- Występowanie burz na kuli ziemskiej
- Proces powstawania burzy
- Cykl życiowy burzy
- Rodzaje burz
- Pojedyncze komórki burzowe
- Burze wielokomórkowe
- Superkomórki burzowe
Występowanie burz na kuli ziemskiej
Burza jest zaburzeniem równowagi atmosferycznej obejmującym zespół zjawisk związanych z powstawaniem chmur kłębiastych deszczowych o budowie pionowej (Cumulonimbus, Cb). Burze występują na całej kuli ziemskiej, jednak największa ich częstotliwość charakteryzuje obszary strefy międzyzwrotnikowej (tropikalnej) oraz stref umiarkowanych półkuli północnej i południowej. Silnie rozbudowane chmury burzowe w strefie międzyzwrotnikowej tworzą się głównie w wyniku ochładzania mas gorącego i wilgotnego powietrza wznoszących się ku warstwom atmosfery o niższej temperaturze przy udziale silnych prądów wstępujących (tzw. ruchów konwekcyjnych) powstających nad intensywnie nagrzewanymi obszarami lądowymi. Burze na wyższych szerokościach geograficznych (np. w strefie umiarkowanej kuli ziemskiej) wiążą się głównie z napływem mas gorącego i wilgotnego powietrza tropikalnego w okresie wiosennym i letnim (od maja do września na półkuli północnej; od listopada do marca na półkuli południowej). Chmury burzowe na tych obszarach mogą pojawiać się także o każdej porze roku w wyniku mieszania się powietrza o różnej temperaturze i wilgotności w strefie chłodnego frontu atmosferycznego. Burze są zjawiskiem meteorologicznym występującym bardzo rzadko na obszarze strefy podbiegunowej (polarnej) kuli ziemskiej, co spowodowane jest niską temperaturą i wilgotnością powietrza oraz wysoką stabilnością atmosfery.
Burza stanowi zespół zjawisk związanych z rozwojem chmur kłębiastych deszczowych. Źródło: shutterstock
Proces powstawania burzy
Burze powstają w dolnej warstwie atmosfery (troposferze) w wyniku szybkiego ochładzania nagrzanego i wilgotnego powietrza wznoszącego się do wyższych warstw atmosfery o niższej temperaturze wraz z silnymi prądami wstępującymi (burze wewnątrzmasowe) bądź wskutek mieszania się mas powietrza o różnej temperaturze i wilgotności w strefie chłodnego frontu atmosferycznego (burze frontalne). Burze wewnątrzmasowe związane są z silnymi prądami wstępującymi (tzw. ruchami konwekcyjnymi), które powstają nad intensywnie nagrzanymi powierzchniami obszarów lądowych (burze konwekcyjne) bądź spowodowane są różnicą gęstości pomiędzy masą ciepłego powietrza o dużej wilgotności a napływającą masą suchego powietrza o niższej temperaturze (np. w strefie napływu chłodnego powietrza arktycznego lub powietrza polarnomorskiego) (burze adwekcyjne). Burze frontalne powstają przeważnie w strefie chłodnego frontu atmosferycznego w wyniku wypierania ciepłych i wilgotnych mas powietrza ku wyższym warstwom atmosfery przez napływające masy powietrza chłodnego.Nagrzane i wilgotne powietrze wznosi się wraz prądami wstępującymi do wyższych warstw atmosfery, gdzie ochładza się do temperatury punktu rosy osiągając stan pełnego nasycenia parą wodną. Zachodzi proces kondensacji pary wodnej, a powstałe cząstki chmurowe (krople wody i kryształki lodu) tworzą chmury kłębiasto-deszczowe (Cumulonimbus, Cb) oraz opady atmosferyczne w postaci deszczu, śniegu lub gradu. Chłodne i pozbawione wilgoci powietrze opada następnie ku ziemi wraz z prądami zstępującymi, które zwykle połączone są z opadami atmosferycznymi. Masy powietrza rozchodzące się po powierzchni ziemi przyczyniają się do powstawania silnych i porywistych wiatrów poruszających się ze znacznie większą prędkością niż burza. Charakterystycznym zjawiskiem są również silne wyładowania elektrostatyczne, czyli pioruny wraz z towarzyszącymi im efektami świetlnymi (błyskawicami) i dźwiękowymi (grzmotami). Ich przyczyną jest duża różnica potencjałów elektrostatycznych (rzędu 10⁸ V) między poszczególnymi obszarami chmury burzowej – dodatnio naładowanymi kryształkami lodu w partiach górnych i ujemnie naładowanymi kropelkami wody w partiach dolnych bądź między ujemnie naładowaną podstawą chmury i dodatnio naładowaną powierzchnią ziemi.
