Edukacja dla społeczeństwa – trąby powietrzne

Trąby powietrzne

 

          Trąba powietrzna – rzadkie zjawisko meteorologiczne powstające u podstawy chmury Cb, związane z wirowym ruchem powietrza o dużym natężeniu. Ma postać kolumny lub leja wychodzącego z podstawy chmury. Gdy występuje nad obszarem morskim, nosi nazwę trąby wodnej. Do najgwałtowniejszych należą trąby występujące w Ameryce Północnej, tzw. tornada (Woś, 2006).

 

          Trąby powietrzne są zjawiskiem niebezpiecznym, wyrządzające wiele szkód materialnych oraz, co często się zdarza, również ofiary wśród ludzi. Zjawisko to wciąż jest badane przez badaczy na całym świecie.

          W atmosferze ziemskiej wiry powietrzne obserwuje się stosunkowo często na różnych obszarach. Trąby powietrzne obserwuje się na wszystkich kontynentach oprócz Antarktydy. Ich rozmiary są znacznie mniejsze niż cyklony tropikalne. Przeciętna średnica trąb powietrznych wynosi 200-250 metrów, chociaż czasem mogą osiągnąć ponad 2 000 metrów. Występują one zarówno nad obszarami lądowymi, jak i wodnymi, najczęściej w niskich i umiarkowanych szerokościach geograficznych, i mają swoje lokalne nazwy. Wyróżnia się trąby powietrzne (tornada) i trąby wodne lub lądowe. Trąby powietrzne to wiry z reguły o małej średnicy, mające postać leja złączonego szerszym końcem z chmurą burzową Cb bądź chmurą Cu. Dolna część sięga powierzchni lądu lub morza. Są najczęściej zjawiskiem krótkotrwałym, choć zdarzają się również trąby powietrzne trwające kilka godzin, i z reguły powstają pojedynczo. Wirujące w trąbie powietrze osiąga ogromną prędkość, przekraczającą niekiedy 400 km/h. Na półkuli północnej cały układ obraca się w kierunku przeciwnym ruchowi wskazówek zegara, zaś na półkuli południowej zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Trąbom powietrznym towarzyszą z reguły opady deszczu i dużego gradu oraz wyładowania atmosferyczne. Zalicza się je do zjawisk pogodowych, które wzbudzają największy lęk, głównie ze względu na skoncentrowaną siłę niszczącą, która nie została do końca zbadana. Obszar zniszczeń może obejmować dziesiątki kilometrów kwadratowych. Występują one w pasie o szerokości odpowiadającej w przybliżeniu średnicy wiru.

          Trąba powietrzna rozwija się najczęściej z nisko leżącej podstawy chmury burzowej Cb (chmura stropowa). Początkowo lej tornada przypomina wirujący wisiorek, który zwęża się ku dołowi. Niekiedy zdarza się, że z chmury stropowej może zejść lej o pełnej szerokości podstawy. Podczas tego zjawiska można usłyszeć szczególny dźwięk, spowodowany falami akustycznymi, związanymi z silnym gradientem ciśnienia. Dźwięk ten przypomina startujący samolot odrzutowy. Gdy trąba powietrzna osiągnie podłoże, może powodować olbrzymie szkody. Wirowy ruch powietrza w trąbie powietrznej spowodowany jest olbrzymimi różnicami w ciśnieniu powietrza pomiędzy jej centrum a skrajem. Różnice ciśnienia mogą niekiedy dochodzić nawet do 100 hPa i więcej. Do końca nie zostały wyjaśnione przyczyny powstawania trąb. Wiadomo tylko, że wyraźne sprzyjające warunki do ich tworzenia się panują w atmosferze, którą cechuje chwiejny stan równowagi, a więc kiedy notuje się duże pionowe gradienty temperatury powietrza.

Trąby powietrzne ze względu na sposób tworzenia się możemy podzielić na:

1. Trąby powietrzne związane z mezocyklonem (ang. supercell tornado), inaczej tornada superkomórkowe, są najczęściej spotykane i niosą największe szkody. Ich siła może dochodzić do EF5 (prędkość wiatru powyżej 323 km/h). Powstają na skutek obecności mezocyklonu, czyli silnego, wirującego prądu wstępującego powietrza wsuperkomórkach burzowych.
2. Trąby powietrzne niezwiązane z mezocyklonem (ang. non-supercell tornado). Powstają one w silnych prądach wznoszących z chmur kłębiastych, gdzie blisko powierzchni Ziemi wieją wiatry z przeciwnych stron. Są one mniejsze niż trąby powietrzne superkomórkowe, a ich maksymalna siła nie przekracza z reguły EF2.
3. Trąby wodne – podobne do trąb powietrznych powstających nad lądami, z tym że te powstają nad obszarami morskimi, gdzie woda jest zasysana. Ich siła nie przekracza z reguły EF2.

