F. Colin Lloyd on Unsplash

Written by 09:00 Meteo

Pogodowy rollercoaster – sezon burzowy 2022 zaczął się w styczniu

Mateusz Barczyk
IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju

Hubert Łuszczewski, Sylwia Śmigiera
IMGW-PIB/Centrum Hydrologiczno-Meteorologicznej Sieci Pomiarowo-Obserwacyjnej, Wydział Teledetekcji Naziemnej

Dwa lata temu pisaliśmy o tym, że zimowe burze w Polsce są niezwykle rzadkim zjawiskiem meteorologicznym. Początek 2022 roku pokazał jednak, jak nieprzewidywalna jest pogoda. Dynamiczny przebieg układów barycznych, duże różnice ciśnień i wysoka chwiejność powietrza w Europie spowodowały, że miniony miesiąc – choć cieplejszy od normy wieloletniej – przyniósł cała gamę niebezpiecznych zjawisk hydrologiczno-meteorologicznych: sztormy, wezbrania, silny wiatr, z rekordowym porywem na Śnieżce 54 m/s (ponad 190 km/h!), zawieje i zamiecie śnieżne, gołoledź, opady śniegu, deszczu ze śniegiem, deszczu, krupy śnieżnej oraz oczywiście burze. Zbyt pochopnym i wczesnym byłoby stwierdzenie, że styczniowy pogodowy miszmasz to skutek zmieniającego się klimatu, ale analiza historycznych danych meteorologicznych wyraźnie wskazuje, że warunki klimatyczne w Polsce stają się coraz bardziej niestabilne, co przekłada się na wzrost częstotliwości i intensywności niebezpiecznych zdarzeń w pogodzie.

Zimowe burze nie są całkowicie nowym zjawiskiem w Polsce, ale dawno nie notowano tak dużej aktywności burzowej w tym sezonie. Szczególnie wyjątkowy przebieg miała aura w dniu 17 stycznia, gdy system PERUN wykrył ponad 4,6 tys. doziemnych oraz blisko 23 tys. chmurowych wyładowań atmosferycznych – dziesięciokrotnie więcej niż w całym rekordowym do tej pory styczniu 2017 roku. Poza tym większą niż zwykle liczbę wyładowań atmosferycznych w ciągu doby zarejestrowano 14, 20 i 30 dnia miesiąca. Co ciekawe obserwowane zjawiska burzowe wystąpiły w bardzo podobnej sytuacji synoptycznej (z wyjątkiem 30.01). Zalegająca nad Polską, umiarkowanie ciepła masa powietrza polarnego morskiego, zostaje wyparta przez aktywny front z napływającym chłodnym i bardziej suchym, gęstszym powietrzem. W wyniku ogromnej różnicy ciśnienia rośnie siła wiatru. Warunki w strefie frontu i za nią stają się chwiejne – wypychane przez wiatr powietrze dość łatwo pnie się w górę, a zgromadzona w nim para wodna ulega nasyceniu i kondensacji. Zaczynają tworzyć się chmury kłębiaste. Nasilona aktywność frontowa prowadzi do powstania wypiętrzonych chmur Cumulus Congestus oraz Cumulonimbus, które są wyraźnie wyższe od otoczenia, co doskonale prezentują zdjęcia satelitarne (https://obserwator.imgw.pl/burze-zimowe-widziane-z-kosmosu/). Odpowiedzi na pytanie czemu doszło do tak intensywnych burz należy szukać w diagramach układu pionowego atmosfery.

Sytuacja baryczna na godzinę 12 UTC w dniach 14, 17, 20 i 30 stycznia. Na wszystkich widać podobny wzorzec: silny wyż nad Europą Zachodnią oraz głęboki niż nad Rosją, duża różnica ciśnienia nad Polską i dynamicznie przemieszczające się, aktywne linie frontowe, za którymi następuje szybki spływ powietrza polarnego lub arktycznego morskiego. Co wyróżnia 30 stycznia 2022 roku to ogromna różnica ciśnienia nad Polską, która chwilami przekraczała 30 hPa. Przemieszczający się wtórny front atmosferyczny z napływającym za nim powietrzem arktycznym morskim ponownie stworzył warunki dogodne dla powstania burz. Ale głównym zagrożeniem w tamtym dniu był silny wiatr.
Sytuacja baryczna na godzinę 12 UTC w dniach 14, 17, 20 i 30 stycznia. Na wszystkich widać podobny wzorzec: silny wyż nad Europą Zachodnią oraz głęboki niż nad Rosją, duża różnica ciśnienia nad Polską i dynamicznie przemieszczające się, aktywne linie frontowe, za którymi następuje szybki spływ powietrza polarnego lub arktycznego morskiego. Co wyróżnia 30 stycznia 2022 roku to ogromna różnica ciśnienia nad Polską, która chwilami przekraczała 30 hPa. Przemieszczający się wtórny front atmosferyczny z napływającym za nim powietrzem arktycznym morskim ponownie stworzył warunki dogodne dla powstania burz. Ale głównym zagrożeniem w tamtym dniu był silny wiatr.

