W okresie letnim zazwyczaj parokrotnie zdarzają się okresy upalne. Warto wiedzieć jakie są ich przyczyny i w jakich sytuacjach synoptycznych spodziewać się można kilku (a czasem i kilkunastu) dni upałów. Nie będę rozpisywał się o krajach basenu Morza Śródziemnego czy dalszych, zajmę się naszym krajem i najbliższymi okolicami.

Jakie układy wyżów atmosferycznych sprzyjają upałom w Polsce?

Na ogół z parodniowym wyprzedzeniem widać z sytuacji synoptycznej, że szykuje się fala upałów. Zazwyczaj po przejściu głównego frontu chłodnego i napływie z zachodu umiarkowanych mas powietrza znad Atlantyku, stopniowo wzrasta ciśnienie na zachód od Europy, a nad Atlantykiem tworzy się rozległy i rozbudowany ku północy układ wyżowy, często połączony ze stacjonarnym wyżem azorskim. U nas w takiej sytuacji początkowo panuje napływ po wschodniej krawędzi układu wyżowego, z północnego zachodu lub nawet z północy, dopiero po wejściu osi klina wyżowego na obszar Polski dostajemy się w zasięg powietrza wygrzanego nad kontynentem, pochodzącego znad Hiszpanii i południowej Francji. Cały cykl takiego przemieszczania się upalnego wyżu trwa na ogół 4-5 dni. Schematyczna sytuacja synoptyczna przekształcania się pola ciśnienia podana jest na ilustracji 2 (A i B).

Z wielodziesięcioletniej praktyki synoptycznej oceniam, że podchodzenie wyżu od zachodu jest 3-4 krotnie częstsze niż przypadek drugi – pojawienia się upałów na skutek rozwoju nad obszarami Rosji europejskiej rozległego wyżu, który kieruje nad nasz kraj masy powietrza polarno-kontynentalnego, suchego i z małym zasobem pary wodnej.

Te sytuacje trwają co najmniej tydzień, czyli są wyraźnie dłuższe od wyżów pochodzenia atlantyckiego. Przy napływie mas powietrza prosto ze wschodu mamy do czynienia jedynie z nieznacznym, kłębiastym (cumulusowym) zachmurzeniem w ciągu dnia, ale nawet niewielka zmiana na napływ znad Morza Czarnego (z południowego wschodu) powoduje, że nad południe kraju napływają wilgotniejsze masy i pojawiają się opady konwekcyjne, wzmacniane bardziej urozmaiconym na południu Polski ukształtowaniem terenu. Schematyczna sytuacja synoptyczna pola ciśnienia podana jest na ilustracji 3 (A i B).

W obu przypadkach, wchodzenie strefy upalnego powietrza następuje z południowo zachodnich czy wschodnich kierunków, w pierwszym przypadku znad wygrzanych obszarów Bawarii, Dolnej Austrii, Czech, Saksonii (il. 2 C); w drugim przypadku znad obszarów Mołdawii, Rumunii, Podola i Wołynia (il. 3 A). Niewielkie, jedynie cumulusowe zachmurzenie lub jego całkowity zanik w obszarze wyżu, znaczna przejrzystość powietrza i długi, letni dzień to warunki do istotnego wzrostu temperatury. Sprzyja temu też nieznaczne mieszanie spowodowane przez słaby wiatr.

Temperatura maksymalna łatwo przekracza wówczas 30 stopni, a na południu i w centrum nawet 35 stopni. Także noce są w takich sytuacjach ciepłe, temperatura nie spada poniżej 20 stopni. Jedynie na Pomorzu i Mazurach nie jest tak upalnie, ale w miarę wzrastania prędkości południowego wiatru także na zachodnim i centralnym wybrzeżu Bałtyku temperatura dochodzi do 30 stopni.

Skąd to gorące powietrze?

W mediach słyszymy często, że za upały odpowiadają napływy gorącego powietrza znad Sahary, jednak spojrzenie na mapę trajektorii napływu (źródło). mówi, że powietrze w okresach upalnych pochodzi znad ciepłej części północnego Atlantyku (rejon Azorów i Madery), zaś w drugim przypadku znad stepów południowej części Rosji europejskiej i Ukrainy. Typowy napływ znad Atlantyku przedstawia mapa na il. 4. Do tego napływu musi dołożyć się wysokie położenie Słońca, długi dzień, znaczna przejrzystość i brak istotnych chmur.

Powietrze znad Sahary poznać możemy po charakterystycznym zapyleniu i opalizującym kolorze nieba, pył uniesiony z pustyni powoduje znaczne rozpraszanie promieniowania słonecznego. Silny napływ znad Sahary, dochodzący do obszaru Polski występuje tylko w okresie zimowym, czasem nawet zabarwia śnieg na rdzawy kolor.

