W połowie grudnia ubiegłego roku media obiegły zdjęcia łańcucha Tatr z zawieszonymi nad nim chmurami w kształcie soczewek, spektakularnie oświetlonymi przez zachodzące Słońce. Spektakl, który przyroda zafundowała tego wieczoru, to objaw fali górskiej – zjawiska wyczekiwanego przez wyznawców szybowania w przestworzach, a omijanego przez pozostałych użytkowników przestrzeni powietrznej.
Fala górska powstaje, gdy płynące powietrze – napotykając na przeszkodę górską – wznosi się, a następnie po stronie zawietrznej faluje. Na grzbietach fali, po osiągnięciu przez wznoszące się powietrze stanu nasycenia parą wodną, tworzą się chmury przypominające soczewkę lub latający spodek. Do falowania powietrza za górami konieczny jest przepływ mniej więcej prostopadły do pasma górskiego oraz prędkość wiatru na tyle duża, aby powietrze mogło przekroczyć przeszkodę. W warunkach polskich Sudetów czy Karpat są to zwykle kierunki wiatru z południa lub południowego zachodu. Beskid Śląski czy pasma otaczające Kotlinę Kłodzką lokalnie wzbudzają falę również przy wietrze zachodnim. Kierunek i prędkość wiatru to jednak nie wszystko, ważny jest również stan równowagi – stabilność masy powietrza wynikająca z rozkładu temperatury w troposferze. W dużym uproszczeniu, jeżeli temperatura powoli spada lub wręcz odwrotnie rośnie (inwersja) wraz z wysokością, mówimy o powietrzu stabilnym. I to właśnie taki charakter masy powietrza jest konieczny do powstania fali. Dlaczego? Wyobraźmy sobie niewielką porcję powietrza o określonej temperaturze i gęstości, która pędząc z wiatrem w stronę pasma górskiego znajduje się w równowadze z otaczającym powietrzem. Gdy przekracza masyw górski zostaje niejako na siłę przemieszczona do góry. Podczas wymuszonego wznoszenia ochładza się w wyniku rozprężania – tzw. adiabatycznie. I tu wkracza do gry rozkład temperatury w otaczającym powietrzu. Jeśli spadek temperatury powietrza w troposferze jest wolniejszy od tempa ochładzania się naszej porcji (tak będzie w przypadku równowagi stałej), trafia ona w obszar, gdzie jest względnie wyższa temperatura i mniejsza gęstość. Ma więc tendencję do powrotu na „swoje miejsce”, do punktu równowagi, tam gdzie jej temperatura i gęstość wyrówna się z otoczeniem. Powracając faluje. W naszych górach powyższe warunki spotkamy najczęściej w jesieni i zimie, gdy przed zbliżającym się z zachodu frontem chłodnym napływa z południa ciepłe, stabilne powietrze. Ośrodek niżowy zlokalizowany jest wtedy na północny zachód od Polski, np. w rejonie Morza Norweskiego, Morza Północnego lub Cieśnin Duńskich. Wyż natomiast na południowy wschód od kraju.
W literaturze wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje fali górskiej – gdy fala rozwija się wysoko w pionie, czasem osiągając i falując również tropopauzą, lub gdy jej pionowy zasięg ogranicza się do niższych warstw troposfery, lecz sięga dalej w poziomie. To jak zafaluje powietrze, zależy od rozkładu temperatury, prędkości i kierunku wiatru w profilu troposfery oraz rzeźby terenu.
Fala może wiązać się z przepływem spokojnym, prawie laminarnym i niewielkimi prędkościami pionowymi. Nie stanowi wtedy zagrożenia dla statków powietrznych, a dla szybowników jest windą do nieba. Bywa jednak, że amplituda fali jest ogromna – wiatr jest bardzo silny, a przepływ turbulentny. Fala wymaga wtedy uwzględnienia w depeszach wysyłanych przez biura prognoz. Informacja o obserwowanej lub prognozowanej fali górskiej, kryjącej się pod skrótem MTW (z ang. mountain wave), zawarte są w SIGMET, AIRMET, GAMET oraz w prognozie graficznej Significant, gdzie ujrzymy symbol chmury soczewkowatej. Wszystkie powyższe produkty publikowane są na stronie awiacja.imgw.pl.
