i wczesną wiosną komórki te przybierają specyficzną postać burz śnieżnych. Wtedy mamy do czynienia z chwilowymi, ale za to niezwykle silnymi opadami śniegu lub krupy śnieżnej. Burze takie nie występują w strefie klimatu równikowego. Chmury w burzach adwekcyjnych zazwyczaj nie osiągają zwykle poziomu 9 km nad ziemią i obejmują swoim zasięgiem mniejsze obszary niż burze frontowe czy też termiczne. Mniejsza jest także aktywność elektryczna, zdarza się czasem tak, że podczas przechodzenia takiej burzy wystąpi jedno lub kilka wyładowań.

Rozległa burza frontowa w formie układu MCS z wałem szkwałowym 17 czerwca 2016 r. Fot. Krzysztof Piasecki

Burze frontowe są  zazwyczaj najbardziej dynamicznymi i za razem najgwałtowniejszym burzami na naszych szerokościach geograficznych. Powstają niemal na wszystkich rodzajach frontów, jednak najczęściej ma to miejsce w strefie frontu chłodnego. Najgwałtowniejsze burze frontowe powstają na styku dwóch skrajnie różnych mas powietrza. Najczęściej są to: powietrze zwrotnikowe i polarnomorskie. Duża szansa na pojawienie się burz występuje podczas wypierania ciepłego, zwrotnikowego powietrza przez szybko poruszający się front chłodny. Kolejną ciekawą sytuacją jest szybkie nacieranie frontu ciepłego. Często na nim pojawia się tak zwana konwekcja uniesiona, która występuje wtedy, kiedy chwiejna wilgotna masa powietrza przemieszcza się nad chłodniejszą i bardziej stabilną znajdującą się przy ziemi.  Burze frontowe mogą przybierać najróżniejsze postacie, począwszy od pojedynczych słabo zorganizowanych komórek, poprzez klastry wielokomórkowe, po rozległe mezoskalowe układy konwekcyjne (MCS), w tym linie szkwału. Wszystko zależy od tego, jak aktywny jest dany front. W sytuacji, gdy masy powietrza są dość suche, a prędkość przepływu powietrza w atmosferze jest słaba, powstają słabo zorganizowane komórki lub struktury wielokomórkowe. Takie burze zwykle nie powodują zniszczeń.

Cumulonimbus mamma. Fot. Tomasz Machowski

Inna sytuacja panuje w sytuacjach, kiedy front przemieszcza się dość szybko, a parametry termodynamiczne i kinematyczne są podwyższone. Tworzyć się wtedy mogą rozległe układy MCS z wbudowanymi liniami szkwałowymi oraz superkomórkami. Przejście takich układów zazwyczaj jest często niebezpieczne. Mogą występować wtedy niszczące porywy wiatru, opady dużego gradu, ulewne opady deszczu, a nawet trąby powietrzne.

W czasie takich sytuacji zniszczenia występują na znacznym obszarze, a same chmury Cumulonimbus, zazwyczaj w postaci superkomórek czy rozbudowanej burzy wielokomórkowej, mogą zajmować obszar kilku województw. Specyficznym przypadkiem jest sytuacja, kiedy mamy do czynienia z frontem stacjonarnym, przepływem mas powietrza niemal równoległym do tego frontu i z dobrze zaznaczoną strefą konwergencji. Jeśli w strefie konwergencji pojawi się duża chwiejność termodynamiczna i duża wodność atmosfery, wtedy głównym zagrożeniem są tzw. układy training storms. Są to komórki burzowe, które jedna po drugiej przechodzą nad tym samym obszarem. Takie układy mogą doprowadzić do powstania powodzi błyskawicznych, które potrafią wyrządzić potężne szkody materialne, jak i stanowią poważne zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi i zwierząt. Zdarza się także, że w obrębie frontu stacjonarnego przechodzą kolejno po sobie układy MCS.

Superkomórka burzowa z 15 sierpnia 2008 r. Fot. Wojciech Pilorz

Kolejnym bardzo niebezpiecznym i zarazem ciekawym przypadkiem jest falujący front z wbudowanymi ośrodkami niskiego ciśnienia. W takiej sytuacji ciepłe i chłodne odcinki frontu przechodzą jeden po drugim nad tym samym obszarem. Doprowadza to do gwałtownych starć mas powietrza, na wskutek których następuje rozwój potężnych chmur Cumulonimbus. Mogą pojawiać się niemal wszystkie formacje burz, a w połączeniu z dużym przepływem w atmosferze mogą być one niezwykle dynamiczne i niszczycielskie. Często w takich sytuacjach tworzą się superkomórki burzowe przynoszące opady dużego gradu, a nawet silne tornada. Najbardziej drastycznym przykładem z Polski jest 15 i 16 sierpień 2008 r. Mieliśmy wtedy do czynienia z serią trąb powietrznych, które dokonały ogromnych zniszczeń na terenie kilku województw. W Polsce burze frontowe występują głównie od kwietnia do października, jednak zdarzają się także zimą. Często przed chłodnymi frontami atmosferycznymi rozwijają się burze wewnątrzmasowe. Dobrym przykładem na burzowy incydent zimowy jest orkan Cyryl, który przechodził przez Europę w styczniu 2007 r. Mieliśmy wtedy do czynienia z wręcz niespotykanymi warunkami kinematycznymi, przy jednoczesnym napływie bardzo ciepłej i chwiejnej masy powietrza jak na tę porę roku. W niektórych miastach naszego kraju nocą termometry wskazywały blisko 15 stopni Celsjusza, a gradient ciśnienia między południem a północą Polski przekraczał aż 30 hPa. W nocy przez całą południową Polskę przeszedł rozległy układ MCS przynoszący porywy wiatru przekraczające 130 km/h, a aktywność elektryczna była wręcz zdumiewająca. W województwie łódzkim, na wschód od Łodzi, pojawiła się trąba powietrzna. Burze frontowe stanowią najgroźniejszą odmianą burz w umiarkowanych szerokościach geograficznych, jednak, jak widać, innych rodzajów burz nie wolno lekceważyć.

Rozległa burza frontowa z wałem szkwałowym 19 lipca 2015 r. Fot. Artur Surowiecki