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

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 legerosebb széllökések meghaladhatták a 120 km/h-t, illetve a legnagyobb jégátméro az 5 cm-t is elérhette. Az infrastrukturális és mezogazdasági károk több száz millió forintot tettek ki.

Korábban a met.hu honlap hasábjain már született egy szakmai elemzés a helyzet meteorológiai hátterérol. Jelen esettanulmányunk viharvadász szemszögbol vizsgálja meg a szerdai napon kialakult szupercellák fejlodését és jellegzetességeinek hátterét trajektóriaszámítások és modell elorejelzések (ECMWF és GFS) segítségével, külön kitérve a nagy pusztítást is végzo 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 elorejelzéseknek megfeleloen 2015. május 6-án egy hullámzó front vonult át az ország felett, mely egy északnyugat-európai ciklonrendszerhez tartozott (1. ábra). A front eloterében meleg és nedves levego áramlott: 28-30 °C-os homérsékletek alakultak ki 2 m-es magasságban, ehhez társulva 850 hPa-on pedig magas ekvivalens potenciális homérsékletu levego nyomult az ország fölé délnyugati irányból. A meleg légtömeghez tartozó magassági gerinc a Szahara térségébol húzódott fel a Kárpát-medencéig, miközben nyugat felol egy középtroposzférikus hosszúhullámú tekno közeledett (2a. ábra). A teknohöz 500 hPa-on jelentos hidegadvekció is kapcsolódott, mely foként 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 szélsebességu, központi régióját (jet mag), mely délnyugat felol fokozatosan közelített hazánk felé, magassági divergencia is kísérte. További nagytérségu hatásként említheto meg a teknovel összefüggésbe hozható több szinten is zajló pozitív örvényességi advekció (2d. ábra), mely ugyancsak kedvezett a feláramlásoknak, az érkezo talaj- és magassági fronthoz kötheto nedvességkonvergenciákkal karöltve.

 

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

 

2a. ábra: A GFS homérséklet (színezés °C-os egységekben) és
geopotenciál (fehér vonalak 20 gpm-enként) elorejelzési 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)
elorejelzési 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) elorejelzési 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 érkezo front talaj menti szakasza egy kisebb hidegbeáramlás formájában már a reggeli órákban eloresietett a magassági fronthoz képest, és betört az ország északnyugati területeire (lásd a 3a. ábrán az északnyugatira történo 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 köszönhetoen az érintett északnyugati területeken jelentosebb talaj alapú labilitás már nem halmozódott fel a nap folyamán, ám magasabb szinteken a frontfelületre felsikló magas ekvivalens potenciális homérsékletu levego továbbra is táptalajt biztosított emelt jellegu konvekció kialakulásához. A front magassági szakasza az éjjeli órákhoz képest az északnyugati határaink közelébe hullámzott vissza (3b. ábra), majd a délutáni, késo délutáni órákban helyezodött át fölénk, és lódult meg délkeleti irányba, elindítva (egyéb kényszerhatásokkal együtt) a kiterjedt zivatartevékenységet.

 

3a. ábra: A talajfront hozzávetoleges helyzete, a légnyomás
(folytonos vonalak hPa-onként) és szélmezo (szélzászlók) 10 m-en, valamint az elorejelzett csapadék (színezés mm-es egységekben) 09:00 UTC-kor az ECMWF elorejelzése alapján
(az aznapi 00:00 UTC-s futásból)
3b. ábra: A magassági front hozzávetoleges helyzete,
ekvipotenciális homérséklet (színezés  °C-os egységekben) és
szélmezo (szélzászlók) 850 hPa-on az ECMWF elorejelzése
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, megfelelo nedvességi viszonyok, és megfeleloen nagy szélnyírás szükséges. A megfeleloen nagy általában 15 m/s feletti 0 és 6 km közötti szélvektor különbség értékeket jelent, bizonyos körülmények között azonban ennél kisebb szélnyírás is elegendo lehet, továbbá az alacsony felhotetovel rendelkezo ún. mini-szupercellák a sekélyebb (alsó 3 km-es) légréteg nyírási viszonyait is hasznosítani tudják. Az említett három tényezorol érdemes egy kicsit részletesebben beszélni, hiszen nagyban befolyásolták az aznapi zivatarok jellegét és térbeli lefedettségét. A labilitási és szélnyírási viszonyok tekintetében az európai ECMWF idojárási modell futásai az eseményt megelozo 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 lehetoségét is elore 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 mezovel, amely hasonló térbeli elrendezodést követve nott. A délután bekövetkezo magassági hideg advekciónak köszönhetoen a (talaj)front elotti területeken megugrottak a labilitást számszerusíto, felszíni eredetu ún. SBCAPE értékek. A Balaton, Velencei-tó és Gerecse vonalától keletre, délkeletre eso 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 eltéro térbeli eloszlású labilitással számolt (600-900 J/kg-os maximálisan felhalmozódó SBCAPE, az Északi-középhegység középso vidékein ennél magasabb). Utolsó környezeti faktorként néhány szó a nedvességi viszonyokról. A zivatarok képzodése szempontjából fontos 0-3 km-es, átlagos relatív nedvesség a front eloterében nem mutatkozott túlzottan magasnak, inkább csak a front tengelyén, illetve mögötte beszélhetünk elegendo, rendelkezésre álló nedvességrol. Azonban az 55-65 %-os értékek is boven elegendonek bizonyultak több helyen eloforduló izolált zivatarképzodéshez. A további részletekbe meno elemzéstol eltekintve a körülmények összességében kedveztek a tömegesen megjeleno 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) elorejelzése 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 elorejelzés