          Najbardziej gwałtowne trąby powietrza notuje się w Ameryce Północnej. Znane są pod nazwą tornado. Najczęściej pojawiają się wiosną i na początku lata w godzinach popołudniowych. Z tego obszaru pochodzą najliczniejsze opisy zniszczeń i szkód, które zostały spowodowane przez trąby powietrzne. Silne wiatry i niskie ciśnienie panujące w centrum tego zjawiska decydują o niszczycielskim charakterze. Oblicza się, że w czasie trąby powietrznej nacisk wiatru na ścianę budynku może wynosić aż 1 000 kilogramów na metr kwadratowy. Wiatr, który cechuje się tak ogromną siłą, unosi i przenosi na znaczne odległości pozostałości zniszczonych budynków, a niekiedy nawet całe obiekty o znacznym ciężarze. W Stanach Zjednoczonych notuje się średnio około 700 trąb powietrznych w ciągu roku. Szkody szacuje się na dziesiątki, a nawet setki milionów dolarów.

          Ulepszona Skala Fujity – powszechnie używana skala, która służy do oceny intensywności trąb powietrznych. Ulepszona Skala Fujity, inaczej skala EF, jest sześciostopniowa i grupuje prędkość wiatru trąb powietrznych na podstawie powodowanych przez nie zniszczeń:

EF0 – prędkość wiatru 105-137 km/h (połamane gałęzie drzew, uszkodzenia dachów budynków)

EF1 – prędkość wiatru 138-178 km/h (zerwane dachy budynków, przewrócone duże drzewa)

EF2 – prędkość wiatru 179-218 km/h (zerwane dachy z solidnych konstrukcji, duże drzewa wyrwane z korzeniami, podnoszone z ziemi lekkie samochody)

EF3 – prędkość wiatru 219-266 km/h (uszkodzenia ścian solidnych budynków, podnoszone z ziemi ciężkie samochody, wykolejone pociągi)

EF4 – prędkość wiatru 267-322 km/h (znaczne uszkodzenia ścian nośnych betonowych budynków, zawalone piętra, samochody wyrzucane w powietrze)

EF5 – prędkość wiatru powyżej 323 km/h (solidne, betonowe budynki zrównane z ziemią do fundamentów, samochody przenoszone na znaczne odległości z dużą prędkością).

          Do 2007 roku funkcjonowała skala Fujity, inaczej skala F, opracowana przez meteorologa Tensoyę „Teda” Fujitę, została jednak zastąpiona zmodyfikowaną, ulepszoną (enhanced) skalą Fujity, czyli skalą EF. W skali tej zwiększono różnorodność konstrukcji, które mogą zostać potencjalne uszkodzone bądź zniszczone przez trąbę powietrzną. Uwzględniona została również jakość i solidność konstrukcji. Zmienione zostały również przedziały prędkości wiatru.

Dawna skala F używana do 2007 roku wyglądała następująco:

F0 – prędkość wiatru do 116 km/h

F1 – prędkość wiatru 117-180 km/h

F2 – prędkość wiatru 181-253 km/h

F3 – prędkość wiatru 254-332 km/h

F4 – prędkość wiatru 333-418 km/h

F5 – prędkość wiatru 419-512 km/h.

          Skala Torro – skala opracowana przez organizację TORRO w Wielkiej Brytanii, mierząca siłę tornada. Skala ta odnosi się do prędkości wiatru w wirze, a nie do powodowanych zniszczeń. Jest ona powiązana ze skalą Beauforta. Jest to 12-stopniowa skala, stosowana głównie na wyspach brytyjskich.

 

Stopień	T0	T1	T2	T3	T4	T5
Dolny przedział	61 km/h	87 km/h	116 km/h	148 km/h	185 km/h	221 km/h
Górny przedział	87 km/h	115 km/h	147 km/h	184 km/h	220 km/h	259 km/h
Stopień	T6	T7	T8	T9	T10	T11
Dolny przedział	260 km/h	300 km/h	346 km/h	386 km/h	433 km/h	483 km/h
Górny przedział	299 km/h	342 km/h	385 km/h	432 km/h	482 km/h	515 km/h

          Najbardziej powszechną skalą do mierzenia siły trąb powietrznych na świecie jest ulepszona skala Fujity. W literaturze fachowej siła trąb powietrznych jest określana za pomocą tej skali. Również w polskiej literaturze i mediach wykorzystuje się skalę EF. 

