Sörvényes Wörkshop - febr. 22., péntek

 

Mezociklonális tornádók I.

Tudományos anyagunk elso részében a mezociklonális tornádók általános jellemzésén túl megismerhetitek a kialakulásuk szempontjából kedvezo klimatológiai körülményeket, életciklusukat, felépítésüket és az EF-skála gyakorlati felhasználását.

nálását.

 


 

1. A tornádó definíciója, általános jellemzése

 

A Charles A. Doswell III által felállított definíció szerint a tornádó egy olyan intenzíven örvénylo légoszlop, amely egy – többnyire mélykonvekcióhoz kapcsolódó – felhobol (1. kép) alányúlva éri a felszínt, és ott károkat képes okozni. Így az olyan örvény, ami a felhoalapból ered, de a felszínnel nem kerül kapcsolatba, nem tekintheto tornádónak, ezt tubának vagy felhotölcsérnek hívjuk. Ugyanakkor az alulról építkezo, az eroteljes napsugárzás hatására kialakuló és idonként akár károkat is okozni képes örvényeket, az ún. porördögöket sem tekintjük tornádónak, mivel ezek nem kapcsolódnak mélykonvekcióhoz. Ugyanígy a markáns gust front mentén kialakuló, szintén alulról felfelé fejlodo örvények, az ún. gustnadók sem tartoznak a tornádókhoz a fenti definíció szerint, mert ezek sincsenek kapcsolatban a konvektív felhozettel.

 

1. kép: Tipikus tornádó struktúrák

 

A tornádók illetve felhotölcsérek vizuális megjelenésüket általában annak köszönhetik, hogy belsejükben a drasztikusan lecsökkeno légnyomás hatására a vízgoz kicsapódik, ami létrehozza a jellegzetes formájú - távolról gyakran ék vagy keskeny kötél alakú, a felho felé kiszélesedo – felhoképzodményt (2. kép). Amennyiben a levego túl száraz vagy a nyomás nem elég alacsony ahhoz, hogy a tölcsérforma kialakuljon vagy a talajig fejlodjön, a tornádót forgó por vagy törmelék tömegként figyelhetjük meg (3. kép). A tornádó definíciójával kapcsolatban hangsúlyozni kell, hogy a tornádó a levego forgása, nem pedig a felhozet forgása. Így ha nem is látjuk a felhotölcsért földet érni vagy egyáltalán semmi sincs, ami megfesse a forgást a felszínen, ám az örvény mégis pusztít, akkor is tornádóról beszélünk. Néhány esetben pedig a csapadék miatt nehézkes a vizuális érzékelésük (csapadékba burkoltak, angolul „rain-wrapped”), ebbol kifolyólag szabad szemmel nem is követhetoek nyomon, illetve megfigyelésük csak egy bizonyos, korlátozott szögbol lehetséges (3. kép).
 
2. kép: Tornádók változó karakterisztikával rendelkezo kondenzációs tölcsérrel, 2004. május 12. Attica közelében fent bal oldal, fent jobb oldalon egy 2004. június 10-i DNY nebraskai tornádó, középen balra és jobbra Binger közeli 1981. május 22-i tornádó melynél az örvényt por/homok takarja, 1989. május 13. (Hodges) disszipálódó stádium, amikor a tölcsér egy keskeny, kötélszeru formát ölt (alsó két kép). Fotó: Howard B. Bluestein

 

A tornádók élettartama változó, fennmaradhatnak néhány percig vagy akár egy óránál tovább is, ám a legtöbb esetben csak 10 percig vannak jelen. Átmérojük általában néhány száz méter, de alapvetoen 10 m-tol 1,5-2 km-ig terjedhet, rendkívüli esetben pedig akár a 3-4 km-t is elérheti. De a legtöbb tornádó határozottan kisebb átméroju, mint a mezociklon (ezek általában 2-5 km átmérojuek), amelybol legtöbbször kifejlodnek. Általában egy tornádó erosödésével no annak átméroje és élettartama, azonban ez a megállapítás a megfigyelések alapján nem mindig érvényes. A veszélyes idojárási események, azon belül is a mezociklonnal rendelkezo izolált szupercellák kísérojelenségei közül a tornádók a legpusztítóbbak és legveszélyesebbek. Jellemzoen a szignifikáns tornádók (>= EF3 - a tornádók erejét méro EF-skáláról lásd késobb!) mind szupercellákhoz köthetoek, azonban a jelenség kialakulásához nem szükséges e zivatartípus létrejötte.

A szél sebessége a tornádókban 20 m/s-tól 140 m/s-ig terjedhet, bár általában azzal kapcsolatban nincs egyetértés, hogy mi a sebességkritérium alsó határa. A tornádó haladási sebessége fontos, mert ennek segítségével meghatározható az alsó sebességhatár: egy gyorsan mozgó (pl. 20 m/s) igen gyenge örvény (pl. az érinto irányú szélsebesség az örvényben csak 20 m/s) is okozhat szignifikáns kárt azon az oldalon, ahol a földfelszínhez viszonyított szél a legnagyobb.