 
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 elorejelzése (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 rendelkezo területek felett jött létre és erosödött meg. Átlagosan az élettartamuk több mint 2 órára volt teheto (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 felfuzésével jöttek létre.

 

5. ábra: Az egyes szupercellák trajektóriája
(a szupercellák számjelzése alatt az idopont a szupercellák kialakulásának idopontját 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 megfeleloen történt.

 

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

a) a cella hosszú életu (élettartama legalább egy óra) és megfeleloen magas radarreflektivitású (> 40 dBZ)

b) némileg deviánsan mozgott az átlagszélhez képest

c) a horizontális és vertikális radarmetszeteken megfigyelhetok a szupercellákra jellemzo 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 lehetové a mezociklonok azonosítását (A legnagyobb kiterjedésu és a legtöbb pusztítást végzo C05 cella esetében azonban egyértelmuen azonosítható volt a forgás - lásd a 4. fejezetet!). Továbbá az összes szóba jöheto celláról fényképes dokumentáció sem készült. Emiatt a fenti feltételrendszer gyengítésével, az elso három pont teljesülése esetén már szupercellaként azonosítottuk egy adott zivatart. Néhány cella kis kiterjedése miatt ugyanakkor könnyen elofordulhat, hogy a radaros mérések alapján nem sikerült szupercellaként azonosítani olyan, viszonylag hosszabb életu (élettartam ~ 1 óra) zivatarokat, amelyekben beindulhattak az örvénylo 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 elso szupercella (C01) Ausztria felol, Sopron térségében lépett be az ország területére. Az országhatár mentén a HP szupercellán (6. ábra) bow echós kitüremkedés is megjelent, majd leérve a hegyekrol a kedvezotlen meteorológiai és egyéb körülmények (labilitás hiánya, talajfront alávágása, pozitív orografikus tényezok megszunése, lecsúszás a magassági front vagy konvergencia (850 hPa) tengelyérol) hatására fokozatosan elgyengült, és Gyor 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 eros szélnyírási viszonyokkal (30 m/s 0-6 km) szemben a labilitás és háttéremelési tényezok 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 Gyort elhagyó gyenge zápor-zivatar klaszter kelet felé fejlodve egyre labilisabb és csökkeno szélnyírással rendelkezo területre helyezodött 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 fejlodo 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 erosödött, miközben attól délre egy szakadozott vonalú gyenge multicellás „rendszer” épült ki. Az idoszak vége felé a leglabilisabb zóna (Duna-vonala) peremén újabb szupercellák (C03 és C04) jöttek létre (8. ábra). Ekkorra már nemcsak a front, hanem a tekno elooldali pozitív örvényességi mezok és magassági divergencia is átfedésbe kerültek a labilitási maximummal és a 20-25 m/s-os (0-6 km) szélnyírással rendelkezo területekkel. Emiatt a Balatontól délre, Somogy-Baranya térségében megjelentek az elso 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 tengelytol északra három jól elkülönült szupercella haladt keleti irányba (9. ábra). E cellákat jellemzoen a heves kategória határán mozgó kísérojelenségek követték. A fent említett tengelytol délre a Baranyát eléro prefrontális konvekcióból egy újabb szupercella fejlodött ki (C07). A konvektív klaszteren belüli zivatarok jellemzoen még hibrid vagy marginális szupercella jelleget öltöttek, azonban 17:15 UTC-re a legkeletibb zivatar robbanásszeruen megerosödött, 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 címu 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 jelzésu 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 jelzésu szupercella 18:15 UTC után interakcióba lépett a C05-ös szupercellával, majd beleolvadt abba. Az idoszak végéig az déli országhatár közelében még egy szupercella jött létre (C08), amelyrol nem érkezett heves kísérojelenségeket alátámasztó jelentés (10. és 13. ábra).

