English
Zjawiska burzowe w Polsce obserwowane są w ciągu całego roku. W latach 2002 – 2013 zanotowano średnio ponad 150 dni w roku z burzą. Liczba ta w obszarach górskich wzrastała do przeszło 170 dni, a w rejonie Morza Bałtyckiego do około 180. Występowaniu aktywnych burz towarzyszy szereg gwałtownych zjawisk, takich jak silne porywy wiatru, intensywne opady deszczu (w tym deszcze nawalne), wyładowania atmosferyczne, a także w niektórych przypadkach rozwój trąb powietrznych. Wśród najbardziej niebezpiecznych zjawisk, będących wynikiem ekstremalnych opadów burzowych, należy wymienić wezbrania o charakterze powodzi błyskawicznych (ang. flash flood).
Jak powstają deszcze nawalne?
Bezpośrednią przyczyną występowania powodzi błyskawicznych są deszcze nawalne. Charakteryzują się one dużym natężeniem i krótkim, od kilku do kilkudziesięciu minut, czasem trwania. Związane są z intensywną działalnością burzową. Miarą deszczu nawalnego jest jego wydajność, wyrażona w objętości opadu na daną jednostkę powierzchni w konkretnym czasie.
W Polsce deszcze nawalne występują tylko w ciepłej połowie roku, głównie w czerwcu, lipcu i sierpniu, a sporadycznie w maju i wrześniu. Deszcze nawalne swoje maksimum osiągają w godzinach popołudniowych i wieczornych, kiedy na skutek silnego nagrzania powietrza pojawiają się najsilniejsze prądy wstępujące. Podobnie jak zjawiska burzowe, opady nawalne występują w całym kraju, z większą częstotliwością na obszarach górskich i na wybrzeżu.
Najważniejszym czynnikiem, warunkującym powstanie opadów nawalnych, jest chwiejna równowaga atmosfery, a co za tym idzie rozwój konwekcji i burz. To sytuacja, w której porcja powietrza, wskutek wpływu różnych czynników, zaczyna być lżejsza od powietrza ją otaczającego i pod działaniem siły wyporu unosi się ku górze.
Występuje ona w obszarach frontów atmosferycznych (na ogół chłodnych i okluzji), na liniach zbieżności wiatru, w wyniku nagrzania podłoża oraz pod wpływem ukształtowania terenu lub kontrastów termicznych na styku morza i lądu. Powietrze ochładza się w wyniku unoszenia, a zawarta w nim para wodna ulega kondensacji – skrapla się – wydzielając dodatkową energię. W konsekwencji tworzą się wypiętrzone chmury burzowe.
By chmura burzowa (zwana fachowo komórką burzową) niosła ze sobą deszcze nawalne musi zaistnieć jeszcze kilka czynników. Jednym z nich jest duża zawartość pary wodnej w całym profilu atmosfery. Dzieje się tak między innymi przy napływie ciepłych i wilgotnych mas powietrza.
W przypadku Polski są to masy powietrza polarnomorskiego znad Atlantyku i zwrotnikowego znad Morza Czarnego lub Śródziemnego. Dzięki wilgoci cały czas dostarczana jest energia umożliwiająca dynamiczny wzrost i rozwój chmury burzowej. Jednocześnie wilgotne powietrze poniżej podstawy chmury ogranicza parowanie opadu, zanim dotrze on do powierzchni ziemi. Im bardziej rozbudowana chmura i im niżej znajduje się jej podstawa, tym opad będzie silniejszy. Duża wilgotność powoduje też, że będzie on intensywny i nie wyczerpie się za szybko.
Duża wilgotność w profilu atmosfery sprzyja ciągłej i długotrwałej aktywności burzowej. Pojedyncza komórka burzowa jest aktywna od kilkunastu do kilkudziesięciu minut, po czym, w wyniku opadu, rozpada się. Jest mało prawdopodobne, by była ona tak rozbudowana, żeby nieść ze sobą opad nawalny. Taka sytuacja jest częstsza, gdy na miejsce jednej, rozpadającej się komórki burzowej powstaje nowa, i kolejna, i kolejna.
Dzieje się tak przy dużej wilgotności oraz silnych ruchach pionowych w atmosferze. W wyniku nieprzerwanej konwekcji powstają zorganizowane struktury liniowe, wielokomórkowe lub superkomórki. Ich żywotność liczona jest nawet w godzinach (Szewczak, 2014). Takie rodzaje burz dużo częściej powodują opady nawalne.
Oprócz dużych zasobów wilgoci i samego charakteru komórki burzowej, istotny jest kierunek i prędkość jej przemieszczania się. Jeżeli porusza się ona szybko nad danym obszarem, a za nią w tym samym miejscu nie powstaje następna i następna, to sytuacja nie będzie sprzyjała opadom nawalnym i wynikającym z nich powodziom błyskawicznym.
Jeżeli jednak prędkość przemieszczania się burzy jest niewielka lub kolejne komórki tworzą się na szlaku już istniejących, dochodzi do skumulowania się sum opadu i czasu jego trwania na danym terenie. Taka sytuacja może mieć miejsce, gdy prędkość wiatru w profilu atmosfery jest niewielka. Tworzą się wtedy quasi-stacjonarne komórki burzowe, które w stadium dojrzałości i zaniku rozpadają się w postaci deszczu nawalnego.
