Tekst / Artykuł

Joanna POPŁAWSKA
Zakład Klimatologii UW
TORNADA WYWOŁANE PRZEZ CYKLONY ZWROTNIKOWE
W STANACH ZJEDNOCZONYCH (1950-2012)
TROPICAL CYCLONE TORNADOES IN THE UNITED STATES
(1950-2012)
Tornado to gwałtownie obracająca się kolumna powietrza, będąca w kontakcie
z ziemią, zwisająca z chmury burzowej Cumulonimbus i często (choć nie zawsze)
widoczna w postaci leja kondensacyjnego (ang. funnel cloud). W przypadku braku
leja o istnieniu tej intensywnej lokalnej cyrkulacji związanej z powierzchnią ziemi
świadczą różne przedmioty oraz odłamki wirujące nad podłożem. Średnica tornada
zwykle nie przekracza kilkuset metrów, a prędkość wiatru w wirze szacowana jest
na podstawie zniszczeń, które po sobie zostawia, i niekiedy może osiągać nawet
ponad 300 km/h (83 m/s). Zjawiska te występują prawie na wszystkich kontynentach, choć najczęściej formują się nad środkowo-wschodnią częścią Stanów
Zjednoczonych, gdzie wyróżniono nawet specjalny obszar nazywany Aleją Tornad
(Glossary…, 2000). Co roku obserwuje się tam średnio ok. 1000 wirów powietrznych. Ze względu na równinne ukształtowanie tego terenu często dochodzi tam
do kontaktu skrajnych pod względem termicznym mas powietrza. Wilgotne
i gorące powietrze znad Zatoki Meksykańskiej może przemieszczać się daleko
na północ, a suche i zimne powietrze znad Kanady – daleko na południe. Na ich
styku tworzą się liczne układy burzowe, które przyjmują niekiedy postać superkomórek (ang. supercells). Jednak tylko 5% burz w USA stanowi bardzo poważne
zagrożenie, a zaledwie 1% wszystkich burz wywołuje tornada (http://www.erh.
noaa.gov/lwx/swep/Spotting.html). Występują one o każdej porze dnia, ale najwięcej
Prz. Geof. LVIX, 1-2 (2014)
J. Popławska
58
zjawisk notuje się w godzinach popołudniowych. Na podstawie danych z ostatniego
dziesięciolecia można stwierdzić, że maksimum wirów przypada w Stanach Zjednoczonych na maj i czerwiec (NOAA1), a w Polsce na lipiec i sierpień (Lorenc, 2012).
Ze względu na wyjątkowo duże natężenie tornad w USA, stamtąd pochodzi
większość publikacji na ich temat. Amerykańscy uczeni jako pierwsi dokonali
klasyfikacji tych zjawisk. Wyróżnili więc tornada superkomórkowe (ang. supercell
tornadoes), tornada niezwiązane z superkomórką (nonsupercell tornadoes), które mogą
powstawać nad wodą (waterspout) lub nad lądem (landspout), i tornado na linii
szkwału (gustnado) (Glossary…, 2000). Najgroźniejszym typem zawirowań są tornada superkomórkowe. Zjawiska te tworzą się w chmurze Cumulonimbus, w której
rozwija się mezocyklon (ang. mesocyclone) – wirujący prąd wstępujący powietrza
wywołany przez uskoki wiatru (tj. zmiany kierunku i prędkości wiatru na różnych
wysokościach). Ich obecność wymusza poziomą cyrkulację powietrza przy gruncie,
której oś może zostać odchylona w kierunku pionowym, gdy natrafi na gwałtowne
prądy wstępujące. Jeżeli prąd zstępujący w burzy będzie dostatecznie silny, by
spowodować zejście rotacji poniżej podstawy chmury burzowej, może utworzyć
się tornado. Stanowi ono największą koncentrację energii w atmosferze, a na trasie swego przejścia wyrządza zwykle ogromne szkody, widoczne w postaci pasa
zniszczeń (Ahrens, 1982).
W USA występują też jeszcze inne zjawiska w postaci wirującej kolumny
powietrza, które w odróżnieniu od tornad superkomórkowych nie są związane
z mezocyklonem. Są to słabsze od nich zawirowania typu landspout (występujące
nad lądem) oraz waterspout (występujące nad wodą). Zjawiska te tworzą się w strefie konwergencji mas powietrza, które napływają z różnych kierunków. Pozioma
zmiana prędkości wiatru przy gruncie może wtedy wymusić rotację powietrza.
Rotacja ta pojawia się znacznie poniżej podstawy chmury Cumulonimbus lub Cumulus
congestus. Gdy natrafi ona na silny prąd wstępujący (wywołany zmianami temperatury powietrza w pionie zgodnie z gradientem suchoadiabatycznym), może utworzyć się wirująca kolumna powietrza (Bluestein, 1985).
