Dziś chcielibyśmy Państwu przedstawić nieco więcej informacji o głębokich układach niskiego ciśnienia, które spowodowały poważne szkody i problemy w Europie w 1999 i 2013 roku. Tak się składa, że obydwa ośrodki niżowe wystąpiły w pierwszych dniach grudnia. Inną wspólną cechą obydwóch układów niskiego ciśnienia to zbliżona droga przemieszczania się. Niże nabierały swojej niebezpiecznej siły nad północno-wschodnią częścią Atlantyku, gdzie w obydwóch przypadkach dochodziło do utworzenia się dynamicznego zafalowania na froncie arktycznym, w strefie silnego prądu strumieniowego i dużych poziomych gradientów temperatury. Jednocześnie następował rozwój krótkiej fali górnej, co skutkowało gwałtownym i dynamicznym procesem cyklogenezy prowadzącym do powstania głębokich układów niskiego ciśnienia i bardzo dużych gradientów barycznych m.in. nad Polską.
Niż Anatol
Pierwszym z omawianych układów to przechodzący w dniach 3-4 grudnia 1999 roku przez Wyspy Brytyjskie, Morze Północne, Danię, południową Szwecję i południową część Morza Bałtyckiego niż o imieniu Anatol. Przejście tego układu przez okolice Polski poprzedziło pojawienie się w dniu 30 listopada na Morzu Norweskim innego głębokiego układu niskiego ciśnienia. Niż ten przesuwał się na wschód, w stronę Finlandii. W dniu 30 listopada 1999 r. do Polski napłynęło ciepłe powietrze, co skutkowało temperaturami rzędu 8-9,5°C na zachodzie i lokalnie południu kraju. W dniu 1 grudnia nad krajem przeszedł chłodny front atmosferyczny i nastąpiło niewielkie ochłodzenie. 2 grudnia w godzinach wieczornych na zachód od Islandii nastąpił silny spływ powietrza arktycznego, co doprowadziło do zwiększenia poziomego gradientu temperatury, a następnie do rozwoju zaburzenia na froncie arktycznym na południe od tej wyspy. W tym czasie Polska była pod wpływem chłodnej masy powietrza polarnego morskiego, która napłynęła dzień wcześniej po przejściu chłodnego frontu atmosferycznego.
Tworzący się na zachód od Wysp Brytyjskich niż Anatol (reanaliza CFS, źródło: wetterzentrale.de)
W dniu 3 grudnia w godzinach rannych zaburzenie na froncie arktycznym dotarło do Wysp Brytyjskich. Nad Irlandią pojawił się wyraźny obszar otoczony z każdej strony wyższym ciśnieniem, który bardzo szybko się pogłębiał. Trwał proces gwałtownej cyklogenezy, co prowadziło też do szybkiego wzrostu gradientu barycznego na południe od centrum niżu. W Wielkiej Brytanii przejście niżu Anatol objawiło się wiatrem dochodzącym w porywach do 120-140 km/h w południowych i centralnych regionach tego kraju oraz silnym spadkiem ciśnienia atmosferycznego, który osiągał wartości rzędu 8-9,5 hPa/3h. Najsilniejszy wiatr notowano przed południem, pomiędzy godziną 8:00 a 10:00 czasu uniwersalnego. Po przejściu niżu ciśnienie zaczęło dość szybko rosnąć, choć tempo jego wzrostu było wyraźnie mniejsze, niż wcześniejszego spadku. Mimo występującego w wielu miejscach bardzo silnego wiatru, przejście niżu Anatol przez Wyspy Brytyjskie nie spowodowało poważnych problemów.
Zdjęcie satelitarne niżu Anatol (źródło: NOAA / Wikipedia)
Następnie niż dotarł do wód Morza Północnego, gdzie jeszcze bardziej się pogłębił. Gradient baryczny na południe od jego centrum osiągał bardzo rzadko występujące w tej części Europy wartości, co doprowadziło do sztormu o sile 12 stopni w skali Beauforta. Pod wieczór centrum niżu z ciśnieniem poniżej 960 hPa znalazło się dokładnie nad Danią. W miejscowości Tirstrup ciśnienie atmosferyczne o godzinie 18:00 UTC zredukowane do poziomu morza wyniosło zaledwie 954,3 hPa. Prędkość spadku ciśnienia przed nadejściem centrum niżu nad Danię przekraczała aż 15 hPa/3h. Prędkość wiatru w wielu miejscach Danii osiągała w porywach 160-185 km/h. Zdjęcia satelitarne ukazały z kolei wspaniale uformowaną spiralę chmur wokół Płw. Jutlandzkiego. Nie było wątpliwości, że Anatol jest jednym z najgwałtowniejszych układów niskiego ciśnienia, które kiedykolwiek nawiedziły Danię. Układ niżowy przyniósł też bardzo silne wiatry w całych północnych Niemczech. Na wyspie Sylt (pogranicze Niemiec z Danią) notowano porywy wiatru dochodzące do 180 km/h. W Hamburgu w wyniku cofki w ujściowym odcinku Łaby doszło do podtopień, a poziom wody był jednym z wyższych, jakie obserwowano w ostatnich kilkudziesięciu latach.