Gdy chmury kłębiaste osiągają odpowiedni rozmiar, zaczynają „produkować” opady i powstają w nich ładunki elektryczne. Proces ten przebiega szybko i wydajnie tylko przy odpowiedniej chwiejnościpowietrza, którą w uproszczeniu można wyrazić jako tempo spadku temperatury wraz z wysokością. Na poniższych grafikach wyraźnie widać, jak dynamicznie zmieniała się temperatura w najniższych warstwach troposfery, a jednocześnie podnosiła się wysokość inwersji. Dlatego zarówno front atmosferyczny, jak i masy napływającego za nim powietrza pozwalały na bardziej intensywny pionowy wzrost chmur, aż do powstania chmur burzowych.

Przejście frontu i napływ chłodnej masy nad Warszawą między godz. 12 a 18 UTC w dniu 14 stycznia 2022 roku. Wyraźny spadek temperatury w niskiej troposferze – inwersja nie zanikła, ale się podniosła, pozwalając poniżej rozwijać się chmurom burzowym.
Przejście frontu i napływ chłodnej masy nad Warszawą między godz. 12 a 18 UTC w dniu 14 stycznia 2022 roku. Wyraźny spadek temperatury w niskiej troposferze – inwersja nie zanikła, ale się podniosła, pozwalając poniżej rozwijać się chmurom burzowym.

17 stycznia mieliśmy w Polsce do czynienia z wyjątkowo spektakularnym przejściem frontu atmosferycznego. Wzbudzona konwekcja bardzo wcześnie stała się aktywna elektrycznie – pierwsze burze pojawiły się już w momencie wkroczenia frontu nad polskie wybrzeże. Niespotykania liczba wyładowań doziemnych i chmurowych wynikała z bardzo sprzyjających warunków atmosferycznych. Napływająca za frontem masa powietrza była wyraźnie chwiejna, a przed linią frontu brakowało wyraźnych warstw inwersyjnych – dlatego wilgotniejsze i cieplejsze powietrze było tak łatwo wynoszone ku górze, budując głęboką konwekcję.

Zmiana temperatury masy powietrza nad Warszawą między godz. 6 a 12 UTC. Na niebiesko oznaczono wielkość tej zmiany w zależności od wysokości nad stacją EPWA (Warszawa-Okęcie). Masa powietrza uzyskała dużą chwiejność sięgającą środkowej troposfery, co pozwoliło na wznoszenie powietrza nawet do wysokości izotermy –35°C.
Zmiana temperatury masy powietrza nad Warszawą między godz. 6 a 12 UTC. Na niebiesko oznaczono wielkość tej zmiany w zależności od wysokości nad stacją EPWA (Warszawa-Okęcie). Masa powietrza uzyskała dużą chwiejność sięgającą środkowej troposfery, co pozwoliło na wznoszenie powietrza nawet do wysokości izotermy –35°C.

Podobnie sytuacja wyglądała 20 stycznia z tą różnicą, że głównym zapalnikiem śnieżyc był wtórny front chłodny wzbudzony w napływającym chłodnym powietrzu. Poprzedzająca go masa nie była dostatecznie chwiejna, dlatego dopiero zejście wtórnego frontu i zdecydowany napływ powietrza arktycznego ostatecznie uformowały warunki dogodne dla powstania burz.

Sekwencja pokazująca zmianę pionowego gradientu temperatury między warstwami izobarycznymi 800 mb i 600 mb. Wartości powyżej 0,6 K/100 m wskazują na warunkową chwiejność – jest to środowisko dogodne dla powstawania konwekcji, w tym burzowej.
Sekwencja pokazująca zmianę pionowego gradientu temperatury między warstwami izobarycznymi 800 mb i 600 mb. Wartości powyżej 0,6 K/100 m wskazują na warunkową chwiejność – jest to środowisko dogodne dla powstawania konwekcji, w tym burzowej.

Przejście frontów burzowych z 14, 17 i 20 stycznia 2022 roku przez obszar Polski

14.01.2022. Sekwencja położenia frontu, wyrażona odbiciowością radarową struktur konwekcyjnych wyzwolonych na linii przemieszczającego się z północy na południe frontu chłodnego. Między godz. 12 a 14 UTC front generował umiarkowanie aktywne burze. Obraz przetworzony, pozbawiony obrazu odbiciowości niezwiązanych z frontem.

