štvrtok, 23. mája 2013

Globálne otepľovanie môže viesť k silnejším tornádam

O tornádach toho vieme zatiaľ menej, ako by sme chceli a potrebovali

Pondelok, 20. máj 2013. Južné predmestie Oklahoma City, Moore, sa teší z krásneho a teplého jarného dňa. Obyvatelia pohrúžení do svojich všedných denných aktivít si len sotva všímajú rastúce tiene mohutných búrkových oblakov západne od mesta. Dúfajúc, že pôjde azda len o jednu z ďalších popoludňajších búrok, väčšina z nich nevenuje snehobielym vežovitým oblakom náležitú pozornosť. Situácia sa však rýchlo dramatizuje. Niekoľko minúť pred treťou hodinou miestneho času (2:56 pm CDT) sa nad úrodné oklahomské polia juhozápadne od mesta znesie k zemi rýchlo rotujúci lievik, víriaci na jej povrchu obrovské množstvá prachu a lietajúcich trosiek. Niet pochýb o tom, že ide o tornádo.


Obr. 1: (vľavo hore) Tornádo v Moore je v tomto roku zatiaľ prvé, ktoré dosiahlo najvyšší stupeň intenzity (EF-5); rozsah škôd tornáda z 20. mája 2013 (vpravo hore, vľavo dole), a z 3. mája 1999 (vpravo dole; Zdroj: CNN a blog Jeffa Mastersa). (dole) Video zachytávajúce tornádo v blízkosti mesta Moore (Zdroj)


Pre obyvateľov mestečka Moore sa však vydalo tým najmenej vhodným smerom. Už o necelých 5 minúť neskôr sa v meste rozozvučia prvé sirény. Ľudia sa bez zbytočnej paniky ponáhľajú do svojich úkrytov (v prípade, že nejaké majú). Nikto nemá čas premýšľať nad možnými dôsledkami a už vôbec nie nad tým, že už o necelú polhodinu bude celé mesto svedkom podobného rozsahu devastácie, ako v roku 1999, kedy Moore spustošilo ničivé tornádo najvyššej kategórie, stupňa EF-5. Vtedy tornádo usmrtilo 36 ľudí.

V tomto ročnom období a v tejto časti USA nie sú tornáda ničím výnimočným, no každé tornádo je iné a platí to aj v tomto prípade. Tornádo široké viac ako 2 kilometre (niektoré zdroje hovoria dokonca o 3 km, Obr. 2) a rotujúce rýchlosťou až 340 km.h-1 trhá domy zo základov, berie jeden za druhým, a neušetrí pritom ani miestnu nemocnicu a dve školy. Predbežná bilancia hovorí o 24 obetiach a materiálnych škodách vo výške minimálne 2 miliárd dolárov. Ide teda zatiaľ o tretie „najdrahšie“ tornádo od roku 1950, pričom prvé dve sa vyskytli v roku 2011 (Joplin Tuscaloosa, obe EF-5). 


Obr. 2: Trajektória tornáda z 20. mája 2013 s vyznačením sily v F-stupnici a šírky zasiahnutého územia - tornádo prešlo v priebehu 40 minút vzdialenosť takmer 30 kilometrov, a v najširšom úseku malo viac ako 2 kilometre v priemere (Zdroj)


Obr. 3: (hore) Družicový záber systému supercelárnych búrok zachytený južne od Oklahoma City 2:40 pm CDT družicou NASA - AQUA (MODIS) - trajektória tornáda je zobrazená červenou čiarou (Zdroj), záber s lepším rozlíšením je k dispozícii na stránke NASA: Zdroj; (dole) Video (1, 2) zobrazujúce sekvenciu družicových záberov supercelárnych búrok z 20. mája 2013 (Zdroj: GOES-East)




