Aby w pełni zrozumieć zagadnienia związane z tematyką konwekcji, konieczne jest wyjaśnienie pojęcia burzy. Według oficjalnej definicji jest to zjawisko atmosferyczne, należące do grupy elektrometeorów. Ma postać wyładowań wewnątrzchmurowych, międzychmurowych lub doziemnych i pojawia się tylko z jednym rodzajem chmur –Cumulonimbus. Mają one budowę pionową i w naszych szerokościach geograficznych osiągają wysokość 10-12 km. Ich kilkunastokilometrowa miąższość sprawia, że różnica termiczna we wnętrzu osiąga kilkadziesiąt stopni.
Podstawa chmur Cumulonimbus wynosi kilkaset metrów. Na tym poziomie temperatura zwykle jest dodatnia. Wyżej natomiast spada do -50°C. Dzięki temu w dolnej części występują kropelki wody, a w górnej kryształki lodu. To z kolei powoduje powstanie tzw. różnicy potencjałów, na skutek innej elektryzacji cząstek stałych i ciekłych. Przyroda dąży do zaniku wszystkich tych różnic. W momencie rozładowywania ogromnego napięcia dochodzi do pojawienia się zjawisk świetlnych (błyskawic i piorunów) oraz akustycznych (grzmotów).
Burza burzy nierówna
Klasyfikując burze należy zwrócić uwagę na to, w jakiej masie powietrza się tworzą. Dzięki temu powstał podział ze względu na ich genezę. Najogólniej, możemy wyróżnić burze wewnątrzmasowe i frontowe. Pierwsze rozwijają się w jednej, konkretnej masie powietrza. Najbardziej znane są tzw. burze konwekcyjne lub termiczne, które występują na skutek silnego oddziaływania promieniowania słonecznego, w wilgotnym i chwiejnym powietrzu zwrotnikowym lub polarnomorskim ciepłym, głównie późną wiosną oraz latem. Warunkiem ich utrzymania jest ciągła dostawa energii cieplnej, dlatego też zjawiska te pojawiają się zwykle popołudniami i wczesnym wieczorem. Im bliżej godzin nocnych, tym bardziej prawdopodobny jest ich zanik.
Zdecydowanie bardziej groźne są burze występujące w obrębie frontów atmosferycznych, szczególnie frontu polarnego, gdzie poziome różnice termiczne mogą osiągać nawet około 20 stopni. Burze pojawiają się wtedy na skutek gwałtownego wypychania ciepłego i wilgotnego powietrza przez masę powietrza chłodnego. Niebezpieczne zjawiska mogą rozwinąć się także przed czołem frontu chłodnego – na tzw. linii zbieżności wiatrów. Jest to strefa, gdzie wiatry wieją z różnych kierunków, co skutkuje wznoszeniem się powietrza i rozwojem konwekcji głębokiej.
Obserwując burze, pewnie niejednokrotnie zastanawiamy się, co sprawia, że jednego dnia wszystko kończy się na przelotnym deszczu i kilku błyskach, a kiedy indziej burzy towarzyszą ulewy, grad, niszczące porywy wiatru, a nawet trąby powietrzne. Początek każdej burzy wygląda dokładnie tak samo. Wszystkie, nawet te najsilniejsze zdarzenia, swój rozwój zaczynają od niegroźnie wyglądających chmur Cumulus fractus i Cumulus humilis. To, co się z nimi dalej stanie, zależy od warunków panujących na poszczególnych poziomach troposfery.
Czynnikiem umożliwiającym konwekcję jest chwiejność atmosfery. Cząsteczka powietrza może się wznosić, wówczas gdy pozostaje cieplejsza w stosunku do powietrza otaczającego. Taka sytuacja będzie z kolei możliwa, gdy mamy do czynienia ze zwiększonym pionowym gradientem termicznym.
Kiedy burza jest niebezpieczna?
Na stopień gwałtowności burzy duży wpływ ma prędkość i kierunek wiatru na różnych wysokościach, a dokładniej mówiąc – jego zmiany (tzw. uskoki). Im są one większe, tym większa szansa na rozrost chmur nad znacznym obszarem. Wtedy dochodzi do odseparowania prądu wstępującego od zstępującego i przedłużenia żywotności burzy. Zmiana kierunku wraz z wysokością może skutkować pojawieniem się superkomórki burzowej, zawierającej wirujący prąd wstępujący – tzw. mezocyklon. W takim przypadku może dojść nawet do utworzenia się trąby powietrznej.
Suma opadów deszczu, którą burza jest w stanie wygenerować, zależy od ilości wilgoci w powietrzu, co pośrednio jest związane z rodzajem masy, która napływa nad dany obszar. Wielkość gradu z kolei zależy od siły prądów wstępujących – od tego ile razy nastąpi nadtapianie (opadanie) i zamarzanie (wznoszenie) cząstek. Elektryczność natomiast jest zależna od ilości energii konwekcyjnej. Bardziej spektakularne wyładowania będą mieć miejsce podczas gorącej aury, a także podczas przechodzenia frontu polarnego, gdy energia jest największa. Z kolei te z mniejszą ilością błysków pojawią się w chłodniejszej masie powietrza. Prędkość wiatru towarzyszącego burzy jest związana z wyżej wspomnianymi pionowymi uskokami wiatru, a także obecnością suchych warstw w troposferze. Gdy takowe pojawią się na pewnej wysokości, zwiększa się ryzyko prostoliniowych gwałtownych porywów, niejednokrotnie przekraczających 100 km/godz.
Musimy wiedzieć, że każda – nawet ta najsłabsza burza może okazać się dla nas śmiertelnie niebezpieczna. Burza jest żywiołem, wobec którego należy podchodzić z szacunkiem. Niestety, zwykle przyczynia się do ogromnych strat materialnych, jednak rozsądne zachowanie i przebywanie w bezpiecznym miejscu podczas jej przechodzenia, może dostarczyć niesamowitych wrażeń.
Adam Pelczyk, meteorolog
