F. Nikolaos Axelis on Unsplash

Written by 12:17 Hydro, Meteo

Wielkie fale na Bałtyku

Agata Wojtkiewicz, Anna Zielińska-Szefka
IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju/Biuro Meteorologicznych Prognoz Morskich w Gdyni

Sztormy na Morzu Bałtyckim występują stosunkowo często – średnio notuje się w roku 40 dni z tak silnym wiatrem – przy czym większość z nich przypada na półrocze chłodne (od września do marca). Sztorm trwa zwykle od 4 do 7 dni, a najgorsze warunki do rejsów panują w styczniu. To właśnie zimą występują na Bałtyku największe fale, których wysokość sięga nawet 6-7 metrów.

Sztormem określa się silny, porywisty oraz długotrwały wiatr wiejący nad morzami i oceanami. Aby mówić o wietrze sztormowym, jego siła musi wynieść co najmniej 8 stopni w skali Beauforta[i] (17,1 m/s). Powstawanie sztormów jest ściśle związane z aktywnością cyklonalną w rejonie Europy. Na ogół w okresie jesienno-zimowym obserwuje się nasilenie cyrkulacji strefowej, z którą związane są aktywne niże przemieszczające się znad Atlantyku nad kontynent europejski. Oczywiście nie każdy „wędrujący” przez Morze Bałtyckie niż powoduje wiatr sztormowy. W powstawaniu tego zjawiska istotna jest przede wszystkim różnica ciśnienia pomiędzy ośrodkiem a obrzeżem układu niżowego, czyli tzw. gradient baryczny. Im niż jest głębszy, czyli im niższą wartość ciśnienia obserwujemy w jego centrum, tym silniejszy wiatr wieje.

Skutki

Bardzo silny wiatr na morzu sprzyja formowaniu się wysokich fal. Na wybrzeżu często obserwuje się również gwałtowne wahania stanu wody, ponieważ sztorm powoduje nie tylko wysokie fale, ale także zjawisko spiętrzenia sztormowego wskutek przemieszczania przez wiatr ogromnych mas wody. To właśnie podniesienie się poziomu morza powoduje, że fale docierają znacznie dalej w głąb lądu. Zdarza się, że bałtycki sztorm spiętrza średni poziom wody o prawie 2 metry. W 1874 roku w Świnoujściu zanotowano rekordowy dla tej stacji stan 696 cm, a w 1872 roku w Kołobrzegu – 720 cm.

Bezpośrednim skutkiem wezbrania sztormowego może być cofka lub powódź sztormowa. Cofka to zjawisko, które polega na podnoszeniu się poziomu wody w ujściowych odcinkach rzek. Na polskim wybrzeżu ryzyko wystąpienia cofki wiatrowej wzrasta w wyniku długotrwałego oddziaływania silnego wiatru z kierunków północnych. Szczególnie zagrożone powodzią sztormową są nisko położone obszary nadmorskie. Najbardziej widocznymi skutkami sztormów są zniszczone brzegi morskie, zanikanie plaż czy uszkodzone budowle hydrotechniczne.

Sztormy mają też pozytywne następstwa, ponieważ umożliwiają mieszanie się i natlenianie wody morskiej. Silne, zachodnie wiatry powodują podniesienie się poziomu Morza Północnego, co sprawia, że słone, bogato natlenione wody przelewają się przez Cieśniny Duńskie do Bałtyku. Woda z Morza Północnego jest „cięższa” niż woda bałtycka, dlatego opada na dno i w ten sposób przemieszcza się do kolejnych basenów, wypierając zalegające tam, pozbawione tlenu, wody denne. Zjawisko to pozwala ograniczać rozwój beztlenowych pustyń w Bałtyku, które zagrażają prawidłowemu funkcjonowaniu całego ekosystemu. Wlewy świeżej, zimnej i natlenionej wody z Morza Północnego utrzymują przy życiu gatunki morskiej flory i fauny, a sztormowy dzień na plaży to świetna okazja do zafundowania sobie jodowej terapii.