 
 

a) Fotó: Howard B. Bluestein

b) Fotó: Howard B. Bluestein

c) Fotó: Howard B. Bluestein

d)
3. kép: a) és b) - példák olyan tornádókra, ahol vizuálisan nincs kapcsolat a felhovel; c) és d) - példák csapadékba burkolt tornádókra

 

A tornádók többségénél a legerosebb széllökések nem érik el az 50 m/s-ot, azonban egy kis hányaduknál (legerosebb 1 %) ez az érték akár a 75 m/s-ot is meghaladhatja (3 másodperces szélsebesség átlag). Ezek, jellemzoen EF4-EF5-ös besorolást kapó tornádókhoz kötheto az áldozatok nagy része (mintegy 70 %-a) az USA-ban. Egy átlagosan 100 m átméroju tornádó középpontja közelében a vertikális tengelyu örvénylés nagysága 1 s-1-ot is elérheti (az másodpercenként egy fordulat tesz meg). A tengelyirányú (radiális) beáramlás sebesség átlagosan 20-60 m/s között változik.
Az északi féltekén a legtöbb tornádó ciklonálisan (azaz az óramutató járásával ellentétesen) örvénylik az oket létrehozó szupercellához hasonlóan, azonban néhány esetben anticiklonálisan (azaz az óramutató járásával megegyezoen) örvénylo tornádós szupercellák is elofordulnak. Néha elofordul az az eset is, hogy egy ciklonálisan örvénylo tornádós szupercellában ciklonális és anticiklonális tornádó egyaránt létrejön. Ezek jellemzoen a ciklonálisan örvénylo tornádó (vagy ahol korábban tornádó volt) párjaként (nem mezociklonális jelleggel) jelennek meg a hátoldali leáramlás átellenes végében (lásd 4. kép).

 

4. kép: Példa ugyanazon szupercellán belül létrejövo ciklonálisan (fent jobbra) és anticiklonálisan (fent balra) örvénylo tornádóra 2006. április 24-én El Reno (Oklahoma) közelében. A szaggatott fehér vonal jelöli az RFD gust frontjának hozzávetoleges helyzetét a felhoalapnál. Fotó: Howard B. Bluestein
 
 

Egyes tornádók további kisebb skálájú (szubtornádó-skála) örvényeket tartalmazhatnak, melyek a tornádó tengelye körül mozognak (5.kép). Ezeket a híres tornádó-kutató, Ted Fujita szívótölcséreknek, szatelit vagy másodlagos örvényeknek nevezte el. Az ilyennel rendelkezo tornádókat ún. többörvényes tornádóknak (multiple-vortex) hívjuk. Úgy tunik, hogy ezen másodlagos örvények a felelosek a lokálisan jelentkezo rendkívüli pusztításért és a károk térbeli változékonyságáért. T. Fujita elsoként mutatott rá, hogy nyílt terepen (építményektol, erdoktol mentes) ezek az örvények egy ciklonálisan elrendezodo kárnyomot hagynak maguk után, miközben a tornádó fo tengelye körül mozognak (6. kép), részben körbetáncolják azt, majd disszipálódnak. További jellemzojük a szívótölcséreknek, hogy az örvénycso tengelye kifelé hajlik a magassággal, a tornádó tengelyéhez képest.

 


5. kép: Példa többörvényes tornádóra
6. kép: Közeli felvételek szívótölcsérekrol (1999. május 3. Verden Oklahoma, fotó: Howard B. Bluestein). Jobb oldalt - többörvényes tornádó jellegzetes felszíni kárnyoma a levegobol (1960. Ted Fujita)
 

 

Amikor egy örvénylo légoszlop egy kondenzációs tölcsérfelhoként láthatóvá válik és nincs kapcsolatban a felszínnel, akkor azt mezociklonális tubának nevezzük. Sokszor azonban nehéz eldönteni, hogy mezociklonális tubáról vagy tornádóról beszélünk, ha a talaj menti örvénylés nem elég eros ahhoz és/vagy a felszíni viszonyok korlátozzák, hogy látható törmelék kerüljön a magasba.

Tornádókat már számos eltéro orográfiai tulajdonsággal rendelkezo terület felett megfigyeltek. A más és más térszíneken fellépo súrlódási viszonyokból adódó légköri inhomogenitás eltéro módon befolyásolhatja egy tornádó tulajdonságait. Ilyen lehet például a tornádó mozgásában esetlegesen fellépo imbolygás, illetve egyéb a helyi szélnyírási viszonyokban bekövetkezo változások (hol erosebb, hol gyengébb) melyek egyaránt csökkenthetik vagy növelhetik egy tornádó kialakulását, intenzitását.

 


2. Tornádóklimatológia

 

Tornádók a Föld bármely kontinensén létrejöhetnek, kivéve az Antarktiszon. A jelenség kialakulásához a legkedvezobb körülményeket az USA középnyugati területein találhatjuk meg (Tornádó-folyosó - lásd 1. ábra), melyekhez a térség földrajzi adottságai nagyban hozzájárulnak. Az ország nyugati harmadát (nagyjából 2000 km szélesen elterülo) hegyvidék uralja, ahol a legmagasabb csúcsok (a Sziklás-hegységben) 4000 m fölé nyúlnak. A domborzat kelet felé nem hirtelen, hanem fokozatosan megy át alföldi síkságba, a közbenso, nyugati részén hozzávetolegesen 1000 m magas, kelet felé fokozatosan lejto „fennsíkot” nevezzük Prérinek (angolul „Great Plains”), ezen terül el a Tornádó-folyosó.