Ničivá sila tornáda z Moore spočívala nielen v jeho sile a obrovskom rozsahu, ale aj v nezvyčajne pomalom postupe naprieč mestom. Tornáda sa v otvorenom priestore zvyčajne pohybujú rýchlosťou až 90 km.h-1, no toto sotva dosahovalo tretinovú rýchlosť (~ 30 km.h-1). O sile tornáda a koniec koncov aj o intenzite samotnej supercely, ktorá tornádo zapríčinila, vypovedá aj fakt, že o približne hodinu neskôr začali trosky z Moore dopadať v oblasti mesta Tulsa, vzdialeného celých 160 km severovýchodne od Oklahoma City. Aj keď systém včasného varovania funguje v Oklahome perfektne a obyvatelia mestečka Moore urobili pre svoju bezpečnosť všetko, čo sa v danej chvíli urobiť dalo, potrebné je poznamenať, že toto južné predmestie Oklahoma City malo opäť raz veľkú smolu. Len pre zaujímavosť možno ešte dodať, že išlo v poradí o 59. tornádo kategórie EF-5 pozorované na území USA od roku 1950, a 147. tornádo v poradí, ktoré od roku 1890 zasiahlo Oklahoma City

Celý búrkový systém tvorený pravdepodobne hneď niekoľkými supercelami bol vo veľmi dobrom rozlíšení zachytený aj družicou NASA, Aqua (MODIS), len niekoľko minút pred vznikom tornáda. Na Obr. 3 je pre ilustráciu zobrazená trajektória tornáda, ktoré zasiahlo Moore (červená čiara). 


Obr. 4: (hore) Supercelárne búrky majú veľmi špecifickú štruktúru, ktorej základom je výrazne rotutjúci (okolo vertikály) výstupný prúd teplého a vlhkého vzduchu do výšky - tento mechanizmus udržuje búrku v jej aktívnej forme aj niekoľko hodín (tým sa supercelárne búrky odlišujú od klasických konvektívnych búrok; Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006); (dole) schéma jedného z možných spôsobov vzniku supercel delením multicelárnych búrok silným vzostupným prúdením vzduchu uprostred (Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006)


Klimatická zmena a tornáda - zatiaľ toho vieme veľmi málo
V súvislosti s pozoruhodným výskytom veľmi silných tornád, predovšetkým v roku 2011, sa stále častejšie objavujú otázky, či je možné v dlhodobej variabilite ich výskytu vidieť nejakú spojitosť s klimatickou zmenou (v roku 2011 bolo v USA pozorovaných dovedna 1700 tornád, pričom 5 z nich dosiahlo najvyšší stupeň intenzity - naopak rok 2012 sa niesol v znamení jednej z najpokojnejších tornádových sezón za posledných 60 rokov - tento stav bol spôsobený severnejšou polohou jet streamu, ktorý bol v prevažnej časti roka 2012 odklonený až nad Kanadu, ktorá zaznamenala nezvyčajný výskyt letných tornád). 

Žiaľ, tých, ktorí očakávajú jednoznačnú odpoveď zrejme sklameme. V prípade tak tornád ako aj silných konvektívnych búrok supercelárneho typu (Obr. 4) je odpoveď veľmi zložitá, a závisieť bude hlavne od toho, do akej miery sa budú vplyvom klimatickej zmeny meniť dva základné faktory, určujúce vznik a silu tornád. Tým prvým je veľkosť vertikálneho teplotného zvrstvenia (ovplyvňuje ho predovšetkým počiatočná prízemná teplota vzduchu, ako aj množstvo vodnej pary obsiahnuté vo vzduchu), tým druhým je potom veľkosť vertikálneho strihu vetra.

Zdá sa, že vplyvom globálneho otepľovania sa budú oba uvedené faktory vyvíjať diametrálne odlišným smerom – zatiaľ čo narastajúca teplota prízemných vrstiev troposféry povedie k rastu lability ovzdušia, čo môže prispieť k častejším, ale najmä silnejším tornádam, vertikálny strih vetra nebude pravdepodobne tak výrazný, ako v súčasnosti, čo môže naopak vznik tornád blokovať. Podľa výsledkov štúdií Trapp et al. 2007 a 2009 by mohlo dôsť k situácii, kedy vzrast lability ovzdušia do konca tohto storočia (napr. podľa scenára A2, Obr. 7) by mohol prevážiť blokujúci efekt menej výrazného vertikálneho strihu vetra, čo by sa mohlo prejaviť v náraste celkového počtu dní so silnými konvektívnymi búrkami (a tornádami). 

