Autoři: David TichopádDavid Gorný

amatérští meteorologové

ÚVOD

 

Rozlišujeme několik typů konvekčních bouří, které se od sebe liší především životností, horizontálním, vertikálním rozsahem a intenzitou nebezpečných jevů. Jako základní stavební jednotku bouřek se považuje konvekční cela. V nejjednodušším případě tvoří konvekční celu jeden vzestupný proud a následně kompenzační sestupný proud, ve kterém vypadávají srážky.  

V rámci konvekční cely rozlišujeme 2 základní cirkulační typy bouřek:

 

Prvním typem je jednoduchá cela. Z hlediska intenzity projevů jde o nejslabší model konvekční bouře. Druhým typem je supercela, která tvoří dlouhotrvající a stále se obnovující cirkulaci, v rámci níž dochází i k vývoji rotujících proudů. Vnitřní část oblaku se vyznačuje nižším tlakem vzduchu, proto lze hovořit o existenci tzv. mezocyklony.

​Pokud se konvekční oblak skládá z více konvekčních cel najednou, zavádí se pro něj označení multicela (multicelární systém). Jednotlivé konvekční cely mohou být zároveň v různých vývojových stádiích a navzájem se mohou ovlivňovat.
​Multicelární systém lze z hlediska organizovanosti dále dělit. V majoritních případech tvoří liniové uspořádání, označuje se jako squall line (SQL). Za nejrozsáhlejší multicelární systémy se považují mezosynoptické konvektivní systémy (MCS a MCC). 

JEDNODUCHÁ 

konvekční cela

 

​"Konvekční oblaky určuje jedna nebo více jednotek konvekční cirkulace, pro níž je charakteristická oblast výstupného proudu a následně vznik kompenzačního sestupného proudu." 

(Byers and Braham, 1948). 

​Jedná se o nejjednodušší typ konvekční bouře, ale také základní strukturální jednotku multicelárního konvekčního systému. 

 

Životní cyklus jednoduché konvekční cely lze rozdělit na tři stádia vývoje:
⦁    Stádium cumulu – převládá výstupný proud
⦁    Stádium zralosti – výstupný i kompenzační sestupný proud
⦁    Stádium rozpadu – pouze sestupný proud

 

Během životního cyklu jednoduchá cela přechází postupně z jednoho stádia do druhého. 
​Asi každý máme zkušenost s tím, že při výstupu do vyšších nadmořských výšek dochází ke změně teploty vzduchu. Tato změna teploty s výškou se označuje jako VERTIKÁLNÍ TEPLOTNÍ GRADIENT. 
Ten nemá stabilní hodnotu, ale mění se. Záleží na vlastnostech vzduchové hmoty, o kolik teplota vzduchu s výškou klesá nebo roste. A to pak rozhoduje o tom, jestli jsou nebo nejsou předpoklady pro vznik bouřek.

 

  • ADIABATICKÝ DĚJ

Je proces přemisťování objemu vzduchu ve vertikálním směru bez výměny energie s okolní atmosférou. Lidskou řečí jde o výstup určitého objemu vzduchu z místa A v nižší nadmořské výšce do místa B ve vyšší nadmořské výšce. Vzduch nemůže začít stoupat jen tak náhodou, ale samotný výstup vzduchu musí být něčím podmíněn, např. zahřátím vzduchu vlivem slunečního záření. Vystupující vzduch se ochlazuje buď podle suchoadiabatického teplotního gradientu (suchý vzduch nenasycený vodní párou) nebo vlhkoadiabatického teplotního gradientu (vzduch nasycený vodní párou nebo lajcky vzduch, který tvoří mlha).


Podstatné je, že v suchém nenasyceném vzduchu se teplota ochlazuje cca o 1°C na 100 m a ve vzduchu nasyceném vodní párou (mlha) teplota klesá s výškou jen cca o 0,6°C na 100 m, protože v takovém případě dochází ke kondenzaci vzduchu, při které se uvolňuje latentní teplo, a proto se ochlazuje méně. 


Podstatné však je, že tyto hodnoty jsou, na rozdíl od vertikálního teplotního gradientu, stabilní.
​Pro vznik bouřek je důležitá existence mohutných vertikálních proudů. Kdy k nim může dojít? K výstupu určitého objemu vzduchu může dojít pouze v případě, že je teplejší než okolní vzduch. Teplejší vzduch má menší hustotu, a proto stoupá. 
​V závislosti na to, zda má vzduch potenciál stoupat, rozlišujeme

3 typy prostředí - stabilní, labilní a neutrální.

