Ve chvíli, kdy otevíráte 21. STOLETÍ a čtete tyto řádky, řádí na celém světě asi 1800 bouřek. Ty jsou zpravidla doprovázeny jedinečnými, ale také velmi nebezpečnými jevy.
Bouře nebo bouřka?
Každý z nás zažil pohled na blížící se temnou hradbu mračen, prosvětlenou blesky a dokreslenou vzdáleným hřměním. Říkáme prostě, že se blíží bouřka. Tento vžitý termín však není zcela přesný a odborník by se za to na nás pěkně zamračil. Mluvíme-li o bouřce, pak z jeho hlediska máme na mysli elektrické, optické a akustické jevy, doprovázející atmosférické výboje. Vhodnějším a vědci milým označením pro oblak typu cumulonimbus (česky též bouřkový oblak) a jevy, které jej doprovázejí, je termín konvektivní bouře. Těmi doprovodnými jevy mohou být právě bouřky, ale také tornáda či kroupy.
Zvláštní a děsivou kategorií takových konvektivních bouří jsou pak, řečeno jazykem vědce, bouře velmi silné intenzity, které jsou doprovázeny buď tornádem, nebo kroupami o průměru nad 2 cm, nebo ničivým větrem o rychlosti přesahující 25 m/s (90 km/h).
Kdyby Archimédes věděl…
Bouřkový oblak vzniká působením intenzivních stoupavých proudů vzduchu v atmosféře. Zahřátý vzduch začne v důsledku archimédovských vztlakových sil stoupat od zemského povrchu či vodní hladiny v podobě různě velkých „bublin“. Odborníci to celé nazývají termickou konvekcí.
Rychlost takového proudu vzduchu se pohybuje od několika decimetrů po metry za sekundu, v extrémních případech až 30 či 40 m/s. Od určité výšky začne ve vystupujícím vzduchu kondenzovat vodní pára, čímž vzniká oblak druhu cumulus (osamocené oblaky s ostře ohraničenými obrysy). Pokud má stoupající vzduch dost energie, může se vyvinout v podstatně mohutnější oblak cumulonimbus.
Věže postavené atmosférou
Cumulonimbus je na pohled skutečně velkolepý a často působí až hrozivým dojmem. Podobá se hoře nebo obrovské věži, vysoké vždy alespoň několik km, ale někdy mu ani to nestačí a jeho vrchol proroste i tropopauzou, což je vrstva atmosféry mezi troposférou (v našich zeměpisných šířkách sahá do cca 11 km a nad rovníkem 16 až 18 km) a stratosférou. Alespoň část jeho vrcholu je hladká, vláknitá nebo žebrovitá a nejčastěji zploštělá, rozšiřující se do podoby jakési kovadliny nebo širokého chocholu. Teplota vzduchu v takovém vrcholku klesá v extrémních případech až k hodnotám kolem –70°C.
Základní jednotkou ve struktuře takového cumulonimbu je bouřková buňka. Když je v ní na sklonku jejího života stoupavý pohyb vzduchu nakonec nahrazen sestupným, dojde k jejímu rozpadu. Doba života jedné takové bouřkové buňky je asi 30 – 50 minut. Většina bouří je však složena z většího počtu podobných buněk v různém stádiu vývoje, a proto může bouře vyvádět po dobu podstatně delší, někdy až několik hodin. Průvodním a pravděpodobně nejrizikovějším jevem doprovázejícím konvektivní bouře jsou blesky.
Kde se rodí extrémní počasí
Existuje však typ bouří s přívlastkem velmi silné intenzity, které tvoří jen jediná buňka, činná i několik hodin, takzvaná supercela. Ta je udržována v činnosti jediným mohutným vzestupným proudem, jenž zpravidla silně rotuje, přičemž dosahuje rychlosti až 50 m/s (180 km/h). Výsledkem rotace, vertikální rychlosti a komplikovaného proudění vzduchu jsou pak zvláštní projevy takové buňky, třeba tornáda. Část tornád se sice může vyskytnout i při relativně slabších konvektivních bouřích, ale jejich ničivá síla není tak velká.
Jsou nebezpečná tornáda i u nás?
Tornádo je silně rotující vír se zhruba svislou osou, svázaný se spodní základnou cumulonimbu, přičemž nutnou podmínkou k tomu, abychom vůbec mohli mluvit o tornádu je, že se během své existence alespoň jednou dotkne zemského povrchu a je dostatečně silné, aby na něm způsobilo hmotné škody. Jeho rozměry (horizontální) jsou řádově desítky až stovky metrů a běžná doba života desítky sekund až desítky minut.
S rychlostí rotace takového tornáda, která zpravidla souvisí s jeho intenzitou, pak opravdu nejsou žádné žerty, protože nejvyšší naměřené rychlosti se pohybovaly kolem 500 km/h.