Falowanie wiatrowe podczas bałtyckich sztormów

Rozwój fal sztormowych zależy od siły wiatru, czasu jego działania, utrzymywania się stałego kierunku wiatru i tzw. rozbiegu wiatru, czyli długości jego drogi nad powierzchnią wody. Istotna jest również głębokość samego akwenu. Na Morzu Bałtyckim obserwuje się fale krótkie i strome[ii] oraz szybko narastające, które w czasie sztormu osiągają średnio około 4 m wysokości i 30-40 m długości. Wartości maksymalne to zazwyczaj około 6-7 m wysokości i 50-60 m długości. Dla porównania parametry fal oceanicznych, powstających w podobnych warunkach jak te na Bałtyku, wynoszą 7-8 m wysokości i 150-200 m długości. Przy bardzo silnym i długotrwałym sztormie wysokość fal na oceanie może wzrosnąć do 12-16 m, a ich długość do 300-600 m.

Elementy fali morskiej. Opracowanie własne na podstawie www.stormgeo.com.
Elementy fali morskiej. Opracowanie własne na podstawie www.stormgeo.com.

Na Bałtyku przypadek bardzo wysokiej fali zanotowano 22 grudnia 2004 roku podczas sztormu Rafael. Wysokość fali znacznej[iii] (tzw. significant wave high) wyniosła wówczas około 8,2 m, a najwyższą falę oszacowano na rekordowe 14 metrów. Ten wynik został wyrównany podczas sztormu w nocy z 11 na 12 stycznia 2017 roku. Boja Fińskiego Instytutu Meteorologicznego, umiejscowiona w rejonie wejścia do Zatoki Fińskiej, zmierzyła podobną wysokość fali znacznej (8,0 m), a satelita Jason-2 podał wartość około 6,8 m w pobliżu boi. Należy zaznaczyć, że ten styczniowy sztorm nie generował wyjątkowo dużych prędkości wiatru. Według danych z satelity Metop-A średnie wartości na Bałtyku Centralnym wyniosły ok. 20-22 m/s, natomiast wiatromierz stacji pomiarowej na platformie Petrobaltic zanotował maksymalną prędkość wiatru ok. 27-28 m/s. Prawdopodobnie głównym powodem powstania tak wysokiej fali był stały kierunek wiatru oraz jego długi rozbieg – od polskiego wybrzeża aż po Wyspy Alandzkie. Na tej odległości wiatr przez około 36 godzin utrzymywał stały, południowy kierunek. I to właśnie pozwoliło „urosnąć” falom do tak znacznych rozmiarów.

Wysokość fali znacznej. Opracowanie własne na podstawie www.stormgeo.com.
Wysokość fali znacznej. Opracowanie własne na podstawie www.stormgeo.com.

Ksawery

W dniach 5-7 grudnia 2013 roku wystąpił jeden z największych sztormów w Europie, wywołany przez głęboki niż „Ksawery”. Ciśnienie w ośrodku niżowym, znajdującym się w rejonie Sztokholmu, spadło do 959 hPa, a różnica pomiędzy najniższą wartością w centrum a wartościami na jego peryferiach wyniosła nawet 70 hPa.  Średnia prędkość wiatru na polskim wybrzeżu przekraczała 80 km/h, a porywy dochodziły do 110 km/h. Na morzu wiało jeszcze mocniej. W nocy z 5 na 6 grudnia na platformie Petrobaltic średnia prędkość wiatru wyniosła ponad 95 km/h, w porywach do 125 km/h (12 stopni w skali Beauforta). Na wybrzeżu zostały przekroczone stany alarmowe, w Darłowie poziom wody osiągnął 640 cm, a w Kołobrzegu 613 cm. Wstrzymano rejsy promów pasażerskich z Gdyni oraz Świnoujścia, a z lotniska w Gdańsku Rębiechowie odwołano wiele lotów, m.in. do Kopenhagi i Frankfurtu. Wzrost poziomu wód oraz gwałtowne porywy wiatru wyrządziły wiele szkód. W wielu miejscach zniknęły plaże oraz uszkodzone zostały wały wydmowe. Tylko w pasie nadmorskim wiatr i fale powaliły około 2 tyś. drzew.

Zdjęcie satelitarne z satelity geostacjonarnego Meteosat-10 (kompozycja RGB Air-mass) z naniesiony-mi izobarami ciśnienia na poziomie morza (źródło: eumetsat.int).
Zdjęcie satelitarne z satelity geostacjonarnego Meteosat-10 (kompozycja RGB Air-mass) z naniesiony-mi izobarami ciśnienia na poziomie morza (źródło: eumetsat.int).

