szkwał

Szkwał, nawałnica – gwałtowny wzrost prędkości wiatru o co najmniej 8 m/s (przy prędkości początkowej wiatru większej od 10 m/s) wraz z jednoczesną zmianą jego kierunku (do 180°), utrzymujący się maksymalnie przez kilka minut. Szkwały związane są z chmurami burzowymi, czyli chmurami kłębiasto-deszczowymi (Cumulonimbus, Cb); często towarzyszą im więc silne wyładowania elektrostatyczne (pioruny) oraz intensywne opady atmosferyczne (np. deszczu, gradu, śniegu). Szkwały tworzą się wskutek konwekcji (wznoszenia) ciepłej i wilgotnej masy powietrza w obrębie pojedynczej chmury burzowej (tzw. szkwały wewnątrzmasowe) bądź  strefie chłodnego frontu atmosferycznego (tzw. szkwały frontowe). Szkwały o największej sile i intensywności wieją podczas liniowych burz wielokomórkowych, czyli tzw. linii szkwału, rozwijających się wzdłuż lub przed frontem chłodnym. Oznaką zbliżającego się szkwału są charakterystyczne chmury szelfowe w kształcie poziomego klina (tzw. wał szkwałowy).

Cechy charakterystyczne szkwału

Szkwał, nawałnica (staronord. skvala – pisk, skowyt) definiowany jest jako nagły i gwałtowny wzrost prędkości wiatru o co najmniej 8 m/s (28,8 km/h) od prędkości początkowej wiatru wynoszącej więcej niż 10 m/s (36 km/h) wraz z jednoczesną zmianą kierunku (nawet o 180°), utrzymujący się maksymalnie do kilku minut. Szkwały związane są przeważnie z chmurami burzowymi, czyli chmurami kłębiasto-deszczowymi (Cumulonimbus, Cb); często towarzyszą im więc silne wyładowania elektrostatyczne (pioruny) oraz intensywne opady atmosferyczne (np. opady deszczu, gradu lub śniegu). Porywiste wiatry szkwałowe tworzą się pod wpływem konwekcji w obrębie jednej masy powietrza (tzw. szkwały wewnątrzmasowe) lub na granicy dwóch mas powietrza o różnej temperaturze i wilgotności (tzw. szkwały frontowe).

Linie szkwału, czyli burze związane z silnymi szkwałami i intensywnymi opadami deszczu, tworzą się w strefie chłodnego frontu atmosferycznego. Autor: VectorMine/shutterstock.com

Mechanizm powstawania szkwału obejmuje następujące etapy:

• wznoszenie się mas ciepłego i wilgotnego powietrza do wyższych warstw atmosfery o niższej temperaturze przy udziale prądów wstępujących (ruchów konwekcyjnych);
• kondensacja pary wodnej w wyniku ochłodzenia się wznoszących się mas powietrza do temperatury punktu rosy (czyli stanu pełnego nasycenia parą wodną);
• formowanie się chmur burzowych (Cumulonimbus, Cb) i opadów atmosferycznych (deszczu, gradu, śniegu) z cząstek chmurowych powstających w procesie kondensacji;
• opadanie wychłodzonych i pozbawionych wilgoci mas powietrza ku powierzchni ziemi pod wpływem prądów zstępujących połączonych z opadami atmosferycznymi;
• powstawanie silnych i porywistych wiatrów (szkwałów) bądź wirów powietrznych (tornad) przez masy opadającego powietrza rozchodzącego się po powierzchni ziemi.

Szkwały o największej sile i intensywności wieją podczas liniowych burz wielokomórkowych (tzw. linii szkwału), rozwijających się wzdłuż lub przed chłodnym frontem atmosferycznym. Oznaką zbliżającego się szkwału jest wał szkwałowy, czyli charakterystyczne chmury szelfowe (Arcus, arc) w kształcie poziomego klina formującego się na przednim skraju strefy burzowej (tzw. froncie podmuchu). Znacznie rzadszym zjawiskiem są białe szkwały – silne i porywiste wiatry pojawiające się nagle przy bezchmurnym niebie; ich nadejście zwiastują krople wody zawieszone w powietrzu bądź pokryte białą pianą fale na powierzchni zbiorników wodnych.

