Poszarpany wał szkwałowy z licznymi strzępkami chmur, wskazujący na występowanie bardzo silnych porywów wiatru związanych z prądem zstępującym burzy. (fot. Grzegorz Zawiślak)
Jednym z ostatnich symptomów wskazujących na możliwość pojawienia się gwałtownej burzy jest wał szkwałowy, żargonowo nazywany chmurą szelfową. Chmura ta często wzbudza konsternację oraz świadomość nadciągającego zagrożenia, dzięki czemu wiele osób nie ryzykując postanawia schronić się w bezpiecznym miejscu, co jest zachowaniem jak najbardziej prawidłowym. Czasami jednak jest już za późno, zwłaszcza jeśli burza przemieszcza się dość szybko, a wał szkwałowy wyłaniając się nad lasem czy budynkami pozostawia jedynie minuty na znalezienie schronienia. Nie każdy wał szkwałowy wiąże się z wystąpieniem gwałtownych, niszczących zjawisk atmosferycznych, lecz zdecydowana większość – poprzedza wystąpienie zjawisk, które potencjalnie mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia (wszakże najczęściej towarzyszy burzy). Jego obecność nie może być zatem bagatelizowana. W poniższym artykule opisane zostaną wały szkwałowe – przede wszystkim ich wygląd oraz jego cechy charakterystyczne, a także sposób powstawania.
Charakterystyka wałów szkwałowych
Nadciągający wał szkwałowy (fot. Jan Jakóbczak)
Wał szkwałowy nad Krakowem. (fot. Anna Kłosińska)
Wał szkwałowy towarzyszący niewielkiej liniowej formacji konwekcyjnej nie przynoszącej wyładowań atmosferycznych. (fot. Igor Laskowski)
Wał szkwałowy towarzyszący chmurze kłębiastej deszczowej (łac. Cumulonimbus arcus) jest zwykle podłużną, poziomą, nisko zawieszoną chmurą przypominającą klin lub taran, często nachyloną pod pewnym kątem do powierzchni terenu, przypominając nieraz nawet spodek kosmiczny. Sam w sobie nie jest groźny, jednak może być on zapowiedzią wystąpienia niebezpiecznych zjawisk. Umiejscowiony jest na czele przemieszczających się chmur konwekcyjnych i związany jest z ich frontem szkwałowym (ang. gust front). Najczęściej towarzyszy burzom wielokomórkowym, a zwłaszcza tym, których strefa czołowa jest ułożona liniowo lub łukowo. Wśród nich można wymienić długo „żyjące” burze wielokomórkowe generujące prostoliniowe (jednokierunkowe), niekiedy niszczące porywy wiatru, w tym linie szkwału z sygnaturą bow echo czy też rozległą burzę wielokomórkową derecho, ale towarzyszą również o wiele mniejszym układom liniowym. Oznacza to w rzeczywistości, że wały szkwałowe mogą towarzyszyć burzom o obszarze oddziaływania obejmującym od kilku do kilkuset kilometrów, a niekiedy nawet ponad tysiąc kilometrów długości. Wał szkwałowy może znajdować się również na czele (froncie szkwałowym) najgroźniejszego typu burzy – superkomórki burzowej.
Jednak aby powstał wał szkwałowy, nie jest koniecznie istnienie burzy, rozumianej tutaj jako zjawisko któremu towarzyszą wyładowania atmosferyczne. Wał szkwałowy może znaleźć się na czele układów wielokomórkowych nie przynoszących wyładowań atmosferycznych, a zwłaszcza w warunkach napływu (adwekcji) chłodniejszej masy powietrza (polarnomorskiego lub arktycznego), które wypiera znajdujące się przed nim lżejsze powietrze cieplejsze. W takich warunkach (kształtowanych również przez dzienne nasłonecznienie wzmagające ruchy wznoszące powietrza) powstają liczne chmury (komórki) konwekcyjne przynoszące opad deszczu, łączące się w układy wielokomórkowe (często zorganizowane liniowo i nie generujące wyładowań), na czele których może przemieszczać się wał szkwałowy, nierzadko dość masywny. Cumulonimbus arcus może również znajdować się na czele burz, które w wyniku niesprzyjających warunków atmosferycznych uległy osłabieniu (nie generują wyładowań atmosferycznych, czyli błyskawic, piorunów). Czasami wały szkwałowe towarzyszą również chłodnemu frontowi atmosferycznemu, bez obecności burzy.