17.01.2022. Sekwencja położenia frontu, wyrażona odbiciowością radarową struktur konwekcyjnych wyzwolonych na linii przemieszczającego się z północy na południe frontu chłodnego. Między godz. 6 a 11 UTC front generował niespotykanie aktywne jak na styczeń burze. Obraz przetworzony, pozbawiony obrazu odbiciowości niezwiązanych z frontem.

20.01.2022. Sekwencja położenia frontu, wyrażona odbiciowością radarową struktur konwekcyjnych wyzwolonych na linii przemieszczającego się z zachodu na południowy wschód frontu chłodnego. Między godz. 6 a 9 UTC wystąpiły najliczniejsze wyładowania. Obraz przetworzony, pozbawiony obrazu odbiciowości niezwiązanych z frontem.

Burza śnieżna – case study 17.01.2022

Burze, które przeszły tego dnia przez Polskę objęły swym zasięgiem prawie cały obszaru kraju. To niezwykle rzadka sytuacja nawet w okresie wiosenno-letnim, a zimą zdarzyła się prawdopodobnie po raz pierwszy. Dynamiczna lina szkwału utworzyła się na bardzo szybko przemieszczającym się chłodnym froncie atmosferycznym, przybierając formę aktywnej elektrycznie burzy śnieżnej. Imponująca była zarówno liczba wyładowań atmosferycznych, jak i dystans przebyty przez tę burzę. Co ciekawe liniowa formacja konwekcyjna z 17 stycznia 2022 roku wystąpiła dokładnie 15 lat po na pozór podobnym zjawisku związanym z orkanem Cyryl. Wtedy mieliśmy jednak do czynienia z wyraźnie cieplejszym wycinkiem niżu, co jeszcze bardziej spotęgowało dynamikę burzy, która po analizie trajektorii i zniszczeń uzyskała miano derecha.

Głównym zagrożeniem, które niosła ze sobą styczniowa formacja, były bardzo silne, prostoliniowe podmuchy wiatru, związane z prądami zstępującymi (downburst clusters). Te nadzwyczajne prędkości wynikały z transferu pędu powietrza z wyższych wysokości, związanego z bardzo dużym poziomym gradientem ciśnienia.

Podstawowym wyznacznikiem przejścia frontu atmosferycznego, oprócz temperatury, jest zmiana kierunku wiatru. Ten fakt doskonale widoczny jest na danych z radaru w Legionowie z godz. 08:24. Na obrazie radarowym z godz. 08:44 uwagę zwracają niewielkie wybrzuszenia na linii szkwału powstałe na skutek działalności silnych prądów zstępujących (downburst clusters), które swoim pędem wypchnęły hydrometeory w przód. To właśnie w tych miejscach wystąpiły największe szkody wiatrowe. Ciekawy jest również aspekt interpretacyjny omawianego skanu. Posługując się legendą, możemy wywnioskować, że przed przejściem linii szkwału mieliśmy do czynienia ze znacznie silniejszym wiatrem, niż na jej czele. Nic bardziej mylnego. Za taki stan rzeczy odpowiada bardzo gwałtowny, kierunkowy uskok wiatru i sposób jego detekcji przez wiązkę radarową. Przed linią szkwału wiatr ma kierunek głównie zachodni, a więc w tym obszarze prawie równoległy z osią wiązki – wobec czego praktycznie cała jego składowa jest „widziana” przez radar. Z kolei na czele linii szkwału oraz tuż za nią wiatr ma kierunek północno-zachodni, czyli niemalże prostopadły do osi wiązki w tym miejscu. W związku z tym radar nie jest w stanie „zobaczyć” głównej składowej wektora prędkości i na skanie jej wartość jest mocno zaniżona.
Podstawowym wyznacznikiem przejścia frontu atmosferycznego, oprócz temperatury, jest zmiana kierunku wiatru. Ten fakt doskonale widoczny jest na danych z radaru w Legionowie z godz. 08:24. Na obrazie radarowym z godz. 08:44 uwagę zwracają niewielkie wybrzuszenia na linii szkwału powstałe na skutek działalności silnych prądów zstępujących (downburst clusters), które swoim pędem wypchnęły hydrometeory w przód. To właśnie w tych miejscach wystąpiły największe szkody wiatrowe. Ciekawy jest również aspekt interpretacyjny omawianego skanu. Posługując się legendą, możemy wywnioskować, że przed przejściem linii szkwału mieliśmy do czynienia ze znacznie silniejszym wiatrem, niż na jej czele. Nic bardziej mylnego. Za taki stan rzeczy odpowiada bardzo gwałtowny, kierunkowy uskok wiatru i sposób jego detekcji przez wiązkę radarową. Przed linią szkwału wiatr ma kierunek głównie zachodni, a więc w tym obszarze prawie równoległy z osią wiązki – wobec czego praktycznie cała jego składowa jest „widziana” przez radar. Z kolei na czele linii szkwału oraz tuż za nią wiatr ma kierunek północno-zachodni, czyli niemalże prostopadły do osi wiązki w tym miejscu. W związku z tym radar nie jest w stanie „zobaczyć” głównej składowej wektora prędkości i na skanie jej wartość jest mocno zaniżona.