Reanaliza CFS na dzień 03.12.1999 (źródło: wetterzentrale.de)
3 grudnia w godzinach popołudniowych niż Anatol zaczął znacząco wpływać na pogodę również w Polsce. Przed układem napłynęło znacznie cieplejsze powietrze zaciągnięte przez niż z południowego zachodu Europy. Reanaliza modelu CFS wskazuje, że w warstwie izobarycznej 850 hPa na południu Polski nastąpił wzrost temperatury do wartości ok. 5 st.C. Ciepły sektor układu wypchnął znacznie chłodniejsze powietrze z obszaru niemal całej Polski. W nocy z 3 na 4 grudnia w Legnicy, przed nadejściem opadów związanych z chłodnym frontem atmosferycznym niżu Anatol, zanotowano temperaturę przekraczającą 10°C. Znaczne spadki ciśnienia przekraczające 7-8 hPa/3h rozpoczęły się w Polsce północno-zachodniej już 3 grudnia wczesnym popołudniem. Początkowo wiał jeszcze niezbyt silny wiatr z południowego zachodu. Sytuacja ta uległa jednak dynamicznej zmianie w trakcie nocy z 3 na 4 grudnia.
Ciśnienie atmosferyczne i wysokość geopotencjalna 500 hPa na dzień 04.12.1999 na godz. 00 UTC (reanaliza CFS, źródło: wetterzentrale.de)
W pierwszej części nocy na znacznym obszarze kraju nastąpił znaczny wzrost prędkości południowo-zachodniego wiatru. Największe wzrosty prędkości obserwowano w Polsce północno-zachodniej. Jednak dopiero w momencie przejścia chłodnego frontu atmosferycznego, gdy ciśnienie zaczęło rosnąć, a wiatr zmienił kierunek na zachodni, nastąpiła najsilniejsza faza wichury. Wtedy porywy wiatru osiągnęły w Ustce 130 km/h, w Łebie 133 km/h, a na Helu aż 148 km/h!. Bardzo silny wiatr obserwowano z resztą w całej północnej części Polski. Na wielu stacjach jego prędkość w porywach osiągała 90-120 km/h. Nieco słabiej Anatol zaznaczył się w głębi kraju oraz na południu, gdzie prędkość wiatru w porywach osiągała 70-90 km/h. Przejście układu niżowego Anatol w Polsce było dość szybkie. Już w godzinach przedpołudniowych dnia 4 grudnia prędkość wiatru w przeważającej części kraju znacznie osłabła. Pod wieczór centrum niżu znalazło się na południe od Zatoki Fińskiej i znacznie osłabło, a gradient baryczny nad naszym krajem znacznie się zmniejszył. Do Polski za chłodnym frontem atmosferycznym niżu Anatol napłynęło ponownie chłodne powietrze polarne morskie. W następnych dwóch dniach w kraju panowała słaba zima z niewielkim mrozem w ciągu dnia i z opadami śniegu.
Cyklon umiarkowanych szerokości geograficznych Anatol był bez wątpienia bardzo poważnym wydarzeniem w pogodzie w naszej części Europy. W wyniku jego przejścia śmierć poniosło 20 osób, tym 3 w Polsce. W wyniku wichury powstały ogromne szkody. W samej Danii wartość szkód oszacowano na 3 mld dolarów.