Proces formowania się wałów szkwałowych
Fotografia wału szkwałowego przechodzącego 17 czerwca 2016 r. na Podlasiu. Czarną linią oznaczono front szkwałowy (ang. gust front), jasnoniebieską – prąd zstępujący, czerwoną – prąd wstępujący. (fot. Grzegorz Zawiślak)
Wał szkwałowy powstaje na czele nasuwających się chmur burzowych w wyniku oddziaływania chłodnego prądu zstępującego (chłodniejszego powietrza, któremu zwykle na powierzchni ziemi towarzyszy opad, często intensywny). Prąd ten, kierując się w stronę powierzchni ziemi, rozprzestrzenia się następnie w zależności od cech otaczającej go masy powietrza. Chłodniejsza, a zarazem cięższa masa powietrza związana z prądem zstępującym wślizguje się wtedy pod masę powietrza cieplejszego znajdującego się przed burzą, powodując jej wymuszone wznoszenie, ochłodzenie i następnie kondensację zawartej w niej pary wodnej (przejście pary wodnej ze stanu gazowego na stan ciekły). Jej efektem jest powstanie chmur budujących wał szkwałowy. Na styku tych różnych mas powietrza znajduje się powierzchnia frontu szkwałowego, która jest zwykle nachylona pod pewnym kątem w stosunku do powierzchni ziemi – podobnie jak dość znaczna część przemieszczających się wałów szkwałowych. Przykłady jak może ten proces wyglądać obrazują nagrania wykonane w technice poklatkowej (timelapse) – na przykład link 1, link 2.
Wygląd zewnętrzny wałów szkwałowych
Wał szkwałowy przemieszczający się nad Warszawą (fot. Artur Surowiecki)
Wał szkwałowy jest podłużną, poziomą, nisko zawieszoną chmurą znajdującą się na czele chmur konwekcyjnych. W rzeczywistości przybierać może różne kształty – wały mogą być jedno lub kilkuwarstwowe, o niewielkiej rozciągłości, czy nawet sięgające powierzchni ziemi. Mogą być mniej lub bardziej regularne, poszarpane, lub też jedynie cząstkowe w zależności od stadium rozwoju. Kształt wału szkwałowego może być również zależny od uwarunkowań środowiskowych, w tym zwłaszcza ukształtowania oraz pokrycia terenu. Na obszarach podgórskich, gdzie podstawa chmur w stosunku do powierzchni terenu znajduje się nieco niżej, a ukształtowanie terenu sprzyja wymuszonym ruchom wznoszącym powietrza, obecność przy powierzchni ziemi strzępków chmur (tzw. scud cloud) nie wykazujących rotacji, a towarzyszących chmurze szelfowej jest dość częsta. Podobnie jak w przypadku większych kompleksów leśnych, nad którymi masa powietrza może charakteryzować się inną temperaturą powietrza i wilgotnością niż na otaczającym terenie. Niekiedy na takim obszarze wał szkwałowy może nawet „nasunąć się” na obserwatora. Efekt ten można zobaczyć na przykład w nagraniu: link
Turbulentna, rozległa podstawa wału szkwałowego, nazywana przez łowców burz paszczą wieloryba (ang. whale mouth) (fot. Igor Laskowski)
Podstawa chmury szelfowej jest często dość poszarpana i turbulentna, co świadczy o istnieniu dość wyraźnego uskoku wiatru (różnicy w prędkości i kierunku wiatru w małej odległości) wynikającego z interakcji powietrza chłodniejszego w obrębie burzy i cieplejszego znajdującego się przed nim. Z tego względu na czele burzy pod wałami szkwałowymi często można dostrzec pewną rotację w chmurach, lecz nie można pomylić tego zjawiska z trąbą powietrzną, która w obrębie wału szkwałowego nie występuje. Jeśli turbulentna i nieregularna podstawa chmury szelfowej jest dość wyraźna i rozległa, łowcy burz nazywają ją paszczą wieloryba (ang. whale mouth).
Czy istnieje zatem możliwość określenia gwałtowności burzy (siły wiatru) na podstawie wyglądu i kształtu wału szkwałowego? Nie. Same cechy wizualne chmury szelfowej nie są wystarczające do stwierdzenia z dużą pewnością jak silny wiatr będzie towarzyszył burzy, ale istnieją pewne przesłanki wskazujące na to, że burza faktycznie może być gwałtowna. Jeśli wał szkwałowy przemieszcza się w stronę obserwatora dość szybko, jest poszarpany, mocno nieregularny (jak na pierwszym zaprezentowanym zdjęciu), z dużą ilością mniejszych lub większych strzępków chmur pod wałem kierujących się w górę, w stronę podstawy chmury – jest to wskazanie że burzy mogą towarzyszyć bardzo silne, niszczące porywy wiatru. Zwłaszcza jeśli obecne są wyraźne, ciemne chmury pyłu unoszone z ziemi w kierunku chmury, w tym również takie, w których można zaobserwować ruch wirowy (tornada szkwałowe – ang. gustnado). Przykład podobnego wału szkwałowego: Bogatynia – 19 lipca 2015 r.