 

 
 1. ábra: Az USA-beli Tornádó-folyosó elhelyezkedése

 

Mivel az USA is az északi félteke mérsékelt övében található, természetes, hogy itt is a nyugatias áramlás az uralkodó, ami általában a tavasz közepétol a nyár elejéig a legintenzívebb foként a kontinens és a tengervíz közötti homérsékletkülönbség miatt. Ugyanakkor ebben az idoszakban még a magassági teknok is markánsak és kelloen hidegek a tél utóhatásaként (lásd 2. ábra). Az óceán felol nyugatról érkezo ciklonok és magassági teknok ugyanakkor nedvességük nagy hányadát csapadék formájában a Sziklás-hegység nyugati részén hagyják. Ennek következtében, miután átkeltek a hegyvidéken, és fokozatos süllyedésbe kezdenek egészen az alföldi területekig, a süllyedésük során úgy melegszenek, hogy külön energiát már nem kell vízcseppek párologtatására fordítania. Mindez azt eredményezi, hogy az átkelo légtömegek magasabb homérsékletuek lesznek ugyanazon a magassági szinten a hegyvidék keleti felén, mint a nyugatin. Továbbá ez a fon hatás a hegység keleti felén, a légtömegen belül olyan vertikális homérsékleti profilt eredményez, ami a talaj felé közeledve eroteljes melegedéssel, és ami még fontosabb, megfordítva, felfelé haladva eroteljes huléssel jellemezheto. Mindez a légrétegzodés igen eros labilizálódásához vezet, amelyet a kimélyülo ciklonok keleti oldalán a Mexikói-öböl feloli markáns alacsony szintu nedvesség és ho transzport tovább fokoz (lásd ismét 2. ábra) a középnyugati területek felett. Ezek a folyamatok pedig igen heves zivatarok kialakulásához teremtik meg a feltételeket.

 

tornado alley
2. ábra: Tipikus szinoptikus helyzet a Tornádó-folyosó felett (1 - hideg levego áramlása a magasban nyugat felol, 2 - markáns jet stream a magassági tekno peremén, 3 - száraz meleg levego délnyugatias irányból, 4 - alacsonyszintu nedvesség- és hotranszport a Mexikói-öböl térségébol)

 

Az így kialakult légrétegzodés azonban kétélu fegyver: egyrészt a levegot a magasban kiszárítja, így hiába labilis a légkör, a feláramlásokat és a felhoket a száraz levego bekeveredése elemészti; másrészt ez a fajta süllyedo melegedés eroteljes inverziót idéz elo az alacsonyabb rétegekben, ami konvektív tiltásként jelentkezik: a talaj alapú konvekciónak át kell törnie a tiltást ahhoz, hogy a labilis rétegeket elérje. Ezt a szituációt az amerikaiak „loaded gun”-nak (magyarul csore töltött fegyver) nevezik, mivel ha megfelelo emelés átsegíti a légelemet a konvektív tiltás szakaszán, a feláramlás extrém labilitású környezetbe kerül, ami hatalmas légköri energiákat szabadít fel, a feltöltött fegyver hirtelen elsül.
Ha megfelelo labilitási és nedvességi viszonyokhoz kelloen nagy vertikális szélnyírás társul például a tekno peremén kialakuló eroteljes futóáramlás, a jet stream következtében (lásd 2. ábra), akkor adottak a feltételek igen intenzív szupercellák létrejöttéhez. A szélnyírást tovább növelheti a délies, intenzív felszínközeli advekció a ciklonok meleg szektorában, amit az ottani terminológia gyakran „low-level jet”-nek nevez (többé-kevésbé a nálunk használatos meleg-nedves szállítószalag megfeleloje). Ez az áramlás általában markánsan jobbra forduló hodográfot eredményez, ez pedig együtt jár a helikalitás megnövekedésével. Mindezek a tényezok pedig igen eros tornádók kialakulását teszik lehetové. (További részletekért lásd az alábbi írást!) 

 

Tornádókban aktív térségeket (3. ábra) - bár az USA-hoz képest szerényebb elofordulási gyakoriságokkal - a Föld más részein is találhatunk. Ezek jellemzoen a magasabb hegységek leáramlás felöli oldalán és a jelentos hokapacitással rendelkezo vízfelületektol északra, illetve délre (Föld féltekeitol függoen) helyezkednek el. Ilyen helyek többek között: Délkelet-Kína (Dél-Kínai tengertol északra és a Tibeti-platótól keletre); Banglades (Bengáli-öböltol északra és a Himalájától dékeletre); Brazilia déli része (Andoktól keletre és a Dél-Atlanti-óceántól északnyugatra); Észak-Olaszország egy része, Szlovénia, Horvátország (Adriától északra és az Alpoktól délkeletre). Azonban a Föld más részin is találhatunk tornádó járta vidékeket, ahol jellemzoen nem túl gyakoriak a szupercellák. Ilyen például Florida Keys és számos Mediterrán sziget térsége, ahol a nem mezociklonális tornádók a gyakoriak. Ezekrol a tornádótípusokról részletesen egy késobbi írásunkban olvashattok. Magyarországon minden évben kialakulnak tornádók, éves számuk tizes nagyságrendu, és idehaza tekintélyes hányaduk szintén nem-szupercellás eredetu (a tubák ennél jóval gyakoribbak).
 
3. ábra: A tornádók elofordulásának kedvezo napok éves gyakorisága (Brooks et al. 2003.)
 