Niż Ksawery (Xaver)
Układ niskiego ciśnienia Ksawery, podobnie, jak to miało miejsce w przypadku niżu Anatol, został poprzedzony innym głębokim ośrodkiem niskiego ciśnienia. Niż ten znalazł się w rejonie Lofotów i północnej części Półwyspu Skandynawskiego, jednak zaciągnął on do swojego ciepłego sektora ciepłe powietrze daleko na północ kontynentu, aż pod Finlandię. Z reanalizy CFS wynika, że w dniu 4 grudnia 2013 r. niemal nad całą Polską na powierzchni izobarycznej 850 hPa występowała temperatura powyżej 0°C, a w Polsce poudniowo-zachodniej przekraczała nawet 5°C. Co ciekawe, wysoka temperatura w warstwie izobarycznej 850 hPa nie miała swojego przełożenia w obserwacjach, jakich dokonano przy powierzchni ziemi. W Polsce panowała bowiem pochmurna, mglista i dżdżysta pogoda, a temperatura powietrza na poziomie 2 metrów dochodziła maksymalnie do 5-6°C w północno-zachodniej części kraju. Wyjątkiem było Bielsko-Biała, gdzie zanotowano 7,2°C. W nocy z 4 na 5 grudnia z zachodu, za chłodnym frontem atmosferycznym niewielkiego niżu znad rejonu Estonii do Polski napłynęła chłodniejsza masa powietrza polarnego morskiego. Pomimo tego faktu, temperatura przy powierzchni ziemi podczas kolejnej doby znacząco nie spadła. Obserwowano wartości maksymalne z zakresu 2-6°C.
Niż Ksawery w trakcie pogłębiania się, między Islandią a Wielką Brytanią, w strefie znacznego gradientu termicznego (reanaliza CFS, źródło: wetterzentrale.de)
Lokalizacja miejsca, w którym narodził się Ksawery, jest trudniejsza do określenia, niż to miało miejsce w przypadku ośrodka niżowego Anatol. Ksawery prawdopodobnie początkowo był nieznacznym zaburzeniem, które powstało w strefie dużego poziomego gradientu temperatury w pobliżu Nowej Fundlandii. Co istotne, tym razem nie doszło to tak gwałtownego zderzenia zimnej i ciepłej masy powietrza, jak w przypadku ośrodka niżowego Anatol. Strefa powietrza zimnego początkowo przesuwała się równolegle do strefy powietrza ciepłego, z zachodu na wschód, przez co znaczny gradient temperatury nad Atlantykiem mógł zostać zachowany. Dopiero w rejonie Cieśniny Duńskiej zimne powietrze zaczęło przemieszczać się bardziej w kierunku południowym, co zaowocowało intensyfikacją zaburzenia na froncie arktycznym. Szybko rozwinęła się też krótka fala górna, a obecność bardzo silnego prądu strumieniowego ponownie zainicjowała proces gwałtownej cyklogenezy. Już na południe od Islandii Ksawery był szybko pogłębiającym się niżem przemieszczający się w kierunku północnej części Wysp Brytyjskich. Porównując dalszą wędrówkę Ksawerego z niżem Anatol, można stwierdzić, że jego trajektoria przejścia była przesunięta o około 250 km bardziej na północ. Ksawery do swojego ciepłego sektora zaciągnął też mniejszą porcję ciepłego powietrza, niż Anatol.
Nad ranem 5 grudnia Ksawery dotarł do rejonu Wielkiej Brytanii. Tym razem wichura szalała w całym kraju. Porywy wiatru związane z niżem osiągały prędkość 100-140 km/h, a na terenach wyżej położonych nawet 170 km/h. Na górze Aonach Mor zanotowano porywy osiągające nawet 229 km/h. Przed przejściem ośrodka niżowego występowały spadki ciśnienia atmosferycznego rzędu 10-12 hPa/3h. Podczas przechodzenia Ksawerego nad wyspami Brytyjskimi duże problemy wystąpiły w wyniku podniesienia się stanu wód morskich. W wielu miejscach na wschodnich wybrzeżach kraju wody Morza Północnego osiągnęły niebezpiecznie wysoki poziom, grożąc dużymi powodziami. Poważne podtopienia miały miejsce wzdłuż linii brzegowej Morza Irlandzkiego, oddzielającego Irlandię od Wielkiej Brytanii.
Ciśnienie atm. i wysokość geopotencjalna 500 hPa – reanaliza CFS na dzień 06.12.2013, godz. 00 UTC (źródło: wetterzetrale.de)
Po przejściu przez rejon Wysp Brytyjskich, Ksawery znalazł się nad Morzem Północnym, a następnie przewędrował przez południe Norwegii i Szwecji, by w nocy z 5 na 6 grudnia znaleźć się w rejonie Sztokholmu. Ciśnienie w centrum tego niżu obniżyło się do 962 hPa. Obszar obniżonego ciśnienia wydawał się jednak względnie większy, niż w przypadku układu Anatol. Gradienty baryczne były tylko nieznacznie mniejsze, niż podczas przechodzenia Anatola, stąd ponownie wystąpił sztorm o sile 12 stopni w skali Beauforta. Najsilniejszy wiatr, tak jak w przypadku niżu z 1999 r., notowano na południe od centrum omawianego układu.