 

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

 

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

 

12. ábra: A C04-es szupercella jobbra haladó tagja és falfelhoje 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 megkülönbözteto tényezok a cellák csapadékrégióinak térbeli eloszlása és intenzitása. Ez alapján három típust különítünk el. Az elso az úgynevezett gyenge csapadékú (low precipitation – LP) szupercella, amelyben a csapadék nagy része a feláramlástól igen messze helyezkedik el az elooldalon, a hátoldali régióban pedig szinte nem is zajlik számottevo csapadéktevékenység. A spektrumon a következo csoportot a klasszikus (classic – CL) szupercellák alkotják, ahol a csapadék zöme az elooldali csapadékban (forward flank downdraft - FFD) területén hullik le és a hátoldali leáramlásban (rear flank downdraft – RFD) csak kis, közepes mennyiségu csapadék figyelheto meg. A spektrum másik végén találhatók a nagy csapadékú (heavy vagy high precipitation - HP) szupercellák. Az elmúlt évtizedek megfigyelései alapján a HP szupercellákról a következoket 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 fejlodnek ki és mozognak. A megfelelo 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 jellemzoek.
  • A HP szupercellák jellemzoen nagyobbak, mint CL vagy LP társaik.
  • Nagy kiterjedésu és rendkívül intenzív csapadékhullás jellemzi, mind az FFD, mind az RFD területét.
  • Az (alacsonyszintu) mezociklon gyakran jelentos csapadékba ágyazott és a többi szupercella típushoz viszonyítva a cella elooldalához közelebb helyezkedik el.
  • A HP szupercellákat rendkívül eros leáramlások, légzuhatagok és pusztító jégesok (foként az RFD területén), valamint villámárvizek kísérhetik. Ezek a cella élettartamától függoen hosszú és viszonylag széles sávban jelentkezhetnek.
  • A radarokon jellemzoen 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 jellemzojük, hogy akár több mezociklonjuk és körülhatárolt gyenge reflektivitási régiójuk (Bounded Weak Echo Region, röviden BWER) is lehet.
  • Tornádók általában az alacsonyszintu mezociklon területén vagy a kifutó front vezeto éle mentén, illetve ha már bow echóvá fejlodött 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 radarmérésbol eloállítva)
14b. ábra: "S"-alakú radarmintázat (amerikai eset)
15a. ábra: 1999-es "Tornadocane" HP szupercella spirális radarmintázata (amerikai eset)  15b. ábra: Több reflektivitási maggal rendelkezo 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 különbözo életciklusokat követhetjük nyomon. 1-tol 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 elorébb helyezkedik el, miközben a cella radaros mintázata vese illetve bab alakot ölt). A 4. állapottól kezdodoen két lehetséges fejlodési szakaszt különíthetünk el. Az egyik esetben (5a-8a) a HP szupercella fokozatosan bow echóvá fejlodik, még a másik esetben egy új mezociklon képzodik. A két lehetséges életciklus újra és újra megismétlodhet, sot 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 focella és másodlagos cella, ahol értelemszeruen az utóbbi olvad bele a másikba) jelzésu szupercellák elkülönült reflektivitási maggal, szupercellákra jellemzo határozott feláramlási (BWER) régiókkal (17a. és 17b. ábra), a C05-ös zivatar a radiális széltérképeken jól azonosítható mezociklonnal (18. ábra) rendelkeztek. Az ezt követo bo 20 percben viszont megkezdodött a két szupercella összeolvadása. Bár mindkét esetben jobbra haladó szupercelláról volt szó, a C05 jelzésu 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 felso, 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 mérésbol
(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 értelmu forgás helyét.

