Superkomórka burzowa

Przez nierozważną działalność doprowadziliśmy, jako ludzkość, do poważnych zmian klimatycznych. Nasza planeta upomina nas, że nie można tego robić bezkarnie. Odwzajemnia się katastrofalnymi i pochłaniającymi wiele ofiar kataklizmami pogodowymi.

Także w Polsce coraz częściej mamy do czynienia z gwałtownymi zjawiskami pogodowymi. Choć burze z superkomórek burzowych i towarzyszące niektórym z nich tornada zdarzały się już wcześniej, to obecnie stają się nieodłącznym elementem letniej pogody.  Konsekwencją zmian klimatu są ulewne deszcze wywołujące katastrofalne powodzie, jak choćby te z września 2024 roku w południowo-zachodniej Polsce. 

Spróbuj zrozumieć jak do nich dochodzi i na czym polegają ekstremalne zjawiska pogodowe.

O pięciu etapach rozwoju typowej komórki burzowej przeczytasz w artykule i zobaczysz na filmie „Zrozumieć burzę”. Dowiesz się z nich jak przebiegają m.in. procesy rozbudowywania się i elektryzacji chmury burzowej oraz jak powstaje zjawiskowy piorun czyli błyskawica i towarzyszący jej grom.

fot. 1  Superkomórka burzowa  

fot. 2  Struktura superkomórki burzowej

Od Cumulusa do mezocyklonu 

Mechanizmy tworzenia się superkomórek są takie same zwykłych komórek burzowych, powstają one najczęściej z niewinnych cumulusów lub na zderzeniu się frontów atmosferycznych. 
Burze z superkomórek wyróżnia jednak to, że mogą utrzymywać się przez wiele godzin i przemierzać setki kilometrów. Towarzyszą im jeszcze silniejsze wichury i opady, a ok. 30 procentom także tornada. 

Na początku niewinne cumulusy, rosną w górę dzięki prądom wstępującym i mogą przekształcić się w chmurę Cumulus congestus. Jednak, aby ta chmura przekształciła się nie w zwykłą, ale w superkomórkę burzową, wysoko nad ziemią muszą występować tzw. wiatry ścinające, czyli zmieniające kierunek i prędkość wraz z wysokością. 
Powodują one, że prąd wstępujący zaczyna wirować i powstaje tzw. mezocyklon, w którym wirujące powietrze prądu wstępującego może osiągać prędkość ponad 85m/sekundę. 
Wokół rdzenia mezocyklonu chmury wirują na kształt korkociągu co możesz zobaczyć na filmie 

Taki wirujący, prąd wstępujący, nie tylko „karmi” chmurę ciepłym wilgotnym powietrzem i powoduje szybkie zwiększanie się jej objętości, ale dodatkowo powoduje, że w  dojrzałej superkomórce, prądy wstępujący i zstępujący zostają rozdzielone. (fot. 3 i 4)

fot. 3  Obraz superkomórki burzowej z radaru meteo

fot. 4  Budowa superkomórki na podstawie obrazu z radaru meteo

Anatomia superkomórki burzowej

W superkomórce, która przyjmuje już kształt kowadła, mamy dwa prądy zstępujące (niebieskie strzałki - fot.4), przedni tzw. prąd przedniej flanki, niosący bardzo intensywne opady na bardzo dużej powierzchni, poprzedzony ogromną wałową chmurą szelfową oraz prąd zstępujący tylnej flanki niosący opady, na znacznie mniejszej powierzchni. 
 

Na  obrazie opadów, z radaru meteorologicznego (fot. 3), duży czerwono-żółty obszar opadów związany jest z prądem zstępującym przedniej flanki. 
Obraz opadów tylnego prądu zstępującego przyjmuje charakterystyczny dla superkomórki, dobrze widoczny kształt haczyka – to tzw. hook echo. Ponieważ bardzo intensywne opady ograniczone są do wąskiego obszaru – grubości haka to mogą sprawiać wrażenie ściany deszczu.
Pomiędzy prądami zstępującymi, tak jakby wisiał na haczyku, znajduje się relatywnie niewielki, obszar bez opadów, (czarny, bo nie dający echa)  -  obejmujący bardzo silny wir mezocyklonu - prądu wstępującego, w którym panuje znacznie obniżone ciśnienie zasysające, wilgotne, ciepłe powietrze. 