Proces powstawania wyładowań elektrostatycznych. Źródło: shutterstock
Cykl życiowy burzy
Wszystkie burze występujące na kuli ziemskiej przechodzą trzy fazy rozwoju składające się na tzw. cykl życiowy burzy – fazy pierwszej określanej mianem fazy rozwoju (fazy Cumulus), fazy drugiej – fazy dojrzałości oraz fazy trzeciej, czyli fazy rozpraszania.Poszczególne fazy rozwoju chmur burzowych trwają, w zależności od panujących warunków atmosferycznych, średnio ok. 30 minut, natomiast pełny cykl życiowy burzy zajmuje średnio ok. 1,5 godziny.
Faza rozwoju
Pierwsza faza cyklu życiowego burzy, określana mianem fazy rozwoju bądź fazy Cumulus, rozpoczyna się wraz z wznoszeniem się mas nagrzanego i wilgotnego powietrza ku wyższym warstwom atmosfery przy udziale prądów wstępujących. Powietrze ochładza się, a zawarta w nim para wodna ulega kondensacji (skraplaniu) na obecnych w atmosferze cząsteczkach aerozolu atmosferycznego, np. kryształkach soli morskiej (tzw. jądrach kondensacyjnych). Powstające w procesie kondensacji cząstki chmurowe, czyli kropelki wody tworzą unoszące się w atmosferze skupiska, określane mianem chmur kłębiastych (Cumulus, Cu). Zwiększanie rozmiarów cząstek chmurowych odbywa się na drodze łączenia się drobnych kropelek wody w krople większe (koalescencji), a jej rozbudowa w kierunku pionowym możliwa jest dzięki obecności prądów wstępujących tworzących się pod wpływem energii uwolnionej podczas kondensacji (tzw. ciepła utajonego kondensacji). Chmury kłębiaste wznoszące się w pionowej kolumnie powietrza przekształcają się w wypiętrzone chmury kłębiaste (Cumulus congestus) osiągające wysokość kilku km, a następnie w chmury kłębiaste deszczowe (Cumulonimbus) złożone z kryształków lodu i kropelek wody, osiągające wysokość do kilkunastu km.
Faza dojrzałości
Chmury kłębiaste deszczowe w drugiej fazie cyklu życiowego burzy, czyli fazie dojrzałości, wznoszą się ku górnym warstwom troposfery przy udziale prądów wznoszących. Wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnią ziemi chmury wychładzają się, a ich temperatura jest niższa niż temperatura panująca w strefie przejściowej między troposferą i stratosferą, czyli tropopauzie. Tropopauza tworzy „pokrywę” uniemożliwiającą dalszą rozbudowę chmury w kierunku pionowym, w związku z czym rozprzestrzenia się ona wzdłuż tej strefy w poziomie przyjmując charakterystyczny kształt kowadła (Cumulonimbus incus). Faza dojrzałości jest fazą najbardziej intensywnych zjawisk pogodowych towarzyszących każdej burzy. Cząstki chmurowe tworzące chmurę kłębiasto-deszczową (kropelki wody, kryształki lodu) wraz ze wzrostem swych rozmiarów i ciężaru opadają na ziemię pod wpływem grawitacji w postaci intensywnych opadów atmosferycznych (deszczu, śniegu lub gradu). Towarzyszące opadom prądy zstępujące powodują opadanie wychłodzonych i pozbawionych wilgoci mas powietrza ku ziemi, co przyczynia się do powstawania porywistych wiatrów bądź wirów powietrznych (tornad). W fazie tej pojawiają się również silne wyładowania elektrostatyczne (pioruny).
Faza rozpraszania
Faza rozpraszania, stanowiąca fazę końcową cyklu życiowego burzy, odznacza się dominacją prądów zstępujących. Masy wychłodzonego i pozbawionego wilgoci powietrza po dotarciu do ziemi rozprzestrzeniają się poziomo po jej powierzchni, co uniemożliwia zasilanie prądów wstępujących burzy. Pozbawione napływu mas nagrzanego powietrza o dużej wilgotności prądy wstępujące ulegają znacznemu osłabieniu i całkowicie zanikają. Spada intensywność opadów atmosferycznych, zmniejszają się różnice temperatury pomiędzy chmurą kłębiastą deszczową oraz otaczającymi ją masami powietrza atmosferycznego. Krople wody tworzące dolne partie chmury kłębiasto-deszczowej parują pod wpływem mas powietrza opadających ku ziemi wraz z prądami zstępującymi. Kontur chmury stopniowo się rozmywa; często jedyną pozostałością po chmurze burzowej jest utrzymujący się wierzchołek w kształcie kowadła.