Tornádók a nap bármely szakaszában elofordulhatnak, azonban a Tornádó-folyosóban jellemzoen a késo délutáni, kora esti órákban jelennek meg, ami azt jelzi, hogy kapcsolat van a tornádók kialakulása és a besugárzás napi ciklusa között. A zivatarképzodés általában a napi maximum homérséklet elérését követoen vagy nem sokkal azután következik be, mely során a szupercellák akár az esti órákig is kitarthatnak. Azonban más környezeti faktorokkal is számolni kell a tornádók kialakulása szempontjából: amikor a késo délutáni (kora esti) óráktól a felszíni besugárzás csökkenni kezd illetve a naplementéhez közeledve megszunik, a légkör vertikális átkeveredése is mérséklodik, az átkevero örvények által létrehozott planetáris határréteg magassága pedig lecsökken, teteje elválik a szabad légkörtol (amelyett a felszín napi homérsékletváltozásai már nem befolyásolnak). Ennek eredményeképpen a felszíni szél balra fordul a magassággal, ez pedig az alacsonyszintu vertikális szélnyírás megnövekedéséhez vezet. Ha ilyen feltételek mellett szupercellás zivatarok alakulnak ki, akkor növekszik annak esélye, hogy bennük tornádó is kialakuljon. A jelenség a megfigyelések alapján késo délután 18:00 magasságában kezd kicsúcsosodni, ezért az ottani viharvadász körökben elterjedt a „mágikus 18:00 óra” elnevezés. Ezzel szemben az mezoléptéku konvektív zivatarrrendszerekben (MKR), amelyek csírái gyakran délután jelennek meg, és éjszakára érik el érett fázisukat, nem ritka, hogy éjjel jelennek meg tornádók (USA-beli megfigyelések). Továbbá éjszakai szupercellákban is figyeltek már meg tornádót, amikor is a zivatarképzodés - nappali besugárzás híján - valamilyen egyéb markáns emelohatás következtében valósul meg (pl. front). 

 


3. Tornádók életciklusa és külso megjelenésük
 

A következokben tekintsük át a tornádók kifejlodésének vizuális jegyeit, a kezdeti fejlodo stádiumtól az örvény leépüléséig.

 

Fejlodo stádium

 

 

  • eleinte a szupercella fo feláramlásánál egy kerekded csapadékmentes felhoalapot figyelhetünk meg, mely a mezociklon jelenlétére utal (lásd 7b kép).

  • a kifejlodo falfelho ill. a körülötte magasabb szinten elhelyezkedo felhoalap erosödo rotációja, ami az alacsonyszintu örvénylés fokozódását jelenti (lásd 7c kép).

  • az RFD területén kialakul egy világosabb csapadékmentes terület, az úgynevezett tiszta rés (lásd 7c és 7d kép).

  • a folyamat innentol kétféle képpen alakulhat: vagy folytatódik a fokozódó örvénylés vagy az RFD túl korán alávágja a feláramlást.

  • az örvénylés további erosödésével a falfelho alapjánál megjelenik a kondenzációs tölcsérfelho (lásd 7d kép).

  • a folyamat a felszíni rotáció megjelenésével, majd fokozatos erosödésével folytatódik, miközben a tölcsérfelho keresztmetszete növekszik.

 


a
) A szupercella felülnézeti sematikus képe a tornádó fejlodo stádiumában, a kék vonalak a leáramlásokhoz tartozó frontvonalakat jelölik, a nyilak a jellemzo áramlási képet festik meg, a zöld terület a csapadék területét mutatja, a kék folt a hátoldali leáramlás régióját

b
) A mezociklonhoz tartozó jellegzetes lencseformájú felhoalakzat

c
) A falfelho megjelenése és erosödo rotációja, a tiszta rés (nyíllal jelölt terület) megjelenése. Fotó: Alan Moller

d
) A tölcsérfelho és tiszta rés (nyíllal jelölt terület) megjelenése. Fotó: Mike Umscheid
7. kép: A fejlodo stádiumú tornádó jellegzetességei és kísérojelenségei

 

 

 

Érett stádium

 

  • a tornádó teljes életciklusa alatt ez a legveszélyesebb szakasz, mely során az örvény a legerosebb intenzitását mutatja.

  • a tölcsérfelho tengelye gyakran vertikális pozíciót vesz fel (lásd 8b és 8c kép) és nem feltétlenül éri el a felszínt (lásd 8c kép).

  • az RFD/clear slot (tiszta rés) eloször a déli, majd a keleti irányból fokozatosan körbetekeredik a falfelho körül, mely során a tornádót tápláló meleg, nedves levego beáramlást gyengítheti, alávághatja.

  • a hátoldali kifutó front egyre inkább kidudorodik (patkó alakot ölt - lásd 8a kép), miközben a falfelho és tornádó ennek a végén foglal helyet, az okklúziós régióban.

  • amennyiben az RFD kello képpen meleg és nedves, azaz "meleg RFD-rol" beszélünk (a csapadék párolgása következtében kialakuló hoveszteség ellenére is csak mérsékelt a homérsékleti deficit), akkor ez a tornádó élettartama szempontjából kedvezoen hathat (kevésbé vághatja alá a feláramlást).

 

a) A szupercella felülnézeti sematikus képe a tornádó érett stádiumában, a kék vonalak a leáramlásokhoz tartozó frontvonalakat jelölik, a nyilak a jellemzo áramlási képet festik meg, a piros háromszög a tornádó helyét mutatja, a zöld terület a csapadék területét mutatja.

b) Tornádó a kifejlett stádiumban

c) Kifejlett stádiumú tornádó

d) Kifejlett ék alakú tornádó
8. kép: Az érett stádiumú tornádó jellegzetességei

 

 

 

Leépülo stádium

 

  • az RFD teljesen körbeöleli a tornádót és a huvös levego alávágja a feláramlást (lásd 9a kép).