Tornado powstające na linii szkwału (gustnado) to krótkotrwałe zjawisko, które
występuje w strefie układających się wzdłuż linii układów burzowych o wspólnej
genezie. W przeciwieństwie do innych tornad, powietrze wiruje w nim tylko do
pewnej wysokości i na ogół rotacja ta nie sięga podstawy chmury burzowej.
W słowniku meteorologicznym Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego
(Glossary…, 2000) zawirowania związane z linią szkwału są klasyfikowane jako
rodzaj tornada, ale w USA nie prowadzi się ich oficjalnego monitoringu. Wiry
powietrzne nazywane są ogółem „whirlwinds”.
W polskiej literaturze każde z tych zjawisk określa się mianem trąby powietrznej. Przyjmuje się, że jest to „wiatr wirowy wokół osi pionowej, o ograniczonej
1
zob.: http://www1.ncdc.noaa.gov/pub/data/cmb/images/tornado/clim/tornadoes_bymonth.png.
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
59
średnicy (kilkadziesiąt metrów), w postaci wirującego słupa zwisającego z rozbudowanej chmury Cumulonimbus do powierzchni Ziemi”, tornadem zaś nazywana
jest „silna trąba powietrzna występująca w Ameryce Północnej, o średnicy do
kilkuset metrów, powodująca nieraz katastrofalne zniszczenia” (Słownik…, 2003).
Znane jest również pojęcie trąby wodnej, czyli „trąby powietrznej powstającej
nad powierzchnią wody, zwłaszcza nad morzem”, która w odróżnieniu do trąby
tworzącej się nad lądem ma mniejszą średnicę (Słownik…, 2003). Jednakże w ciągu
ostatnich lat badań nad wybranymi wirami z obszaru Polski udowodniono, że
powstały one w wyniku mezocyklonu – m.in. przypadek z 20 lipca 2007 r. (woj.
śląskie), czy z 15 i 16 sierpnia 2008 r. (woj. opolskie, śląskie, łódzkie, mazowieckie i podlaskie)2.
Nawiązując do definicji tornada superkomórkowego z Glossary of Meteorology
(2000), można stwierdzić, że groźne zjawiska tego typu mogą się tworzyć też nad
polskim terytorium. Potwierdza to m.in. H. L o r e n c, która wyróżniła małoskalowe
wiry powietrzne jako „formę baryczną generującą maksymalne prędkości wiatru
w Polsce”3. Zaliczyła do nich zjawiska powstające „podczas intensywnej konwekcji na stosunkowo niedużym obszarze – burze termiczne, szkwały i trąby
powietrzne”. Te ostatnie, z uwagi na warunki tworzenia się w naszych szerokościach geograficznych, jej zdaniem można podzielić na dwie grupy: związane ze
strefami frontów szkwałowych oraz związane z superkomórką (Lorenc, 2012).
W innych krajach europejskich także notowano zawirowania zależne od mezocyklonu. Obecny w polskiej terminologii dotychczasowy podział wirów powietrznych, odnoszący się głównie do ich regionalnego występowania (trąby powietrzne
w Europie i tornada w USA), wydaje się wiec już nieprecyzyjny. Być może należałoby podzielić te zjawiska, uwzględniając przede wszystkim mechanizm ich
powstawania:
– tornada, czyli zjawiska związane z mezocyklonem, tj. powstające w wyniku
przejścia superkomórek burzowych,
– trąby powietrzne, czyli zjawiska niezwiązane z mezocyklonem, tj. tworzące
się w wyniku przejścia innych układów burzowych (ze względu na rodzaj podłoża,
nad którym powstają, można spośród nich wyróżniać trąby lądowe i trąby wodne).
Należy jednak pamiętać, że niekiedy superkomórki burzowe przechodzące nad
wodą także mogą formować tornada (tornadic waterspout). Mechanizm ich powstawania
jest podobny jak w przypadku tornad tworzących się nad lądem (supercell tornadoes).
Interesujące jest również zjawisko masowego występowania wirów powietrznych (tornado outbreak), które w polskiej terminologii można tłumaczyć jako inwazob. J. Parfiniewicz, 2010, Tornado w rejonie Częstochowy…, Prz.Geof. LIV, 3-4 s. 147-181, Warszawa;
Lorenc H., 2012, Maksymalne prędkości wiatru w Polsce, IMGW, PIB, Warszawa, s.64-87.
3
Maksymalne prędkości wiatru w Polsce pojawiają się też jej zdaniem w wyniku porywów wiatru
związanych z ogólną cyrkulacją atmosfery nad naszym krajem oraz podczas przejścia wiatrów fenowych
(Lorenc, 2012).
2
60
J. Popławska
zja tornad. Jest to formowanie się w grupach (lub pojedynczo) więcej niż 10 wirów4
z jednej komórki burzowej lub w wyniku połączenia się kilku komórek, w czasie
nie dłuższym niż 48 godzin (Galway, 1977). Niekiedy inwazje te następują po
sobie, tworząc serie inwazji tornad (tornado outbreak sequence).
