Powstawanie trąby powietrznej

Trąba powietrzna to rodzaj małoskalowego wiru powietrznego (tornado, trąba lądowa, trąba wodna, zjawisko gustnadogustnadogustnado) pod postacią wirującej kolumny powietrza.

W miejscach, gdzie ciepłe i wilgotne powietrze styka się z chłodnym i suchym, tworzą się warunki do powstawania niebezpiecznych zjawisk na kuli ziemskiej – trąb powietrznych.

R1M4LxwGvASkb

Schemat przedstawia powstawanie trąby powietrznej. Na ilustracji są szare chmury, pod nimi formuje się lejek - trąba powietrzna. Po lewej stronie schematu jest szara chmura burzowa z opadami atmosferycznymi. Tu powstaje pierwotny lejek schodzący z chmury burzowej. Następnie kiedy warunki są sprzyjające, formuje się trąba powietrzna i schodzi do ziemi. W trąbie powietrznej na dole zaznaczono efekt pompy - trąba zasysa to, na co natrafia na ziemi. Strzałki kierują się przez środek trąby ku górze. Na górze trąby strzałki zamykają się w owalu - tak przedstawiono rotację przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Po lewej i prawej stronie trąby, na zewnątrz są łukowate strzałki skierowane ku górze, oznaczają spiralny front wstępujący. Powietrze unosi się. W ostatniej fazie na schemacie na szarej chmurze burzowej jest pozioma strzałka skierowana w stronę rysunku trąby powietrznej. Na strzałce jest napis: uskok wiatru. Nad strzałką jest szeroka strzałka skierowana w dół, w jej stronę, z napisem: zimne powietrze. Pod strzałką jest szeroka strzałka z napisem: ciepłe powietrze, jest skierowana w stronę strzałki z napisem: uskok powietrza. Dalej na schemacie chmury stają się coraz bielsze. Tu opis: kiedy warunki zbliżają się do stanu równowagi, trąba powietrzna zanika.

Niezbędnym warunkiem do utworzenia się trąby jest także pojawienie się na niebie chmury burzowej Cumulonimbus. W umiarkowanych szerokościach geograficznych burze tworzą się najczęściej na frontach chłodnych (burze frontowe). Burze termiczne mogą formować się także w wyniku gwałtownego wznoszenia się ciepłego i wilgotnego powietrza od nagrzanego podłoża do górnych warstw atmosfery.

Aby powstała trąba powietrzna, musi wystąpić silny powietrzny prąd wznoszący. Powstaje on przy zderzeniu mas powietrza znacznie różniących się temperaturą i wilgotnością. Początkowo wir tworzy się w osi poziomej, by z czasem przyjąć orientację pionową. Łączy on wtedy podstawę chmury Cumulonimbus (w wyjątkowych przypadkach Cumulus congestus) z powierzchnią gruntu. Trąba powietrzna zaczyna być widoczna dopiero wtedy, gdy zaczyna podrywać z ziemi drobinki gruntu, piasek i rośliny.

Szczególnym przypadkiem trąby powietrznej są tornada, które występują głównie na terenie Ameryki Północnej. W ich tworzeniu bierze również udział prąd strumieniowy z wyższych partii atmosfery, który dodatkowo zasysa powietrze i ułatwia tworzenie się tzw. superkomórek burzowych.

Przekrój przez superkomórkę burzową

Tornado to lej wirującego powietrza, który styka się z gruntem. Aby dobrze poznać działania tego zjawiska, niezbędne jest poznanie struktury komórek burzowych, które mogą wytworzyć trąbę.

R1GLQFRoXXaOU

Ilustracja przedstawia trąbę powietrzną w postaci wirującej kolumny powietrza. Od dołu ku górze są prądy wstępujące, powietrze unosi się w kolumnie. W dolnej części wirującej kolumny jest chmura szelfowa. Po lewej i prawej stronie kolumny są ciemne chmury, z których pada deszcz. Po prawej stronie na wysokości górnej części wirującej kolumny są chmury mammataus - to pozioma chmura z wypukłościami.

W komórce burzowej występują silne prądy wstępujące i zstępujące. Wewnątrz tworzy się wirująca kolumna powietrza, czyli mezocyklon. Powyżej kowadła superkomórki burzowej, w miejscu wystąpienia mezocyklonu, pojawiają się charakterystyczne kłęby chmur, wystające ponad kowadło i świadczące o silnych procesach konwekcyjnych zachodzących w chmurze. Te specyficzne wierzchołki mogą przebijać się do stratosfery i nazywane są overshooting top. Tornado schodzi do ziemi z mezocyklonu, z części chmury określanej jako chmura szelfowa. Zwiastunem intensywnych prądów zstępujących i wstępujących są chmury mammatus. Chmurze towarzyszą intensywne opady deszczu oraz gradu.