  • a tölcsérfelho összeroskad, kibillen a tengelyébol és egy torzult kígyózó formát vesz fel. Ekkor a tornádó az úgynevezett "kötél stádiumba" kerül (lásd 9b, 9c és 9d kép).

  • az örvény még ekkor is veszélyes marad, bár ereje és kiterjedése már közel sem olyan, mint az érett stádiumban.

  • azonban a nagyobb tornádóknál elofordulhat, hogy a "kötél stádiumon" nem esnek át.

  • a disszipálódó tornádótól néhány km-re keletre a falfelho ismét regenerálódhat és a folyamat újra indulhat.

 

a) A szupercella felülnézeti sematikus képe a tornádó leépülo stádiumában, a kék vonalak a leáramlásokhoz tartozó frontvonalakat jelölik, a zöld terület a csapadék területét mutatja, a nyilak a jellemzo áramlási képet festik meg, a piros, vékony háromszög a kötél fázisú tornádó helyét mutatja, a szürke pötty az okklúziós pontot

b) Kötél fázisú tornádó a leépülo stádiumban

         c) Kötél fázisú tornádó a tiszta résben.                     d) Különösen csavarodó kötél fázisú tornádó
Fotó: Mike Umscheid, KCBD-TV
9. kép: A leépülo stádiumú tornádó jellegzetességei

 


a)

b
)
10. kép: További példák érdekesen megcsavarodott tornádókra a leépülo stádiumban, miközben a kondenzációs tölcsér felso szakasza fokozatosan elhal. Fotó: Howard B. Bluestein

 

 

Tornádó vagy valami más?

Számos légköri, természeti jelenséget, ember alkotta építményt vagy mesterséges képzodményt észlelhetünk tévesen tornádónak. Ilyenek lehetnek például:
 
  • fractus felhoformációk: ezek általában az intenzív csapadékhullás következtében létrejött, tépett struktúrájú felhofoszlányok, melyek megvastagodva tornádószeru alakot vehetnek fel. (11a kép)
  • csapadéksáv: zivatarok intenzív, határozott kontúrú csapadéksávja is emlékeztethet tornádóra.  (12a kép)
  • farokfelho: általában szupercellás zivataroknál fordul elo, és a feláramlás által történo eroteljes szívást jelzi. Ilyen esetekben a csapadékos terület felol is megindul a levego áramlása a feláramlás és a mezociklon területe felé, aminek hatására a vízgoz kicsapódása azonnal végbemegy, ez pedig létrehozza a jellegzetes farok formájú lhoalakot. (11c kép)
  • gustnadó: ez a fajta forgószél a zivatarok kifutószélfrontja mentén jelenik meg, annak a perdületét hasznosítja. Bár gustnadók vizuálisan nagyon hasonlítanak a tornádóhoz, világos megkülönbözteto jegyük lehet, hogy nem a felhobol nyúlnak alá, hanem a talajról építkeznek felfelé egy szélrohamvonal mentén. 
  • füst: a zivatar beszívása esetenként nem csak a csapadékos területre, hanem a felszíni törmelékre vagy gyárkéményre is kiterjed. A függolegesen felszívódó anyagot pedig tévesen tornádónak ítélhetjük. (12b és 12d kép)
  • adótorony
  • gabonasiló
Annak eldöntéséhez, hogy az általad megfigyelt jelenség tornádó-e (tuba) vagy sem érdemes azt néhány percen keresztül (> 3 )megvizsgálni és a következo kérdéseket feltenni:
 
  • Tisztán látom?
  • A megfigyelt jelenség egy vertikális tengely körül örvénylik?
  • A jelenség a zivatar felhoalapjához kapcsolódik?
  • A jelenség a zivatarcella azon részén helyezkedik el, ahol a tornádók jellemzoen megjelennek? (pl. a cella hátsó oldalán a fo feláramlás régiójában, azaz a mezociklon legintenzívebben örvénylo részében)
  • Ha úgy tunik, hogy egy tornádóról van szó, akkor képzodik törmelék a felszínen?
Amennyiben ezen kérdések bármelyikére is nemleges választ kapsz, akkor jó eséllyel nem tornádót (tubát) látsz. Ha ezután is kétségeid merülnek fel, folytasd a megfigyelést!

 


a) Alacsonyszintu fractusok

b) Falfelho szívása a csapadék felol
 
c) Farokfelho

d) Falfelho szívása a csapadék felol (agweatherwatcher.com)
11. kép: Példák tornádóra emlékezteto felhoformákra, amelyek valójában nem tornádók

 

 

a) Csapadéksáv

b) Felszíni törmelék, füst felszívása (accuweather.com)

c) Eromubol kiáramló gozfelho Fotó: Jeffrey Towers

d) Füst beszívása
12. kép: Példák tornádóra emlékezteto felhoformákra, amelyek valójában nem tornádók

 

4. Tornádók felépítése és dinamikája

 

A tornádók morfológiájáról és dinamikájáról már számos fotogrametrikus tanulmány, laboratóriumi kísérlet és numerikus szimuláció készült, melyeknek köszönhetoen részletes áramlási képet kaptunk a jelenségrol. Ez alapján a tornádó és annak környezete öt régióra osztható (13 kép):
 
Külso régió (I.): A külso régiót egy spirálisan befelé örvénylo, súrlódásmentes légáramlás jellemzi, melynek sebessége a tornádó tengelyéhez közeledve egyre gyorsul (a befelé gyorsuló légáramlásért az impulzusmomentum-megmaradása a felelos).

