Tornádóvadászat az USA-ban 2017 - napló & chat

Szupercellák összeolvadása és hatása (esettanulmány a 2015. 05. 06-i helyzetről)

Kategória: 
publikációk

2015. május 6-án egy markáns hidegfront érte el az országot, melynek átvonulását jó néhány szupercella is kísérte. A viharok közül az egyik ilyen forgó zivatar a Duna–Tisza közén szignifikáns heves eseményeket produkált. A károk és beszámolók alapján egyes helyeken a legerősebb széllökések meghaladhatták a 120 km/h-t, illetve a legnagyobb jégátmérő az 5 cm-t is elérhette. Az infrastrukturális és mezőgazdasági károk több száz millió forintot tettek ki.

Korábban a met.hu honlap hasábjain már született egy szakmai elemzés a helyzet meteorológiai hátteréről. Jelen esettanulmányunk viharvadász szemszögből vizsgálja meg a szerdai napon kialakult szupercellák fejlődését és jellegzetességeinek hátterét trajektóriaszámítások és modell előrejelzések (ECMWF és GFS) segítségével, külön kitérve a nagy pusztítást is végző nagycsapadékú, ún. HP szupercellára, mely életciklusa során egy másik szupercellával is összeolvadt.

 

1. ábra A C05-ös HP szupercella Kalocsa térségében; Fotó: Patik István, Severe Weather Europe

1. Makroszinoptikus helyzet
 

Az előrejelzéseknek megfelelően 2015. május 6-án egy hullámzó front vonult át az ország felett, mely egy északnyugat-európai ciklonrendszerhez tartozott (1. ábra). A front előterében meleg és nedves levegő áramlott: 28-30 °C-os hőmérsékletek alakultak ki 2 m-es magasságban, ehhez társulva 850 hPa-on pedig magas ekvivalens potenciális hőmérsékletű levegő nyomult az ország fölé délnyugati irányból. A meleg légtömeghez tartozó magassági gerinc a Szahara térségéből húzódott fel a Kárpát-medencéig, miközben nyugat felől egy középtroposzférikus hosszúhullámú teknő közeledett (2a. ábra). A teknőhöz 500 hPa-on jelentős hidegadvekció is kapcsolódott, mely főként a délutáni óráktól vált markánssá. A hazánktól kissé keletre található gerinc hátoldalán több szinten is jet stream épült ki (2b. és 2c. ábrák). A jet stream legnagyobb szélsebességű, központi régióját (jet mag), mely délnyugat felől fokozatosan közelített hazánk felé, magassági divergencia is kísérte. További nagytérségű hatásként említhető meg a teknővel összefüggésbe hozható több szinten is zajló pozitív örvényességi advekció (2d. ábra), mely ugyancsak kedvezett a feláramlásoknak, az érkező talaj- és magassági fronthoz köthető nedvességkonvergenciákkal karöltve.

 

2. ábra Frontanalízis térkép 2015.05.06. 12:00 UTC-kor. Magyarország helyzete piros karikával jelölve.

2a. ábra: A GFS hőmérséklet (színezés °C-os egységekben) és
geopotenciál (fehér vonalak 20 gpm-enként) előrejelzési térképe
500 hPa-on 15:00 UTC-re (az aznapi 12:00 UTC-s futásból)
2b. ábra: A GFS áramvonal, szélsebesség (színezés m/s-os
egységekben) és divergencia (1/s-onként folytonos vonalakkal
a negatív, szaggatott vonalakkal a pozitív értékek esetében)
előrejelzési térképe 250 hPa-on 15:00 UTC-re
(az aznapi 12:00 UTC-s futásból)
2c. ábra: Ugyanaz, mint a 3b ábra esetében, kivéve 500 hPa-on 2d. ábra: A GFS relatív örvényesség (színezés 1/s-os egységekben), és relatív topográfia (folytonos vonalak 10 gpm-es egységekben) előrejelzési térképe 500 hPa-on 15:00 UTC-re (az aznapi 12:00 UTC-s futásból)

2. A hidegfront viselkedése, szélnyírás és labilitás viszonya és RH vizsgálata a szupercellák kialakulásakor
 
Az érkező front talaj menti szakasza egy kisebb hidegbeáramlás formájában már a reggeli órákban előresietett a magassági fronthoz képest, és betört az ország északnyugati területeire (lásd a 3a. ábrán az északnyugatira történő szélfordulást a Kisalföldön!), ám a magyar-osztrák-szlovén hármashatár, Balaton és a Gerecse tengely mentén megtorpant. A kora délutáni órákig pozíciója nem nagyon változott. Ennek köszönhetően az érintett északnyugati területeken jelentősebb talaj alapú labilitás már nem halmozódott fel a nap folyamán, ám magasabb szinteken a frontfelületre felsikló magas ekvivalens potenciális hőmérsékletű levegő továbbra is táptalajt biztosított emelt jellegű konvekció kialakulásához. A front magassági szakasza az éjjeli órákhoz képest az északnyugati határaink közelébe hullámzott vissza (3b. ábra), majd a délutáni, késő délutáni órákban helyeződött át fölénk, és lódult meg délkeleti irányba, elindítva (egyéb kényszerhatásokkal együtt) a kiterjedt zivatartevékenységet.