To, že můžeme tornádo také vidět na vlastní oči, je nejčastěji způsobeno kondenzací vodní páry, ke které dochází v důsledku velmi silné rotace vzduchu a následného poklesu atmosférického tlaku uvnitř tornáda.
Nejčastěji slyšíme o děsivých tornádech v Americe, ale takové pohromy nejsou jen „výsadou“ zámoří. I u nás se s nimi můžeme setkat, i když se o nich ve sdělovacích prostředcích objevují podrobnější zprávy teprve až v posledních letech. Přitom ani na našem území nejde o žádný nový jev. V posledních letech byl na tornáda bohatý například rok 2000, kdy zde bylo zaznamenáno pět tornád. I když se svým destrukčním působením nemohou rovnat svým příbuzným z Oklahomy či Kansasu, přesto i tady jde o jevy životu nebezpečné.
Kapsa plná krup
Silné bouře mohou být doprovázeny i dalším extrémním větrným jevem, jenž může způsobit značné hmotné škody. Jedná se o tzv. downburst či microburst, pro jejichž názvy nemá čeština vlastní vhodná pojmenování.
Pro vysvětlení příčin jejich vzniku se musíme opět vrátit k makrostruktuře proudění v konvektivní bouři. Proudění vzduchu na přední straně bouře je stoupavé, v zadní části pak sestupné. S těmito sestupnými pohyby je spojeno „vytékání“ studeného vzduchu z bouře a to je téměř vždy doprovázeno srážkami. V některých případech se však může sestupný proud „porouchat“ a pak se v horní polovině bouře nahromadí velké množství krup. V jistém okamžiku se tato „kapsa“ začne propadat k zemi, táním ledu a odpařováním kapek dochází v této kapse k prudkému ochlazení. Tím se pochopitelně vzduch stane výrazně těžším a to je příčinou zrychlení jeho pádu. K zemskému povrchu pak dopadá značnou silou, několikanásobně převyšující rychlosti v běžném sestupném proudu.
Obří stopa v krajině
Po dopadu na zemský povrch se zmíněný downburst začne prudce „rozlévat“ do okolí, především ve směru postupu bouře. Na čele rozlévajícího se vzduchu pak dochází k nejprudším nárazům větru. Downburst je většinou jen krátkodobou, pěti- až desetiminutovou záležitostí. Při bouři se však může vyskytnout i celá série takových downburstů a nesouvislá přerušovaná stopa škod tak dosahuje i desítek kilometrů. Průměr tohoto jevu bývá většinou od několika set metrů do několika kilometrů.
Downbursty se od tornáda liší tím, že jsou doprovázeny silnými srážkami a kroupami, zatímco tornádo se většinou nevyskytuje v oblastech intenzivních srážek.
Rozměrově, ne však intenzitou, je drobnější variantou downburstu takzvaný microburst, jehož horizontální rozměry bývají jen několik desítek metrů a z bouře může vypadávat jako součást normálního sestupného proudu. Působí výrazně lokálnější škody než downburst.
Kapalná voda při –42°C
Dalším nebezpečným jevem doprovázejícím konvektivní bouře je krupobití. Vše opět začíná při vzestupných pohybech, kdy se vystupující ”bublina” vzduchu rozpíná a ochlazuje. V určité výškové hladině, odborně nazývané kondenzační, se srážejí vodní páry obsažené ve vzduchu a tím vznikne veliké množství drobných oblačných kapiček. Při dalším vzestupu tohoto vzduchu klesá jeho teplota pod bod mrazu.
Takové mrznutí vodních kapek a vznik ledových částic je ovšem energeticky velmi náročný a statisticky nepravděpodobný děj. Vodní kapičky ve skutečných oblacích proto zůstávají kapalné i při teplotách velmi hluboko pod bodem mrazu v podobě přechlazených vodních kapek. Existence kapalné vody je v oblacích bezpečně prokázána při teplotách až kolem –42°C.
Při vyšších teplotách je ke zmrznutí kapky třeba, aby uvnitř ní již existovalo nebo se vytvořilo krystalizační jádro, které pak při nějaké teplotě nižší než 0°C začne působit jako centrum krystalizace. Poté kapička prakticky okamžitě zmrzne.
Krupobití s rychlosti střely
V oblaku, který je složen z částic v kapalné i tuhé fázi, dochází k horečnému narůstání ledových krystalů na úkor přechlazených kapiček vody, které na ledových krystalech mrznou.