Haczyk jest wygięty przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, ponieważ na półkuli północnej wektor siły Coriolisa powoduje takie właśnie wirowanie mezocyklonu - przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Efekt Coriolisa powoduje także, że na naszej półkuli superkomórki burzowe przemieszczają się  najczęściej w kierunku północno wschodnim. To także zaznaczyłem na infografikach. 
Efekt Coriolisa z pewnością już widziałeś choćby obserwując wirującą wodę w końcowej fazie spuszczanie jej z wanny. Sprawdź, czy zawsze woda wiruje w tą samą stronę? 

Na podstawie obrazu radarowego sporządzono poglądową grafikę, na której ciemnoniebieskim kolorem zaznaczono linię silnego chłodnego, gwałtownego wiatru szkwałowego widocznej w dolnej części grafiki.  
Obszar zasysającego, obniżonego ciśnienia zaznaczono kolorem brązowym, a kierunki dopływu powietrza dokarmiającego przemieszczającą się chmurę – żółtymi strzałkami.
 

Pojedyncza chmura superkomórki burzowej może obejmować obszar o średnicy przekraczającej 40km i osiągać wysokość od 15 - 17 do nawet 20 kilometrów. 

Kolejną cechą superkomórki, która wynika wprost z obecności mezocyklonu jest to, że nawet osiągnąwszy pułap tropopauzy, która wypłaszacza zwykłe burzowe kowadło, tutaj wir wyjątkowo silnych prądów wstępujących rozbudowuje chmurę ponad kowadło tworząc charakterystyczne wypiętrzenie, jakby czapeczkę, czyli  tzw. overshooting top. Jest ono widoczne na zdjęciach (na filmie i karuzeli u dołu artykułu) w prawym górnym narożniku nad kowadłem, na zdjęciu z góry wykonanym z satelity NASA oraz na infografikach. 

fot. 5 Wyładowania wewnętrzne w chmurze

fot. 6  100 błyskawic w ciągu 50min., Turcja 16.VI.2023

Rekordowe błyskawice i opady

W superkomórce o wielkiej objętości, dochodzi do bardzo intensywnej elektryzacji chmury, burze obfitują więc w bardzo silne wyładowania wewnętrzne (fot. 5) i doziemne, dodatkowo burze z superkomórek trwają znacznie dłużej od zwykłych, stąd większa liczba wyładowań, czyli piorunów. Na zdjęciu przy którym migawka była otwarta przez 50 minut widzimy równocześnie ponad 100 błyskawic, które towarzyszyły burzy nad tureckim miastem Mudanya 16 VI 2023 roku (fot.6).
 

W nawałnicach z aktywnością wielu superkomórek burzowych czyli tzw. burz  wielokomórkowych może dochodzić do rekordowych zjawisk atmosferycznych, od rekordowych opadów, po wielokrotne wyładowania i tornada.

Błyskawice mogą także osiągać rekordowe rozmiary. Najdłuższa zanotowana błyskawica – widoczna na zdjęciu satelitarnym (film i karuzela poniżej), odbyła drogę 768 kilometrów nad Teksasem, Luizjaną i Missisipi w USA 29 kwietnia 2020 roku,  i została uznana przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO) za najdłuższą pod względem dystansu, jaki pokonała. 
Z kolei błyskawica, która wystąpiła 18 czerwca 2020 roku nad Urugwajem i Argentyną, okazała się najdłużej trwającą w historii pomiarów. Trwała 17,1 sekundy

Niekiedy w końcowej fazie rozwoju chmury zachodzą wyładowania pochodzące nie, jak zwykle od dolnych, ujemnie naładowanych warstw chmury, ale od górnej naładowanej dodatnio, stąd zwane są wyładowaniami o polaryzacji dodatniej. Są stosunkowo rzadkie, ale za to o wiele silniejsze od wyładowań o polaryzacji ujemnej. Szacunkowo prąd płynący w kanale wyładowania doziemnego dodatniego jest nawet 10-krotnie większy od prądu w przeciętnym wyładowaniu doziemnym ujemnym i może osiągać natężenie 300 000Amperów. Wyładowania doziemne o polaryzacji dodatniej prawie zawsze składają się z pojedynczego uderzenia i mogą dosięgać miejsc znajdujących się nawet kilkadziesiąt kilometrów od chmury burzowej - zjawisko takie określa się wówczas mianem - gromu z jasnego nieba.  