Niż Ksawery na zdjęciu satelitarnym w świetle widzialnym. Wyładowania atmosferyczne tworzą liniową strefę na chłodnym froncie atm. układu (źródło: ligthninhmaps.org / EUMETSAT)
Podczas przechodzenia niżu przez rejon Krajów Beneluksu, północnej części Niemiec i Płw. Jutlandzkiego w wielu miejscach obserwowano porywy wiatru sięgające 130-150 km/h. 5 grudnia po południu nad Morzem Północnym na skutek silnych ruchów wznoszących w środkowej troposferze oraz niewielkiej energii potencjalnej dostępnej drogą konwekcji, w rejonie chłodnego frontu Ksawerego, rozwinęła się burza w postaci quasi-liniowego układu wielokomórkowego. Burza ta dotarła do Belgii, Holandii, północno-zachodniej części Niemiec oraz do Danii, gdzie podczas przechodzenia przyniosła porcję silnych porywów wiatru. Za chłodnym frontem atmosferycznym związanym z niżem Ksawery zaczęło napływać zaciągane z rejonu Islandii zimne powietrze arktyczne morskie. Było to powietrze o równowadze chwiejnej, dlatego w jego obrębie tworzyły się chmury kłębiaste z przelotnymi opadami deszczu, śniegu i krupy śnieżnej, w wielu miejscach notowano też opady mieszane. Lokalnie pojawiały się burze z bardzo silnym wiatrem. Wichura towarzysząca niżowi Ksawery wyrządziła u naszych zachodnich sąsiadów poważne szkody i problemy z elektrycznością. W Hamburgu ponownie doszło do podtopień na skutek cofki na Łabie. Podtopiona została dzielnica portowa, a poziom wody był o kilkanaście centymetrów wyższy od tego, jaki zanotowano podczas przejścia układu Anatol.
Mapa ośrodków barycznych i frontów atmosferycznych MetOffice (źródło: Wetter3.de)
W Polsce niż Ksawery poważnie wpłynął na pogodę w dniu 5 grudnia już koło południa. Na zachodzie kraju rozpoczęły się silne spadki ciśnienia atmosferycznego, które w momencie swojej kulminacji osiągały prędkość 9-10 hPa/3h. W Łebie w ciągu 18 godzin ciśnienie spadło o 31,5 hPa. Dość silny, południowo-zachodni wiatr wiał niemal w całym kraju już w ciągu dnia. Jego porywy były jednak dalekie od prędkości, jakie osiągnął w ciągu nocy z 5 na 6 grudnia. Opady związane z frontami niżu rozpoczęły się pod wieczór. Były to opady deszczu, deszczu ze śniegiem oraz samego śniegu. Miejscami śnieg padał okresami dość intensywnie. 5 grudnia temperatury maksymalne w Polsce wynosiły od ok. 3°C na wschodzie kraju do 6-6,5°C na Wybrzeżu. Ponieważ na poziomie izobarycznym 850 hPa panowała temperatura ujemna, opady śniegu podczas wędrówki strefy zachmurzenia wraz z frontami atmosferycznymi nie był większym zaskoczeniem.
Wyładowania atmosferyczne w Polsce rejestrowane od 05.12.2013 od godz. 18 UTC do 06.12.2013, godz. 18 UTC (źródło: lightningmaps.org)
W godzinach wieczornych w dniu 5 grudnia prędkość wiatru na znacznym obszarze Polski systematycznie rosła. W drugiej części nocy, a także w ciągu kolejnego dnia niż Ksawery osiągnął w Polsce swoje apogeum. Największa prędkość wichura osiągnęła ponownie na Wybrzeżu, gdzie zaobserwowano porywy wiatru dochodzące w Łebie do 115 km/h, a w Ustce do 119 km/h. Liczne stacje meteorologiczne w Polsce północnej i centralnej zanotowały porywy przekraczające 90 km/h. Choć prędkość wiatru była mniejsza, niż podczas przejścia niżu Anatol, to obszar występowania bardzo silnych porywów wiatru był większy. Swój udział w tym miały zjawiska konwekcyjne, które tworzyły się na chłodnym froncie niżu Ksawery oraz w arktycznej masie powietrza, które napłynęło do naszego kraju w tylnej części omawianego układu barycznego. Zimna masa powietrza była chwiejna, co przy procesach wspomagania procesów konwekcji prowadziło do powstawania chmur Cumulonimbus przynoszących na ogół obfite opady śniegu i krupy śnieżnej. W wielu miejscach Polski wystąpiły burze śnieżne, które lokalnie przynosiły też znaczną ilość wyładowań atmosferycznych. Grzmiało przede wszystkim w Polsce zachodniej i centralnej. Pierwsze burze były związane z frontem atmosferycznym Ksawerego i pojawiły się już w nocy z 5 na 6 grudnia. Burze przeszły wtedy nad Wielkopolską, Ziemią Łódzką, częścią Mazowsza oraz na Górnym Śląsku i w Małopolsce. W dzień burze nadal występowały na zachodzie i w centrum kraju. Komórki konwekcyjne w strefach z lokalnym wspomaganiem konwekcji tworzyły często układy liniowe, które przemieszczały się równolegle do swojej osi. To zaś spowodowało, że miejscami burze śnieżne trwały dość długo i dawały opad śniegu osiągający nawet kilkadziesiąt centymetrów. Jednocześnie w trakcie burz śnieżnych wzmagał się porywisty wiatr z zachodu i północnego zachodu, którego prędkość w porywach osiągała 90-100 km/h.