 

3a. ábra: A talajfront hozzávetőleges helyzete, a légnyomás
(folytonos vonalak hPa-onként) és szélmező (szélzászlók) 10 m-en, valamint az előrejelzett csapadék (színezés mm-es egységekben) 09:00 UTC-kor az ECMWF előrejelzése alapján
(az aznapi 00:00 UTC-s futásból)
3b. ábra: A magassági front hozzávetőleges helyzete,
ekvipotenciális hőmérséklet (színezés  °C-os egységekben) és
szélmező (szélzászlók) 850 hPa-on az ECMWF előrejelzése
alapján 09:00 UTC-kor (az aznapi 00:00 UTC-s futásból)

A szupercellák kialakulása szempontjából további fontos komponens – a háttéremelési viszonyok mellett – a troposzféra alsó 5-6 km-es rétegében az elégséges szélnyírás. A szupercellák létrejöttéhez légköri instabilitás, megfelelő nedvességi viszonyok, és megfelelően nagy szélnyírás szükséges. A megfelelően nagy általában 15 m/s feletti 0 és 6 km közötti szélvektor különbség értékeket jelent, bizonyos körülmények között azonban ennél kisebb szélnyírás is elegendő lehet, továbbá az alacsony felhőtetővel rendelkező ún. mini-szupercellák a sekélyebb (alsó 3 km-es) légréteg nyírási viszonyait is hasznosítani tudják. Az említett három tényezőről érdemes egy kicsit részletesebben beszélni, hiszen nagyban befolyásolták az aznapi zivatarok jellegét és térbeli lefedettségét. A labilitási és szélnyírási viszonyok tekintetében az európai ECMWF időjárási modell futásai az eseményt megelőző 24-36 órában már konzisztens képet festettek. Olyannyira, hogy az ECMWF aznapi 12:00 UTC-s futása a Duna–Tisza közére egy komoly konvektív esemény lehetőségét is előre vetítette (4b. és 4c. ábrák). Nyugatról (Alpokalja) kelet felé (Tisza-vonala) a 0-6 km-es szélnyírás 30 m/s-ról 15-17 m/s-ra csökkent, ellentétben a labilis mezővel, amely hasonló térbeli elrendeződést követve nőtt. A délután bekövetkező magassági hideg advekciónak köszönhetően a (talaj)front előtti területeken megugrottak a labilitást számszerűsítő, felszíni eredetű ún. SBCAPE értékek. A Balaton, Velencei-tó és Gerecse vonalától keletre, délkeletre eső területeken a délután folyamán az SBCAPE az 1000-1500 J/kg-ot is elérte az aznapi 12:00 UTC-s kimenet alapján (4a. ábra). Az amerikai GFS modell a szélnyírási viszonyoktól eltekintve mindvégig mérsékeltebb és kissé eltérő térbeli eloszlású labilitással számolt (600-900 J/kg-os maximálisan felhalmozódó SBCAPE, az Északi-középhegység középső vidékein ennél magasabb). Utolsó környezeti faktorként néhány szó a nedvességi viszonyokról. A zivatarok képződése szempontjából fontos 0-3 km-es, átlagos relatív nedvesség a front előterében nem mutatkozott túlzottan magasnak, inkább csak a front tengelyén, illetve mögötte beszélhetünk elegendő, rendelkezésre álló nedvességről. Azonban az 55-65 %-os értékek is bőven elegendőnek bizonyultak több helyen előforduló izolált zivatarképződéshez. A további részletekbe menő elemzéstől eltekintve a körülmények összességében kedveztek a tömegesen megjelenő izolált szupercellás konvekció kialakulásához.

 

4a. ábra: Az ECMWF 0-6 km-es szélnyírás (folytonos vonalak
15, 17, 20 m/s-os értékekkel és 20 m/s felett 5  m/s-onként) és
SBCAPE (színezés J/kg-os egységekben) előrejelzése 15:00 UTC-re
(az aznapi 12:00 UTC-s futásból)
4b. ábra: Ugyanaz, mint az 4a. ábra esetében,
kivéve 18:00 UTC-re szóló előrejelzés

 
4c. ábra: A felszíni nedvességkonvergencia (színes vonalak 0,5 g/(kg*s), a zöld árnyalatú vonalak a pozitív, a piros árnyalatú vonalak a negatív értékeket jelölik) és 0-3 km-es átlagos relatív nedvesség előrejelzése (színezés % egységekben) 18:00 UTC-re (12:00 UTC-s futásból) 4d. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 18:45 UTC-kor

3. Trajektóriák elemzése és az események lefolyása
 
3.1  Szupercellák azonosítása, trajektóriák elemezése

 

A radarképeket kielemezve összesen 9 szupercellát sikerült azonosítani a nap folyamán, melyek egy kivételével (C01) az országhatárainkon belül alakultak ki. A viharok zöme a legnagyobb labilitással rendelkező területek felett jött létre és erősödött meg. Átlagosan az élettartamuk több mint 2 órára volt tehető (140 perc) a 15 perces radarképek trajektória elemzése alapján (egyes esetekben az 5 perces radarképeket is felhasználtuk). Az 5. ábra a 15 perces OMSZ radarképek összesítésével készült trajektóriákat mutatja. A trajektóriák a cellák legnagyobb radarintenzitású pixelpontjainak felfűzésével jöttek létre.

5. ábra: Az egyes szupercellák trajektóriája
(a szupercellák számjelzése alatt az időpont a szupercellák kialakulásának időpontját jelöli UTC-ben).


Egyetlen szupercella volt csak, amelynek mind a balra, mind a jobbra haladó tagja is sokáig megmaradt, ezt az ábrán elkülönítve C04/L és C04/R-ként jelöltük. Az egyes pályák végén a felkunkorodás a szupercellás jelleg elvesztése és multicellává alakulásának eredménye, ezután a viharok mozgása az átlagszélnek megfelelően történt.

A szupercellák azonosítása a radaradatok valamint a vizuális megfigyelések szisztematikus átvizsgálásával történt. Abban az esetben azonosítottunk egy zivatart szupercellaként, ha teljesültek a következő kritériumok:

a) a cella hosszú életű (élettartama legalább egy óra) és megfelelően magas radarreflektivitású (> 40 dBZ)

b) némileg deviánsan mozgott az átlagszélhez képest

c) a horizontális és vertikális radarmetszeteken megfigyelhetők a szupercellákra jellemző struktúrák (kampós echó, gyenge reflektivitású terület, a körülhatárolt gyenge reflektivitású terület, átnyúlás)

d) a mezociklon jelenlétére utaló fényképes dokumentáció készült

e) a Doppler-radaros radiális széltérképeken azonosítható a mezociklon

Annak ellenére, hogy a Doppler-radaros radiális szélsebesség térképek is rendelkezésre álltak, bizonyos cellák kis térbeli kiterjedése és a radaroktól vett távolsága nem tette lehetővé a mezociklonok azonosítását (A legnagyobb kiterjedésű és a legtöbb pusztítást végző C05 cella esetében azonban egyértelműen azonosítható volt a forgás - lásd a 4. fejezetet!). Továbbá az összes szóba jöhető celláról fényképes dokumentáció sem készült. Emiatt a fenti feltételrendszer gyengítésével, az első három pont teljesülése esetén már szupercellaként azonosítottuk egy adott zivatart. Néhány cella kis kiterjedése miatt ugyanakkor könnyen előfordulhat, hogy a radaros mérések alapján nem sikerült szupercellaként azonosítani olyan, viszonylag hosszabb életű (élettartam ~ 1 óra) zivatarokat, amelyekben beindulhattak az örvénylő folyamatok. Így a szupercellák összmennyisége ezen a napon némileg magasabb lehetett.