Fali mogą towarzyszyć groźne dla użytkowników przestrzeni powietrznej zjawiska, takie jak rotory i silny wiatr spływający z gór. Rotory to poziome rolki powietrza tworzące się pod grzbietami fali. Są obszarem, w którym pilot musi liczyć się z turbulencją oraz uskokami wiatru czyli zmianami prędkości i kierunku wiatru w niewielkiej przestrzeni. Silny wiatr spływowy to zagrożenie duszeniem statku powietrznego. Duża prędkość i porywistość takiego wiatru, na Podhalu zwanego halnym, bywa przyczyną zniszczeń; w zimie powoduje zanikanie pokrywy śnieżnej ze względu na związane z nim ocieplenie.
Prognozując falę, prócz analizy dolnych map rozkładu ciśnienia oraz wiatru na różnych wysokościach, w celu oceny stabilności masy powietrza synoptyk korzysta z diagramów obserwacyjnych i prognostycznych. Pomocne są, wyliczone z modeli numerycznych, prędkości pionowe zwizualizowane na przekrojach i mapach, jak również dane obserwacyjne dające możliwość potwierdzenia wcześniejszej prognozy – szyfrowane przez stacje synoptyczne chmury soczewkowate (Altocumulus lenticularis) czy oznaki chmur orograficznych na obrazach satelitarnych. Podczas prognozowania synoptyk musi sobie odpowiedzieć na kilka pytań. Czy w danej sytuacji, w konkretnym rejonie górskim powstanie ruch falowy powietrza? Jaka może być intensywność, zasięg pionowy i poziomy zjawiska? Czy i w jakiej warstwie fala może się załamać? Czy przepływ będzie turbulentny?
Choć nasze góry nie należą do najwyższych ani najrozleglejszych, to tutejsze fale zapisały się na kartach historii. Nowotarski pilot szybowcowy Stanisław Józefczak 5 listopada 1966 roku wzbił się na wysokość absolutną 12560 m, co przez kilkadziesiąt lat było nieosiągniętym przez nikogo na świecie rekordem. Z kolei kolebką badania fali górskiej, a także szybowcowych lotów falowych były Karkonosze. Zjawisko zostało odkryte przez niemieckich szybowników w latach 30. XX wieku. Nie mogąc otwarcie rozwijać lotnictwa silnikowego, z racji zobowiązań traktatu wersalskiego, wynieśli oni na bardzo wysoki poziom właśnie szybownictwo. Latając w górach, odczuwali i wykorzystywali wznoszenia niewytłumaczalne ówczesną wiedzą meteorologiczną. Jako falę górską opisał je po raz pierwsze inżynier i pilot Wolf Hirth na podstawie swoich doświadczeń i spostrzeżeń z Karkonoszy. Dziś na najwyższym szczycie tego pasma – Śnieżce – stoi jeden z najbardziej charakterystycznych i rozpoznawalnych budynków w kraju, czyli Wysokogórskie Obserwatorium Meteorologiczne IMGW-PIB. I choć jako inspirację dla futurystycznych kształtów budowli architekt Witold Lipiński wskazywał karkonoskie formy skalne lub statki tajemniczych Marsjan, to drogi czytelniku spójrz na nie uważnie jeszcze raz. Czy aby nie przypominają zastygłych nad górskim szczytem soczewkowatych chmur falowych?
ŁUKASZ KIEŁT. Synoptyk meteorolog prognoz ogólnych i lotniczych. Od 2009 roku pracuje w Biurze Prognoz Meteorologicznych IMGW-PIB w Krakowie. Szczególnie zainteresowany meteorologią górską. Przewodnik tatrzański i instruktor rekreacji ruchowej ze specjalnością narciarstwo zjazdowe.
Zdjęcia: Justyna Żyszkowska-Rogus, IMGW-PIB.