S predpovedaním budúceho vývoja výskytu silných tornád je spojený aj celý rad iných problémov - tie súvisia najmä s málo kvalitnými údajmi o doposiaľ pozorovaných tornádach (Obr. 5 - doposiaľ nebol v časových radoch počtu registrovaných tornád na území USA pozorovaný žiadny významný trend nárastu alebo poklesu výskytu silných tornád) a tiež s obmedzenými možnosťami klimatických modelov simulovať meteorologické fenomény, ktorých veľkosť ani zďaleka nedosahuje minimálnu rozlišovaciu schopnosť globálnych alebo regionálnych modelov. 


Obr. 5: Ročný počet silných tornád (sily EF3-EF-5) pozorovaný v Spojených štátoch amerických v období rokov 1954-2012 (Zdroj)


Obr. 6: Vývoj kumulatívneho ročného počtu pozorovaných tornád sily EF-0 až EF-5 na území Spojených štátov amerických v roku 2013 (čierna), v porovnaní s dlhodobým priemerným vývojom z obdobia 1954-2012 (Zdroj)


Obr. 7: Zmeny v ročnom počte silných búrok na území Spojených štátov amerických medzi obdobiami 1962-1989 a 2072-2099 podľa emisného scenára A2 (Zdroj: Trapp et al. 2007)


Streda, 27. apríla 2011. Deň, ktorý sa čiernymi písmenami zapísal do histórie Spojených štátov. V priebehu necelých 24 hodín zasiahlo územie šiestich federálnych štátov (Alabama, Tennessee, Mississippi, Georgia, Arkansas a Virgínia) jedna z najhorších sérií tornád za posledných 75 rokov. Dovedna viac ako 200 tornád si vyžiadali až 350 obetí. Za zmienku stojí aj fakt, že celkový počet tornád dosiahol v apríli 2011 bezprecedentne najvyššiu hodnotu v celej histórii pozorovania tohto fenoménu (875). To však nebolo všetko. V druhej polovici mája si vyčíňanie veterných smrští vybralo ďalšiu krutú daň. Mestom Joplin v štáte Missouri sa prehnalo jedno z najničivejších tornád americkej histórie. Zanechalo za sebou 158 mŕtvych a neopísateľný obraz skazy, ktorý šokoval dokonca aj samotných Američanov. 




Necelý mesiac po udalostiach v Jopline tornáda nakoniec „doputovali“ aj do strednej Európy. V utorok, 21. júna, v deň letného slnovratu, sa jedno legitímne tornádo prehnalo cez Pardubice (pozri video nižšie) a neskôr aj obcou Hroubovice na Chrudimsku, kde, podľa očitých svedkov, spôsobilo nie až tak zanedbateľné škody. Akoby toho nebolo dosť, asi o týždeň skôr spozorovali obyvatelia podtatranskej obce Šuňava ďalší rodiaci sa oblačný vír, no tento krát to ostalo bez následkov. Aj keď sporadický výskyt tornád nie je v našom regióne ničím výnimočný, nedávne dramatické udalosti v USA opäť rozpútali vlnu vášnivých diskusií o možnej súvislosti medzi globálnym otepľovaním a zjavným a objektívne zmerateľným nárastom extrémnosti počasia v mnohých regiónoch sveta. 





 

Základná terminológia
Tornádo je intenzívne rotujúci vír vyskytujúci sa pod spodnou základňou konvektívnych búrok, ktorý sa v priebehu svojej existencie aspoň jeden krát dotkne zemského povrchu. Ide teda o stĺpec rýchlo rotujúceho vzduchu s priemerom od jednotiek do stoviek metrov. Hlavným rozpoznávacím znakom tornáda je jeho vzhľad v podobe lievikovitého chobota alebo stĺpu, ktorý vzniká v dôsledku kondenzácie vodnej pary v rýchlo rotujúcom vzduchu (tzv. „kondenzačný chobot“). Tornádo najčastejšie rotuje v protismere pohybu hodinových ručičiek a na jeho kontakt so zemským povrchom upozorňujú najmä zvírený prach a trosky rôznych predmetov. Občas dochádza aj k prípadom, kedy na periférii samotného tornáda vznikajú tzv. podružne alebo sekundárne víry, ktoré svojou silou často krát prevyšujú deštruktívny účinok hlavného tornáda.