Inną sytuacją, sprzyjającą kumulacji intensywnych opadów, będzie blokowanie przemieszczania się frontu burzowego przez rozbudowany układ wysokiego ciśnienia, na ogół przez wyż znajdujący się nad Skandynawią lub zachodnią Rosją. Doprowadzić to może do liniowego ułożenia się komórek burzowych i kolejnego przechodzenia ich nad danym obszarem.
Do intensyfikacji opadów burzowych może przyczyniać się też ukształtowanie terenu. Wymusza ono kierunek przemieszczanie się burz, np. wzdłuż dolin rzecznych lub pasm górskich, kumulując sumę opadu na danym terenie. Na południu Polski pasma górskie wymuszają wznoszenie się wilgotnego powietrza po stokach, powodując nasilenie opadów w tych rejonach.
Odrębnym przypadkiem, w którym możliwe jest wystąpienie opadów nawalnych, jest powstanie rozbudowanej struktury burzowej zwanej superkomórką. Jest to dobrze zorganizowana struktura burzowa, osiągająca rozmiary kilkuset kilometrów, która może istnieć przez wiele godzin i przejść w tym czasie przez obszar całego kraju. Wiążą się z nią zjawiska ekstremalne, w tym długotrwałe i nawalne opady deszczu i gradu.
Deszcze nawalne, z racji swojej wydajności, która prowadzić może do powstania powodzi błyskawicznych, podlegają klasyfikacji. Została ona opracowana przez Chomicza i do dziś stanowi podstawę określania natężenia opadu w postaci tzw. współczynnika wydajności α. Klasyfikacja opiera się na dwóch parametrach: wysokości opadu w milimetrach oraz czasu jego trwania w minutach.
Współczynnik wydajności α przyjmuje wartości <1,4 dla deszczy normalnych i silnych; 1,41 – 5,65 dla deszczy ulewnych w podziale na cztery stopnie (I – IV) oraz powyżej 5,65 dla deszczy nawalnych z podziałem od V do XI stopnia. Te ostatnie w Polsce na ogół klasyfikują się w stopniu V i VI, ze współczynnikiem wydajności α do 8,0. Dzięki temu zestawieniu można porównywać ze sobą poszczególne przypadki deszczu nawalnego lub zastosować je do projektowania sieci kanalizacji deszczowej.
Deszcze nawalne przyczyną powodzi błyskawicznych
Bezpośrednim skutkiem opadów nawalnych oraz złożonych uwarunkowań środowiskowych jest występowanie nagłych powodzi, tzw. powodzi błyskawicznych (ang. flash flood). Mogą one zdarzyć się praktycznie w każdym rejonie Polski i nie muszą być związane z gwałtownym wezbraniem na rzece. Mogą również przejawiać się podtopieniami wywołanymi nagromadzeniem wody deszczowej.
Jeśli taka powódź występuje na terenach zurbanizowanych, określa się ją jako powódź miejską (ang. urban flood). Powodzie błyskawiczne są jednymi z największych zagrożeń dla zdrowia i mienia człowieka. Szkody bezpośrednie, takie jak zniszczenia dobytku, uszkodzenia budynków czy zalanie upraw oraz pośrednie – utrata zdrowia i życia – z nimi związane są bardzo wysokie.
Wzrost zagrożenia tymi powodziami następuje w dużej mierze wskutek: intensyfikacji zjawisk opadowych spowodowanych zmianami klimatu, niewłaściwego zagospodarowania zlewni i coraz większego jej uszczelnienia, złego wymiarowania sieci kanalizacji deszczowej, a także braku systemu ostrzegania ludności zamieszkującej tereny narażone na powódź. Ale te zagadnienia zostały szczegółowo omówione już w innym artykule bieżącego numeru.
W artykule korzystałam m.in. z prac:
Burszta-Adamiak E. i in., (2020). Metodyka opracowania polskiego atlasu natężeń deszczów (PANDA), IMGW-PIB
Chomicz K. (1951). Ulewy i deszcze nawalne w Polsce, „Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej”, 2, 3, s. 5-88.
Derek P. i in. (2015). Instrukcja dla stacji meteorologicznych, IMGW-PIB
Pietras B., Pyrc R. (2018). Geneza ekstremalnego opadu burzowego i powodzi błyskawicznej w Bielinach w dniu 26 maja 2018 roku, Prace Studenckiego Koła Naukowego Geografów Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie, vol. 7, 2018
Pociask-Karteczka J., Żychowski J. (2014). Powodzie błyskawiczne (flash floods) – przyczyny i przebieg [w] „Woda w mieście Monografie Komisji Hydrologicznej PTG”, (t. 2) Instytut Geografii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Kielce, 2014, s. 213–226
Szewczak P. (2014). Meteorologia dla pilota samolotowego, Avia-Test Lech Szutowski
Taszarek M., Czarnecki B., Kozioł A., (2015). A Cloud-to-Ground Lightning Climatology of Poland, “Monthly Weather Review”, (t. 143): 4285-4304