Stany Zjednoczone są również narażone na występowanie cyklonów zwrotnikowych (tropical cyclones), które docierają nad wschodnie i południowo-wschodnie
wybrzeże w okresie od maja do grudnia, a ich maksimum przypada wyraźnie na
wrzesień (NOAA5). Są to „intensywne burze wirowe, które rozwijają się nad
tropikalnymi wodami w rejonie bardzo ciepłej wody powierzchniowej6” (Holton, 2004). W zależności od prędkości wiatru w cyklonie zwrotnikowym wyróżnia
się depresję zwrotnikową (tropical depression) – z wiatrami do 17 m/s, burzę zwrotnikową (tropical storm) – z wiatrami od 18 do 32 m/s oraz huragan7 (hurricane) –
z wiatrami wiejącymi powyżej 33 m/s (Glossary…, 2000). Na podstawie skali
Saffira-Simpsona huragany klasyfikuje się ponadto według ich natężenia: 32,742,6 m/s – kategoria 1, 42,7-49,5 m/s – kategoria 2, 49,6-58,5 m/s – kategoria
3, 58,6-69,4 m/s – kategoria 4, powyżej 69,5 m/s – kategoria 5 (Lorenc, 2012).
W odróżnieniu od niewielkiej średnicy tornad, cyklony zwrotnikowe mają zasięg
kilkuset kilometrów, a w ich zasięgu występują liczne układy burzowe. Co więcej,
utrzymują się o wiele dłużej (niekiedy do paru dni) niż tornada, które zanikają
nawet po kilku minutach (Bluestein, 1993) Niekiedy cyklony przyczyniają się do
powstawania tornad, co już dawno udowodniły badania amerykańskich naukowców. Tę ciekawą formację J. S m i t h (1965) po raz pierwszy określił jako hurricane-tornado, natomiast A. P e a r s o n i A. S a d o w s k i (1965) nazwali ją hurricane-induced tornado – tornado wywoływane przez huragan. Warto jednak wiedzieć, że
znane są przypadki tornad powstałych w wyniku przejścia burzy lub depresji
zwrotnikowej, więc powyższe pojęcia nie do końca są ściśle sformułowane. Obecnie na określenie tych zjawisk używa się terminów Tropical Cyclone Tornadoes,
TC Tornadoes lub TCT. W polskiej terminologii brakuje odniesienia do tego pojęcia,
dlatego w dalszej części pracy będzie stosowany skrót TCT.
TCT powstają, gdy w cyklonie zwrotnikowym spełnione są wszystkie warunki
fizyczne – analogiczne do warunków genezy tornad występujących w innych układach burzowych. Gdy cyklon przejdzie nad ląd, ocean nie stanowi już dla niego
4
We wcześniejszej definicji za tornado outbreak przyjmowano zjawisko występowania co najmniej
6 tornad.
5
zob.: http://www.nhc.noaa.gov/climo/images/peakofseason_sm.gif.
6
Niezbędnym warunkiem do powstania cyklonu jest m.in. temperatura wody powierzchniowej
powyżej 28 °C.
7
Termin huragan odnosi się do silnych cyklonów zwrotnikowych występujących na północnym
Atlantyku. W innych regionach świata stosuje się zamiennie pojęcia: tajfun (wschodnia Azja), cyklon
(region Indii) czy willy-willy (wybrzeża Australii). Znane są też lokalne nazwy: mauritius (Madagaskar),
baguio (Borneo), cordonazo (wybrzeże Kalifornii), orkan (Europa) i inne.
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
61
źródła energii potrzebnej do dalszego rozwoju – jego siła maleje i zaczyna słabnąć.
Ze względu na tarcie o podłoże lądu jego prędkość wiatru tuż nad ziemią spada
szybciej niż w górnych warstwach atmosfery. Z badań wynika, że właśnie te silne
pionowe uskoki wiatru na małych wysokościach, wywołane przez wiatry o prędkości 8-10 m/s przy ziemi oraz wiatry o prędkości 25-30 m/s na wysokości 850 hPa,
w głównej mierze sprzyjają formowaniu się TCT. Zmienny jest także kierunek
tego wiatru. Co ciekawe, niestabilność termiczna nie odgrywa istotnej roli w procesie tworzenia się tych wirów – pojawia się znacznie bliżej powierzchni ziemi.
Burze w cyklonie mają mniejszy zasięg niż typowe burze konwekcyjne, w których
niestabilność cechuje już wyższe partie atmosfery (Novlan, Gray, 1974; Gentry,
1983; McCaul, 1991).