Aleja Tornad w Stanach Zjednoczonych

Trąby powietrzne występują przede wszystkim na obszarze Stanów Zjednoczonych. Co roku schodzi tu na ziemię 700‑1200 lejów, które powodują śmierć ok. 100 osób. Największą koncentracją tych zjawisk charakteryzuje się obszar Alei Tornad, który obejmuje Teksas, Oklahomę, Nebraskę oraz zachodnie części stanów Iowa, Missouri i Arkansas (długość 850 km, szerokość 600 km). Jest to główny rejon występowania burz tornadogenetycznych, które powstają w wyniku mieszania się skrajnie różnych mas powietrza (zimnego i suchego powietrza arktycznego z ciepłym i wilgotnym powietrzem zwrotnikowym). W Alei Tornad pojawiają się wielkie superkomórki burzowe, bardzo uwodnione, mogące zawierać nawet 1 mld ton wody. Chmura, wewnątrz której dochodzi do gwałtownych turbulencji potężnych mas powietrza, sięga do tropopauzy i ma szerokość 20‑50 kilometrów, a czas jej trwania dochodzi do 4 godzin. To właśnie w niej rodzi się tornado.

Trąby powietrzne i tornada w Polsce

Trąby powietrzne występują na całym obszarze kraju w okresie sezonu letniego (czerwiec – sierpień), najczęściej około południa. Średnią w Polsce było 6 zjawisk w ciągu roku, jednak w ciągu kilku ostatnich lat obserwuje się ich znaczne zwielokrotnienie – od 7 do nawet 20. Ze względu na dużą prędkość wiatru w trąbach powietrznych (od 30 do 120 m/s) mogą one powodować znaczące szkody w skali lokalnej. Analiza danych meteorologicznych wskazuje, że trąby powietrzne pojawiają się najczęściej na terenie Wyżyny Małopolskiej i Lubelskiej, sięgając aż po Mazowsze, Podlasie oraz Pojezierze Mazurskie. W strefie wybrzeża notuje się ponadto kilka, a czasem nawet kilkanaście przypadków trąb wodnych rocznie. Lokalna Aleja Trąb występuje w okolicach Półwyspu Helskiego.

Rkn81LbdEunEk

Wykres przedstawia częstość występowania trąb powietrznych w Polsce w latach 1996–2012. W roku 1996, 1997 i 2012 brak trąb. Krzywa na wykresie rozpoczyna się w roku 1998 i biegnie do roku 2010. Ma tendencję rosnącą. W roku 1998 częstotliwość trąb powietrznych wynosi 1. W roku 1999 cztery, w 2000 roku jeden, w 2011 jeden, w 2002 siedem, w 2003 dwie, w roku 2004 sześć, w 2005 siedem, w 2006 sześć, w 2007 sześć, w 2008 dwanaście, w 2009 siedem, w 2010 dwadzieścia zdarzeń.

R5t58KjLE7OMB

Na mapie Polski zaznaczono obszary występowania trąb powietrznych w Polsce oraz wybrane trąby. Trąby występowały wzdłuż zachodniego wybrzeża Bałtyku, na północnym wschodzie, na południu Polski oraz rejon Łodzi. Zaznaczono daty i miejsca kilku trąb powietrznych - okolice Opola 15 sierpnia 2008 roku, 20 sierpnia 1946 w okolicach Kłodzka, 25 sierpnia 1956 trąba powietrzna wystąpiła w okolicach Szczecina, w dniach 15–16 maja 1958 w okolicach Rawy Mazowieckiej i Nowego Miasta, 20 lipca 1931 w okolicach Lublina, 15 sierpnia 2008 r. seria tornad województwo śląskie. 4 lipca 2002 nad Mazurami przeszedł front szkwałowy oraz trąba powietrzna, 2 czerwca 1987 roku rejon Zielonej Góry, 19 lipca 2015 roku w pobliżu Torunia.