Chmura kłębiasta deszczowa z wierzchołkiem w kształcie kowadła (Cumulonimbus incus). Źródło: shutterstock
Rodzaje burz
Burze, w zależności od warunków meteorologicznych towarzyszących rozwojowi chmur burzowych (głównie zmian prędkości i kierunku wiatru w atmosferze, tzw. uskoku wiatru), zróżnicowane są na pojedyncze komórki burzowe, zorganizowane burze wielokomórkowe (klastry), liniowe burze wielokomórkowe (linie szkwałowe) oraz superkomórki burzowe.Pojedyncze komórki burzowe
Pojedyncze komórki burzowe (ang. single cell thunderstorm) powstają w obrębie pojedynczej chmury kłębiasto-deszczowej (Cumulonimbus) w warunkach słabego pionowego uskoku wiatru, czyli stosunkowo niezmiennej prędkości i kierunku wiatru na różnych wysokościach nad powierzchnią ziemi. Burze pojedyncze cechują się krótkim cyklem życiowym; rozpraszają się przeważnie po upływie godziny od chwili powstania. Charakterystycznymi zjawiskami dla burz pojedynczych są przelotne deszcze o dużej intensywności i wyładowania atmosferyczne; przeważnie nie wywołują one gwałtownych zjawisk pogodowych. Wyjątek stanowią burze pulsacyjne (ang. pulse storm) powstające przy udziale silnych prądów wstępujących, którym często towarzyszą porywy silnego wiatru, ulewne deszcze i gradobicia. Pojedyncze komórki burzowe, znajdujące się w różnych fazach cyklu życiowego, tworzą burze wielokomórkowe cechujące się znacznie większą siłą i intensywnością zachodzących w ich obrębie zjawisk.
Liniowa burza wielokomórkowa (linia szkwału). Źródło: shutterstock
Burze wielokomórkowe
Burze wielokomórkowe (ang. multicellular thunderstorm), stanowiące połączenie kilku pojedynczych komórek burzowych, tworzą się przeważnie zwykle wzdłuż chłodnych frontów atmosferycznych. Zorganizowane burze wielokomórkowe (klastry) tworzą chmury burzowe składające się z wznoszących się mas ciepłego i wilgotnego powietrza oraz opadających mas powietrza chłodnego pozbawionego wilgoci, które oddzielone są od siebie wąskim frontem porywistych wiatrów. Pojedyncze komórki burzowe mogą również tworzyć liniowe burze wielokomórkowe, tzw. linie szkwałowe (ang. squall line), utrzymujące się dzięki ciągłemu wypieraniu ciepłego i wilgotnego powietrza przed linią szkwału przez chłodne, pozbawione wilgoci powietrze opadające z chmur wraz z prądami zstępującymi. Burze wielokomórkowe utrzymują się z reguły przez kilka godzin; charakterystycznymi zjawiskami pogodowymi są intensywne opady deszczu lub gradu, wyładowania atmosferyczne o dużej częstotliwości oraz porywiste wiatry o zmiennym kierunku. Burze wielokomórkowe mogą przyczyniać się również do rozwoju trąb powietrznych (tornad) i trąb wodnych (nad zbiornikami wodnymi).Superkomórki burzowe
Superkomórki burzowe (ang. supercell thunderstorm) rozwijają się w warunkach silnego uskoku pionowego wiatru, czyli dużej zmienności prędkości i kierunku wiatru w troposferze wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnią ziemi. Powoduje ona wirujący ruch prądów wstępujących unoszących masy ciepłego i wilgotnego powietrza (tzw. mezocyklon), dzięki czemu chmura burzowa może wypiętrzać się szybciej i wyższej w porównaniu ze zwykłą komórką burzową. Charakterystyczną cechą superkomórki burzowej jest obecność kopuły wznoszącej się ponad wierzchołek chmury burzowej w kształcie kowadła (ang. overshooting top) oraz obniżenia u jej podstawy, tzw. chmury stropowej (ang. wall cloud). Superkomórki są burzami o największej sile i intensywności, utrzymującymi się przez wiele godzin. Często towarzyszą im gwałtowne zjawiska pogodowe w postaci opadów gradu o dużej średnicy, silnych i porywistych wiatrów oraz potężnych trąb powietrznych (tornad).
Superkomórka burzowa. Źródło: shutterstock
Bibliografia
- Susan Mayhew; “A Dictionary of Geography ”; Oxford University Press, 2015;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia Geograficzna Świata, tom IX Ziemia”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1997. ;
- Krzysztof Kożuchowski ; “Meteorologia i klimatologia”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019.;
- Tadeusz Niedźwiedź (red.) ; “Słownik meteorologiczny ”; Wyd. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2003.;
- Geografia ; “Słowniki tematyczne ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011.;
- Richard Hamblyn ; “Wielka księga chmur ”; Wydawnictwo RM, Warszawa 2010. ;
- Urszula Kossowska-Cezak ; “Wstęp do meteorologii i klimatologii ”; Uniwersytet Warszawski, Warszawa 1997;
- promil