Video ukazuje zjednodušený princíp vzniku tornáda


Video: Detailné zábery EF-5 tornáda z mesta Tuscaloosa v Alabame z 27.4.2011

  
Video: Detailné zábery EF-5 tornáda z mesta Tuscaloosa v Alabame z 27.4.2011

V prípade, že kondenzačný chobot nedosahuje až k zemskému povrchu, spravidla býva označovaný ako „lievikovitýoblak (angl. funnel cloud). Dôležitejším faktom ale je, že ničivé vetry sa v rámci tornáda vyskytuje spravidla aj za hranicou viditeľného chobota, čo znamená, že tornádo môže spôsobiť značné škody na zemskom povrchu aj v tom prípade, že samotný chobot nedosahuje až na zem. Tornádo nad vodnou hladinou sa označuje pojmom vodná smršť (angl. waterspout). Pre tornáda, ktoré preukázateľne nedosahujú až k zemskému povrchu, sa zaužívalo označenie tromba (tromba je tiež všeobecnejšie pomenovanie pre všetky atmosférické víry s približne vertikálnou osou rotácie – termín teda zahŕňa aj iné netornadické víry – prašné víry, atď.).


Obr. 8: (vľavo hore) Systém masívnych supercelárnych búrok na JV USA dňa 27. apríla 2011 pri pohľade z meteorologickej družice (Zdroj); (vpravo hore) - príklad supercelárnej búrky so zreteľne nápadnou rotáciou búrkového oblaku v spodných a stredných výškových hladinách (Zdroj); (dole) supercela postupujúca nad severným Kansasom dňa 8. mája 2001 (Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006)

Rýchlosť horizontálneho prúdenia v tornáde môže nadobúdať rôznych hodnôt, pričom jej horná hranica nie je presne vymedzená, keďže ju nemožno meraniami presne určiť. O mimoriadne vysokých rýchlostiach rotujúceho vzduchu v najsilnejších tornádach svedčí najmä ohromný rozsah škôd a fatálne následky v postihnutých oblastiach. Deštrukčný potenciál tornád býva najčastejšie výslednicou rýchlosti postupu a rotácie atmosférického víru, no nezanedbateľným faktorom je aj celková doba, počas ktorej pôsobí na konkrétny objekt. Pre odhad sily a intenzity tornáda používajú meteorológovia najčastejšie tzv. Fujitovu stupnicu (tiež tu: Zdroj), ktorá silu tornáda kategorizuje na základe charakteru a rozsahu vzniknutých škôd. Najslabším tornádam sa prisudzuje označuje EF-0 (18-32 km.s-1), tým najsilnejším EF-5 (> 120 m.s-1, najvyššie doposiaľ zaznamenaná rýchlosť mobilnými dopplerovskými radarmi bola 142 m.s-1). Samotnú klasifikáciu je však potrebné brať v stredoeurópskych podmienok s určitou rezervou, keďže Fujita zohľadňoval odlišný typ stavebných konštrukcií, ktoré sú typické pre oblasť USA. 


Video: Zábery silného tornáda z oblasti Modeny v severnom Taliansku zo začiatku mája 2013 (4.5.2013) 

Nie je búrka ako búrka
Tornáda vznikajú za veľmi špecifických podmienok, ktoré súvisia s vývojom veľmi silných konvektívnych búrok. Ako sme už uviedli, meteorológovia zvyknú označovať tieto búrky pojmom supercelárne (supercely, Obr. 4 a 8). V stredoeurópskych podmienkach sa vyskytujú len zriedkavo, no ich vlastnosti ich predurčujú k dlhému životu. Supercely sa od bežných búrok odlišujú svojou výraznou rotáciou okolo vertikálnej osi, ktorá je najnápadnejšia v spodných a stredných hladinách búrkového oblaku. Rotácia vzniká najčastejšie v dôsledku výraznej zmeny smeru (vertikálneho strihu) horizontálneho prúdenia vzduchu v stredných hladinách troposféry. Teplý a vlhký vzduch vstupujúci do búrky pri jej základni veľmi rýchlo stúpa do výšky v obrovskej špirále, ktorá sa stáva hlavnou hybnou silou rodiaceho sa tornáda. Tornáda sa môžu vyskytnúť, s výnimkou polárnych regiónov, takmer všade, to znamená aj na Slovensku (Obr. 9). Za to, že ich výskyt v Európe nie je ani zďaleka tak frekventovaný ako na americkom stredozápade, môžeme vďačiť najmä polohe hlavných horských masívov (Alpy, Karpaty, Pyreneje), ktoré sú usporiadané prevažne do východo-západných línií. Tie, laicky povedané, zabraňujú tomu, aby sa v relatívne krátkom čase ocitli bok po boku vzduchové hmoty s krajne odlišnými charakteristikami teploty, vlhkosti a výškového prúdenia. V prípade, že k tomuto stretu predsa len dôjde, môže to vyústiť do vzniku a vývoja veľmi silných búrok, z ktorých niektoré môžu byť dokonca až supercelárne. 