 

A tudományos irodalomban fellelheto 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 muködését nagyban befolyásolják a beáramlás területén zajló folyamatok, hiszen ha ebbe a régióba érkezik egy másik cella és annak csapadéka, akkor az ebbol származó zivataros hideg légtömeg könnyen alávágja a másik cella feláramlását. Összességében tehát lényeges szempont a másodlagos- és a focella mozgása, egymáshoz viszonyított pozíciója és a beolvadási pont helye (Jaret et al., 2008). Jelen esetben a másodlagos cellánk a focellától délnyugatra helyezkedett el, melynek köszönhetoen 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 focella beáramlására, rendre kisebb térbeli kiterjedésuek voltak (Jaret et al., 2008), hasonlóan a C06-oshoz. Ennek oka, hogy egy kisebb térbeli kiterjedéssel rendelkezo cella értelemszeruen kisebb csapadékos régióval is rendelkezik, így az abból létrejövo zivataros hideg légtömeg kevésbé befolyásolhatja a focella beáramlását. Az idoben 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 focella RFD-jébe és, vagy szárny-felhotorony (idegen szóval flanking line) zónájába megkezdodött 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 idoeltolódással (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 muködésére és dinamikájára, ahhoz ismernünk kell a fo feláramlás és a szárny-felhotorony területén zajló folyamatokat, és a két régió közötti kölcsönhatásokat. Már jó néhány évvel ezelott számos radaros megfigyelés (Lemon, 1976; Barnes, 1978a) és modellszimuláció (Kulie and Lin, 1998) bebizonyította, hogy a flanking line területérol származó kis skálájú (forgó) tápláló cellák rendre egyesülnek a szupercella mezociklonjával. A folyamat során a cella fo feláramlási sebessége megnott, a mezociklon alatti felszíni légnyomás csökkent, és a maximális vertikális örvényesség is nott. 1996-ban Wolf et al. egy olyan esetet tanulmányozott, ahol a szupercellák összeolvadását egy intenzív tornádó kialakulásával kapcsolták össze. Ezt késobb szimulációk (Kogan és Shapiro, 1996; Finley, 2001 és 2002) és Lee et al. 2006-os esettanulmánya is megerosítették, ahol a cellaegyesülés (a szárny-felhotornyok zónáján kívül érkezo szupercellák és nem szupercellák beolvadása egy másik szupercellába) a reflektivitás és, vagy örvényesség növekedéséhez vezetett, mely a feláramlások megerosödésével járt. Ezen cellaösszeolvadások jelentos részénél tornádógenezis és/vagy intenzív légzuhatagok is bekövetkeztek. Úgy tunik, hogy e hídcellák (és másodlagos cellák) mentén megjeleno baroklinitás és a másodlagos cella (akár forgó feláramlásának) beépülése a focella szárny-felhotorony zónájába egy erosebb vihart eredményezhet. Emellett azonban érdemes megjegyezni, hogy mai napig számos folyamat tisztázatlan a cellaösszeolvadásokkal kapcsolatban, különösképpen a másodlagos cellák hatása a szupercellákra. Az összeolvadás idopontjában három magassági szinten (1000, 3000 és 6000 m) is vizsgáltuk a reflektivitási mezok 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 focella 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 elott bekövetkezett az összeolvadás (21. és 22. ábra).

 

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

 

 

21. ábra: 3 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekbol legyártva)
egymást követo idopontokban 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 idobeli alakulását a fo 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 elso erosödési ciklusa és utolsó gyengülési szakasza a vihar kialakulását, illetve disszipálódását mutatja. A szupercella életciklusa során több erosödési 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 idoszak bizonyult. Ekkor a 6000 méteren mért maximum reflektiviási érték 10 dBz-vel, míg a 3000 méteren mért értékek 7 dBz-vel nottek.

 

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

 

Ha a C05-ös szupercella reflektivitási értékeit összevetjük az országban aznap tevékenykedo egyéb, hosszú életu és eros szupercellákkal, láthatjuk, hogy az összeolvadást megelozo idoszakban hasonló értékeket produkált, mint a többi cella (24. és 25. ábra), az összeolvadás után azonban a nap legerosebb szupercellájává fejlodött. 18:45 UTC-re a vihar maximum reflektivitása 6000 m-n elérte a legnagyobb értéket (5-10 perccel az összeolvadást követoen), ami 64 dBz volt. Ekkor a vihar a Bodoglár környéki erdoség felett járt, ahonnan a legnagyobb erdokárokról érkeztek jelentések.

 

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

 

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

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

 

26. ábra A C05-ös és C06-os szupercellák területének változása az 5 perces kompozit radarmérésekbol legyártva. Piros függoleges vonal az összeolvadás kezdetének idopontját jelöli.

