Klimat dla burz

Każdego roku burze powodują znaczne straty materialne, a blisko 25 tysięcy ludzi ginie na skutek porażenia piorunem. Dlatego lepsze zrozumienie lokalnych uwarunkowań klimatologicznych sprzyjających powstawaniu tych zjawisk jest ważne nie tylko dla służb pogodowych, ale także zespołów operacyjnych, kryzysowych i specjalistów zajmujących się szacowaniem ryzyka. Wyniki najnowszych badań na temat burz w Polsce ukazały się właśnie na łamach amerykańskiego czasopisma naukowego Weather and Forecasting.

Wyładowania doziemne rejestrowane są w Polsce średnio przez około 160 dni w roku. Z danych pomiarowych wynika dość oczywisty fakt, że burze występują w naszym kraju najczęściej w sezonie letnim, od czerwca do sierpnia. W tym okresie, jak wskazują inni badacze, mamy również do czynienia z najsilniejszymi i najniebezpieczniejszymi zjawiskami pogodowymi, takimi jak linie szkwału czy burze superkomórkowe, które powodują znaczne straty materialne. Wyniki te potwierdzają dane zgromadzone w European Severe Weather Database – najczęściej występującym zagrożeniem konwekcyjnym w Europie Środkowej są: silny wiatr, nawalne opadu deszczu i gradu oraz błyskawice i tornada.

Regionalne badania naukowe, które koncentrują się na ocenie intensywności burzy i jej związku ze środowiskiem atmosferycznym są bardzo ważne, ponieważ dostarczają danych i wskazówek niezbędnych do operacyjnego prognozowania silnych burz konwekcyjnych. Dzięki prowadzonym na całym świecie pracom badawczym wiemy np., że wzrost wilgotności powietrza i tempa spadku temperatury w środkowej części troposfery oraz charakterystyka trybu konwekcji (występowanie superkomórek lub linii szkwału) prowadzą do powstawania zorganizowanych i silnych prądów wstępujących. Jednak pomimo rosnącej liczby badań, nadal istnieją pewne ograniczenia związane z trudnościami w identyfikacji i rozpoznaniu intensywności burzy.

Zespół naukowców z Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW-PIB), Uniwersytetu Jagiellońskiego (UJ) i Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (UAM) przeprowadził analizę danych z ostatnich 18 lat, wykorzystując w tym celu liczbę wyładowań doziemnych, rejestrowanych w systemie PERUN w interwałach 1-minutowych, przypadających na obszar 100 km². Wartości te pozwalają kategoryzować burze wg ich intensywności, a następnie porównać wyniki z lokalnymi warunkami atmosferycznymi uzyskanymi z reanalizy ECMWF ERA5. To nowatorskie podejście do badania intensywności burz w Europie Środkowej. Natomiast metodyka ta jest z powodzeniem stosowana w analizach zjawisk burzowych w strefach tropikalnych.

„Na podstawie danych z lat 2002-2019, dotyczących wyładowań doziemnych, które zbieramy za pomocą sieci PERUN, staramy się lepiej zrozumieć klimatologiczne aspekty silnych burz i towarzyszących im zjawisk”. – wyjaśnia prof. dr hab. ZbigniewUstrnul z Centrum Nauki i Rozwoju IMGW-PIB. – „Wysoka rozdzielczość zestawu danych z tzw. reanaliz ERA5 pozwala nam badać środowisko wyładowań w sposób, który nie był możliwy w przypadku starszych baz danych ECMWF. Do oceny dobowych, rocznych i przestrzennych uwarunkowań konwekcyjnych, powiązanych z określonymi częstotliwościami wyładowań CG, stosujemy interwały godzinowe, podczas gdy w poprzednich badaniach był to krok 3- bądź 6-godzinny”.

W dotychczasowych analizach do klasyfikowania intensywności burz zwykle wykorzystywano raporty niebezpiecznych zjawisk konwekcyjnych i na tej podstawie badano towarzyszące im warunki atmosferyczne. W prezentowanym przez polskich naukowców rozwiązaniu źródłem informacji są, względnie homogeniczne przestrzennie, dane z systemu PERUN.

„Nasze badania wskazują, że istnieje korelacja pomiędzy liczbą raportów zjawisk niebezpiecznych a liczbą wyładowań generowanych przez chmury burzowe”. – mówi dr Mateusz Taszarek z Zakładu Meteorologii i Klimatologii UAM w Poznaniu. – „W pracy wykazaliśmy, że dominująca liczba burz w Polsce występuje przy wartościach parametru CAPE poniżej 1000 J·kg⁻¹ oraz pionowych uskokach wiatru pomiędzy 8 a 15 m·s⁻¹. Wraz ze wzrostem obu parametrów zwiększa się potencjał burz do generowania wyładowań atmosferycznych. Trzeba jednak pamiętać, że skuteczne prognozowanie liczby wyładowań atmosferycznych tylko na bazie warunków atmosferycznych z modeli numerycznych stanowi ogromne wyzwanie i jest obarczone błędami. Wykonana przez nas analiza klimatologiczna pozwala ustalić, jak często występują określone warunki atmosferyczne w danych regionach Polski, porze roku oraz dnia, z rozdzielczością 1 godziny. Tego typu wyniki są wartościowe dla synoptyków i pozwalają lepiej oszacować częstość występowania warunków atmosferycznych odpowiedzialnych za wyjątkowo silne zjawiska burzowe”.

Analiza intensywności burz na podstawie gęstości wyładowań atmosferycznych umożliwiła ustalenie, jakie warunki atmosferyczne towarzyszą wydzielonym rodzajom burz. W tym celu obliczono ponad 50 wskaźników stanu atmosfery, które następnie zweryfikowano zaawansowanymi testami statystycznymi. Dzięki temu uzyskano katalog wskaźników najbardziej użytecznych w prognozowaniu intensywności burz.

„Na początku badań istotne było dla nas poznanie rozkładu czasowego i przestrzennego wyładowań atmosferycznych w Polsce. Docelowo pozwoliło to rozszerzyć dotychczasową wiedzę na temat klimatologii burz”. – wskazuje Szymon Poręba z Zakładu Klimatologii UJ, synoptyk w BPM Kraków, IMGW-PIB. – „Wiemy, że najwięcej wyładowań atmosferycznych występuje w Polsce w rejonach Wyżyny Lubelskiej oraz Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej. Z kolei maksymalną liczbą godzin z burzą charakteryzuje się obszar Karpat, zwłaszcza Beskid Sądecki, gdzie co roku zjawisko to występuje w sumie przez około 80 godzin. Co ciekawe nasze badania wskazują, że mimo spadku ogólnej liczby burz wieczornych i nocnych w sierpniu, ich intensywność może być wyraźnie większa. Rozkład przestrzenny analizowanych wskaźników potwierdza, że Dolny Śląsk, Warmia i Mazury oraz Bieszczady są rejonami o znacznym potencjale do występowania gwałtownych burz”.

Szczegółowe wyniki badań zespołu opublikowano w artykule “Diurnal and seasonal variability of ERA5 convective parameters in relation to lightning flash rates in Poland”.

https://doi.org/10.1175/WAF-D-21-0099.1

Zdjęcie główne: Damian Barczak | Unsplash.