W Europie często podaje się siłę trąby powietrznej w obu skalach, np. EF2/T4 lub EF3/T6. Skala EF jest uznawana za skalę lepszą i bardziej wiarygodną, ponieważ skala TORRO nigdy nie została zweryfikowana naukowo. Nie stoją za nimi ekspertyzy inżynieryjne i opisy szkód wyrządzonych przez trąby powietrzne, co ma miejsce w przypadku skali EF.

          Trąby powietrzne wyrządzają wiele szkód materialnych, które szacowane są na dziesiątki a nawet setki milionów dolarów. Trąba powietrzna niszczy wszystko co napotka na swojej drodze. Niszczone są budynki mieszkalne, gospodarcze, użyteczności publicznej, zdzierany jest asfalt z drogi, niszczona jest przyroda (wyrywane drzewa, gleba), przewracane są słupy wysokiego napięcia, co powoduje problemy z dostawą prądu. Trąby powietrzne stwarzają również ogromne zagrożenie dla życia ludzkiego. Do jednych z najbardziej tragicznych w skutkach trąb powietrznych można zaliczyć trąbę w Bangladeszu, gdzie było 1 300 ofiar śmiertelnych (26/04/1989), w Iwanowie (Rosja), w której zginęło 400 osób (09/06/1984) czy trąba w Joplin (USA), gdzie było 158 ofiar (22/05/2011).

 

Trąby powietrzne w Polsce

          W Polsce występowanie dużych prędkości wiatru związane jest z trzema różnymi genetycznie sytuacjami meteorologicznymi:

• działalnością cykloniczną,
• utworzeniem się w rejonach górskich zaburzeń w ogólnej cyrkulacji atmosfery, które spowodowane jest barierą orograficzną gór i powstanie dogodnej sytuacji dynamicznej do powstania ciepłego, suchego, silnego i porywistego wiatru spadającego z gór (wiatr halny),
• utworzeniem się sprzyjających warunków meteorologicznych do powstania małoskalowych wirów powietrznych (trąby powietrzne).

          Prognozowanie trąb powietrznych oraz oszacowanie wyrządzonych przez nie szkód napotyka wiele trudności, ze względu na brak danych obserwacyjnych oraz niepełne zrozumienie genezy tworzenia się tego zjawiska. Od początku XXI wieku zainteresowanie trąbami powietrznymi wzrasta. Wielu badaczy podejmuje tą problematykę w swoich pracach badawczych, powstaje wiele organizacji badających burze i trąby powietrzne oraz zainteresowanie mediów również wyraźnie wzrosła tym zjawiskiem. Obecnie duży procent społeczeństwa posiada telefony z kamerami, nagrywając tego typu zjawiska, dzięki czemu zwiększa się baza udokumentowania tego typu zjawisk.

          W Polsce odnotowuje się przeciętnie kilka trąb powietrznych w ciągu roku, z reguły występuje jedna silna i kilka bądź kilkanaście słabszych trąb powietrznych. Średnica trąby powietrznej w naszym klimacie ma zazwyczaj od kilkunastu do kilkuset metrów, a prędkość wirującego powietrza może osiągąć w ekstremalnych przypadkach siłę EF4 lub EF5. Długość szlaku jest różna, jednak w większości przypadków wynosi do kilkunastu kilometrów. Trąba powietrza przemieszcza się z podobną prędkością co burza, średnio  około 30-40 km/h. Znane są jednak przypadki przemieszczania się trąb powietrznych z dużo większą prędkością. Szacuje się, że burza wraz z trąbą powietrzną, która przeszła w okolicach Rzeszowa w nocy z 13 na 14 sierpnia 2014 roku przemieszczała się z prędkością około 90-100 km/h.