 
 
 
3.2 Az események lefolyása
 
16:15–17:25 (14:15–15:25 UTC)
 

Az első szupercella (C01) Ausztria felől, Sopron térségében lépett be az ország területére. Az országhatár mentén a HP szupercellán (6. ábra) bow echós kitüremkedés is megjelent, majd leérve a hegyekről a kedvezőtlen meteorológiai és egyéb körülmények (labilitás hiánya, talajfront alávágása, pozitív orografikus tényezők megszűnése, lecsúszás a magassági front vagy konvergencia (850 hPa) tengelyéről) hatására fokozatosan elgyengült, és Győr környékén konvektív (záporok, multicellás zivatarok) klaszterré roskadt össze.

6. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 14:20 UTC-kor.
A C01-es szupercella bow echós stádiumban a magyar-osztrák határon.

17:25–17:45 (15:25–15:45 UTC)
 

A már jóval labilisabb (700-1000 J/kg SBCAPE) Balaton-Nagykanizsa tengely mentén a front érkezésének hatására intenzív zivatartevékenység indult meg. A rendkívül erős szélnyírási viszonyokkal (30 m/s 0-6 km) szemben a labilitás és háttéremelési tényezők csak nehezen tudtak egyensúlyt teremteni egy-egy forgó zivatar esetén. A cellák közelsége és az azokból kiáramló zivataros hideg légtömeg egymás beáramlását újra és újra lerombolta. 15:35 UTC-kor a Győrt elhagyó gyenge zápor-zivatar klaszter kelet felé fejlődve egyre labilisabb és csökkenő szélnyírással rendelkező területre helyeződött át, miközben annak északi részén egy újabb szupercella (C02) jött létre (7. ábra).

7. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 15:45 UTC-kor. A fejlődő C02-es szupercella és a
Nagykanizsa-Balaton tengelyen kialakult intenzív zivatarklaszter (bekarikázva).

17:45–18:35 (15:45–16:35 UTC)
 

Az legészakibb pályán haladó szupercella (C02) tovább erősödött, miközben attól délre egy szakadozott vonalú gyenge multicellás „rendszer” épült ki. Az időszak vége felé a leglabilisabb zóna (Duna-vonala) peremén újabb szupercellák (C03 és C04) jöttek létre (8. ábra). Ekkorra már nemcsak a front, hanem a teknő előoldali pozitív örvényességi mezők és magassági divergencia is átfedésbe kerültek a labilitási maximummal és a 20-25 m/s-os (0-6 km) szélnyírással rendelkező területekkel. Emiatt a Balatontól délre, Somogy-Baranya térségében megjelentek az első prefrontális záporok-zivatarok.

8. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 16:35 UTC-kor.

 
18:35–19:15 (16:35–17:15 UTC)
 

A Balaton-Szolnok tengelytől északra három jól elkülönült szupercella haladt keleti irányba (9. ábra). E cellákat jellemzően a heves kategória határán mozgó kísérőjelenségek követték. A fent említett tengelytől délre a Baranyát elérő prefrontális konvekcióból egy újabb szupercella fejlődött ki (C07). A konvektív klaszteren belüli zivatarok jellemzően még hibrid vagy marginális szupercella jelleget öltöttek, azonban 17:15 UTC-re a legkeletibb zivatar robbanásszerűen megerősödött, és vált a nap legpusztítóbb szupercellájává (C05). E szignifikáns heves eseményeket is produkáló szupercellát nyugat-délnyugatról egy másik forgó zivatar is követte útja során (C06). Ez utóbbi viharokról részletesebb elemzés a szupercellák összeolvadása című fejezetben olvasható.

9. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 17:00 UTC-kor.

 19:15–23:15 (17:15–21:15 UTC)

A C02, C03, és C04 jelzésű szupercellák a Mátra-Szolnok tengelyig fejlett állapotban haladtak, miközben 17:15-17-20 UTC között a C04 szupercella kettévált (10. ábra és 11. ábra; 12. ábra fotó a C04/R szupercelláról) és balra haladó tagja (C04/L) a C03 cella mögé sodródott, majd disszipálódott. 18:00-19:50 UTC között a szupercellák fokozatosan gyengültek, kiáramlás dominánssá váltak, és végül elhaltak. Legtovább a C03/c vihar maradt életben.

Az ország déli felében pusztító C6-os jelzésű szupercella 18:15 UTC után interakcióba lépett a C05-ös szupercellával, majd beleolvadt abba. Az időszak végéig az déli országhatár közelében még egy szupercella jött létre (C08), amelyről nem érkezett heves kísérőjelenségeket alátámasztó jelentés (10. és 13. ábra).

10. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 17:40 UTC-kor. Egyidejűleg 7 szupercella vonult az országban.

11. ábra: A C04-es szupercella kettéválásának animációja 1 km-es magasságban készült CAPPI metszeten (a háromdimenziós kompozit radarmérésből előállítva).

12. ábra: A C04-es szupercella jobbra haladó tagja és falfelhője Szolnok határából (fotó: Nagykovácsi Zsolt).

13. ábra: 1 km-es kompozit radarkép 19:15 UTC-kor.