Na półkuli północnej tornada formują się zwykle w przedniej prawej ćwiartce
cyklonu8 (między azymutem 30° i 120° w stosunku do toru, po którym porusza
się oko cyklonu9). J. Smith określił to miejsce mianem uprzywilejowanej ćwiartki
(preferred quadrant) (Okołowicz, 1969). Najczęściej wiry tworzą się w odległości
200-400 km od oka cyklonu (McCaul, 1991). Na podstawie badań naukowców
z USA stwierdzono, że ponad połowa cyklonów przyczynia się do powstania
chociaż jednego tornada, a 75% z nich wywołuje minimum 10 wirów (tornado
outbreak). Tworzą się one niezależnie od pory dnia czy nocy. Zdarza się, że pojawiają się nawet do 3 dni po wejściu cyklonu nad ląd (Okołowicz, 1969).
Celem niniejszej pracy jest charakterystyka występowania tornad wywołanych
przez cyklony zwrotnikowe (huragany, burze zwrotnikowe lub depresje zwrotnikowe), jak również przedstawienie ich przebiegu wieloletniego, rocznego i dobowego w Stanach Zjednoczonych w latach 1950-2012. Dodatkowo został oszacowany również bilans ofiar śmiertelnych i osób rannych w wyniku przejścia tych
groźnych zjawisk.
Metody badawcze i źródła danych
Teoretyczną część pracy oparto na literaturze dotyczącej zjawiska tornada,
cyklonu zwrotnikowego i tornada wywołanego przez cyklon. Na podstawie spisu
TCT w USA dostępnego na stronie internetowej http://www.tornadoproject.com/
alltorns/allhurricanes.htm oraz na stronie http://www.spc.noaa.gov/misc/edwards/
TCTOR/tctor.xls uzyskano informacje odnośnie do daty i miejsca wystąpienia TCT.
Następnie odszukano każdy przypadek tornada w bazie danych na stronie www.
tornadohistoryproject.com/ i pobrano niezbędne materiały (stan z 3 VIII 2013 r.).
8
Na półkuli południowej wiry występują zwykle w przedniej lewej ćwiartce, ale mało jest badań na
ten temat.
9
Np. jeżeli cyklon przemieszcza się na północ, tornada mogą się pojawić na północo-wschód od
oka cyklonu.
62
J. Popławska
Dotyczą one dokładnego terminu wystąpienia danego zawirowania (dzień, miesiąc, rok) i godziny jego zetknięcia się z podłożem. Każdemu z tornad nadano też
stopień jego natężenia według skali Fujity10 i dokładne miejsce wystąpienia (stan,
hrabstwo). Można tam znaleźć też wzmianki o liczbie poszkodowanych w wyniku
przejścia danego wiru.
Badane były tylko te tornada, które zostały wywołane przez cyklony zwrotnikowe (tj. huragany oraz burze i depresje zwrotnikowe) docierające do USA w latach
1950-2012. Prześledzono m.in. ich częstość (z roku na rok, w ciągu roku czy
doby), natężenie według skali Fujity, obszary najbardziej narażone na ich występowanie oraz bilans ofiar śmiertelnych i osób rannych w wyniku przejścia tych
groźnych zjawisk.
TCT w Stanach Zjednoczonych (1950-2012)
W latach 1950-2012 na północnym Atlantyku stwierdzono w sumie 737 cyklonów zwrotnikowych, spośród których do wybrzeży Stanów Zjednoczonych dotarło
191 (26%) (tab.1). Większość z nich wywołała tornada (141, tzn. 74%). Zaznaczyła się przy tym wyraźna zależność częstości powstawania tornad od natężenia
cyklonu zwrotnikowego: spośród 104 huraganów aż 97 (93%) wywołało tornada,
gdy spośród 87 burz i depresji – zaledwie 44 (tzn. tylko 51%). Większość cyklonów (59%) wywołała tornada pojedyncze lub serie nie więcej niż 9 zawirowań
(83, w tym 56 huraganów, 27 burz i depresji), pozostałe cyklony (41%) wywołały
natomiast inwazję tornad, tj. 10 lub więcej wirów (58, w tym 41 huraganów,
17 burz i depresji). W trakcie tych 58 inwazji tornad wywołanych przez cyklony
wystąpiło 1655 zawirowań (w tym huragany przyczyniły się do uformowania 1293
zjawisk, a burze i depresje – 362). Wobec tego w jednej inwazji tornad wywołanej
przez cyklon zwrotnikowy notowano średnio 28,5 wirów.
W tym samym wieloleciu, w ciągu 63 lat, pojawiło się w USA w sumie 57154
tornada – średnio zatem ok. 907 wirów rocznie. Aż 47420 zjawisk, tj. 83% wszystkich tornad, utworzyło się pojedynczo lub w serii liczącej nie więcej niż 9 zawirowań, natomiast 9734 zjawiska, tj. 17% wszystkich tornad tworzyło inwazje.
