Dwa dni burzowe – efekt: powódź błyskawiczna i rekordowy grad. Czerwiec 2019

10 czerwca przyniosły one ulewne deszcze w województwie pomorskim, co m.in. doprowadziło do powstania powodzi błyskawicznej flash flood w Trójmieście. Dzień później w trakcie wieczornych burz w województwach lubuskim i zachodniopomorskim spadł rekordowo duży grad, powodując znaczne straty w majątku i infrastrukturze. To ciekawy przykład, jak różny przebieg mogą mieć zjawiska burzowe na niewielkim obszarze w krótkim odcinku czasu.

Aby w ogóle doszło do rozwoju burz, musi być spełnionych równocześnie kilka warunków. Po pierwsze w troposferze, zwłaszcza w jej dolnej części, niezbędna jest odpowiednia ilość wilgoci. Po drugie atmosfera musi być chwiejna, tzn. charakteryzować się odpowiednim rozkładem temperatury w profilu pionowym, który będzie sprzyjał unoszeniu powietrza dzięki sile wyporu. Tylko w takim przypadku może dojść do rozwoju konwekcji i chmury burzowej Cumulonimbus. Po trzecie musi istnieć jakiś mechanizm inicjujący ruchy wstępujące, którym może być front atmosferyczny, linia zbieżności wiatru, orografia czy dzienne nagrzanie powietrza. Jeżeli jednocześnie w górnej troposferze istnieją sprzyjające warunki synoptyczne, np. w postaci odpowiedniej strefy prądu strumieniowego lub górnej zatoki, to prawdopodobieństwo rozwoju burz, ich dynamika i długotrwałość znacznie się zwiększają.

Warunki początkowe i tworzenie się burz

Prognozy na 10 (poniedziałek) i 11 czerwca (wtorek) 2019 roku informowały o warunkach sprzyjających rozwojowi konwekcji. Zawartość wilgoci w powietrzy była duża, podobnie jak chwiejność atmosfery. 10 czerwca mechanizmem inicjującym burze był ciepły front atmosferyczny, który rozciągał się równoleżnikowo nad północną Polską. Następnego dnia burze związane były z wewnątrzmasową strefą konwergencji na zachodzie kraju. Ponadto – zarówno 10, jak i 11 czerwca – nastąpiło silne nagrzanie powietrza w ciągu dnia, a w górnych warstwach troposfery zachodziły procesy sprzyjające występowaniu zjawisk burzowych. W poniedziałek nad Polskę napływało z południa ciepłe powietrze, które w północnej części kraju wspomagało wielkoskalowe ruchy wstępujące. Z kolei we wtorek na zachodzie Polski, w górnej troposferze, przemieszczały się z południa na północ płytkie zatoki niżowe, związane z niżem nad Francją. W przedniej części takich zatok zachodzi proces, który w uproszczeniu można porównać do zasysania powietrza z dołu do góry, co dodatkowo sprzyja rozwojowi chmur.

10 czerwca – liniowa struktura burzowa i ulewne deszcze nad Trójmiastem

Dalsze różnice w przebiegu burz wynikały z odmiennej dynamiki troposfery, którą można scharakteryzować tzw. ścinaniem wiatru. Pojęcie to odnosi się do różnicy prędkości i kierunku wiatru w określonej warstwie atmosfery. Przy prognozowaniu burz bierze się pod uwagę rozwój tego zjawiska zazwyczaj w trzech warstwach atmosfery: 0-6 km, 0-3 km i 0-1 km. Im wyższe wartości ścinania wiatru w warstwie 0-6 km, tym większa szansa na to, że burze będą przyjmować zorganizowaną formę, np. linii szkwałowych albo superkomórek, przez co wzrasta też prawdopodobieństwo wystąpienia groźnych zjawisk towarzyszących.

Modele numeryczne dla 10 czerwca wskazywały na możliwość wystąpienia uskoku wiatru w warstwie 0-6 km na poziomie około 15 m/s, co było sygnałem, że rozwijające się burze mogą przyjmować formę zorganizowaną. W rzeczywistości wartości ścinania wiatru sięgały blisko 20 m/s (dane pomiarowe z 10 czerwca z najbliżej położonej stacji aerologicznej – Łeby), a w warstwie 0-3 km były jeszcze wyższe. Takie warunki umożliwiły tworzenie się liniowej struktury burzowej z silnymi porywami wiatru. Nad Kaszubami doszło do powstania mezoskalowego układu konwekcyjnego (MCS – mesoscale convective system), przybierającego kształt liniowy (linia szkwałowa), który widoczny był na obrazach radarowych jako forma echa łukowego (bow echo).

Przemieszczanie się linii zbieżności było dobrze widoczne na produkcie prędkości radialnej PPI(V) – jako gwałtowne przejście z kolorów niebieskich (ruch do radaru) na żółto-pomarańczowe (ruch od radaru).

Na linii szkwałowej wystąpiły nawalne opady deszczu, powodujące m.in. zalania ulic, oraz silne porywy wiatru uszkadzające budynki. W Gdańsku w ciągu jednej godziny spadło 28 mm deszczu, a w całym okresie przechodzenia układu konwekcyjnego 47 mm. Zanotowano tam również poryw wiatru do 26 m/s (94 km/h).

Zanim burze przyjęły formę liniową, na środkowym Pomorzu występowały w formie rozproszonych komórek burzowych i pojedynczych superkomórek. Świadczyły o tym – oprócz danych radarowych – także zdjęcia satelitarne, na których można było wyraźnie obserwować strukturę overshooting top, czyli kopulastej wypukłości górnej części komórki burzowej, wystającej ponad poziom kowadła chmury. W tym miejscu, w miejscowości Lutówko, na północnym zachodzie województwa kujawsko-pomorskiego, spadł grad o wielkości 5 cm.