 

Mag (központi régió II.): A központi (mag) régió a tornádó tengelyétol a maximum szélsebesség sugaráig terjed ki. Ez tulajdonképpen a tölcsérfelho területe. Az intenzív forgásnak köszönhetoen a légrészek jó közelítéssel ciklosztrófikus egyensúlyban vannak, ami azt jelenti, hogy a tornádó tengelye felé mutató horizontális nyomási gradiens ero és a nagy kerületi sebességgel rendelkezo légáramlás következtében létrejövo centrifugális ero egyensúlyt tart fenn egymással. Emiatt ez a régió egy centrifugálisan eroteljesen stabil terület, hiszen a radiális/sugár irányú elmozdulások tekintetében igencsak ellenálló. Ez azt eredményezi, hogy egy csaknem beszívás mentes magot (központi régiót) kapunk.

Sarkok (perem régió III.): A perem régió az a terület, ahol az eredetileg horizontális beáramlás vertikális tengelyuvé válik.

 

Sekély talaj menti (be)áramlás régiója (IV.): A tornádóba talajon beáramló levego rétegvastagsága valahol 10 és 100 m között változik, amit a felszíni súrlódásnak köszönhetoen eroteljes turbulencia jellemez. E súrlódás megakadályozza a ciklosztrófikus egyensúly kialakulását, ami radiális komponensu, spirális beáramlást eredményez a tornádó tengelyének irányába. Ez a spirális beáramlás az impulzusmomentum megmaradás értelmében egyre nagyobb szélsebességeket jelent az örvény tengelyéhez közeledve. Így paradox módon a súrlódás ebben az esetben az örvény erosödéséhez vezet.

 

Örvénylo feláramlás régiója (V.): Ez nem más, mint a tornádó felett elhelyezkedo nagyobb skálájú örvénylo feláramlás.

 

 13. kép: Tornádó öt régiója Fotó: Paul Markowski

 


5. Az EF-skála

 

Dr. Ted Fujita 1971-ben alkotta meg a tornádók erosségének becslését szolgáló Fujita skálát (F-skálát), ez a megfigyelt károk alapján sorolta a tornádókat 6 fokozatba (F0-tól F5-ig, mely növekvo erosséget jelent). A skálát hosszú évtizedeken keresztül használták, de hiányosságai egyre inkább elotérbe kerültek. Ezeket a következokben foglalhatjuk össze:

 

    • A kárjelzok (KJ) hiánya. Ezek olyan építmények, tárgyak, melyek sérülési fokából egyértelmuen következtetni lehet a szélerosségre.

    • Nincsenek megfelelo feljegyzések a különféle épületszerkezetek minoségérol és változatairól. Nem mindegy ugyanis, hogy a tornádó egy nagy teherbírású épületet vagy egy gyengébb szerkezetu házat rombolt le, ebbol téves következtetéseket vonhatunk le a szélsebességre vonatkozóan. 

    • Nincs definiálva a kár és a szélsebesség közötti kapcsolat. Ennek hiányában csak durva közelítéssel adható meg a kialakult szélerosség.

 

E hibák kiküszöbölése valamint a skála tökéletesítése szükségessé vált, mivel a tornádók erejének meghatározásánál gyakran ellentmondások keletkeztek, ami sok esetben a szélsebességek túlbecsüléséhez vezetett. Az új osztályzás, amelyet 2007-ben vezettek be, a Módosított Fujita skála (Enhanced Fujita Scale; EF-Scale) nevet kapta, amely az F-skálához hasonlóan hasonlóan szintén 6 fokozattal rendelkezik (lásd 1. táblázat).

 

 
1. táblázatban azt a folyamatot követhetjük nyomon, amikor különbözo számítási és átalakítási lépéseket követoen eljutunk a „javasolt” EF-skála osztályokhoz.

 

A korábban említett túlbecsült értékeket lassú mozgású viharok valamint az épületszerkezetek gyenge pontjai is okozhatják. Példaként elmondható, hogy egy nagyon jól megépített ház esetében egy 418km/h-s szél nem feltétlenül okoz tökéletes pusztítást. Ezt számos tudományos cikk is alátámasztja (Minor et al., 1977.; Phan és Simiu, 2003.). A Fujita skálából hiányoznak a könnyen azonosítható kárjelzok, melyek létfontosságúak ahhoz, hogy minél pontosabban becsülhessük meg a szélsebességet. Ezt a hiányosságot felismerve a Texasi Muszaki Egyetem Széltudományi és Muszaki Kutató Központja (TTU-WISE) egy projekt kivitelezését indítványozta, melynek keretében ezeket a hibákat kijavították és módosították a Fujita skálát.