Łącznie wystąpiło 188 inwazji, a więc w ramach każdej z nich średnio tworzyło
się 52 wiry. Spośród 130 inwazji tornad, niezwiązanych z cyklonem zwrotnikowym,
uformowało się 8079 zawirowań – średnio w wyniku jednej takiej inwazji notowano 62 tornada.
Spośród 47420 tornad, które utworzyły się pojedynczo, zaledwie 0,8%,
tj. 356 wirów, powstało w wyniku cyklonów, a pozostałe 99,2%, tj. 47064 wiry
10
Zjawiskom, które wystąpiły do 31 I 2007 r. nadawano stopień natężenia według skali Fujity. Od
1 II 2007 r. obowiązuje EF skala, czyli zmodyfikowana skala Fujity (ang. Enhanced F Scale).
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
63
były innego pochodzenia. Cyklony zwrotnikowe wywołały zatem w sumie 2011
tornad (w tym 1655 powstało w wyniku inwazji i 356 utworzyło się pojedynczo
lub jako serie do 9 zawirowań). Należy mieć jednak na uwadze fakt, że stanowi
to zaledwie 3,5% wszystkich tornad, jakie w latach 2000-2012 wystąpiły w USA.
Zestawienie tych danych zawiera tab. 1.
Tabela.1 Charakterystyka cyklonów zwrotnikowych występujących na północnym Atlantyku
(1950-2012)
Table. 1 Characteristics of tropical cyclones occurring in the North Atlantic (1950-2012)
Cyklony zwrotnikowe
Tropical cyclones
Huragany
Hurricanes
Burze i depresje
zwrotnikowe
Tropical storms
and depression
Liczba zjawisk
Number of
phenomena
Liczba zjawisk
Number of
phenomena
Ogółem
Liczba zjawisk
Number of
phenomena
%
Cyklony zwrotnikowe niedocierające
nad wybrzeże USA
294
252
546
74
Cyklony zwrotnikowe docierające nad
wybrzeże USA
104
87
191
26
suma
398
339
737
100
Cyklony zwrotnikowe docierające nad
wybrzeże USA i niewywołujące tornad
7
43
50
26
Cyklony zwrotnikowe docierające nad
wybrzeże USA i wywołujące tornada
97
44
141
74
104
87
191
100
Cyklony zwrotnikowe wywołujące pojedyncze przypadki tornad w USA
56
27
83
59
Cyklony zwrotnikowe wywołujące
inwazję tornad w USA
41
17
58
41
suma
97
44
141
100
1293
362
1655
82
287
69
356
18
1580
431
2011
100
suma
Tornada wywołane przez cyklony
zwrotnikowe występujące w inwazji
Tornada wywołane przez cyklony
zwrotnikowe występujące pojedynczo
Tornada wywołane przez cyklony
zwrotnikowe w USA ogółem
64
J. Popławska
W latach 1950-2012 stwierdzono stopniowy wzrost częstości tornad w USA
(rys.1). Stwierdzenie to może być jednak w pewnym stopniu związane z coraz to
lepszymi metodami monitorowania tych zjawisk, które zmieniały się w ciągu wielu
lat. Najwięcej tornad wystąpiło w 2004 r. (1817), 2008 r. (1692) i w 2010 r.
(1691 przypadków).
Rys.1. Przebieg wieloletni tornad w USA (1950-2012)
Fig. 1. Long-term course of tornadoes in USA (1950-2012)
Również częstość tornad wywołanych przez cyklony zwrotnikowe w ostatnich
latach wzrosła (rys.2). Najwięcej z nich było w latach 2004 (318) i 2005 (238 przypadków). Wpływ na to miało głównie zwiększone w tym okresie natężenie cyklonów zwrotnikowych. Należy też zauważyć, że w ostatnich latach przeważają TCT
o najmniejszej intensywności (F0 i F1 w skali Fujity lub EF0 i EF1 w zmodyfikowanej skali Fujity). Można przypuszczać, że w latach 1950. i 1960. detekcja słabszych tornad (F0 czy F1) była wybiórcza. Uchodziły one niepostrzeżenie, a zatem
pozornie większy był udział silniejszych zjawisk (F2, F3, F4).
Należy zaznaczyć, że cyklony zwrotnikowe zwykle nie tworzą niszczycielskich
tornad. W rozpatrywanym okresie wystąpiło zaledwie 8 TCT o sile F4, natomiast
o sile F5 w ogóle nie było. Najczęściej formowały się wiry o najmniejszej sile
(F0 i F1), odpowiednio 1164 i 597 przypadków. Ponadto utworzyło się 202 TCT
o sile F2 oraz 40 TCT o sile F3 (rys.3).
Najwięcej przypadków Tropical Cyclone Tornadoes notowano we wrześniu
(961 TCT) i w sierpniu (548 TCT), co wiąże się ze wzmożonym natężeniem cyklonów w tym okresie. Stanowią one aż 75% wszystkich przypadków TCT, jakie
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
65
wystąpiły w latach 1950-2012. W czerwcu, lipcu i w październiku tego typu
tornada pojawiały się zdecydowanie rzadziej (odpowiednio 165, 148 i 169 TCT).