11 czerwca – uwolniona moc atmosfery

Najbardziej reprezentatywne dane aerologiczne z 11 czerwca 2019 roku pochodzą z Lindenbergu we wschodnich Niemczech. Sondaż z godziny 12 UTC miał cechy tzw. sondażu „loaded gun” („załadowanej broni”). Profil taki charakteryzuje się wilgotną dolną troposferą, przykrytą warstwą hamującą (inwersyjną lub izotermiczną), nad którą atmosfera ma bardzo dużą chwiejność. Przebicie warstwy hamującej skutkuje gwałtownym rozwojem chmury Cumulonimbus, ale do „odpalenia” takiej „załadowanej broni” potrzebny jest mechanizm inicjujący. 11 czerwca tym mechanizmem była obecność, wspomnianej wcześniej, strefy konwergencji nad zachodnią granicą Polski oraz zatok niżowych w górnej troposferze.

Po zlikwidowaniu warstwy hamującej energia chwiejności, dla cząsteczki powietrza unoszonej z powierzchni ziemi, wzrosła z około 2250 J/kg o godz. 12 UTC do około 4800 J/kg o godz. 18 UTC. Takie „skoki” rzadko występują w naszych warunkach klimatycznych. Im większa wartość energii chwiejności, tym silniejsze prądy wstępujące formują się w chmurze. Pozwalają one na wielokrotne unoszenie i opadanie cząsteczek lodowych, wskutek czego dochodzi do powstania dużych gradzin.

Bardzo duża chwiejność w troposferze, ścinanie wiatru w warstwie 0-6 km rzędu 20 m/s oraz spora zawartość wilgoci doprowadziły do rozwoju superkomórek burzowych. Jedną z nich uchwycił radar meteorologiczny w Poznaniu. Burza ta była oddalona od radaru o co najmniej 120 km. W tej odległości środek najniższej wiązki radarowej (0,5°) znajdował się na wysokości około 2 km, więc nie było danych z warstwy leżącej poniżej.  Pomimo tego można było zauważyć charakterystyczne cechy superkomórki, tj.:

• dużą zmianę składowej radialnej ruchu na małej odległości; kolory świadczące o ruchu do radaru (niebieski do granatowego) oraz od radaru (pomarańczowy do czerwonego) leżały blisko siebie, co świadczyło o przeciwnie skierowanych składowych prędkości radialnej, czyli istnieniu rotacji (mezocyklonu) w komórce burzowej;
• echo radarowe w kształcie haka (hook echo), które świadczyło o odseparowaniu prądu wstępującego (obszar o małej odbiciowości) od prądu zstępującego z opadami deszczu lub gradu (obszar o maksymalnej odbiciowości).

Efektem rozwoju burz w postaci superkomórek były opady rekordowo dużego gradu. W Gorzowie Wielkopolskim zaobserwowano gradziny o średnicy 12 cm.

Burze z 10-11 czerwca 2019 roku w raportach ESWD

European Severe Weather Database to europejska baza danych o gwałtownych zjawiskach atmosferycznych. Zawiera one wiarygodne dane m.in. o burzach, które dostarczają obserwatorzy współpracujący z ESWD – amatorzy oraz profesjonalne sieci obserwacyjno-pomiarowe instytucji prowadzących osłonę meteorologiczną.

W opracowaniu z 10 czerwca 2019 roku raporty, które spłynęły do ESWD, dotyczą opadów gradu na północnym zachodzie województwa kujawsko-pomorskiego oraz na południowym zachodzie województwa pomorskiego, czyli tam, gdzie obserwowano superkomórkę burzową. Później, gdy burze zaczęły przybierać formę linii szkwałowej, obserwowano wiele przypadków intensywnych opadów deszczu i silnych porywów wiatru. Natomiast 11 czerwca prawie wszystkie zgłoszone raporty dotyczyły opadów gradu, co zdarza się wyjątkowo rzadko.

Według Rządowego Centrum Bezpieczeństwa, 10 czerwca Straż Pożarna odnotowała 389 interwencji związanych z intensywnymi opadami deszczu i silnym wiatrem – najwięcej w województwie pomorskim, aż 279. Wystąpiło wiele podtopień ulic i posesji, uszkodzone zostały dachy na budynkach mieszkalnych. 11 czerwca głównym zagrożeniem był grad, który wybijał szyby w samochodach, uszkadzał karoserie, niszczył dachy domów. Doszło do lokalnych podtopień i uszkodzeń konarów drzew.

Przy prognozowaniu burz synoptyk musi kompleksowo przeanalizować procesy zachodzące w atmosferze w danej chwili oraz wyniki numerycznych modeli prognostycznych. Na tej podstawie może określić obszar rozwoju niebezpiecznych zjawisk i ich natężenie. Niestety nie jest możliwe podanie, z kilkugodzinnym wyprzedzeniem, dokładnego miejsca (konkretnego powiatu czy miasta), gdzie utworzą się i przejdą burze. Dlatego śledząc ostrzeżenia meteorologiczne, które obejmują zazwyczaj obszar całych województw lub większą ich część, należy zwracać uwagę na aktualizację komunikatów, a w przypadku zagrożenia burzami korzystać z serwisu burzowego IMGW-PIB https://www.facebook.com/burzaalertimgw/, gdzie na bieżąco informujemy o rozwoju tych zjawisk.

Piotr Mańczak | Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju IMGW-PIB

Więcej: obserwator.imgw.pl