W filmie „Zrozumieć burzę” wspomniałem, że w przeciętnej chmurze Cumulus o objętości 1km3 od której zaczyna się burza para wodna ma masę ok. 500 ton. Zobaczmy ile jej może być w superkomórce burzowej?
Obliczmy objętość superkomórki, przyjmując „oszczędnie” i dla uproszczenia, że ma średnicę 30km i wysokość 15km wówczas jej objętość wynosi ok. πr2*h = 3,14*152 *15 = ok. 10 600 km3 . Jeśli przyjmiemy, że masa wody w km3 równa się podobnie jak w cumulusie 500 ton / 1km3 to w jednej tylko superkomórce burzowej mamy co najmniej skromne 5 300 000 ton czyli 5 300 000 000 litrów wody. 
 

A często mamy do czynienia z burzami, na które składa się wiele komórek burzowych w różnych fazach rozwoju i burze wielokomórkowe mogą trwać wiele godzin.
 

Rozumiesz teraz skąd się biorą te ulewne deszcze, gdy w superkomórce kondensująca para wodna, łączy się w większe, a potem jeszcze większe krople deszczu i bryłki gradu.  
Wielki opady, mogą wywoływać wielkie powodzie, czego w Polsce aktualnie doświadczamy. 
 

Ale to nie koniec nieszczęść. Przyjrzyjmy się jeszcze ciekawym chmurom składającym się na superkomórkę burzową. Z pewnością rozpoznasz je w karuzeli u dołu.
Przypomnij sobie chmury szelfowe, wał szkwałowy, rozchodzący się nisko u podstawy kowadła, tworzący się w zawirowaniach chłodnego prądu zstępującego przedniej flanki rozpływającego się przed chmurą burzową.  Występują najczęściej na granicy burzowych frontów atmosferycznych, i zazwyczaj oznaczają porywisty szkwał i intensywne opady. 
 

Bow echo to formacja powiązanych z sobą burz, które mogą rozciągać się na kształt łuku na długości setek kilometrów. Na obrazie z radaru meteorologicznego widzisz echo – czyli obraz opadów z takich burz nad Polską (fot. z lewej na samej górze). Łatwo ocenić jego długość.

Przykładem bow echo była nawałnica z 4 VII 2002 roku z Puszczy Piskiej, która zrównała z ziemią 44 tysiące ha lasu, a także tragiczna nawałnica w nocy z 11 na 12 VIII 2017 roku podczas której zginęło 5 osób, w tym dwie harcerki  w namiocie przywalonym przez drzewo, na obozie w Suszku w powiecie Chojnice. 

Chmury stropowe tworzące jakby szeroką obudowę wirującego mezocyklonu.
Wreszcie ciekawie wyglądające chmury, w kształcie wymion zwisające ze spodniej strony kowadła to chmury – mammatus. Powstają, gdy chłodne powietrze z kowadła chmury burzowej, zanurza się w cieplejszym powietrzu poniżej. Im są większe tym groźniejsza jest burza.  

Podsumowanie

Burze i pioruny od zawsze fascynowały ludzi. Mamy tego liczne dowody w kulturze i religiach starożytnych, od Zeusa władcy piorunów poczynając.

Zadanie:

Napisz .....  

tel.: 505 377 726     e-mail: kontakt@terazrozumiem.pl

NOTA PRAWNA: Zgodnie z art. 25 ust. 1 pkt 1 b) Ustawy o prawach autorskich i prawach pokrewnych (z 4 lutego 1994 r, z późn. zmianami) zastrzegam, że wszystkie materiały zamieszczone na terazrozumiem.pl są objęte prawami autorskimi, a ich dalsze rozpowszechnianie bez mojej zgody jest zabronione