Temperatury maksymalne i temperatury podłoża podczas upałów

Standardowym wskaźnikiem podawanym w komunikatach meteorologicznym jest temperatura „synoptyczna”, czyli temperatura powietrza mierzona w charakterystycznej białej klatce, na wysokości 2 m w cieniu i przewiewie. Temperatura ta istotnie różni się od pomierzonej w osłoniętym miejscu bez przewiewu, a tym bardziej od tej w murach miast. Dla zauważenia terytorialnego zróżnicowania temperatur warto spoglądać na mapy maksymalnych (najwyższych w ciągu doby) temperatur podłoża, tu można łatwo wypatrzyć 39-42 stopnie (serwis ICM UW w starej lub nowej wersji). Zobaczymy tu temperaturę prognozowaną, podczas gdy podawana z uporem w mediach temperatura maksymalna została już pomierzona na stacjach synoptycznych i zależy od wielu lokalnych czynników.

W okresach upalnych dokładny model mezoskalowy UM PL, obliczany stale, cztery razy na dobę w ICM Uniwersytetu Warszawskiego, prognozuje temperaturę maksymalną przekraczającą 30 stopni, a nawet 35 stopni, zaś temperatura podłoża (wyliczana z danych modelowych) dochodzi w prognozie do 45 stopni. Przypominam że rekord temperatury powietrza zanotowany na ziemiach polskich to 40,2 stopnia zaobserwowane na Opolszczyźnie. Zwracać należy uwagę także na wielogodzinny okres utrzymywania się upału – jak często widać z meteorogramów, temperatura przekracza 30 stopni już o 11, a spada poniżej dopiero około zachodu słońca, czyli po 19. Także noce w takich sytuacjach są gorące.

Wzrost temperatury w ciągu dnia zależy od pokrycia terenu roślinnością czy dziełami człowieka – zabudową. W obszarach podmokłych, pojezierzach czy lasach obserwuje się temperatury o 2-3 stopnie niższe niż na suchych polach. Szczególnie dotkliwe są okresy upalne w miastach – południowe i zachodnie elewacje domów, ciemne powierzchnie ulic i dachów pochłaniają znaczne ilości promieniowania słonecznego i oddają ciepło jeszcze długo po zachodzie słońca. Tu temperatura podłoża (wyliczana przez model) różni się nawet o 7-9 stopni od temperatury okolic. Jako ciekawostkę podam, że temperatura asfaltowej powierzchni dróg często przekracza 50 stopni. Nie ma żadnego powodu, aby pokrycie dachu asfaltową papą dawało niższe temperatury.

Pomorze i Mazury – tu zazwyczaj trochę chłodniej

Odmienne warunki panują na ogół w okresie upalnym na pojezierzach – pomorskim i mazurskim, a szczególnie na ich północnych skłonach. Nad południowym Bałtykiem lub północną Polską częściej utrzymuje się przechodzący przez obszar wyżowy, słabo wyrażony front stacjonarny (granica między chłodniejszym powietrzem z północy i cieplejszym z południa), z resztkami zachmurzenia średniego, co nieco ogranicza dopływ promieniowania Słońca. Ponadto napływ powietrza znad morza, o temperaturze co najwyżej do 20 stopni (w zatokach Bałtyku, na otwartym wybrzeżu chłodniejszego), powoduje, że pojawia się sporo zachmurzenia w formie niewielkich cumulusów lub warstwy stratocumulusa (chmur kłębiasto-warstwowych). Kolejnym zjawiskiem jest pojawianie się bryzy morskiej, która powstaje przy znacznej różnicy temperatury między lądem a morzem, a wieje w godzinach południowych i przedwieczornych znad morza, sięgając nawet 30 km od linii brzegowej. Tak więc w rejonach wybrzeża i północnych skłonów pojezierzy upał stanowi mniejszy problem.

Dalej na pojezierzach każdy obszar wody czy wilgotnych lasów lokalnie zwiększa parowanie i tym samym część ciepła od Słońca zużywana jest na odparowanie wody – tym samym temperatura nad wodą jest w okresie upałów zawsze nieco niższa. Te elementy mają znaczenie wówczas, gdy nie występuje istotniejszy napływ wygrzanego powietrza. W przeciwnym przypadku lokalne czynniki ochładzające nie wytrzymują „zmasowanego uderzenia” upału.