          Zjawisko to pojawia się prawie wyłącznie w letnie, gorące dni w porze popołudniowej, najczęściej w miesiącach od czerwca do sierpnia. Aby doszło do postania trąby powietrznej musi zaistnieć sprzyjający zespół warunków meteorologicznych. Te sprzyjające warunki występują z reguły na pograniczu dwóch silnie zróżnicowanych termicznie i wilgotnościowo mas powietrza. W Polsce jest to zazwyczaj bardzo ciepłe i wilgotne powietrze zwrotnikowe i powietrze polarno morskie. Trąby powietrzne powstają głównie przed frontem chłodnym w masie ustępującego ciepłego i wilgotnego powietrza, w której utrzymuje się silna konwekcja i dochodzi do rozwoju silnych burz, również superkomórkowych. Na intensywność wystąpienia trąby powietrznej mogą mieć wpływ niektóre elementy fizjograficzne terenu oraz kontrastowo zróżnicowane, sąsiadujące ze sobą podłoże (lasy, pola, obszary piaszczyste i podmokłe, zabudowania i tereny otwarte poprzecinane drogami asfaltowymi etc.).

          Prawdopodobieństwo wystąpienia tornada w ciągu dnia na terenie naszego kraju w sezonie burzowym (maj-wrzesień) waha się od 3% we wrześniu do prawie 10% w sierpniu. Najwięcej trąb powietrznych nad lądem notuje się w lipcu, zaś trąd wodnych w sierpniu i wrześniu. Najwięcej trąb powietrznych nad lądem notuje się w godzinach między 15:00 a 18:00, natomiast trąb wodnych w okolicach 12:00. (M. Taszarek, 2015). Słabe trąby powietrzne występują praktycznie na terenie całego naszego kraju. Najwięcej trąb powietrznych obserwuje się na Pojezierzu Pomorskim, Pojezierzu Mazurskim, Wyżynie Lubelskiej oraz w pasie od Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej do centralnej części Mazowsza. Na obszarach przybrzeżnych notuje się występowanie trąb wodnych.

 

 

Przykłady zaobserwowanych trąb powietrznych w Polsce:

    ▪       20 lipca 1931 r., okolice Lublina. Prędkość wiatru trąby powietrznej wahała się od 110 do 145 m/s. Uszkodzone zostały budynki o murach 50 cm grubości, poprzewracane były załadowane wagony towarowe, powyginane zostały konstrukcje żelazne. Zginęło 6 osób.;

    ▪       20 sierpnia 1946 r., okolice Kłodzka. Zniszczona została zabudowa trzech wsi. W lesie trąba powietrzna spowodowała wyłom w drzewostanie szerokości 1 km i długości 10 km;

    ▪       10 lipca 1957 r., okolice Łodzi. Trąba powietrzna poczyniła spustoszenia w 12-hektarowym lesie, łamiąc wiele drzew;

    ▪    25 sierpnia 1956 r., centrum Szczecina. Powyginane zostały żelbetonowe latarnie na wysokości 2 m nad gruntem, powywracane zostały samochody ciężarowe wyładowane cegłami;

    ▪       15-16 maja 1958 r., okolice Rawy Mazowieckiej i Nowego Miasta. Uszkodzeniu uległy prawie wszystkie domy w obu miastach, wiele drzew zostało ściętych, a niektóre powyrywane razem z korzeniami;

    ▪       15 lipca 1977 r., gmina Strzałkowo, województwo konińskie. Przejście silnej trąby powietrznej;

    ▪       2 czerwca 1980 r., Kocin niedaleko Zielonej Góry w środkowo-zachodniej Polsce. Przejście silnej trąby powietrznej;

    ▪       4 lipca 2002 r., obszar Pojezierza Mazurskiego w miejscowości Pisz. Trąba powietrzna skosiła i poskręcała drzewa na obszarze około 44 ha Puszczy Piskiej;

    ▪       9 lipca 2004 r., środkowa i wschodnia Polska. Trąby powietrzne wystąpiły w kilku miejscowościach powodując zniszczenia budynków i kompleksów leśnych;

    ▪       15-16 sierpnia 2008 r., od wschodniej części województwa opolskiego aż po województwo podlaskie. Seria trąb powietrznych spowodowały liczne uszkodzenia budynków oraz lasów. Zginęły 4 osoby, a 34 trafiły do szpitala. Udokumentowano trąbę powietrzną o sile F4 (okolice Strzelec Opolskich);

   ▪     14 lipca 2012 r., północna część Polski. Seria trąb powietrznych spowodowała liczne uszkodzenia budynków oraz obszarów leśnych (m.in. 520 ha lasów w powiecie tucholskim). Zginęła 1 osoba, a 11 zostało rannych. Siła trąb powietrznych oceniana jest na F2;

    ▪       19 lipca 2015 r., gmina Obrowo, powiat toruński. Uszkodzenie kilkudziesięciu domów mieszkalnych i budynków gospodarczych, powalone drzewa.