Obr. 9: Regióny s pravdepodobným výskytom tornád (červené oblasti, Zdroj)

Tornáda na Slovensku
Tornáda, resp. im odpovedajúci rozsah škôd už boli na Slovensku viackrát zaznamenané, väčšinou však chýba priamy obrazový alebo iný fotodokumentačný materiál, ktorý by zachytil tornádo priamo pri jeho vyčíňaní. Ich výskyt je teda najčastejšie určený len nepriamo, na základe dostupných informácií z „druhej“ ruky. Podmienky vzniku tornáda môžu byť čiastočne identifikované aj na základe snímok meteorologických radarov (Obr. 10), pomocou ktorých dokáže skúsený meteorológ odhaliť vývoj veľmi špecifickej štruktúry supercelárnej búrky. Medzi posledné dokumentované prípady výskytu tornáda alebo tromby na území Slovenska patria dve zaznamenané tornáda z roku 2004. Prvé sa vyskytlo 1. júna 2004 v okolí obce Veľké Zálužie a podľa dostupných informácií trvalo až päť minút. Druhé bolo pozorované 19. júla 2004 v okolí Brezovej pod Bradlom. V oboch prípadoch išlo o výskyt tromby, ktorá sa preukázateľne dotkla zemského povrchu (podľa definície teda už ide o tornádo), no vzhľadom na jej nízku intenzitu (stupeň F0 až F1), nespôsobila významnejšie škody. K vzniku a tornáda určite nechýbalo veľa ani pri sérii búrok z 15. augusta 2008 v okolí stredného Považia, ktorej vývoj vyvrcholil v oblasti južného Poľska, kde bolo pozorované tornádo, zanechávajúce za sebou značné škody a podľa informácií v médiách dosiahlo intenzitu F2 až F3. O výskyte tornád v Českej republike je možné viac informácií nájsť na stránke Českého hydrometeorologického ústavu.


Obr. 10: Radarový záber horizontálnej štruktúry supercely, ktorá 20. januára 2010 viedla k vzniku EF-3 tornáda v Texase v blízkosti mesta Wascom (Zdroj)

Nejednoznačné predpovede
Stanú sa teda tornáda bežným a pravidelne sa vyskytujúcim javom aj u nás, na Slovensku, prípadne v strednej Európe? Žiaľ, ani v súčasnosti neexistuje na túto otázku dostatočne jednoznačná odpoveď. Jedno je však isté, klimatická zmena už dnes podstatným spôsobom mení fyzikálne podmienky, v ktorých supercelárne búrky vznikajú a vyvíjajú sa. Vyššia teplota a vlhkosť vzduchu v prízemných vrstvách atmosféry a tým aj väčšie množstvo potenciálnej energie konvekcie (CAPE) bude v jarnom a letnom období priamo nahrávať rastúcej intenzite búrok (vrátane prívalových zrážok alebo tornád). To, či sa tieto javy budú v dôsledku otepľovania vyskytovať aj častejšie je však stále otázne. Veľmi pravdepodobne však dôjde k tomu, že vhodné podmienky pre tvorbu tornád sa budú aj na Slovensku v budúcnosti vyskytovať pravidelnejšie. Situácia v USA z roku 2011 môže celkom určite poslúžiť ako príklad toho, že dlhodobo vlhšie a teplejšie podmienky v atmosfére (v tomto prípade spôsobené najmä teplejšími povrchovými vodami Mexického zálivu) môžu v kombinácii s vhodnými poveternostnými situáciami (aj vďaka fenoménu La Niña) viesť až k mimoriadnemu počtu silných tornád.