 
 

Kárjelzok és kárfokozatok

A TTU kutatócsoportja 28 kárjelzot (épületek, egyéb struktúrák, fák) vezetett be. Minden egyes kárjelzohöz különbözo számú kárfokozatot rendeltek. Az egymást követo kárfokozatokhoz (KF) egyre magasabb várható szélsebesség-értékek kapcsolódnak. Ezeket a kárfokozatokat a kezdeti, már érzékelheto károktól a kárjelzok teljes pusztulásáig követhetjük nyomon. E megközelítés haszna az, hogy a jövoben további kárjelzoket lehet hozzáadni a jelenlegi listához - amint a megfelelo információk rendelkezésre állnak.
Az egyes kárfokozatokhoz tartozó várható szélsebesség-értékeknek van egy felso és egy alsó határa. Ez annak köszönheto, hogy bizonyos körülmények eltéréseket okozhatnak. Ilyen lehet például, ha egy épület tetoszerkezetét nem megfeleloen rögzítik, és a tehereloszlásban egyenetlenségek keletkeznek, illetve hasonló bizonytalanságot jelentenek az egyéb karbantartási hiányosságok is. Tehát a várható szélsebesség érték, mely meghatároz egy adott kárfokozatot, bizonyos normál tényezok együttállásán alapul (pl. gyenge pontok hiánya, megfelelo épületanyagok, építési követelmények betartása, folyamatos karbantartás, stb.). Ezek alapján beláthatjuk, hogy egy adott kárfokozathoz tartozó szélsebesség meghatározása igen nagy kihívás. Ez a fajta megközelítés magában foglalja a szerkezeti analízist, mely nem más, mint a komponensek és struktúrák ellenálló képességének vizsgálata. Ebben az esetben tehát azt számítják ki az egyes kárfokozatoknál, hogy mekkora az a szélsebesség, mely egy adott szerkezet stabilitását megbontja.

 

Kárjelzok és kárfokozatok leírása

Minden egyes kárjelzohöz a következo információk állnak rendelkezésre:
 

  • A kárjelzo neve

  • A jellemzo szerkezet leírása

  • A kárfokozatokhoz tartozó várható szélsebességek, valamint ezek alsó és felso határai (lásd 1. táblázat)

  • A kárfokozatokhoz tartozó szélsebességekrol készült, ezeket reprezentáló grafikonok (lásd 15f kép)

  • Fénykép egy tipikus kárjelzorol (kivéve a legnyilvánvalóbbakat)

  • A jellemzo kárfokozatot illusztráló fénykép

     

Minden egyes kárjelzohöz tartoznak kárfokozatok, melyek segítségével végigkövethetjük a pusztítást a kezdeti károktól a teljes megsemmisülésig. Ahhoz, hogy megértsük ezt a folyamatot, egy tipikus kétszintes családi házon (könnyuszerkezetes!) mutatjuk be, hogy az egyes kárfokozatok hogyan követik egymást. Az elso fázisban érzékelhetové válik maga a kártétel. A következo lépésben az épület a héjazatának (pl. bitumen zsindely) egy részét (<20%) elveszíti (lásd 14a kép), majd ezt követoen, a harmadik fázisban a repülo törmelékek hatására az ablakok és ajtók üvegei kezdenek betöredezni. Ezután további tetoborító anyagok válnak le, valamint a tetoszerkezet egy része vagy egésze felemelkedik. Ezt követoen a szél irányától függoen a garázsajtó ki- vagy beszakad (lásd 14b kép). A belso nyomás eredményeként betörnek az ablakok vagy az ajtók károsodnak. A tetoszerkezet egy része vagy egésze elszáll, ezáltal a falak felülrol elveszítik stabilitásukat (lásd 14c kép). A felso szint külso falai összeomlanak, amit a belso falak követnek. A folyamat a födém felválásával, majd levegobe emelkedésével folytatódik. Ezt követoen az alsó szint falai veszítik el felülrol a stabilitásukat, így eloször a külso, majd a belso falak is összedolnek – kivéve a kisebb szobákét, kamrákét vagy folyosókét (lásd 14d kép). Az utolsó kárfokozat a kétszintes családi ház teljes pusztulása (14e kép). Egy eros tornádóban ezek az események igen gyorsan lejátszódnak. A tornádó pusztításához nagyban hozzájáruló repülo törmelékek miatt berobban a teto és a falak. Az 5-ös kárfokozat nem szerepelt a fenti leírásban, hiszen a nem megfelelo rögzítés hatására alkalmanként az egész ház leemelkedhet az alapjáról.

 

Itt kell eloszlatnunk azt az általánosan rögzült mítoszt, hogy a tornádó képes a benne létrejövo nyomásesés hatására felrobbantani házakat, épületeket. Nos, elméleti számítások és mérések alapján is a nyomásesés a tornádóban mindössze 100 hPa (ez is szélsoséges esetben), ami a légköri nyomás mindössze 10 százaléka, ráadásul a házak nem tökéletesen zárnak, tehát pillanatok alatt kiegyenlítik ezt a nyomáskülönbséget, még egy ilyen légköri jelenség esetében is. A károk minden esetben a hatalmas szélsebesség következtében keletkeznek, nem a nyomáskülönbség hatására.
 

a) 2. Kárfokozat

b) 4. Kárfokozat

c) 6. Kárfokozat

d) 7. Kárfokozat

e) 10. Kárfokozat

f)
14. kép: Egy családi ház elpusztulásának egyes kárfokozatai képekben a) b) c) d) e) és az ehhez tartozó szélsebesség értékek f)

 

 

A fentiekbol láthattuk, hogy a kárfokozatok egymást követték, így ha csak a kétszintes ház teljes tetoszerkezete semmisül meg, de a külso falak állva maradnak, akkor elmondhatjuk, hogy ez a 6-os kárfokozatnak felel meg (2. táblázat), melynél a várható szélsebesség 196km/h. Ez az érték 167-228km/h között változhat a körülményektol függoen.

 

 2. táblázat: Egy kétszintes, könnyuszerkezetes családi házhoz, mint kárjelzohöz tartozó kárfokozatok

 

Azonban érdemes megjegyezni, hogy kárfelmérés során egyetlen épület vagy egyéb kárjelzo nem elegendo egy tornádó osztályzásához. A legjobb eljárás az, feltéve, ha lehetséges, hogy minél több kárjelzot vizsgálunk meg és használunk fel a tornádó EF-skálájának meghatározásához.