W maju, listopadzie i w grudniu zdarzały się jedynie pojedyncze przypadki, a od
stycznia do kwietnia TCT w ogóle nie występowały (rys. 4).
Rys.2. Przebieg wieloletni TCT według skali Fujity w USA (1950-2012)
Fig.2. Long-term course of TCT by Fujita scale in USA (1950-2012)
Rys.3. TCT w USA według skali Fujity (1950-2012)
Fig. 3. TCT in USA by Fujita scale (1950-2012)
66
J. Popławska
Rys.4. Przebieg roczny TCT w USA (1950-2012)
Fig. 4. Annual course of TCT in USA (1950-2012)
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe mogą tworzyć się o każdej porze
dnia, przeważnie jednak występują w godzinach popołudniowych (rys.5). Najwięcej przypadków notowano w przedziale godzinowym11 od 13 do 17 CST12, z maksimum przypadającym na godzinę 15 CST (169 TCT). Najmniej zdarzeń było
o godzinie 24 i 1 w nocy (po 33 TCT). Należy pamiętać, że godzina wystąpienia
tornada zależy od chwili wejścia cyklonu na ląd. Większość TCT tworzy się w ciągu
pierwszych 24 godzin od tego momentu, ale znane są też przypadki zjawisk
powstałych nawet trzy dni po przejściu cyklonu.
Spośród wszystkich kontynentów tornada najczęściej nawiedzają Stany Zjednoczone. Większość tych zjawisk przemieszcza się w tzw. Alei Tornad, położonej
w środkowo-wschodniej części kraju. Są to m.in. stany: Teksas, Oklahoma, Kansas, Kolorado, Nebraska, Południowa i Północna Dakota, Iowa, Missouri, Arkansas, Luizjana, Illinois, Indiana i Ohio. W przypadku tornad wywołanych przez
cyklony zwrotnikowe TCT najbardziej narażona na ich występowanie jest oczywiście strefa wybrzeża. W badanym wieloleciu większość TCT było na Florydzie
i w Teksasie (odpowiednio 434 i 330). Powyżej 100 przypadków TCT zanotowano
na terenie stanów: Alabama (184), Południowa Karolina (176), Mississippi (169),
Północna Karolina (167), Luizjana (140), Georgia (121) i Wirginia (119).
11
Do przedziału danej godziny klasyfikowano wiry występujące w ciągu 29 minut (licząc od pełnej godziny).
12
CST (ang. Central Standard Time) – strefa czasowa, odpowiadająca czasowi słonecznemu południka
90°W, który różni się o 6 godzin od czasu uniwersalnego (UTC-6h).
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
67
Po kilkadziesiąt TCT utworzyło się natomiast w Maryland (38), w Arkansas (32)
i w Pensylwanii (25) (rys.6).
Rys.5. Przebieg dobowy TCT w USA (1950-2012)
Fig. 5. 24h course of TCT in USA (1950-2012)
Rys.6. TCT w poszczególnych stanach USA (1950-2012)
Fig. 6. TCT by state in USA (1950-2012)
68
J. Popławska
W latach 1950-2012 w Stanach Zjednoczonych wskutek przejścia tornad wywołanych przez huragany, burze lub depresje zwrotnikowe zginęło 85 osób, a 1510
zostało rannych (rys.7). Największy bilans osób poszkodowanych odnotowano
Rys. 7. Ofiary śmiertelne (a) i ranni (b) w wyniku TCT w USA (1950-2012)
Fig. 7. The victims (a) and injured (b) as a result of TCT in USA (1950-2012)
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
69
w latach 1960. – śmierć poniosło wówczas 37 osób, a 625 doznało obrażeń.
W okresie 2010-2012 nikt nie zginął i ucierpiało zaledwie 7 osób. Obecnie w USA
prowadzi się stały monitoring groźnych zjawisk pogodowych. Ostrzega się społeczeństwo przed możliwym zagrożeniem. Niestety nie zawsze te komunikaty
docierają do ludności z odpowiednim wyprzedzeniem. Prognoza tornad superkomórkowych jest możliwa ze względu na obecność mezocyklonu widocznego na
radarach dopplerowskich. Detekcja wirów wywołanych przez cyklony jest jednak
bardziej skomplikowana. Komórki burzowe, z których powstają, są mniejsze i zwykle nie towarzyszą im wyładowania atmosferyczne, przez co trudno jest je wykryć
na radarach. Ponadto same zawirowania są zwykle zasłonięte przez silne opady
deszczu. Dlatego amerykańscy naukowcy nieustannie prowadzą badania, których
wyniki mają korzystnie wpłynąć na ograniczenie skutków przejścia tych żywiołów.