  • STABILNÍ PROSTŘEDÍ 

Je znázorněno na obrázku úplně vlevo. Hodnota vertikálního gradientu je velmi nízká, to znamená, že teplota klesá v atmosféře s výškou velmi pomalu. Teplota potenciálně vystupujícího objemu vzduchu ochlazujícího se podle suchoadiabatického teplotního gradientu se mění s výškou rychleji. Objem vzduchu, který by vystoupil o 100 m výše, by měl nižší teplotu než okolní atmosféra, a proto by dále nestoupal, ale byla by zde tendence vrátit se do původní polohy.

  • LABILNÍ PROSTŘEDÍ

Je znázorněno na dalších dvou obrázcích. Hodnota vertikálního gradientu je vyšší než hodnota suchoadiabatického teplotního gradientu. V praxi to znamená, že objem vzduchu, který vystoupí o 100 m je teplejší než okolní atmosféra, a proto může dále stoupat.

Čím je hodnota vertikálního teplotního gradientu vyšší, čím rychleji teplota klesá s rostoucí nadmořskou výškou, tím je prostředí labilnější. Labilní prostředí je tedy základní předpoklad pro tvorbu bouřek.

JAK TO FUNGUJE

v jednoduché konvekční cele ?

 

Zemský povrch se nerovnoměrně ohřívá (les se ohřívá méně než město, severně orientované svahy se zahřívají méně než jižně orientované svahy). V krajině se tak začnou vytvářet podmínky pro izolované vzestupné proudy vzduchu. Zahřátý objem vzduchu v labilním (instabilním) prostředím stoupá vzhůru. Ochlazuje se o cca 1°C na 100 m podle suchoadiabatického teplotního gradientu. 

Vzduch v sobě obsahuje určité množství vlhkosti. Teplota vystupujícího vzduchu se postupně přibližuje teplotě rosného bodu, jeho relativní vlhkost roste, až nakonec dojde ke kondenzaci. Čím má vystupující objem vzduchu větší vlhkost, tím dřív dojde k jeho kondenzaci, a tím níž se nachází tzv. kondenzační hladina. Má-li vzduch stále energii stoupat vzhůru, dochází postupně k zvětšování oblačných částic (vodních kapek a postupně ledových krystalků).

Pokud se vodní kapky nebo ledové krystalky zvětší natolik, že jejich pádová rychlost přesáhne rychlost výstupného proudu, začnou padat ve formě srážek k zemi a vniká sestupný proud. Se vznikem sestupného proudu jednoduchá cela přechází ze stádia cumulu do stádia zralosti.

 

Sestupný proud se začne, při kontaktu se zemským povrchem, rozlévat do okolí. 
​Pro čelo výtoku je charakteristické výrazné teplotní rozhraní, dochází na něm k zesílení větru. Proto se označuje jako gust fronta. Jakmile se roztékající sestupný proud dostane do kontaktu s výstupným proudem, tak jej odřízne od oblaku. To zapříčiní, že oblak přijde o příjem vody a energie z povrchu země. Cela tímto vstupuje do stádia rozpadu. Postupem času zeslábne i sestupný proud a následně odumírá.

MULTICELÁRNÍ

bouře

​Multicelární konvektivní bouře je složena z více konvektivních cel, které na pohled vytvářejí souvislý oblak. 
​Jednotlivé cely v systému mohou být v různých vývojových stádiích a mohou se mezi sebou vzájemně ovlivňovat. Další nové cely se mohou formovat i mimo hlavní bouřkový systém v jeho okrajové části. Následně každá takto vzniklá cela splyne se systémem a postupně se stává jeho hlavní bouřkovou buňkou.

Srážky se tvoří v novém výstupném proudu a srážková voda se udržuje ve výšce, dokud cela "nedozraje". Nakonec srážky vypadávají a vytvářejí sestupný proud. Začátek srážek může vyvolat zesílení větru. Chladný vzduch se na svém čele roztéká a vytváří tzv. gust frontu.
​Multicelární bouře se vyvíjí v prostředí s vyššími hodnotami CAPE (vyšší instabilita prostředí) a mírném až středním střihu větru.

SUPERCELÁRNÍ

bouře

 

Jedná se o bouřkovou buňku, která je výjimečná svou dlouhou existencí až několik hodin, výjimečně dnů.

Supercela se skládá z jedné bouřkové buňky, která se neustále obnovuje. Čím se odlišuje od ostatních bouřek je existence mezocyklony. Jedná se o vzduch, který se zvedá a otáčí kolem svislé osy, cyklonálně či anticyklonálně, uvnitř bouřkového oblaku. Horizontálně se rozkládá na ploše o průměru 2 až 10 km. Přítomnost mezocyklony mohou indikovat např. zakřivené oblačné pásy.