Vzestupné proudy v bouři mohou dosahovat rychlostí až několik desítek m/s, tedy dost na to, aby udržely ve vzduchu i velké kroupy. Zatímco oblačné kapičky se pohybují spolu se vzdušnými proudy, větší ledové částice se v tomto prostředí pohybují zcela jinou rychlostí, takže při kolizích s kapičkami dochází neustále k jejich narůstání. Dosáhnou-li takové velikosti, že už je stoupající proud oblaku neunese, začnou takové částice padat dolů. Přitom však stále přicházejí do styku s přechlazenými kapičkami, a proto dále rostou a rychlost jejich pádu se neustále zvyšuje. Může dosáhnout rychlosti až 180 km/h. Největší nárůst krup je přitom v oblasti mezi hladinami o teplotách -10°C a -30°C, tedy ve vrstvě o síle asi 3 km.
Kroupy mohou mít kulový či kuželový tvar nebo mohou být i nepravidelnými kusy ledu. V průřezu mají často několik zřetelných vrstev průzračného a průsvitného ledu. Krupobití zpravidla trvá jen několik minut, výjimečně i půl hodiny, a zasahuje obvykle jen omezenou oblast. Nejčastěji se s ním můžeme setkat při jarních a letních měsících, zpravidla v odpoledních hodinách, přičemž největší kroupy se obvykle objevují až na závěr krupobití.
K největším úředně ověřeným kroupám patří „projektil“ o úctyhodné hmotnosti 766 g a obvodu 44 cm, který spadl za bouře 3. 9. 1970 v Kansasu ve Spojených Státech.
Nikdo přesně neví
Každá konvektivní bouře bývá doprovázena některým z nebezpečných atmosférických jevů, ať už to jsou elektrické výboje, krupobití či prudký vítr. Tyto projevy se většinou nevyskytují samostatně, ale v různých kombinacích.
Typická silná bouře začíná postupným nebo prudkým zesílením větru, krátce poté zpravidla přijde přívalová přeháňka, která je doprovázena výrazným zesílením aktivity blesků. Na závěr se po zeslabení větru a srážek dostaví krupobití. Jindy se vše může odehrát bez úvodního zesílení větru nebo v jiných případech může krupobití přijít téměř současně s prvotním nárazem větru a nástupem srážek. Vždy záleží jednak na typu bouře a jednak na naší poloze vůči jejímu středu a směru postupu.
Literatura:
http://www.chmi.cz/torn/
Meteorologický slovník výkladový a terminologický, Academia, MŽP ČR, 1993.
Jan Bednář, Pozoruhodné jevy v atmosféře, Academia, 1989.
Charles A. Doswell (Edit.) at al, Severe Convective Storms, American Meteorological Society, 2001.
Jan Munzar, Karel Pejml, Karel Krška, Meteorologie skoro detektivní, Horizont, 1990.
Kdy zahřmí?
Protože k pozorovateli bouřky dorazí zvuk z různých kanálů blesku, popř. po odrazech od oblaků a zemského povrchu, může hřmění trvat i několik sekund. Obecně platí, že čím je výboj blesku blíže, tím má hrom kratší trvání a vyšší kmitočet. Hřmění je obvykle slyšitelné do vzdálenosti 15 – 20 km.
Tornádo versus hurikán
Přes širokou osvětu stále dochází k zaměňování pojmů tornádo a hurikán. Hurikán je označením pro čtvrté, vrcholné stádium tropické cyklony (tlakové níže) používané zejména v oblasti severní Ameriky. Jinými regionálními výrazy pro tropickou cyklonu jsou willy-willy, tajfun, uragán, cyklon a podobně.
Narozdíl od tornáda, je průměr tropické cyklony několik set km a délka života kolem 1-2 týdnů. Bývá doprovázena vydatnými přívalovými dešti a silným větrem ničivého účinku. Škody způsobené tornádem jsou sice značné, ale lokálního charakteru, zatímco hurikán dokáže zpustošit, i když ne tak intenzivně, rozsáhlá území, třeba i několika států USA. Výše škod způsobených jedním hurikánem mohou jít až do desítek miliard dolarů.
Tornádo v Brně
Očitým svědkem toho, co dokáže tornádo i na našem území, byl 13. října 1870 objevitel podstaty dědičnosti J. G. Mendel. Ve svém pojednání o výskytu tornáda v Brně píše: “… několik minut před 2 hodinou odpoledne se náhle setmělo tak, že zůstalo jen matné pološero. Současně se budova kláštera ve všech částech prudce otřásla a začala se chvět tak, že dveře zavřené na kliku se otevřely, těžké kusy nábytku se posunuly a místy padala ze stropů a zdí omítka. K tomu se přidružil zcela nepopsatelný hluk, skutečná pekelná symfonie, provázená řinčením okenních tabulek, rachotem střešních tašek, které byly roztříštěnými okny vrženy až na protější stěnu místnosti …”