Liniowa strefa komórek konwekcyjnych z burzami śnieżnymi ciągnąca się od okolic Rugii po okolice Warszawy (źródło: lightningmaps.org / EUMETSAT)
Po tym, jak niż Ksawery znalazł się nad Bałtykiem, znacząco zwolnił prędkość swojej wędrówki. Jest to chyba najbardziej rzucająca się w oczy różnica w stosunku do niżu Anatol. Można stwierdzić, że przejście niżu Anatol przez okolice naszego kraju odbywało się szybciej i było bardziej dynamiczne. Niż Ksawery wypełniał się wolniej od niżu Anatol. Ksawery był dość głębokim układem niskiego ciśnienia jeszcze w dniu 7 grudnia, a jego lokalizacja nad pograniczem rosyjsko-białorusko-litewskim nadal wiązała się z dużym gradientem barycznym w Polsce oraz z występowaniem dość silnego wiatru. Mimo wszystko, Ksawery przyniósł słabsze wiatry od niżu Anatol, za to objął większy obszar. Doprowadził też do nieco groźniejszej sytuacji powodziowej związanej z cofkami i wysokim poziomem morza, niż to miało miejsce w przypadku niżu Anatol. Bilans przejścia Ksawerego przez Europę to ok. 1,4 mld Euro strat i 15 ofiar śmiertelnych, w tym 5 ofiar zginęło w Polsce.
Podsumowanie
Głębokie niże, które są sprawcami huraganowego wiatru, zwykle pojawiają się nad Europą Zachodnią, Północną i Środkową późną jesienią, zimą oraz wczesną wiosną. Prawie zawsze związane są z nasileniem się cyrkulacji strefowej i z bardzo silnym prądem strumieniowym wiejącym w troposferze z zachodu na wschód z prędkością przekraczającą 300 km/h na wysokości 8-11 km nad powierzchnią Ziemi. Powstają w wyniku pojawienia się zaburzeń falowych na froncie i w troposferze, w strefach z dużym poziomym gradientem temperatury. Nie każdy rok przynosi groźne układy niskiego ciśnienia w pobliżu Polski. Niże powstające nad Atlantykiem mogą przechodzić bliżej lub dalej kontynentu europejskiego, jednak na wodach morskich są na ogół nieszkodliwe. Gdy już się jednak już pojawią nad Europą, sieją spustoszenie i niejednokrotnie śmierć, a jednocześnie z powodu swojego dynamicznego charakteru obfitują w nietypowe zjawiska. Trudno jest przewidzieć, czy w następnych kilku miesiącach nasz kraj nawiedzi kolejna potężna wichura związana z głębokim cyklonem umiarkowanych szerokości geograficznych. Warto jednak śledzić indeks oscylacji północnoatlantyckiej NAO. Jeśli jego wartość przyjmuje wartości dodatnie, oznacza to występowanie cyrkulacji strefowej. Głębokie niże docierają do naszego kraju z kierunków zachodnich, przeważnie po okresie z dość wysoką jak na miesiące zimowe temperaturą. Tego typu pogoda w miesiącach zimowych związana jest zazwyczaj ze słabym oddziaływaniem wyżu znad Rosji. Słabo zaznaczający swoją obecność wyż rosyjski nie jest w stanie zablokować wędrówki głębokiego niżu nad środkową częścią Europy. W takiej sytuacji napływem mas powietrza do Polski sterują niże atlantyckie, sprowadzając ciepłe powietrze znad Atlantyku, Europy Zachodniej i Południowo-Zachodniej. Wtedy istnieje też największe ryzyko wtargnięcia głębokiego niżu w głąb kontynentu europejskiego.