​Bouře vytváří silný rotující výstupný proud.  Typickým příznakem supercely je odklon od středního směru větru. Bouře se většinou stáčejí doprava od směru středního větru, tedy po směru hodinových ručiček při pozorování shora. Výjimečně lze pozorovat opačné stáčení. 

​Supercela se nemusí vždy projevovat intenzivními projevy počasí. Lze pozorovat silné multicely, které se mohou projevovat extrémněji než supercely. Ale supercela disponuje specifickými vlastnostmi, které u multicel a jejich systémů pozorovat nelze. Některé druhy supercel se projevují velmi slabě, ale vykazují typické supercelární rysy.


 


 

SUPERCELÁRNÍ RYSY

Mezi charakteristiky supercely patří přestřelující vrcholek (overshooting top), dále rozsáhlá kovadlina, která se rozšiřuje po i proti směru střihu větru. Při základně lze pozorovat rotující oblačnost tzv.

 

WALL CLOUD.

Vystupuje z oblačnosti směrem dolů, vizuálně působí jako stěna a v této oblasti je nejpravděpodobnější vznik tornáda..
 

HOOK ECHO.

Jedná se o zavěšený hákovitý výběžek zvýšené radarové odrazivosti, který obklopuje oblast snížené radarové odrazivosti.
 

BWER (bounded weak echo region). 

 

V-Notch (flying eagle), který se objevuje v těch nejsilnějších supercelách.

Někdy lze tyto radarové a družicové příznaky pozorovat jen krátce nebo se nevyskytují vůbec. Někdy jsou supercelární bouře podle meteorologů klasifikovány do tří kategorií. Každopádně je nutno vzít do úvahy, že se jedná o učebnicovou idealizaci. To znamená, že se mohou zformovat bouře, které nespadají do žádné kategorie. Taktéž lze pozorovat bouře, které během maturace projdou různými kategoriemi. Takové bouře se standardně označují jako klasické supercely (z angl. Classic supercell). Všechny tři typy supercel s sebou přinášejí nebezpečné projevy počasí.
 

LP supercela

 

Zkratka LP pochází z anglického označení Low Precipitation Supercell. 
Bouře charakterizuje malé a relativně slabé srážkové jádro, které je dobře oddělené od updraftu (vzestupný proud). Updraft je v tomto typu bouře dominantní a silně nakloněný. Bouře se oproti jiným typům méně uchyluje doprava od středního směru větru. FFD (čelní sestupný proud) a RFD (týlový sestupný proud) jsou znatelně slabší a RFD nemusí dokonce být vizuálně přítomný.


​LP supercela stejně jako klasická supercela se formuje v prostředí se silným střihem větru. Stále jsou však podmínky vedoucí ke vzniku LP supercely nejasné. Důležitým faktorem je také vertikální rozložení vlhkosti atmosféry, především tloušťka zvýšené suché vrstvy. Vizuálně lze tento typ bouře identifikovat podle vytesaných stínů připomínající tvar vývrtky a často velice štíhlého vzhledu základny updraftu. To protože se LP supercely často formují v oblastech s nižší vlhkostí, většinou na suchých liniích (dry lines).


​LP supercely se v majoritních případech rozpadnou, transformace na klasickou nebo HP supercelu (viz níže) je málo pravděpodobná. Může se tak stát když se LP supercela dostane do velice vlhkého prostředí. Klasické supercely se mohou rozpadávat, ale přitom stále udržovat rotaci updraftu, čímž se začnou stále vice podobat LP supercele. Tomuto procesu se přezdívá downscale transition. Tornáda se v těchto bouřích tvoří jen sporadicky, a pokud se už zformují, bývají slabá. 
Bouře se vyznačuje malým srážkovým jádrem, čili nepřináší vysoké srážkové úhrny. Často ale způsobuje intenzivní krupobití s obrovskými kroupami. Radarová odrazivost bouře je velice slabá a bez pro supercely typického hook echa, přestože zrovna může obsahovat tornádo.  

HP supercela

Opět zkratka HP pochází z anglického názvu High Precipitation Supercell. 
Tuto bouři charakterizuje mnohem silnější srážkové jádro, které může ovinout celou mezocyklonu. Tento jev je velice nebezpečný, protože za dešťovým šlojířem se může skrývat tornádo. Díky silným srážkám bouře často způsobují záplavy. Vytváří silné downbursty.