Obr. 11: Európsky projekt predpovede konvektívnych búrok - ESTOFEX, predpovedá priestorový výskyt nielen silných konvektívnych búrok, ale aj tornád v Európe (Zdroj)


Tornádo je mimoriadne extrémny a ničivý poveternostný fenomén, ktorého výskyt zatiaľ nemožno predpovedať ani v rámci súčasnej predpovede počasia na niekoľko hodín dopredu (nieto ešte v rámci dlhšieho obdobia). V oblastiach s relatívne častejším výskyt však ako prekurzory môžu slúžiť pre tento účel predpovede veľmi silných konvektívnych búrok (Obr. 11), a to predovšetkým supercel a upresňovať ich vo forme nowcastingu s využitím radarových údajov a dobrovoľných pozorovateľov. 

 
Tento blog je venovaný zamestnancom Ústavu fyziky atmosféry pracujúcim na Oddelení meteorológie, a predovšetkým RNDr. Vojtěchovi Bližňákovi, PhD.


Obr. 12: Búrka s bleskom nad mestom Tuscon v americkom štáte Arizona 14. augusta 2012 - niektoré analýzy predpokladajú nárast globálneho výskytu bleskov o 6 % do konca 21. storočia (Zdroj)


Literatúra
Ahrens, C. AD. 2008. Meteorology today. 9. vydanie. St. Paul. West Publishing Company, New York, 2008, 624 p.
Bednář, J. 2003. Meteorologie: úvod do studia dejů v zemské atmosféře. Prvé vydanie, Portál, Praha, 2003, 224 p.
Řezáčová, D., Novák, P., Kašpar, M., Setvák, M. 2007. Fyzika oblaků a srážek. Academia, Praha, 2007. 574 s.
Wallace, J. M., Hobbs, P. V. 2006. Atmospheric Science - An Introductory Survey. Second edition, University of Washington, Adademic Press, 488 s. 
Brooks, H.E. 2013. Severe thunderstorms and climate change. Atmospheric Research, Volume 123, 1 April 2013, Pages 129–138, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.04.002. Brooks, H.E., J.W. Lee, J.P. Craven. 2003. "The spatial distribution of severe thunderstorm and tornado environments from global reanalysis data", Atmospheric Research Volumes 67-68, July-September 2003, Pages 73-94.
Del Genio, A.D., M-S Yao, J. Jonas. 2007. Will moist convection be stronger in a warmer climate?, Geophysical Research Letters, 34, L16703, doi: 10.1029/2007GL030525.
Marsh, P.T., H.E. Brooks, D.J. Karoly 2007. Assessment of the severe weather environment in North America simulated by a global climate model, Atmospheric Science Letters, 8, 100-106, doi: 10.1002/asl.159.
Riemann-Campe, K., Fraedrich, K., F. Lunkeit 2009. Global climatology of Convective Available Potential Energy (CAPE) and Convective Inhibition (CIN) in ERA-40 reanalysis, Atmospheric Research Volume 93, Issues 1-3, July 2009, Pages 534-545, 4th European Conference on Severe Storms.
Trapp, R.J., N.S. Diffenbaugh, H.E. Brooks, M.E. Baldwin, E.D. Robinson, J.S. Pal 2007. Severe thunderstorm environment frequency during the 21st century caused by anthropogenically enhanced global radiative forcing, PNAS 104 no. 50, 19719-19723, Dec. 11, 2007.
Trapp, R. J., Diffenbaugh, N. S., & Gluhovsky, A. 2009. "Transient response of severe thunderstorm forcing to elevated greenhouse gas concentrations," Geophysical Research Letters, 36(1).
 

Zdroje

Zaujímavé videá

3 komentáre:

  1. Už som prečítal všetky články,neviem sa dočkať ďalšieho.Niečo viac o fázach El nino/La nina.Napríklad.

    OdpovedaťOdstrániť
    Odpovede
    1. Dakujem, Daniel. Nieco o El Ninu skutocne aj pripravujem, takze uz onedlho na blogu :)

      Odstrániť

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...