4. Szupercellák összeolvadása és a C05-ös vihar életciklusa

4.1 Általánosságban a HP szupercellákról

A szupercellák osztályozása szempontjából a leglényegesebb megkülönböztető tényezők a cellák csapadékrégióinak térbeli eloszlása és intenzitása. Ez alapján három típust különítünk el. Az első az úgynevezett gyenge csapadékú (low precipitation – LP) szupercella, amelyben a csapadék nagy része a feláramlástól igen messze helyezkedik el az előoldalon, a hátoldali régióban pedig szinte nem is zajlik számottevő csapadéktevékenység. A spektrumon a következő csoportot a klasszikus (classic – CL) szupercellák alkotják, ahol a csapadék zöme az előoldali csapadékban (forward flank downdraft - FFD) területén hullik le és a hátoldali leáramlásban (rear flank downdraft – RFD) csak kis, közepes mennyiségű csapadék figyelhető meg. A spektrum másik végén találhatók a nagy csapadékú (heavy vagy high precipitation - HP) szupercellák. Az elmúlt évtizedek megfigyelései alapján a HP szupercellákról a következőket állapíthatjuk meg (Foote and Frank, 1983; Doswell 1985; Vasiloff et al., 1986; Nelson, 1987; Nelson and Knight, 1987; Moller and Doswell, 1988; Przybylinski, 1989; Doswell et al., 1990; Moller et al., 1990; Przybylinski et al., 1990; Doswell and Burgess, 1993; Imy and Pence 1993; Przybylinski et al., 1993;, Moller et al., 1994, Calianese et al., 1996):

  • Általában (stacionárius) frontok közelében vagy tengelyén, illetve egy korábbi kiáramlás határa mentén fejlődnek ki és mozognak. A megfelelő termodinamikai és nyírási viszonyok mellett a gyenge-közepes 0-3 km-es helikalitási és a 8-9 km-es magasságban 15-20 m/s-os zivatarhoz képesti szélsebesség értékek a jellemzőek.
  • A HP szupercellák jellemzően nagyobbak, mint CL vagy LP társaik.
  • Nagy kiterjedésű és rendkívül intenzív csapadékhullás jellemzi, mind az FFD, mind az RFD területét.
  • Az (alacsonyszintű) mezociklon gyakran jelentős csapadékba ágyazott és a többi szupercella típushoz viszonyítva a cella előoldalához közelebb helyezkedik el.
  • A HP szupercellákat rendkívül erős leáramlások, légzuhatagok és pusztító jégesők (főként az RFD területén), valamint villámárvizek kísérhetik. Ezek a cella élettartamától függően hosszú és viszonylag széles sávban jelentkezhetnek.
  • A radarokon jellemzően vese/bab (14a. ábra), spirális (15a. ábra), íves (bow echó - BE) vagy épp „S”-alakot is ölthetnek (14b. ábra). A többi szupercellához képest általában jóval nagyobb kampós echójuk (hook echó) van.
  • Gyakran a multicellákhoz hasonló jegyeket is hordozhatnak, mint például a több nagy reflektivitású mag (15b. ábra). További jellemzőjük, hogy akár több mezociklonjuk és körülhatárolt gyenge reflektivitási régiójuk (Bounded Weak Echo Region, röviden BWER) is lehet.
  • Tornádók általában az alacsonyszintű mezociklon területén vagy a kifutó front vezető éle mentén, illetve ha már bow echóvá fejlődött a szupercella, akkor az ívvégi örvény (északi) térségében jöhetnek létre. Utóbbi két esetben nem-mezociklonális tornádókról beszélünk.

14a. ábra: Vese (vagy bab) alakú radarmintázat (C05-ös szupercella) az 1 km-s magasságban készített CAPPI képen
(a háromdimenziós kompozit radarmérésből előállítva)
14b. ábra: "S"-alakú radarmintázat (amerikai eset)
15a. ábra: 1999-es "Tornadocane" HP szupercella spirális radarmintázata (amerikai eset)  15b. ábra: Több reflektivitási maggal rendelkező HP szupercella (amerikai eset)

A fenti megállapítások után még érdemes megvizsgálni a HP szupercellák életciklusát, hiszen a C05-ös vihar a Moller et. al (1990) által felállított CL-HP-BE (klasszikus-nagy csapadékú-bow echó) spektrum egyes stádiumait igen jól tükrözte. A 16. ábrán a különböző életciklusokat követhetjük nyomon. 1-től 4-ig azt a folyamatot láthatjuk, amikor a kialakuló CL szupercella fokozatosan HP karakterisztikát vesz fel (az RFD területén egyre több a csapadék és a mezociklon pozíciója a CL szupercellához viszonyítva jóval előrébb helyezkedik el, miközben a cella radaros mintázata vese illetve bab alakot ölt). A 4. állapottól kezdődően két lehetséges fejlődési szakaszt különíthetünk el. Az egyik esetben (5a-8a) a HP szupercella fokozatosan bow echóvá fejlődik, még a másik esetben egy új mezociklon képződik. A két lehetséges életciklus újra és újra megismétlődhet, sőt váltakozhat.

 16. ábra: HP szupercellák életciklusa

4.2 A C05-ös és C06-os cellák összeolvadása


18:15 UTC-ig a C05 és C06 (ezentúl főcella és másodlagos cella, ahol értelemszerűen az utóbbi olvad bele a másikba) jelzésű szupercellák elkülönült reflektivitási maggal, szupercellákra jellemző határozott feláramlási (BWER) régiókkal (17a. és 17b. ábra), a C05-ös zivatar a radiális széltérképeken jól azonosítható mezociklonnal (18. ábra) rendelkeztek. Az ezt követő bő 20 percben viszont megkezdődött a két szupercella összeolvadása. Bár mindkét esetben jobbra haladó szupercelláról volt szó, a C05 jelzésű vihar pályája jobban kitért (jobbra) az átlagszélhez képest, így a két zivatar nyomvonala egyre közelebb került egymáshoz.

a.
b.
17. ábra: 18:05 UTC-kor készült radaros vertikális metszet és a BWER a) a C05-ös cella b) a C06-os cella esetében.
Mindkét esetben a felső, 1 km-es magasságban készült kompozit radarképen figyelhetjük meg a
vertikális metszet elhelyezkedését (A-B vonal).