Na rozdíl od klasických a LP supercel mají nižší potenciál k tvorbě ničivého krupobití, protože v důsledku velkého zatížení vodou je redukováno CAPE. Dále protože hladina nulové izotermy se pohybuje výš, to z důvodu nižšího adiabatického ochlazování a hodnoty záporného vztlaku. Rosný bod má tendenci ve střední a horní troposféře klesat pomaleji.

Klasická supercela (CS)

 

​Bouře kompenzuje výstupný updraft dvěma sestupnými proudy. Čelní sestupný proud (FFD) je situován severovýchodním směrem od mezocyklony a charakterizují jej silné srážky. Druhý, týlový sestupný proud (RFD) bývá naopak beze srážek. 
Při závěrečném stádiu bouře, kdy mezocyklona okluduje, se rozšiřují srážky i do RFD. Bouře je nejčastější producent tornád. Na dopplerovském radaru se nejčastěji bouře identifikuje díky hook echu.   

 

Mini supercely

 

Výše uvedené typy supercel se odlišují především v rozložení srážek a vizuální podobě. Toto označení se požívá pro bouře menšího vertikálního rozsahu, které se taky dále dělí na CS, HP a LP supercely. 
 

PODMÍNKY A ŠTĚPENÍ

supercely

Vhodnými podmínkami pro vznik supercely jsou vysoké hodnoty CAPE (convective available potential energy), což je energie, která se může nad daným místem uvolnit a způsobovat vznik konvektivní oblačnosti a bouřek. Další podmínkou je silný vertikální střih větru, který způsobuje náklon výstupného proudu a v neposlední řadě také vysoké hodnoty helicity - schopnost výstupného proudu proudit podle spirály.
Poté jejich tvorba závisí na dalších faktorech, které budou tématem samostatného článku.

 

ŠTĚPENÍ SUPERCELY

Štěpením supercely se rozumí rozdělení jednoho supercelárního oblaku na dva sekundární. 
Sekundární oblaky se od sebe postupně začnou vzdalovat. Další vývoj obou oblaků již není stejný. Jeden postupně zaniká a druhý získává vlastnosti supercely ve zralém stádiu. Oblak na obrázku 10 ještě nedisponuje supercelárními rysy. Ty získá až v dalším vývoji.
​V oblasti výstupného proudu se nahromadí množství srážkové vody, která začne padat dolů a vyvolá sestupný proud. Mohou nastat dvě situace:


⦁    Při slabém střihu větru: 
Kontakt chladného sestupného proudu se zemským povrchem vyvolá jeho rozlévání do všech stran. Tím odřezává bouři od zdroje teplého a vlhkého výstupného proudu a bouře zaniká.


⦁    Při silném střihu větru:
Jednak vtok do bouře, která se vyskytuje na východní straně, zabraňuje dalšímu šíření chladného výtoku z bouře. Dále dochází ke vzniku vertikálních tlakových gradientů, které podporují výstupné proudy na jižním a severním okraji centrálního výstupného proudu. Působením těchto dvou faktorů se supercelární oblak rozštěpí na dvě sekundární cely, které se od sebe vzdalují.
 

Výstupný proud, který se zpočátku vyskytoval v centrální části bouře, se přesune na boky štěpící se supercely.
​Vertikální tlakový gradient v boční části bouře vyvolá mechanizmus, při kterém se spojitě obnovuje výstupný proud na boku bouře. Tento proces zapříčiňuje dlouhé trvání bouře. Supercela se rozštěpí díky poloze vertikálního tlakového gradientu na bocích bouře.


​Při štěpení supercely jedna z dvou sekundárních cel zaniká. Při situaci, kdy se směr střihu větru s výškou nemění. Mohou ale za takovéto situace vzniknout dvě zrcadlově stejné supercely s opačnou orientací rotace. Přitom bylo zjištěno, že se většina supercel stáčí doprava od směru středního větru. Toto chování je vyvoláno střihem větru, který s výškou mění svůj směr. Při střihu větru, který se s výškou stáčí po směru hodinových ručiček je upřednostňován vývoj výstupné rychlosti na jižní straně štěpící se bouře. Vyvíjí se pak jižní, cyklonálně se stáčející supercela.


​Většina supercel se stáčí doprava a má cyklonální směr rotace výstupného proudu způsobuje klimatologická převaha střihu větru, který se s výškou stáčí po směru hodinových ručiček. Na tuto vertikální strukturu střihu větru má vliv Coriolisova síla.

© 2019 Meteo-Beskydy | Všechna práva vyhrazena | Design Šubert Radek

  • https://www.instagram.com/meteo_besk