Normál körülmények között a várható szélsebesség az az érték, mely a legnagyobb valószínuséggel idézi elo az adott kárt. Vannak azonban olyan körülmények, melyek eltérést okozhatnak (felfelé és lefelé egyaránt) a várható szélsebességhez képest, az adott kárfokozaton belül. A kárbecslo feladata eldönteni, hogy a tényleges érték magasabb-e, vagy alacsonyabb a várható szélsebességhez képest. Az EF-skála osztályzata kizárólag az adott kárjelzore nézve érvényes.

 

 

A tornádó osztályozásának menete

Az osztályzás bemutatja egy tornádó életciklusa alatt becsült legnagyobb szélsebességet. Közismert, hogy a szél erossége a pusztítás sávjában igen változó. Ha az aktuális szélerosség nagyobb, mint az adott kárjelzo teljes pusztításához szükséges szélsebesség felso határa, akkor ennek meghatározása nem lehetséges. Például egy családi ház esetében a teljes pusztításhoz szükséges szélsebesség felso határa 354km/h, így ha a tornádó ereje ennél nagyobb, akkor már nincs további kárfokozat, ami jelezhetné ezt a szélerosséget.

 

15. kép: Részletes kárfelmérést követo EF-skála besorolás (számozott kárjelzok). Kék szaggatott nyíl a tornádó mozgásának iránya és fo csapásvonala, ahol a károk alapján egy EF 4-es tornádó söpört végig; narancs színu nyilak jelzik a konvergens szélkárokat, melyek a fo tengely irányába mutatnak; rózsaszín nyilakkal a ciklonális beáramlásra utaló kárnyomokat jelölik

 
 

 16. kép: A tornádó által okozott kár nyomvonala (NY-K tengelyu barna sáv, melyet a vegetáció zöldes részei vesznek körül) Massachusetts fölött, amit egy 2011. június 1-i tornádó okozott. A felvételt a Landsat 5 muhold készítette

 

Ezért ahhoz, hogy meghatározhassuk egy tornádó EF-skála besorolását, a következo lépésekre van szükség:

 

  • A levegobol történo vizsgálat során azonosítjuk a lehetséges kárjelzoket valamint a pusztítás kiterjedését.

  • Kiválasztunk néhány kárjelzot, melyek a pusztítás sávjában a legnagyobb szélsebességet reprezentálják.

  • Lokalizáljuk ezen kárjelzok helyét a pusztítás sávjában.

  • A földrol történo megfigyelés során körültekintoen megvizsgáljuk a kárjelzok jellegzetességeit.

  • A következokben meghatározzuk az EF-skála osztályozást az egyes kárjelzok esetében és az eredményeket dokumentáljuk.

  • A kárjelzokre meghatározott szélsebességeket mérlegeljük, s így végül megkapjuk az EF-skála osztályzást.

  • A tornádó erosségének meghatározásához a legmagasabb osztályzattal rendelkezo kárjelzot alkalmazzuk, feltéve hogy a kárjelzo közvetlen környezetében nagyon hasonló kárintenzitás figyelheto meg.

    Az alapadatokon kívül feljegyzünk más, az eseményhez szorosan kapcsolódó információt is.

     


A soron következo anyagunkban (Tornádók II.) részletesen megismerhetitek a mezociklonális tornádók keletkezését, az örvény dinamikáját, elorejelzésüket és további érdekes részleteket a jelenség hátterérol.
 

 
Bevezető: 

Tudományos anyagunk első részében a mezociklonális tornádók általános jellemzésén túl megismerhetitek a kialakulásuk szempontjából kedvező klimatológiai körülményeket, életciklusukat, felépítésüket és az EF-skála gyakorlati felhasználását.

Forrás: 
  • Severe Convective Storms and Tornadoes Observations and Dynamics (Howard B. Bluestein)
  • Mesoscale Meteorology in Midlatitudes (Paul M. Markowski, Yvette P. Richardson)
  • What is a tornado? (Charles A. Doswell III)
  • A Recommendation for an ENHANCED FUJITA SCALE (EF-Scale) (WIND SCIENCE AND ENGINERING CENTERTexas Tech University)
  • Tornado Life Cycle (crh.noaa.gov)
Írta / készítette: 

Kun Sándor, Csirmaz Kálmán és Buglyó Anett

Fordította: 

Kun Sándor, Csirmaz Kálmán és Buglyó Anett

Kategória: 
Tudományos cikk

Kapcsolat

Magyarországi Viharvadászok és Viharkárfelmérők Közhasznú Egyesülete

info@szupercella.hu

Készítette

Viharvadászok Egyesülete
CodeOne.hu

Jogi tudnivalók

Az oldalon található minden tartalom (az oldal készítői és az oldali felhasználói által a weboldalon vagy a mobil applikációkon keresztül feltöltött szöveg, kép, videó, mérési eredmény, stb.) - kivéve ahol a feltüntetett információk ettől eltérnek - a Magyarországi Viharvadászok és Viharkárfelmérők Közhasznú Egyesületének tulajdonát képezi. Bármilyen nemű felhasználáshoz az Egyesület írásbeli hozzájárulása szükséges. A weboldal tartalmai szabadon hivatkozhatók a forrás feltüntetésével. Köszönjük a befogadást!

Támogatás, pályázat