18. ábra: Radiális széltérkép 1 fok magassági szögön végzett mérésből
(a pozitív területek a radartól való távolodást, a negatív területek közeledést mutatják m/s-os egységekben) a C05 szupercella mezociklonjáról. A fehér nyíl mutatja a ciklonális értelmű forgás helyét.
A tudományos irodalomban fellelhető ismeretek alapján akkor beszélünk cella összeolvadásról (radarmegfigyelések alapján), mikor két, egymástól kezdetben még jól elkülönült reflektivitási mag (a legalacsonyabb radarmérési szinten is) egyesül (Wescott és Kennedy, 1989; Lee et al., 2006). Mások a két cella feláramlásának egyesülését említik, mint a cellaösszeolvadás kritériumát (Wescott, 1994; Bluestein és Weisman, 2000). Érdemes továbbá megjegyezni, hogy egy szupercella működését nagyban befolyásolják a beáramlás területén zajló folyamatok, hiszen ha ebbe a régióba érkezik egy másik cella és annak csapadéka, akkor az ebből származó zivataros hideg légtömeg könnyen alávágja a másik cella feláramlását. Összességében tehát lényeges szempont a másodlagos- és a főcella mozgása, egymáshoz viszonyított pozíciója és a beolvadási pont helye (Jaret et al., 2008). Jelen esetben a másodlagos cellánk a főcellától délnyugatra helyezkedett el, melynek köszönhetően a C05-ös cella beáramlására nem volt negatív hatással az összeolvadás során. A külföldi megfigyelések alapján azok a másodlagos cellák, melyek nem voltak negatív hatással a főcella beáramlására, rendre kisebb térbeli kiterjedésűek voltak (Jaret et al., 2008), hasonlóan a C06-oshoz. Ennek oka, hogy egy kisebb térbeli kiterjedéssel rendelkező cella értelemszerűen kisebb csapadékos régióval is rendelkezik, így az abból létrejövő zivataros hideg légtömeg kevésbé befolyásolhatja a főcella beáramlását. Az időben tovább haladva 18:15 UTC-tól több magassági szinten is egy úgynevezett reflektivitási híd1 (Westcott és Kennedy, 1989; Westcott, 1994) alakult ki (19. ábra), mely így a két cella között tényleges kapcsolatot teremtett, azaz a főcella RFD-jébe és, vagy szárny-felhőtorony (idegen szóval flanking line) zónájába megkezdődött a C06-os cella beleolvadása.

 

a.
b.
c.
d.
e.
f.
19. ábra: A reflektivitási híd vagy hídcella (idegen szóval reflectivity bridge – a képeken RB-vel jelölve) kialakulása
a C05-ös és C06-os szupercellák között ötperces időeltolódással (18:15 és 18:20 UTC; balról jobbra).
Radarmérési CAPPI szintek: a. és b. 1000 m; c. és d. 3000 m; e. és f. 6000 m.


Hogy ez a folyamat milyen hatással lehet egy szupercella működésére és dinamikájára, ahhoz ismernünk kell a fő feláramlás és a szárny-felhőtorony területén zajló folyamatokat, és a két régió közötti kölcsönhatásokat. Már jó néhány évvel ezelőtt számos radaros megfigyelés (Lemon, 1976; Barnes, 1978a) és modellszimuláció (Kulie and Lin, 1998) bebizonyította, hogy a flanking line területéről származó kis skálájú (forgó) tápláló cellák rendre egyesülnek a szupercella mezociklonjával. A folyamat során a cella fő feláramlási sebessége megnőtt, a mezociklon alatti felszíni légnyomás csökkent, és a maximális vertikális örvényesség is nőtt. 1996-ban Wolf et al. egy olyan esetet tanulmányozott, ahol a szupercellák összeolvadását egy intenzív tornádó kialakulásával kapcsolták össze. Ezt később szimulációk (Kogan és Shapiro, 1996; Finley, 2001 és 2002) és Lee et al. 2006-os esettanulmánya is megerősítették, ahol a cellaegyesülés (a szárny-felhőtornyok zónáján kívül érkező szupercellák és nem szupercellák beolvadása egy másik szupercellába) a reflektivitás és, vagy örvényesség növekedéséhez vezetett, mely a feláramlások megerősödésével járt. Ezen cellaösszeolvadások jelentős részénél tornádógenezis és/vagy intenzív légzuhatagok is bekövetkeztek. Úgy tűnik, hogy e hídcellák (és másodlagos cellák) mentén megjelenő baroklinitás és a másodlagos cella (akár forgó feláramlásának) beépülése a főcella szárny-felhőtorony zónájába egy erősebb vihart eredményezhet. Emellett azonban érdemes megjegyezni, hogy mai napig számos folyamat tisztázatlan a cellaösszeolvadásokkal kapcsolatban, különösképpen a másodlagos cellák hatása a szupercellákra. Az összeolvadás időpontjában három magassági szinten (1000, 3000 és 6000 m) is vizsgáltuk a reflektivitási mezők viselkedését és két szinten2 (3000 és 6000 m) a maximum értékeit 18:15 és 18:45 UTC között. Emellett az 5 perces kompozit radarképek felhasználásával a főcella területének változását is megvizsgáltuk. A megfigyelés során kiderült, hogy az összeolvadás magasabb szinteken hamarabb következett be mint 1000 m-en. Ez egyezést mutat Bluestein and Weisman (2000), valamint Lee et al. (2006) megfigyeléseivel. A radarmérések mérési bizonytalansága3 és ötperces mintavételi frekvenciája (5 perc alatt egy viharban igen komoly változások mehetnek végbe) ellenére a terminológia szerinti tényleges összeolvadás 18:35-18:40 UTC környékén következhetett be a legalacsonyabb mérési szinten (20. ábra). 3000 és 6000 méteren már 18:35 UTC előtt bekövetkezett az összeolvadás (21. és 22. ábra).