Czy grożą nam fale „monstra”?

To oczywiste, że im silniejszy wiatr i im dłużej wieje, tym większa powstaje fala. Jednak wzrost falowania nie jest nieograniczony. Dla każdej prędkości wiatru istnieje pewna maksymalna rozciągłość i czas działania wiatru, powyżej których fale już nie rosną – to tzw. stan falowania w pełni rozwiniętego. Następuje wówczas zrównanie prędkości rozprzestrzeniania się fal z prędkością wiatru. Falowanie morza nigdy nie jest regularne i uporządkowane, fale ulegają interferencji, czyli nakładają się na siebie, nadbiegają z różnych kierunków. Z obserwacji wynika, że jedna na siedem do jedenastu fal (tak zwana „dziewiąta fala”) jest około 1,4 razy wyższa od pozostałych.

Naukowcy od wielu lat szukają wyjaśnienia powstawania ekstremalnie wysokich fal. Już same ich nazwy budzą grozę, w literaturze spotyka się określenia: fale potworne, nadzwyczajne, monstrualne lub dzikie. Zagadnieniu poświęcono w ostatnim czasie wiele badań teoretycznych, numerycznych, eksperymentalnych i terenowych. Wiemy już, że warunki, które doprowadzają do powstawania fal ekstremalnych, tj. specyficzny rozkład kierunkowy pola falowego, krzyżujące się systemy falowe oraz oddziaływanie falowania i prądu morskiego, nie są na oceanach czymś wyjątkowym. Dwutygodniowe obserwacje wykonane przez satelitę ERS-2-SAR wykazały obecność 25 fal o wysokości powyżej 29,8 m – statystycznie więc, każdego dnia, gdzieś na kuli ziemskiej można napotkać tak potężne „ściany” wody[iv]. Znacznie częściej występują na północnym Atlantyku niż na Oceanie Południowym. Dzieje się tak, ponieważ cyrkulacja wiatrów i ciśnienie atmosferyczne zimą w strefie północnego Atlantyku sprzyjają formowaniu się głębokich niżów. Najdogodniejsze warunki do powstawania rekordowych fal występują w strefie na zachód od Wielkiej Brytanii i na południe od Islandii.


[i] Skali Beauforta, którą opracowano w 1806 roku, używa się do opisu siły wiatru na wszystkich akwenach Ziemi i jest ona zrozumiała dla każdego żeglarza. Górna granica prędkości wiatru nie jest określona – najwyższy stopień skali Beauforta, 12°B (wiatr huraganowy), jest otwarty i ma tylko dolną granicę wynoszącą 32,6 m/s.
[ii] Stromość fali to stosunek jej wysokości do długości. Fala bałtycka charakteryzuje się dużą stromością, od 1:10 do 1:15; jak mawiają żeglarze jest krótka i przykra.
[iii] Wysokość fali znacznej (Hs) to  średnia arytmetyczna z jednej trzeciej fal najwyższych.
[iv] Największa zmierzona dotychczas fala miała wysokość 34 m. Została zaobserwowana na północnym Pacyfiku w lutym 1934 roku przez załogę amerykańskiego zbiornikowca U.S.S. Ramapo.

Zdjęcie główne: Nikolaos Axelis | Unsplash


Agata Wojtkiewicz
Absolwentka Wydziału Biologii, Geografii i Oceanologii Uniwersytetu Gdańskiego ze specjalizacją w zakresie meteorologii i klimatologii. W IMGW-PIB od 2005 roku. Pracuje jako synoptyk w Biurze Meteorologicznych Prognoz Morskich.

Anna Zielińska-Szefka
Absolwentka Wydziału Biologii, Geografii i Oceanologii Uniwersytetu Gdańskiego ze specjalizacją w zakresie oceanografii fizycznej. W IMGW-PIB od 1997 roku. Obecnie jest kierownikiem Biura Meteorologicznych Prognoz Morskich oraz synoptykiem meteorologiem prognoz morskich i ogólnych. Zajmuje się realizacją i koordynacją prac związanych z meteorologiczną osłoną morską oraz osłoną regionalną obszaru odpowiedzialności biura w ramach Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju.

(Visited 1 494 times, 3 visits today)
Close