Podsumowanie
Tornado to jedno z najniebezpieczniejszych i najbardziej nieprzewidywalnych
zjawisk pogodowych. Te wirujące kolumny powietrza wyróżniają się powstawaniem
największych prędkości wiatru na naszej planecie. Pojawiają się niespodziewanie
i równie szybko zanikają. Czasem wyrządzają tylko niewielkie szkody, niekiedy
jednak niszczą wszystko, co spotkają na swej drodze. Równie groźnym zjawiskiem
są cyklony zwrotnikowe. Choć potrafimy już je przewidywać i śledzić ich przebieg,
możemy jedynie minimalizować ich skutki. Podobnie jak w przypadku tornad –
nie można im zapobiec. Tym ciekawsze wydaje się być zjawisko TCT, tj. tornad
powstających w wyniku cyklonów zwrotnikowych (huraganów, burz lub depresji),
aczkolwiek stanowią one zjawisko względnie rzadkie w stosunku do liczby cyklonów zwrotnikowych docierających do wybrzeży USA, jak i liczby tornad powstających nad USA. Najczęściej występują one w USA, skąd pochodzi większość
publikacji i badań na ten temat.
W latach 1950-2012 nad Stanami Zjednoczonymi utworzyło się w sumie 57154
tornada, z czego zaledwie 3,5% (tj. 2011 wirów) wywołały cyklony zwrotnikowe.
Zaznacza się tu wyraźna zależność częstości powstawania tornad od natężenia
cyklonu (w wyniku przejścia huraganu notowano średnio 16 tornad, a w wyniku
burz i/lub depresji około 10). Na nieco mniejszej próbie badania przeprowadzili
też L. Schultz i D. Cecil (2009), którzy prześledzili TCT z lat 1950-2007. Z ich
badań wynikało m.in., że najwięcej tornad wywołanych przez cyklony tworzy się
między godziną 14 a 17 CST. W swej pracy z 1991 r. E. McCaul (na trzykrotnie
mniejszej próbce) ten szczyt występowania określił między godziną 15 a 18 CST.
Na podstawie przebiegu TCT w wieloleciu 1950-2012 w niniejszej pracy wykazano jednak, że najwięcej tych zjawisk tworzy się między godziną 13 a 17 CST,
z maksimum przypadającym na godzinę 15 CST. Można przypuszczać, że TCT –
J. Popławska
70
w przeciwieństwie do tornad związanych z superkomórkami, w mniejszym stopniu
zależą od nagrzewania się podłoża w ciągu dnia. Rozległe zachmurzenie i opady
deszczu towarzyszące przejściu cyklonów zwrotnikowych bowiem znacznie ochładzają powierzchnię gruntu (Schultz, Cecil, 2009). Należy jednak pamiętać, że TCT
mogą występować o każdej porze doby. Udowodniono też, że najczęściej pojawiają
się one na przełomie lata i jesieni, a maksimum ich występowania przypada na
wrzesień. Zwykle tworzą się słabsze wiry (F0 lub F1 w skali Fujity). Potwierdzają
to też badania innych autorów. W wieloleciu 1950-2012 w wyniku przejścia TCT
zginęło 85 osób, a 1510 zostało rannych. Wyrządziły one też ogrom szkód szacowanych do 2007 roku już na ok. 1,4 mld dolarów (Schultz, Cecil, 2009). System
ostrzegający społeczeństwo przed tym żywiołem jest wciąż ulepszany. Najbardziej
zagrożeni są mieszkańcy Florydy i Teksasu oraz pozostałych terenów położonych
w strefie brzegowej, bezpośrednio narażonej na uderzenie cyklonu. Prognoza tych
zjawisk jest trudna, gdyż TCT powstają z małych komórek burzowych, których
nie widać na radarach m.in. ze względu na ściany deszczu (zwłaszcza gdy wiry
tworzą się w odległości ponad 50 km od radaru).
Materiały wpłynęły do redakcji 2 IV 2014 r.
Literatura
Ahrens C.D., 1982, Meteorology Today. West Publishing Company, New York.
Bluestein, H., 1985. The formation of a “landspout” in a “broken-line” squall line in Oklahoma. Preprints,
14th Conference on Severe Local Storms, Indianapolis, 267-270.
Bluestein H., 1993, Synoptic – Dynamic Meteorology in Midlatitudes. Oxford University Press, Oxford.
Galway J.G., 1977, Some climatological aspects of tornado outbreaks. NSSFC, 105, 477–484.
Gentry R., 1983, Genesis of tornadoes associated with hurricanes. Mon. Wea. Rev., 111, 1793–1805.
Glossary of Meteorology, 2000, American Meteorological Society, Boston, Massachusetts.
Holton J.R., 2004, An Introduction to Dynamic Meteorology. Elsevier Academic Press, New York.
Lorenc H., 2012, Maksymalne prędkości wiatru w Polsce. IMGW–PIB, Warszawa.