 


20. ábra: 1 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekből legyártva)
egymást követő időpontokban 18:15 és 18:45 UTC között ötperces mintavételi frekvenciával

 

21. ábra: 3 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekből legyártva)
egymást követő időpontokban 18:15 és 18:45 UTC között ötperces mintavételi frekvenciával
.
 22. ábra: Ugyanaz, mint a 21. ábra esetében, kivéve, hogy 6 km-es magasságban készült CAPPI metszetek.
 


Megvizsgáltuk a maximum reflektivitási értékek időbeli alakulását a fő cella esetében. A 23. ábrán a C05-ös cella életciklusa során mért maximális reflektivitási értékek változását (a 3000 m-es és 6000 m-es magassági szinteken) követhetjük nyomon 17:10 és 19:55 UTC között. A cella első erősödési ciklusa és utolsó gyengülési szakasza a vihar kialakulását, illetve disszipálódását mutatja. A szupercella életciklusa során több erősödési és gyengülési fázison4 ment keresztül, melyek közül a maximum reflektivitási értékek tendenciáját tekintve a legintenzívebbnek és hosszabbnak (különösen 6000 méteren) a 18:15 UTC és 18:45 UTC közötti időszak bizonyult. Ekkor a 6000 méteren mért maximum reflektiviási érték 10 dBz-vel, míg a 3000 méteren mért értékek 7 dBz-vel nőttek.

 

23. ábra: A C05-ös cella maximális reflektivitási értékeinek változása. Piros függőleges vonal az összeolvadás kezdetének időpontját jelöli.

Ha a C05-ös szupercella reflektivitási értékeit összevetjük az országban aznap tevékenykedő egyéb, hosszú életű és erős szupercellákkal, láthatjuk, hogy az összeolvadást megelőző időszakban hasonló értékeket produkált, mint a többi cella (24. és 25. ábra), az összeolvadás után azonban a nap legerősebb szupercellájává fejlődött. 18:45 UTC-re a vihar maximum reflektivitása 6000 m-n elérte a legnagyobb értéket (5-10 perccel az összeolvadást követően), ami 64 dBz volt. Ekkor a vihar a Bodoglár környéki erdőség felett járt, ahonnan a legnagyobb erdőkárokról érkeztek jelentések.

24. ábra: A szupercellák maximális reflektivitási értékeinek változása 6000 méteren.

25. ábra: A szupercellák maximális reflektivitási értékeinek változása 3000 méteren.

 
A főcella maximum reflektivitási értékeinek megugrása mellett a C05-ös zivatar területének gyors növekedése is kimutható volt az összeolvadás során (26. ábra). Az interakciót megelőzően a 40 dBz-s meghaladó pixelekből számított terület 1050 és 1100 km2 kiterjedésű volt, ami 1500-1600 km2-re változott. A cella területének ekkor tapasztalható fluktációját a zivatar észak-nyugati részén elhelyezkedő másodlagos reflektivitási mag ("parazita konvekció") okozta, ami ugyancsak szerves része volt ennek a nagy kiterjedésű HP szupercellának.

26. ábra A C05-ös és C06-os szupercellák területének változása az 5 perces kompozit radarmérésekből legyártva. Piros függőleges vonal az összeolvadás kezdetének időpontját jelöli.

A C05-ös szupercellán kívül érdemes még megemlíteni a C03/a, b és c cellákat is, hiszen 18:20 UTC-től a főcella (C03/a) előterében egy újabb zivatar alakult ki. Azonban a C05-ös viharral ellentétben ez a másodlagos cella a főcella beáramlási területén tevékenykedett, melynek hatására annak fő feláramlását alávágta. Így végül a C03/a cella olvadt bele a C03/b cellába. A folyamat bő 10 perccel később megismétlődött, hiszen az újonnan létrejövő C03/c zivatarba (marginális szupercella) olvadt bele a C03/b. (27. ábra).

 
 

27. ábra: 1 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekből előállítva).

A fentiek fényében érdemes megjegyezni, hogy legnagyobb bizonyossággal akkor állíthatjuk, hogy a szupercella intenzitása növekszik, ha a radaradatok mellett ezt a feláramlás és az örvényesség nagyságának változása is alátámasztja. A konkrét cellák esetében ilyen mérési adatok nem állnak rendelkezésünkre. Ennek ellenére a reflektivitási adatok és a kárintenzitások térbeli kiterjedését, nagyságát és egybeesését figyelembe véve jól látható, hogy a C06-os szupercella beleolvadása a C05-ös szupercellába a C05-ös szupercella további erősödését eredményezte.

 

4.3 A C05-ös szupercella leghevesebb életszakasza
(károk a Bodoglár-Mindszent tengelyen)

Az összeolvadást követő bő harminc percben a C05-ös szupercella teljes erővel tombolt a Bodoglár-Mindszent tengely mentén. Ekkor a vihar maximum reflektivitási értéke tartósan 60 dBz felett volt, ami az aznapi szupercellákhoz viszonyítva egyedivé tette. A cella összeolvadások egy másik érdekes és veszélyes velejárója lehet a süllyedő reflektivitási magok (nedves légzuhatagok) megjelenése (Finley, 2001, Lee et al. 1992a,b). Ha az 28. ábra 18:45 UTC és 19:00 UTC között megfigyeljük a C05-ös cella radarmintázatát, jól látható, hogy annak déli szakaszán egy gyorsan mozgó „mini bow echó” tör keleti irányba. Ez nem más, mint a HP szupercella RFD gust frontja, melyet a rendkívül intenzív hátoldali csapadékban zajló leáramlások (légzuhatagok) erősítettek és gyorsítottak fel. 18:50 UTC-kor egy gyenge reflektivitású lyuk (idegen szóval weak reflectivity hole vagy weak echo hole) is megjelenik a radaron, amely a szupercella alacsonyszintű mezociklonja köré tekeredő csapadékelemek hatására vált láthatóvá (29. ábra).