Wał szkwałowy jest zwiastunem zbliżającego się szkwału, fot. ImageSourceCur/envato

Linia szkwału

Linie szkwału są liniowymi burzami wielokomórkowymi składającymi się z wielu połączonych  komórek burzowych, czyli pojedynczych chmur kłębiastych deszczowych (Cumulonimbus) złożonych z jednego lub kilku prądów wstępujących i zstępujących. Burze tego typu, zwane mezoskalowymi układami konwekcyjnymi (MSC, ang. mesoscale convective system), tworzą się w strefie frontu chłodnego w wyniku wypierania ciepłych i wilgotnych mas powietrza do wyższych warstw atmosfery przez napływające masy powietrza chłodnego (tzw. konwekcja wymuszona). Linie szkwału rozwijają się więc w niestabilnych warunkach atmosferycznych wynikających m.in. z wysokiej temperatury i wilgotności powietrza oraz silnego pionowego uskoku wiatru (zmienności prędkości i/lub kierunku wiatru wraz ze zmianą wysokości).

Cechy wyróżniające linie szkwału:

• tworzą system połączonych komórek burzowych ułożonych w wąskie i długie linie szerokości 10-30 km i długości kilkuset km, rozciągający się z północy na południe;
• utrzymują się z reguły przez kilka godzin (niektóre dłużej niż jeden dzień) dzięki obecności własnego systemu prądów wstępujących i zstępujących;
• wiążą się z częstymi wyładowaniami atmosferycznymi, intensywnymi opadami deszczu lub gradu oraz silnymi i porywistymi szkwałami (90-120 km/h);
• mogą przyczyniać się do powstania trąby powietrznej (tornado), trąby wodnej (nad zbiornikami wodnymi) lub tornado linii szkwałowej (tzw. gustnado).

Zdjęcie satelitarne linii szkwału o długości 1600 km nad Zatoką Meksykańską. Źródło: NASA

Linie szkwałowe mogą utrzymywać się przez długi okres czasu dzięki ciągłemu wypieraniu mas ciepłego i wilgotnego powietrza przed linią szkwału przez powietrze chłodne opadające z chmur burzowych wraz z prądami zstępującymi. Rozpraszanie się tych burz spowodowane jest więc brakiem dopływu ciepłego i wilgotnego powietrza i wzrostem stabilności atmosfery (zanikiem pionowego uskoku wiatru). Masy chłodnego powietrza, związane z dominującymi w końcowej fazie burzy prądami zstępującymi, odcinają dopływ mas ciepłego i wilgotnego powietrza zasilających prądy wstępujące burzy. Burza ulega osłabieniu i zaczyna stopniowo zanikać – linia szkwału rozmywa się, spada prędkość wiatru i ustają opady atmosferyczne.

Zjawisko bow echo

Zjawisko bow echo (ang. bow – łuk) jest rozległą burzą wielokomórkową składającą się z kilku lub kilkunastu ściśle połączonych komórek burzowych, widoczną na obrazie radaru w postaci charakterystycznie wygiętej, łukowatej linii. Burze wiatrowe typu bow echo rozwijają się zwykle z dużych mezoskalowych układów konwekcyjnych (np. linii szkwału); mogą formować się także w pojedynczych komórkach burzowych (np. superkomórkach wysokoopadowych). Zjawiska typu bow echo często są powiązane z większymi liniami szkwałowymi lub frontami podmuchu innych układów burzowych. Główną przyczyną ich powstawania jest obecność umiarkowanych lub silnych pionowych uskoków wiatru w dolnej warstwie troposfery.

Cechy wyróżniające bow echo:

• tworzą system połączonych komórek burzowych ułożonych w wygiętą łukowato linię o rozpiętości kilkuset km, przemieszczającą się z prędkością sięgającą 100 km/h;
• mogą utrzymywać się przez wiele godzin; towarzyszące im ekstremalne zjawiska atmosferyczne są krótkotrwałe i ustają po upływie kilkudziesięciu minut;
• wiążą się z licznymi wyładowaniami atmosferycznymi, ulewnymi opadami deszczu, gradobiciem oraz silnymi i porywistymi wiatrami (szkwałami) (100-120 km/h);
• przyczyniają się do powstawania silnych prądów zstępujących (tzw. downburstów) z opadami deszczu i silnymi wiatrami (do 140 km/h) oraz trąb powietrznych (tornad).