 

A C05-ös szupercellán kívül érdemes még megemlíteni a C03/a, b és c cellákat is, hiszen 18:20 UTC-tol a focella (C03/a) eloterében egy újabb zivatar alakult ki. Azonban a C05-ös viharral ellentétben ez a másodlagos cella a focella beáramlási területén tevékenykedett, melynek hatására annak fo feláramlását alávágta. Így végül a C03/a cella olvadt bele a C03/b cellába. A folyamat bo 10 perccel késobb megismétlodött, hiszen az újonnan létrejövo C03/c zivatarba (marginális szupercella) olvadt bele a C03/b. (27. ábra).

 

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

 

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 erosödését eredményezte.

 

4.3 A C05-ös szupercella leghevesebb életszakasza

(Károk a Bodoglár-Mindszent tengelyen)

 

Az összeolvadást követo bo harminc percben a C05-ös szupercella teljes erovel 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 süllyedo 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) erosítettek 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 alacsonyszintu mezociklonja köré tekeredo csapadékelemek hatására vált láthatóvá (29. ábra).

A vihar hozzávetolegesen a Tisza vonaláig „S” alakú radarmintázatot vett fel, s ekkor okozta a legnagyobb pusztítást, foként a Bodoglár környéki erdokben, ahol mai napig folynak a helyreállítási munkálatok (30. ábra). A mezogazdasági 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 radarmérésekbol eloállítva)
egymást követo idopontokban 18:45 és 19:00 UTC között ötperces mintavételi frekvenciával.
Az MC az alacsonyszintu 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: Jellemzo viharkár Bodoglár környékén (forrás: majsa.info).

 

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

 

4.4 A C05-ös szupercella bow echó stádiuma

 

19:15 UTC-tol a szupercella egyre inkább kiáramlás dominánssá vált, miközben a bow echókra jellemzo íves formát kezdett öltetni. Sok esetben a HP szupercellák fejlodési 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 fejlodési stádiumait (16. ábra), hiszen a 7a-8a fejlodési ciklust a C05-ös cella megfeleloen tükrözte (32. ábra). A radiális széltérképek hiánya ellenére az animált radarképeken is viszonylag jól kiveheto 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 kifejlodött. Az ehhez kapcsolódó kis skálájú és nem túl hosszú életu mezoskálájú örvény azonban csak rövid ideig járult hozzá a cella életben maradásához.

 

32. ábra: 3 km-es magasságban készült CAPPI metszetek (a háromdimenziós kompozit radarmérésekbol eloállítva)
egymást követo idopontokban 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 kedvezo meteorológiai körülményeknek köszönhetoen bizonyíthatóan 9 szupercella alakult ki az ország területén, melyek közül az egyik (C05) szignifikáns heves eseményeket is produkált, elsosorban a Duna–Tisza közén. A megfigyelt vihar a tole délnyugatra haladó másik szupercellával kapcsolatba lépett, majd összeolvadt azzal. Az interakció során a C05-ös zivatar ereje és területe folyamatosan nott és vált az aznapi szupercellák közül a legintenzívebbé. Az összeolvadás során dönto szerepet játszott C06-os cella pozíciója (a fo feláramlást délnyugat-nyugat felol közelítette meg), hiszen így az nem befolyásolta negatívan a focella 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 létrejövo konvergencia triggerel (Simpson, 1980; Lee et al., 2006).

  2. A magasabb szinteken elvégzett radarmérésekbol már korábban következtethetünk a feláramlások erosödésére, hiszen a cellák reflektivitási régiói eloször itt olvadnak össze. Azaz a hidrometeorok növekedése is itt indul meg eloször, ami összefügg a feláramlások erosödésével (Lee et al., 2006).

  3. 1000 méteren nehezen követheto volt az összeolvadás, ezért a 3000 és 6000 méteren nyert adatokat vettük alapul.

  4. A cellák intenzitásának meghatározásánál két tényezot vettek alapul néhány külföldi esettanulmányban (Lee et al., 2006; Jaret et al. 2008): a reflektivitást és az örvényességet. Az elso mérésnél azt feltételezték, hogy a maximum reflektivitási értékek növekedése értelemszeruen egy erosebb vihart jelent, amihez erosebb 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 erosödésével.

 


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.

 

 


 

 

 

 

 

 

Bevezető: 

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.

Írta / készítette: 

Kun Sándor, Bondor Gyula, Csirmaz Kálmán

Kategória: 
Publikáció

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.

Támogatás, pályázat