A vihar hozzávetőlegesen a Tisza vonaláig „S” alakú radarmintázatot vett fel, s ekkor okozta a legnagyobb pusztítást, főként a Bodoglár környéki erdőkben, ahol mai napig folynak a helyreállítási munkálatok (30. ábra). A mezőgazdasági és infrastrukturális károk a több száz millió forintot is elérték. Mivel részletes viharkár felmérést nem végzett egyesületünk, így a hírportálok által leközölt információk és fényképes, videós beszámolók alapján készült a 31. ábra, mely többek között a viharkárokkal érintett településeket mutatja.

28. ábra: 1 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekből előállítva)
egymást követő időpontokban 18:45 és 19:00 UTC között ötperces mintavételi frekvenciával.
Az MC az alacsonyszintű mezociklon helyét, az RFG a hátoldali leáramlás (RFD) gust frontját jelöli.

29 ábra: Az 1 km-es magasságban készült CAPPI radarmetszet részlete 18:50 UTC-kor.

30. ábra: Jellemző viharkár Bodoglár környékén (forrás: majsa.info).

 

31. ábra: Károkat elszenvedett települések (piros pontokkal jelölve), összeolvadási pont hozzávetőleges helye
és a 6000 méteren mért maximum reflektivitási érték (64 dBz).

4.4 A C05-ös szupercella bow echó stádiuma

19:15 UTC-től a szupercella egyre inkább kiáramlás dominánssá vált, miközben a bow echókra jellemző íves formát kezdett öltetni. Sok esetben a HP szupercellák fejlődési ciklusa ezzel a stádiummal ér véget, és ez ebben az esetben is így történt. Ugyanakkor érdemes újra szemügyre venni Moller et al. (1994) HP szupercellákról alkotott fejlődési stádiumait (16. ábra), hiszen a 7a-8a fejlődési ciklust a C05-ös cella megfelelően tükrözte (32. ábra). A radiális széltérképek hiánya ellenére az animált radarképeken is viszonylag jól kivehető a szétáramló zivataros hideg légtömeg hatása. A bow echó északi ívvégi örvény területén pedig egy úgynevezett comma head zivatar (comma head thunderstorm, röviden CHT) is kifejlődött. Az ehhez kapcsolódó kis skálájú és nem túl hosszú életű mezoskálájú örvény azonban csak rövid ideig járult hozzá a cella életben maradásához.

 

32. ábra: 3 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekből előállítva)
egymást követő időpontokban 19:35 és 19:50 UTC között ötperces mintavételi frekvenciával. A kék szaggatott vonalak a szupercella zivataros hidegfrontját,
a piros szaggatott vonalak a melegfrontját, a lilás vonalak pedig az okklúziós frontját jelölik.

 
5. Összefoglalás

2015. május 6-án a kedvező meteorológiai körülményeknek köszönhetően bizonyíthatóan 9 szupercella alakult ki az ország területén, melyek közül az egyik (C05) szignifikáns heves eseményeket is produkált, elsősorban a Duna–Tisza közén. A megfigyelt vihar a tőle délnyugatra haladó másik szupercellával kapcsolatba lépett, majd összeolvadt azzal. Az interakció során a C05-ös zivatar ereje és területe folyamatosan nőtt és vált az aznapi szupercellák közül a legintenzívebbé. Az összeolvadás során döntő szerepet játszott C06-os cella pozíciója (a fő feláramlást délnyugat-nyugat felől közelítette meg), hiszen így az nem befolyásolta negatívan a főcella beáramlását, mint az a C03/a, b és c szupercella esetén történt. Egyéb fontos mérési adatok (feláramlás sebessége, rotáció nagysága) hiánya ellenére is elmondható, hogy a C05-ös szupercella intenzitását pozitívan befolyásolta a cellaösszeolvadás.
 

Köszönet illeti az Országos Meteorológia Szolgálatot a vizsgálathoz rendelkezésre bocsátott adatokért.

 


Lábjegyzet

  1. E reflektivitási híd (hídcella) egy új konvekció eredményeként jön létre (Chin and Wilhelmson, 1998), melyet a két viharból kiáramló zivataros hideg légtömeg találkozásánál létrejövő konvergencia triggerel (Simpson, 1980; Lee et al., 2006).
  2. A magasabb szinteken elvégzett radarmérésekből már korábban következtethetünk a feláramlások erősödésére, hiszen a cellák reflektivitási régiói először itt olvadnak össze. Azaz a hidrometeorok növekedése is itt indul meg először, ami összefügg a feláramlások erősödésével (Lee et al., 2006).
  3. 1000 méteren nehezen követhető volt az összeolvadás, ezért a 3000 és 6000 méteren nyert adatokat vettük alapul.
  4. A cellák intenzitásának meghatározásánál két tényezőt vettek alapul néhány külföldi esettanulmányban (Lee et al., 2006; Jaret et al. 2008): a reflektivitást és az örvényességet. Az első mérésnél azt feltételezték, hogy a maximum reflektivitási értékek növekedése értelemszerűen egy erősebb vihart jelent, amihez erősebb feláramlás is társul. Így, hiányosságai ellenére, a cellák intenzitásának becslésekor alkalmazható az az összefüggés, mely szerint a cellák összeolvadásából származó reflektivitásnövekedés nagy biztonsággal összefügg a feláramlások erősödésével.

 