Niekiedy mimo upalnej pogody na północnym pasie Pomorza prognozowana jest temperatura minimalna (najniższa temperatura podczas doby) na poziomie około 10 stopni. Na pierwszy rzut oka wygląda to na błąd, bowiem Bałtyk ma latem temperaturę powierzchni zazwyczaj 15-17 stopni. Proszę jednak w takiej sytuacji spoglądać na wyniki modelu ekohydrodynamicznego (Instytut Oceanografii UG). Wzdłuż południowego wybrzeża Bałtyku pojawiają się niekiedy obszary znacznie chłodniejszych wód, bowiem długotrwały wiatr od lądu odpycha od brzegu ciepłe wody powierzchniowe, a na nich miejsce wypływają z głębszych warstw chłodne wody głębinowe.

Jest to znane rybakom zjawisko upwellingu, w czasie którego wypływa zasobna w związki mineralne chłodna woda z większych głębokości, zdecydowanie zwiększając żyzność tych obszarów morza. Odwrócenie się napływu powietrza po przejściu frontu na północny wiatr powoduje, że ochłodzone od powierzchni morza powietrze przepływa z bryzą nad ląd, potem stabilizuje się w układzie wyżowym wieczorem, na skutek wypromieniowania, przez co dochodzi do niskich, nocnych temperatur.

Jak przetrwać upały?

Słoneczna, upalna pogoda na ogół nie jest modyfikowana przez chmury kłębiaste (cumulus), których brakuje lub rozwijają się późno i zajmują niewielką część nieboskłonu. Brak lub nieznaczna ilość chmur stanowi latem zagrożenie porażeniem słonecznym, pamiętajmy, że w tej sytuacji panuje wysoka temperatura – także na Bałtyku – co sprzyja przesadnemu opalaniu.

Zwracajmy uwagę na konieczność ochrony przed upałem – przede wszystkim należy ograniczyć przebywanie na bezpośrednim słońcu, a jeśli wychodzimy na dłużej – nosić jasne i przewiewne nakrycie głowy, pić dużo niegazowanej wody mineralnej lub wody z elektrolitami. Dobrze jest także zabezpieczać samochody osłonami na szybie przedniej i uchyleniem okien, warto tak parkować, aby stawać tyłem czy bokiem do wędrującego słońca. Dbajmy także o nasze zwierzęta, które w czasie upału wymagają więcej picia, ochłody i spokoju. Wszyscy muszą zachować szczególną roztropność, nie narażać się bez potrzeby na oddziaływanie upału. Szczególnie dotyczy to osób mających problemy krążeniowe, dla nich narażenie się na oddziaływanie upału może mieć tragiczne skutki.

Warto zapoznać się z meteorogramem swojej miejscowości, tutaj łatwo zobaczymy w jakich godzinach wystąpi przejście granicy 30 stopni. Zazwyczaj w lipcowych i sierpniowych upałach zachodzi to około godziny 10-11, spadek poniżej dopiero po godzinie 19-20. Tak długi okres wysokich temperatur i upalna noc (powyżej 20 stopni) źle działa na każdego. W ciągu dnia powinno się zasłaniać i zamykać okna, wietrzenie zostawmy na godziny poranne i późno wieczorne.

Jak to się kończy?

Zakończenie upałów w każdym z opisanych przypadków następuje nieco inaczej. Przy wejściu upalnego wyżu od zachodu na teren kraju, spodziewać się należy wcześniej czy później, także przejścia osi wyżu przez kraj i dalej wycofania się na wschód. Na to miejsce wchodzi od zachodu zatoka niżowa z frontem chłodnym, oddzielającym upalne powietrze od wyraźnie chłodniejszego znad zachodniej Europy i Morza Północnego (il. 2D). Na froncie występuje rozwój konwekcji, niekiedy dochodzący do stadium intensywnych burz, idących z zachodu na wschód kraju.

Ruch frontu na wschód doskonale można obserwować na zdjęciach satelitarnych, ale też na mapach prognostycznych pola wiatru i temperatury, gdzie linie prądu tworzą zatokę na linii frontu, a w jej zachodniej części zmianę występuje zmiana kierunku napływu z dotychczasowego SW czy S na NW. Taki układ wiatru kieruje nad zachodnią, a potem centralną Polskę powietrze znad Morza Północnego i Bałtyku.