Kulminacja zdarzeń 30.01.2022 – głęboki niż Nadia/Malik i jego konsekwencje

30 stycznia nastąpił ostatni akt pogodowego rollercostera. W tym dniu burz było co prawda znacznie mniej, jednak niemal cały obszar Polski znalazł się w strefie zagrożonej silnym wiatrem (w porywach do 100 km/h) ze względu na wyjątkowo dużą różnicę ciśnienia (niemal 30 hPA) i aktywność konwekcyjną podbijającą prędkość porywów. To efekt przemieszczającego się przez północną Europę niżu, który w sieci służb meteorologicznych otrzymał imię „Malik”. W mediach częściej funkcjonowała nazwa nadana przez uniwersytet FU Berlin – „Nadia”.

Choć i w tym przypadku mieliśmy do czynienia z aktywną konwekcją, to na obrazach radarowych widać wyraźnie, że nie sama linia frontu wtórnego była strefą kulminacji zjawisk, ale konwekcja wewnątrzmasowa napływająca w chłodnym i chwiejnym powietrzu za frontem.

Jak widać na sekwencji radarowej zachmurzenie nie tworzy typowych dla chłodnych frontów liniowych struktur konwekcyjnych – rozproszona konwekcja uwalniana była w głównie wewnątrz chłodnej masy powietrza.
Jak widać na sekwencji radarowej zachmurzenie nie tworzy typowych dla chłodnych frontów liniowych struktur konwekcyjnych – rozproszona konwekcja uwalniana była w głównie wewnątrz chłodnej masy powietrza.

Zimowe rekordy wyładowań

Zbudowany przez IMGW system do monitowania burz działa już 20 lat https://obserwator.imgw.pl/system-perun-dziala-juz-20-lat-rola-imgw-w-monitorowaniu-burz/. Zwykle jest najintensywniej wykorzystywany od czerwca do sierpnia, gdy w Polsce występuje najwięcej wyładowań atmosferycznych. W sezonie jesienno-zimowym (od października do marca) burze w Polsce zdarzają się bardzo rzadko, a miesięczna liczba wyładowań doziemnych nie przekracza zwykle pół tysiąca. Absolutnie rekordowy był październik 2020 roku, gdy PERUN zarejestrował ponad 39 tys. takich zdarzeń; drugie miejsce zajmuje obecnie styczeń 2022 z blisko 5,5 tysiącami wyładowań doziemnych. Wyjątkowość zjawisk burzowych ubiegłego miesiąca podkreśla zestawienie danych dla stycznia w latach 2015-2022.

Liczba wyładowań doziemnych odnotowanych w styczniu w latach 2015-2022
2015 – 262
2016 – 52
2017 – 381
2018 – 121
2019 – 206
2020 – 128
2021 – 162
2022 – 5484