Felhasznált irodalom
  • Barnes, S. L., 1978a: Oklahoma thunderstorms on 29–30 April, 1970. Part II: Radar–observed merger of twin hook echoes. Mon. Wea. Rev., 106, 685–696.
  • Bluestein, H. B. and M. L. Weisman, 2000: The interaction of numerically simulated super-cells initiated along lines. Mon. Wea. Rev., 128, 3128–3149.
  • Calianese, E. J., Jr., A. R. Moller, and E. B. Curran, 1996: A WSR- 88D analysis of a cool season, elevated high-precipitation supercell. Preprints, 18th Conf. on Severe Local Storms, San Francisco, CA, Amer. Meteor. Soc., 96–100.
  • Doswell, C. A., III, 1985: The operational meteorology of convective weather. Vol. II: Storm–scale analysis. NOAA Tech. Memo. ERL ESG-15, 240 pp.
  • Doswell, C. A., III, and D. W. Burgess, 1993: Tornadoes and tornadic storms: A review of conceptual models. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards, Geophys. Monogr., No. 79, Amer. Geophys. Union, 161–172.
  • Doswell, C. A., III, A. R. Moller, and R. Przybylinski, 1990: A unified set of conceptual models for variations on a supercell theme. Preprints, 16th Conf. on Severe Local Storms, Kananaskis Park, AB, Canada, Amer. Meteor. Soc., 40–45.
  • Finley, C. A., W. R. Cotton, and R. A. Pielke Sr., 2001: Numerical simulation of tornadogenesis in a high precipitation supercell. Part I: Storm evolution and transition into a bow echo. J. Atmos. Sci., 58, 1597–1629.
  • Finley, C. A., W. R. Cotton, and R. A. Pielke Sr., 2002: Tornadogenesis in a simulated HP supercell. Preprints, 21st Conf. on Severe Local Storms, San Antonio, TX, Amer. Meteor. Soc., 531–534.
  • Foote, G. B., and H. W. Frank, 1983: Case study of a hailstorm in Colorado. Part III: Airflow from triple-Doppler measurements. J. Atmos. Sci., 40, 686–707.
  • Imy, D. A., and K. J. Pence, 1993: An examination of a supercell in Mississippi using a tilt sequence. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards, Geophys. Monogr., No. 79, Amer. Geophys. Union, 257–264.
  • Jaret W. Rogers, and C.C. Weiss, 2008: The association of cell mergers with tornado occurrence. Poster Presentation. 24th Conference on Severe Local Storms. Savannah, Georgia.
  • Kogan, Y. L., and A. Shapiro, 1996: The simulation of a convective cloud in a 3D model with explicit microphysics. Part II: Dynamical and microphysical aspects of cloud merger. J. Atmos. Sci., 53, 2525–2545.
  • Kulie, M. S., and Y.-L. Lin, 1998: The structure and evolution of a numerically simulated high-precipitation supercell thunderstorm. Mon. Wea. Rev., 126, 2090–2116.
  • Lee, W.-C., R. M. Wakimoto, and R. E. Carbone, 1992a: The evolution and structure of a ‘‘bow-echo–microburst’’ event. Part I: The microburst. Mon. Wea. Rev., 120, 2188–2210.
  • Lee, W.-C., R. M. Wakimoto, and R. E. Carbone 1992b: The evolution and structure of a ‘‘bow-echo–microburst’’ event. Part II: The bow echo. Mon. Wea. Rev., 120, 2211–2225.
  • Lee, B. F. Jewett, and R. B. Wilhelmson, 2006: The 19 April 1996 Illinois tornado outbreak. Part II: Cell Mergers and associated tornado incidence, Wea. Forecasting, 21, 449-446.
  • Lemon, L. R., 1976: The flanking line, a severe thunderstorm intensification source. J. Atmos. Sci., 33, 686–694.
  • Moller, A. R., and C. A. Doswell III, 1988: A proposed advanced storm spotter’s training program. Preprints, 15th Conf. on Severe Local Storms, Baltimore, MD, Amer. Meteor. Soc., 173–177.
  • Moller, A. R.,and R. Przybylinski, 1990: High-precipitation supercells: A conceptual model and documentation. Preprints, 16th Conf. on Severe Local Storms, Kananaskis Park, AB, Canada, Amer. Meteor. Soc., 52–57.
  • Moller, A. R., M. P. Foster, and G. R. Woodall, 1994: The operational recognition of supercell thunderstorm environments and storm structures. Wea. Forecasting, 9, 327–347.
  • Nelson, S. P., 1987: The hybrid multicellular–supercellular storm— An efficient hail producer. Part II: General characteristics and implications for hail growth. J. Atmos. Sci., 44, 2060–2073.
  • Nelson, S. P., and N. C. Knight, 1987: The hybrid multicellular–supercellular storm—An efficient hail producer. Part I: An archetypal example. J. Atmos. Sci., 44, 2042–2050.
  • Przybylinski, J. T. Snow, E. M. Agee, and J. T. Curran, 1993: The use of volumetric radar data to identify supercells: A case study of June 2, 1990. The Tornado: Its Structure, Dynamics, Prediction, and Hazards, Geophys. Monogr., No. 79, Amer. Geophys. Union, 241–250.
  • Vasiloff, S. V., E. A. Brandes, and R. P. Davies-Jones, 1986: An investigation of the transition from multicell to supercell storms. J. Climate Appl. Meteor., 25, 1022–1036.
  • Westcott, N. and P. C. Kennedy, 1989: Cell development and merger in an Illinois thunderstorm observed by Doppler radar. J. Atmos. Sci., 46, 117–131.
  • Westcott, N., 1994: Merging of convective clouds: Cloud initiation, bridging, and subsequent growth. Mon. Wea. Rev., 122, 780–790.
  • Wolf, R., R. Pryzbylinski, and P. Berg, 1996: Observations of a merging bow segment and supercell. Preprints, 18th Conf. On Severe Local Storms, San Francisco, CA, Amer. Meteor. Soc.,740–745.

Írta / készítette: 

Kun Sándor, Bondor Gyula, Csirmaz Kálmán

Élő viharvadászat

Konvektív előrejelzés

Convective forecast

Köszönjük!

Támogasd a
Viharvadászok Egyesületét
adód 1%-ával!

Adószámunk: 
18033108-1-03

Részletekért kattints!

Zivatar valószínűség a következő órákban

+0h+3h+6h
Budapest
Debrecen
Eger
Győr
Kecskemét
Pécs
Siófok
Sopron
Szeged
Szolnok

Navigáció

Belépés

Jelenlévő felhasználók

Jelenleg 0 felhasználó és 1 vendég van a webhelyen.

Copyright

Az oldalon található minden tartalom (szöveg, kép, videó) - kivéve ahol a feltüntetett forrás ettől eltér - a Magyarországi Viharvadászok és Viharkárfelmérők Közhasznú Egyesületének tulajdonát képezi. Bármilyen nemű felhasználáshoz az Egyesület hozzájárulása szükséges.

info@szupercella.hu