Skutki wystąpienia tornada i trąby powietrznej

Trąby powietrzne są zjawiskiem niebezpiecznym, wyrządzają wiele szkód materialnych oraz, co najważniejsze, powodują ofiary wśród ludzi. Trąby są zjawiskiem najczęściej krótkotrwałym (mogą trwać od kilku minut do kilku godzin – bardzo rzadko), jednak budzą ogromny lęk przez swoją niszczącą siłę. Wielkie prędkości wiatru (od 17 do 142 m/s, czyli od 61 do nawet 512 km/h), spowodowane dużymi różnicami ciśnienia wewnątrz leja i poza nim (spadek do 100 hPa), powodują zniszczenia na trasie przejścia zjawiska. Czasami ścieżka zniszczenia może mieć szerokość od ok. 6 metrów do 5 km przy największych tornadach. Długość ścieżki zniszczeń może sięgać od 300 metrów aż do 500 kilometrów. Lej trąby powietrznej porywa cząsteczki gruntu i bywa, że piasek i żwir wbijają się w ciało człowieka. Drzewa zostają nierzadko skręcone niczym korkociągi, samochody, ciężarówki, a nawet lokomotywy mogą zostać uniesione i przesunięte na znaczne odległości. Skutkiem panującego wewnątrz trąby niskiego ciśnienia i silnego wiatru są zniszczenia budynków, nawet do fundamentów. Niszczone są budynki mieszkalne, gospodarcze, użyteczności publicznej, zdzierany jest asfalt z dróg, niszczona jest przyroda (wyrywane drzewa, gleba), przewracane są słupy wysokiego napięcia, co powoduje problemy z dostawą prądu. W powietrzu chaotycznie wirują zabójcze odłamki, kawałki szkła. 

Prognozowanie zjawiska tornada i trąby powietrznej

Powszechne występowanie trąb powietrznych w Stanach Zjednoczonych spowodowało utworzenie najbardziej rozbudowanego systemu prognoz i ostrzeżeń przed tymi niebezpiecznymi zjawiskami pogodowymi na świecie. System ten składa się z dwóch części: analityczno‑prognostycznej i ostrzegawczej. Część analityczno‑prognostyczną tworzy sieć:

• naziemnych stacji meteorologicznych,

• stacji z radiosondami aerologicznymi (badają elementy meteorologiczne w pionowym profilu od powierzchni ziemi do granicy troposfery),

• stacjonarnych radarów meteorologicznych (w tym radarów dopplerowskich),

• mobilnych radarów dopplerowskich,

• satelitów meteorologicznych.

Dane pomiarowe wprowadza się do modeli numerycznych w celu określenia warunków początkowych prognoz numerycznych oraz określenia czasowych i przestrzennych granic procesów konwekcyjnych ważnych z punktu widzenia tornadogenezy. Jeśli wartości któregoś ze wskaźników zostaną przekroczone, sytuacja meteorologiczna jest analizowana przez kilkuosobowy zespół dyżurujących synoptyków, którzy następnie mogą wydać komunikat ostrzegawczy, tzw. Tornado WatchTornado WatchTornado Watch. Następnie do lokalnych biur meteorologicznych przesyłane są do weryfikacji: prognoza synoptyczna, prognoza zjawisk konwekcyjnych, dyskusja synoptyczna w skali regionalnej oraz komunikaty ostrzegawcze o niebezpiecznych zjawiskach pogodowych. Wszystkie prognozy i komunikaty oraz ostrzeżenia dotyczące groźnych zjawisk przygotowuje się maksymalnie z ośmiodniowym wyprzedzeniem.

Komunikaty ostrzegawcze składają się z trzech komunikatów stopniujących zagrożenie wystąpienia tornada lub trąby powietrznej: Tornado Watch, Tornado WarningTornado WarningTornado Warning, Tornado EmergencyTornado EmergencyTornado Emergency. Wszystkie komunikaty o trąbach powietrznych przekazywane są za pośrednictwem radia, telewizji, internetu, sieci komórkowej. Dodatkowo w momencie bezpośredniego zagrożenia uruchamiane są syreny alarmowe znajdujące się na dachach budynków użyteczności publicznej, a patrole służb mundurowych informują mieszkańców przez megafony umieszczone na pojazdach.

Systemy ostrzegania i zbierania danych uzupełniają łowcy tornad, którzy obserwują tworzenie się komórek burzowych i trąb powietrznych, skanują mobilnymi radarami dopplerowskimi rosnące burze oraz śledzą przesuwające się leje trąb i tornad. W naszym kraju ich funkcję pełnią Polscy Łowcy Burz (lowcyburz.pl). Polska sieć monitoringu i ochrony przed groźnymi zjawiskami pogodowymi jest skonstruowana podobnie do systemu ochrony w Stanach Zjednoczonych.

Słownik