Wiatry o największej sile i intensywności podmuchów tworzą się w środkowej, łukowato wygiętej części bow echo, co jest wynikiem obecności mezoskalowego obszaru wysokiego ciśnienia (mezowyżu) i wiążących się z nim silnych prądów zstępujących (downburstów), które powstają pod wpływem napływu strumienia chłodnego powietrza za układem burz (ang. rear inflow jet). Ten sam strumień powietrzny odgina krańcowe części łuku, tworząc mezoskalowe obszary niskiego ciśnienia (mezoniże), tzw. mezoskalowe wiry konwekcyjne (MCV, ang. mesoscale convective vortex), gdzie rozwijają się trąby powietrzne (tornada).

Obraz radarowy derecho seryjnego w postaci rozległej linii szkwałowej z licznymi zjawiskami bow echo (tzw. układu LEWP). Źródło: National Weather Service

Zjawisko derecho

Zjawisko derecho (hiszp. derecho – prosto, bezpośrednio) jest rozległym i długotrwałym mezoskalowym układem konwekcyjnym (MSC) związanym z szybko przemieszczającym się pasmem gwałtownych burz połączonych z silnymi wiatrami oraz intensywnymi (nawalnymi) opadami atmosferycznymi. Derecho powstaje najczęściej wzdłuż lub przed chłodnym frontem atmosferycznym w postaci silnie rozbudowanych burz wielokomórkowych z linią szkwałową, zjawiskami bow echo i wirującymi prądami wstępującymi (mezocyklonami). Warunkiem ich powstania jest obecność umiarkowanie silnie pionowych uskoków wiatru w troposferze.

Cechy wyróżniające derecho:

• wytwarza silne wiatry prostoliniowe (tzw. downbursty) wiejące z prędkością większą niż 26 m/s (93,6 km/h) i osiągające w porywach prędkość 33 m/s (118,8 km/h);
• porywy wiatru osiągają zbliżoną prędkość większą niż 33 m/s (118,8 km/h) na całej długości układu burzowego (przynajmniej w trzech miejscach oddalonych o 74 km);
• obszar zniszczeń spowodowanych oddziaływaniem silnych wiatrów prostoliniowych rozciąga się wzdłuż stosunkowo prostego pasa o długości przekraczającej 400 km.

Derecho progresywne (ang. progressive derecho) rozwija się przeważnie z silnie rozwiniętego zjawiska bow echo utrzymującego się przez dłuższy okres czasu. Burza ta powstaje wyłącznie w miesiącach letnich w niestabilnych warunkach występujących wzdłuż stacjonarnego frontu atmosferycznego. Obszar zniszczeń spowodowanych przez silne wiatry prostoliniowe osiąga szerokość kilkudziesięciu km. Derecho seryjne (ang. serial derecho) powstaje wzdłuż frontu chłodnego z rozległej linii szkwału związanej z licznymi bow echo i mezoskalowym obszarem niskiego ciśnienia (układu LEWP, ang. line echo wave pattern). Tworzy się w dość stabilnej atmosferze, w obecności wirującego prądu powietrza (mezocyklonu) formującego się pod wpływem głębokiego układu niżowego. Pas zniszczeń spowodowanych przez wiatry i często występujące trąby powietrzne (tornada) rozciąga się zwykle na szerokość kilkuset km.

Ekologia.pl poleca

Energia dla domu

Jak poprawić standard energetyczny domu?

Ciekawostki

Kosztorys do kredytu hipotecznego bez tajemnic – sprawdź, jak go przygotować?

Gwałtowna burza z prądami zstępującymi (downburstami) przynoszącymi nawalne opady deszczu i silne szkwały rozchodzące się z ogromną prędkością po powierzchni ziemi, fot. freedomnaruk/envato

Bibliografia:

1. Extreme Weather. Does climate change cause extreme weather phenomena?, Edward R. Miller-Jones, FastBook Publishing, 2012.
2. Meteorologia i klimatologia w zarysie, Elżbieta Wołoszyn, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2009.
3. Meteorologia i klimatologia, Krzysztof Kożuchowski, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019.
4. Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate and the Environment, C. Donald Ahrens, Robert Henson, Cengage Learning, Belmont 2018.
5. Słownik meteorologiczny, Tadeusz Niedźwiedź (red.), Wyd. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2003.
6. The Atmosphere: An Introduction to Meteorology, Frederick Lutgens, Edward Tarbuck, Redina Herman, Pearson, New York 2018.
7. Wstęp do meteorologii i klimatologii, Urszula Kossowska-Cezak, Uniwersytet Warszawski, Warszawa 1997.