Zmiana warunków pogodowych zależy od wygrzania i utraty wilgotności w obszarach poprzednio dotkniętych upałem, czyli głównie od czasu trwania upału. Znaczna pojemność cieplna podłoża powoduje, że nawet napłynięcie znad Morza Północnego chłodniejszego o kilka stopni powietrza nie zmienia istotnie temperatury – ogrzane przy podłożu porcje powietrza unoszą się bowiem w górę, a na nich miejsce opada powietrze z wyższych warstw ogrzane adiabatycznie do 30 stopni. Wydawałoby się, że opadające powietrze powinno być chłodne, ale brak parujących kropel chmur w tym powietrzu powoduje, że proces przebiega adiabatycznie i w jego trakcie powietrze opadając (i sprężając) ogrzewa się o 1 stopień na 100 metrów. W takiej sytuacji przy przechodzeniu frontu nie można spodziewać się opadów, tak więc nie ma szans na schłodzenie wygrzanego podłoża. Dopiero wystąpienie opadów – na Pomorzu typowo frontowych, dalej w głąb kraju przelotnych – schładza ogrzane podłoże.

W miarę napływania strefy frontu nad wygrzane i suche podłoże zachodzą dwa przeciwstawne procesy – wysoka temperatura powietrza powoduje wznoszenie się powietrza nagrzewanego od powierzchni Ziemi wysoko do góry, z drugiej strony znikomy zasób wilgotności w warstwie granicznej atmosfery nie pozwala na kształtowanie się istotnych chmur i opadów. Przy takim przechodzeniu frontu opady mogą być jedynie punktowe i nieznaczne, mogą też wcale nie wystąpić. Dopiero zmiana kierunku napływu powietrza na północno-zachodni dokonująca się za drugim pasmem frontowym i następująca od Pomorza w głąb kraju może przynieść nieco więcej wilgoci. Trochę inaczej bywa na południu, tu „fala frontowa” zbudowana z kolejnych MSC daje opady o charakterze ulewnym. Nie muszą trafić na południe Polski, przejść mogą też przez Czechy, Dolną Austrię i Słowację dalej na południowy wschód.

Często na zdjęciach satelitarnych widać nad centralną i północną Polską dwa równoległe pasma chmur z pojawiającymi się wypiętrzeniami o temperaturze około minus 50 stopni, co odpowiada wysokości górnej granicy chmur rzędu 11-12 km. Na tym samym froncie nad bardziej wilgotnymi rejonami Saksonii, Czech i Dolnego Śląska, a najwcześniej nad Sudetami, pojawiają się po południu odizolowane, koliste struktury chmur o średnicy około 150 km. Radary i systemy wyładowań lokalizują w tym miejscu burze. Jest to typowy MSC (mezoskalowy system konwekcyjny), powstający w słabnącej strefie frontowej, korzystająca z zasobów ciepła i pary wodnej otoczenia, często działa także w nocy.

Trochę inne pogody towarzyszą wycofywaniu się wyżu rosyjskiego, proces zaczyna się od zmniejszania się ciśnienia w centrum układu lub jego ruchu – z reguły na północ z odchyleniem zachodnim, nad wschodnią Skandynawię lub Morze Białe. Jeśli wyż tylko słabnie, nie zmieniając położenia centrum, to na jego wschodniej krawędzi tworzy się strefa umiarkowanego napływu z południa, zazwyczaj obejmująca wschodnią część kraju. Wówczas znad Słowacji, Węgier i dalej znad Bałkanów nanoszone jest przetransformowane i z reguły wilgotniejsze powietrze (rys. 3 C). Dalej jest upalnie, ale możliwe opady konwekcyjne i silniejszy wiatr zmniejszają odczuwanie upału.

Gdy wyż rosyjski przemieszcza się nad Morze Białe czy wschodnią Skandynawię to otwiera się droga do napływu nad Polskę mas powietrza o znacznej wilgotności znad Morza Czarnego przez Mołdawię, Rumunię i Słowację. W takim powietrzu występuje tendencja do tworzenia się zespołów chmur konwekcyjnych (MSC) z długo trwającymi i obfitymi opadami oraz burzami, trwającymi nawet i w nocy. Jeśli nad Polską zapanuje układ siodłowy lub pole bezgradientowe, to utworzone MSC wolno przemieszczają się nad terenem dając istotne, nawalne opady i powodzie błyskawiczne w terenach pogórzy i wyżyn południa kraju. W niekorzystnej sytuacji, gdy od zachodu zbliża się do Alp głęboka zatoka to może być transportowany znad Doliny Padu i północnego Adriatyku „niż genueński” – wówczas zaczyna się sytuacja powodziowa (rys. 3 D).

Kiedy ukształtuje się kolejna faza upalnej pogody – dokładnie powiedzą nam o tym dłuższe prognozy modeli globalnych (GFS, europejski ECMWF, brytyjski UM, niemiecki ICON i inne), zaś szczegóły dla naszego kraju najlepiej przewidywać wspomagając się rozwiązaniami modelu mezoskalowego ICM Uniwersytetu Warszawskiego.

The post Skąd się biorą upały w Polsce? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.