    ▪       21 maja 2019 r., podczas przechodzenia nad Polską niżu, tylko jednego dnia uformowało się aż pięć trąb powietrznych związanych z superkomórkami. Najsilniejszy lej zszedł pod Lublinem i miał siłę EF2.

 

Zachowanie się w czasie trąby powietrznej

          Jeśli znajdziesz się w niewłaściwym czasie pod chmurą stropową, staraj się przewidzieć sytuację na kilka minut do przodu. Jedną z ważniejszych rzeczy, które musisz znać to znajomość dróg i ewentualność szybkiej ewakuacji. Bezwzględnie należy unikać wjeżdżania pod chmurę stropową (prawa tylna część chmury burzowej). Jeśli trąba powietrzna zacznie schodzić praktycznie nie będzie możliwości zauważenia takiej sytuacji i podjęcia kroków związanych z ucieczką. Taki obszar nazywany jest  „Bear cage”. Tak w żargonie łowców burz nazywa się niebezpieczny obszar leżący bezpośrednio pod potencjalnie tworzącą się trąbą powietrzną. Trąby powietrzne pojawiają się tuż za głównym rdzeniem opadowym, gdzie można natrafić na ulewne lub nawalne opady deszczu oraz bardzo duży grad mogący uszkodzić samochód.

Jeżeli doszło do sytuacji, w której trąba powietrzna zeszła z chmury burzowej, należy przestrzegać kilku zasad:

1. Należy poznać jej kierunek ruchu. Jeżeli „stoi w miejscu” to prawdopodobnie idzie w kierunku obserwatora, jeżeli zaś wyraźnie przemieszcza się na boki to obserwator jest względnie bezpieczny;
2. Należy ciągle monitorować sytuację, trąba powietrzna może w każdej chwili zmienić swój kierunek ruchu;
3. Dopiero na końcu, wiedząc, że jest się bezpiecznym, należy zaraportować o trąbie powietrznej.

          Trzeba pamiętać, że zaniknięcie trąby powietrznej wcale nie oznacza końca zagrożenia. Z jednej chmury burzowej może zejść kilka trąb powietrznych pojawiających się cyklicznie, co jest dość często obserwowanym zjawiskiem. Jak wcześniej zostało wspomniane, trąba powietrzna pojawia się w prawej tylnej części burzy, schodzi z chmury stropowej (wall cloud) lub z samej podstawy chmur. W zależności od umiejscowienia obserwatora, trąba powietrzna pojawia się w innym otoczeniu wizualnym:

1. Gdy obserwator znajduje się na zachód od trąby powietrznej, trąba jest zazwyczaj na ciemnym, szarym lub granatowym tle. Nie widać clear slota (przejaśnienia, wyraźna szczelina w chmurze burzowej związana z obecnością suchszego powietrza, często mająca postać niewielkiego obszaru czystego nieba. Takie przejaśnienie stanowi dowód, że tworzy się trąba powietrzna), gdyż obserwator właśnie się w nim znajduje.

 

 

1. Gdy obserwator znajduje się na wschód od trąby powietrznej to trąba jest zazwyczaj na jasnym tle, widoczny jest wyraźny clear slot i mniej oczywista chmura stropowa (wall cloud).

 

 

 Literatura

1. Lorenc H.: Trąby powietrzne w Polsce – Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB (http://www.imgw.pl/extcont/klimat/_klimat/archiwum/klimat_02032005.html)
2. Taszarek M.: Tornado Climatology of Poland, 2015 (http://journals.ametsoc.org/doi/full/10.1175/MWR-D-14-00185.1);
3. Tamulewicz J.: Wielka Encyklopedia Geografii Świata – Pogoda i klimat Ziemi, Poznań 1997;
4. 4. Timmer R.: Łowcy Burz, Kraków 2014;
5. Wasilewski T.: Zrozumieć pogodę, Poznań 2008;
6. 6. Woś A.: Meteorologia dla Geografów, Poznań 2006;
7. Przewodnik Obserwatora Burz – poziom podstawowy – https://obserwatorzy.info//przewodnik-obserwatora-burz-podstawowy/
8. Artykuły dostępne na www.obserwatorzy.info (SOB);
9. Materiały edukacyjne dostępne w serwisie NOAA.gov.

Opracowanie tekstu: Łukasz Pietrzak

Nadzór merytoryczny: Jakub Wąsik

Autor rysunków: Daria Babś

Edycja: Jakub Stradomski