Wyładowania atmosferyczne w styczniu 2022 roku. (A): 14.01 w ciągu dnia zanotowano 42 wyładowania doziemne – najwięcej na Mazowszu przed godziną 14 UTC. (B): 17.01 liczba wyładowań doziemnych zanotowanych nad Polską wyniosła niemal 4,7 tys., wraz z wyładowaniami chmurowymi ponad 27 tys. Największą aktywność elektryczną obserwowano w centrum Polski. Burze formowały się już od godzin porannych, a większość wystąpiła jeszcze przed południem! (C): 20.01 system PERUN odnotował ponad 500 wyładowań doziemnych – najwięcej w województwach wielkopolskim i łódzkim. Liczba wyładowań została przedstawiona w siatce 10 km x 10 km. Maksymalna zmierzona wartość w jednym oczku wynosi 23 wyładowania. (D): 30.01 system PERUN wykrył 156 wyładowań doziemnych. Większość z nich wystąpiła rano i przed południem. Najwięcej wyładowań odnotowano w województwach pomorskim, warmińsko-mazurskim, kujawsko-pomorskim, podlaskim, mazowieckim i łódzkim. (E): Łącznie w styczniu 2022 roku system PERUN zanotował 31 362 wyładowania atmosferyczne, w tym 5 485 wyładowań doziemnych.
Wyładowania atmosferyczne w styczniu 2022 roku. (A): 14.01 w ciągu dnia zanotowano 42 wyładowania doziemne – najwięcej na Mazowszu przed godziną 14 UTC. (B): 17.01 liczba wyładowań doziemnych zanotowanych nad Polską wyniosła niemal 4,7 tys., wraz z wyładowaniami chmurowymi ponad 27 tys. Największą aktywność elektryczną obserwowano w centrum Polski. Burze formowały się już od godzin porannych, a większość wystąpiła jeszcze przed południem! (C): 20.01 system PERUN odnotował ponad 500 wyładowań doziemnych – najwięcej w województwach wielkopolskim i łódzkim. Liczba wyładowań została przedstawiona w siatce 10 km x 10 km. Maksymalna zmierzona wartość w jednym oczku wynosi 23 wyładowania. (D): 30.01 system PERUN wykrył 156 wyładowań doziemnych. Większość z nich wystąpiła rano i przed południem. Najwięcej wyładowań odnotowano w województwach pomorskim, warmińsko-mazurskim, kujawsko-pomorskim, podlaskim, mazowieckim i łódzkim. (E): Łącznie w styczniu 2022 roku system PERUN zanotował 31 362 wyładowania atmosferyczne, w tym 5 485 wyładowań doziemnych.

Podsumowanie wiatrowe

Wszystkie analizowane burzowe dni stycznia charakteryzowały się wystąpieniem silnych porywów wiatru. Szczególnie niebezpieczenie było 17 stycznia, gdy zasięg frontu i liczebność burz była największa oraz 30 stycznia, kiedy zanotowaliśmy najwięcej porywów kwalifikujących się na ostrzeżenie (w IMGW-PIB kryterium najniższego 1. stopnia wydaje się przy minimalnej prędkości wiatru w porywach 72 km/h, tj. 20 m/s). Na poniższych grafikach przedstawiono maksymalne prędkości porywów wiatru zmierzone na stacjach telemetrycznych, na których choć raz wystąpiło przekroczenie kryterium ostrzeżenia 1. stopnia.

14.01 zanotowano porywy wiatru >=72 km/h w 36 lokalizacjach, z maksimum na Śnieżce 146 km/h. 17.01 silne porywy wiatru wystąpiły w 101lokalizacjach, z maksimum na Śnieżce 193 km/h (rekord stycznia 2022), a poza górami na stacji synoptycznej Koło-Radoszewice – aż 133 km/h – w czasie przechodzenia gwałtownej burzy śnieżnej. 20.01 silne porywy wiatru zanotowano w 45 lokalizacjach, maksimum ponownie na Śnieżce (143 km/h), a poza górami w Darłowie (96 km/h). Tego dnia licznie występowały intensywne śnieżyce. 30.01 silne porywy wiatru wystąpiły w aż 148 lokalizacjach (!) – najsilniej powiało w Dolinie Pięciu Stawów (133 km/h), a poza górami w Darłowie (123 km/h).
14.01 zanotowano porywy wiatru >=72 km/h w 36 lokalizacjach, z maksimum na Śnieżce 146 km/h. 17.01 silne porywy wiatru wystąpiły w 101lokalizacjach, z maksimum na Śnieżce 193 km/h (rekord stycznia 2022), a poza górami na stacji synoptycznej Koło-Radoszewice – aż 133 km/h – w czasie przechodzenia gwałtownej burzy śnieżnej. 20.01 silne porywy wiatru zanotowano w 45 lokalizacjach, maksimum ponownie na Śnieżce (143 km/h), a poza górami w Darłowie (96 km/h). Tego dnia licznie występowały intensywne śnieżyce. 30.01 silne porywy wiatru wystąpiły w aż 148 lokalizacjach (!) – najsilniej powiało w Dolinie Pięciu Stawów (133 km/h), a poza górami w Darłowie (123 km/h).

Wyjątkowa aktywność niżu Malik (Nadia) skutkowała jeszcze jednym niechlubnym rekordem – tego dnia Państwowa Straż Pożarna interweniowała ponad 17 tysięcy razy. To liczba nienotowana od kilkudziesięciu lat!


Zdjęcie główne: Colin Lloyd | Unsplash

(Visited 1 704 times, 1 visits today)
Close