Masywny wał szkwałowy, który 26 lipca 2015 r. nadciągnął nad Konin (fot. Rafał Grzybowski)
Nie istnieje więc ścisła korelacja pomiędzy masywnością wału szkwałowego i liczbą jego warstw a siłą burzy. W naszym kraju obserwowane były masywne i malownicze wały szkwałowe poprzedzające burze, które nie charakteryzowały się silnymi porywami wiatru (jak np. w Koninie w 2015 r. – zdjęcie obok – czy też na nagraniu wykonanym z Uniwesytetu w Oklahomie – link) z kolei huraganowe podmuchy mogą wystąpić również za niezbyt dobrze rozwiniętymi, jednowarstwowymi wałami szkwałowymi. Masywne, wielowarstwowe wały szkwałowe (składające się z kilku wyraźnych pasów) spotykane są jednak zwłaszcza w przypadku długo „żyjących” burz wielokomórkowych z wbudowanymi liniami szkwału (np. derecho), czasami również superkomórek burzowych, przynoszących również silne, huraganowe porywy wiatru prostoliniowego.
Częstość występowania wałów szkwałowych
Jednowarstwowy wał szkwałowy, który przemieszczał się 18 listopada 2015 r. w okolicach Opola (fot. Igor Laskowski)
Wały szkwałowe w odniesieniu do odsetka obserwowanych burz w Polsce nie występują zbyt często – oficjalne pomiary na ten temat nie są prowadzone, jednak na podstawie doświadczeń autora, liczba chmur szelfowych kształtuje się przeciętnie na poziomie do kilku w roku w danym punkcie, natomiast w sprzyjających warunkach w ciągu roku można zaobserwować nawet do kilkunastu wałów szkwałowych. Powstawać mogą właściwie o każdej porze roku, przy czym z racji rocznego przebiegu występowania okresów z głęboką konwekcją – zdecydowanie częściej latem niż zimą. W okresie chłodnym wały szkwałowe są zwykle mniej rozbudowane (jednowarstwowe) niż latem.
Podobieństwo z innymi chmurami
Mechanizm powstawania wału rotorowego (ang. roll cloud). Niebieskie strzałki – chłodny prąd zstępujący, czerwone strzałki – ciepły prąd wstępujący. Pomiędzy nimi znajduje się front szkwałowy (ang. gust front). Źródło: geography.hunter.cuny.edu
Fotografia wału rotorowego przechodzącego nad miejscowością Węgry k. Opola (fot. Sebastian Kuhn)
Bardzo podobną chmurą do wału szkwałowego jest wał rotorowy (ang. roll cloud), potocznie nazywany chmurą rolkową, gdyż przypomina kształtem rolkę lub rurę. Podobnie jak wał szkwałowy, znajduje się na czele frontów szkwałowych, jednak nie jest związany bezpośrednio z podstawą chmury burzowej. Zwykle widoczna jest również rotacja wokół osi chmury, wynikająca z istnienia uskoku wiatru spowodowanego interakcją cieplejszego powietrza unoszącego się nad chmurą oraz chłodniejszego prądu zstępującego pod nią, jednak nie jest możliwe pomylenie tego zjawiska z lejem kondensacyjnym.
Wały szkwałowe mogą czasami być pomylone z chmurą stropową, będącą charakterystycznym elementem superkomórki burzowej. Chmury stropowe, z których to powstają typowe, mezocyklonalne trąby powietrzne, zwykle zlokalizowane są na w południowej i południowo-zachodniej części superkomórki burzowej, w miejscu napływu chwiejnego powietrza do wnętrza burzy. Wały szkwałowe znajdują się natomiast w przedniej części burzy (na froncie szkwałowym, zwykle we wschodniej części superkomórki) i zazwyczaj nie wykazują cech rotacji.
Podsumowanie
Obecność wału szkwałowego na czele formacji konwekcyjnej, w tym zwłaszcza burzy generującej wyładowania atmosferyczne nie jest niczym niezwykłym (a już na pewno nie anomalią pogodową!), jednak powinna uzmysłowić ryzyko wystąpienia gwałtownych zjawisk. Istnieje możliwość rozpoznania wału szkwałowego nawet z dużej odległości, co może dać sporo czasu na przygotowanie się do nadejścia burzy, a zwłaszcza schronienie się w bezpiecznym miejscu. Jednak jak już wspomniano na początku artykułu, czasami może być za późno, jeżeli burza przemieszcza się dość szybko a możliwości obserwacji nieba są ograniczone. Dlatego same grzmoty, zwłaszcza powtarzające się i nasilające się, zwłaszcza z kierunku, z którego burza nie może być obserwowana (np. ze względu na przeszkody terenowe) powinny być alarmujące. Każda burza jest niebezpieczna – od momentu gdy chmura konwekcyjna przynosi wyładowania atmosferyczne, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia.