McCaul E.W., 1991, Buoyancy and shear characteristics of hurricane–tornado environments. Mon. Wea. Rev.,
119, 1954–1978.
Novlan D., Gray W., 1974, Hurricane-spawned tornadoes. Mon. Wea. Rev., 102, 476–488.
Okołowicz W., 1969, Klimatologia ogólna. PWN, Warszawa.
Parfiniewicz J., 2010, Tornado w rejonie Częstochowy – 20 lipca 2007 roku. Część I: Analiza synoptyczna,
Część II: Symulacje komputerowe i analiza 3D. Prz. Geof., 54, 3-4, 147-181.
Pearson A., Sadowski A., 1965, Hurricane-induced tornadoes and their distribution. Mon. Wea. Rev., 93,
461-464.
Schultz L.A., Cecil D.J., 2009, Tropical cyclone tornadoes, 1950–2007. Mon. Wea. Rev., 137, 3471-3484.
Słownik meteorologiczny, 2003, red. T. Niedźwiedź, PTGeof./IMGW, Warszawa.
Smith J.S., 1965, The hurricane-tornado. Mon. Wea. Rev., 93, 453–459.
Tornada wywołane przez cyklony zwrotnikowe w Stanach Zjednoczonych...
71
Źródła elektroniczne
www.tornadohistoryproject.com,
www.tornadoproject.com/alltorns/allhurricanes.htm,
www.wunderground.com/hurricane/at1950.asp?MR=1,
www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/tcfaqHED.html,
www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/tcfaqL.html,
www.islandnet.com/~see/weather/elements/outbreak.htm,
www.nhc.noaa.gov/climo/images/peakofseason_sm.gif,
www1.ncdc.noaa.gov/pub/data/cmb/images/tornado/clim/tornadoes_bymonth.png,
www.spc.noaa.gov/misc/edwards/TCTOR/tctor.xls,
www.erh.noaa.gov/lwx/swep/Spotting.html.
Streszczenie
Celem pracy jest scharakteryzowanie rzadkiego zjawiska tornad wywołanych przez cyklony zwrotnikowe (TCT) oraz przedstawienie przebiegu ich występowania w Stanach Zjednoczonych w latach
1950-2012. Przedstawiono także warunki sprzyjające ich powstawaniu. Tego typu zjawiska najliczniej
tworzą się w przedniej, prawej ćwiartce w stosunku do toru przemieszczania się cyklonu. W podanych
latach na północnym Atlantyku uformowało się 737 cyklonów zwrotnikowych (398 huraganów oraz
339 burz i depresji zwrotnikowych). Ponad 190 z nich dotarło do wybrzeży USA, a 58 wywołało serie
wirów (w ramach tych serii zanotowano ok. 1655 tornad). Ponadto zanotowano 356 pojedynczych
tornad, niezwiązanych ze zjawiskiem tornado outbreak. TCT najczęściej występowały w godzinach
popołudniowych. Najwięcej tornad było jesienią. Wiąże się to ze wzmożoną aktywnością huraganów
w tym okresie. Większość przypadków osiągała najmniejszą intensywność w skali Fujity. Huragany docierając nad ląd nie otrzymują już dostatecznej ilości energii, przez co słabną i zanikają.
Dlatego zdecydowana większość przypadków TCT była na wybrzeżu, na obszarze stanów Floryda
i Teksas.
S ł o w a k l u c z o w e : tornado, cyklon zwrotnikowy, tornado wywołane przez cyklon zwrotnikowy,
huragan, burza zwrotnikowa; depresja zwrotnikowa, inwazja tornad, skala Fujity
Summary
The aim of this study was to characterise the phenomenon of tornadoes that arise from the transition of
tropical cyclones as well as the analysis of their occurrence in the U.S. during 1950-2012. The conditions
favouring the formation of Tropical Cyclone Tornadoes are also presented. Tornadoes most often form in the
cyclone’s front right quadrant relative to its direction of travel. During the period studied, 737 tropical cyclones
formed over the North Atlantic (398 hurricanes and 339 tropical storms or tropical depression), almost 190 of
them reached the U.S. coast and 58 resulted in a series of tornadoes (around 1655 tornadoes were recorded
overall). Also were noted 356 individual tornadoes, unrelated to the tornado outbreak. TCT usually
occurred in the afternoon and most were recorded in autumn due to the elevated hurricane activity in this period.
The majority of cases reached the lowest levels of the Fujita scale. Hurricanes reaching land no longer receive
72
J. Popławska
enough energy so they weaken and disappear which is why, in the vast majority of cases, TCT affect coastal
areas (Florida and Texas),
K e y w o r d s : tornado, tropical cyclone, tropical cyclone tornado, hurricane, tropical storm, tropical depression, tornado outbreak, Fujita scale
Joanna Popławska
[email protected]
Zakład Klimatologii
Uniwersytet Warszawski