2021. december 6. hétfő
Tanulmányok

OMSZ: 2021. május 27. 15:59

A pünkösdi vihar szokatlan körülményei

2021. május 23-án egy sok szempontból különleges zivataros hidegfront haladt végig az országon. A zivatarok között számos örvénylő cella, szupercella is kialakult. A rendszer átvonulását sokfelé viharos széllökések, erős villám tevékenység, helyenként felhőszakadás és jégeső is kísérte. Az időjárási helyzet nem volt tipikus. Milyen tényezők befolyásolták a különleges időjárási helyzet kialakulását, és mi magyarázza a szokatlanul nagyszámú, de „visszafogott” szupercellák kialakulását?
Ezt az írást dr. Götz Gusztáv emlékének ajánljuk. A napokban elhunyt kollégánk sokat tett a légköri konvekció megismeréséért. A légkör – a maga módján – ezzel a különleges viharral búcsúzott a kiemelkedő magyar meteorológustól.

Horváth Ákos

A pünkösdi vihart megelőző napok számításai ugyan jelezték a hidegfront érkezését, azonban nem mutatták a heves zivatarok kialakulását. A zivatarok is különlegesek voltak, viszonylag gyenge instabilitás mellett egy nap alatt ennyi szupercella nagyon ritkán alakul ki, viszont az örvénylő zivatarok szokatlanul alacsonyak voltak. Bár sokfelé voltak viharkárok, azonban ilyen helyzetben egy meleg nyári napon jóval nagyobb pusztítást végzett volna egy hasonló időjárási rendszer.


A vihar átvonulása

2021. május 23-án délelőtt a várt hidegfront a számítások szerint érkezett az ország nyugati határához, azonban a front mentén zivatarok is kialakultak. A Balatont 13 órakor elérő front előtt (1. videó) egy torlódó összeáramlási zóna jött létre (1. ábra). Nagykanizsa térségében ekkor jelent meg először az első határozottan szupercellás jeleket mutató zivatarcella, amely kissé a front elé sodródva a konvergencia vonalban összegyűlt nedvesebb és labilisabb levegő hatására gyorsan erősödni kezdett (2. ábra). Délután 15 órára a front mentén több forgó zivatarcella is létrejött, illetve a front előtti konvergencia vonal mentén az Észak-Alföldön sorra kezdtek fejlődni újabb prefrontális cellák (3. ábra). Ezek az egymás előtt robbanásszerűen épülő cellák 16 órára átvették a vezető szerepet, és a radar képek alapján három hatalmas szupercella is kialakult (4. ábra). A hosszú életű cellák a fronttal együtt mozogva délután 5 óra körül érték el a Kőrösök vidéket, majd egy óra múlva elhagyták az országot (5. ábra). Az átvonuló zivatarrendszert az egy percre interpolált radarképekből készített 2. videó, míg a cellákkal járó villámokat – a cellák kontúrjaival együtt feltüntetve – a 3. videó mutatja.

1. videó: A hidegfront érkezése a Balatonhoz

2. videó: A zivatar rendszer átvonulása az időjárási radarképek alapján

3. videó: A zivatar rendszer átvonulás a radar-kontúrok és a villám észlelések alapján

1. ábra

1. ábra
Időjárási helyzet 2021. május 23. 13 órakor (11 UTC).
A hidegfront előtt kialakuló konvergencia vonalat szaggatott vonal jelzi.
Az OMSZ kompozit radarképe mellett az automata állomások szélirányai és széllökései [m/s] láthatók.

2. ábra

2. ábra
Időjárási helyzet 2021. május 23. 13:50-kor.
A Balatontól délre kialakuló szupercella a nedvesség egy részét a front előtti konvergencia vonalból szerzi.
Az OMSZ kompozit radarképe mellett az automata állomások szélirányai és széllökései [m/s] láthatók.

 3. ábra

3. ábra
Időjárási helyzet 2021. május 23. 15 órakor.
A fronton több szupercella is kialakul, illetve a front előtti konvergencia vonalban is zivatarok kezdenek fejlődni.
Az OMSZ kompozit radarképe mellett az automata állomások szélirányai és széllökései [m/s] láthatóak.

 4. ábra
4. ábra
Időjárási helyzet 2021. május 23. 16:10-kor.
Az Alföld fölött húzódó konvergencia vonal mentén három szupercella is kialakul.
Az OMSZ kompozit radarképe mellett az automata állomások szélirányai és széllökései [m/s] láthatóak.

  5. ábra
5. ábra
Időjárási helyzet 2021. május 23. 17:10-kor. A szupercellák elérik a Kőrösök vidékét.
Az OMSZ kompozit radarképe mellett az automata állomások szélirányai és széllökései [m/s] láthatóak.

 

Alacsony szupercellás zivatarfelhők

A horizontális radarképeken (1-5. ábra) több zivatarcella is szupercella jelleget mutatott, ami mindenekelőtt a nagyméretű, koncentrikus cellákban, illetve a hosszú élettartamban nyilvánult meg. Ugyanakkor a cellákra jellemző magas felhőtetők nem jelentek meg. A három legerősebb celláról készült vertikális radar-metszetről látszik, hogy a felhőtetők alig haladták meg a 8 km-es magasságot Ugyanakkor a vertikális metszeteken azonosítható a szupercella egyik jellegzetessége, a boltív (bounded weak echo region: BWER), amely ugyancsak a szupercella sajátja (6. ábra).

6. ábra
6. ábra
Vertikális radarmetszet 2021. május 23. 15:45-kor az Alföldön kialakult szupercellákról
(a metszet irányát a jobb felső ábra mutatja).
A jobboldali cellán azonosítható a szupercellákra jellemző boltív (BWER).


Felvetődik a kérdés, hogy mi az oka annak, hogy a térségünkben az egyébként 12 km fölé növekvő szupercellás zivatartetők ennyire alacsonyak maradtak?

A vihar idején közvetlenül a front előtti légállapotot a 12 UTC-s (helyi időben 14 órás) budapesti rádiószonda mérte. Ez alapján látható, hogy körülbelül 6.5 km magasságban egy határozott inverzió alakult ki, ami jelentősen lelassította a zivatarfelhőben a feláramlást (8a. ábra). Nyár közepén, amikor a troposzféra elegendően labilis, akkor csak az egyébként 10 körüli magasságban lévő tropopauza kezdi lassítani a magasba törő zivatarfelhőt, amely ennek hatására körülbelül 12 km fölé csak ritkán emelkedik. A fenti 6.5 km magas inverzió hatására így 8 km fölé már nem emelkedtek a felhőtetők. A rádiószondás mérésből az is látszik, hogy egyébként sem volt rendkívül labilis a légkör, a konvektív instabilitás alapján csak gyengébb zivatarok alakulhattak volna ki. Az inverzión, mint felületen az erős áramlás hatására hullámok (felületi gravitációs hullámok) alakultak ki, amelyek jellegzetes formái az egész térség felett, így a zivatarok tetején, illetve a zivatarok által keltett magas szintű felhőkön is jól kivehetőek voltak a műholdképeken (7. ábra, és 4. videó).

7. ábra
7. ábra
Az EUMETSAT látható tartományban készült műholdképe 2021. május 24. 16:40-kor.
A hullámfelhők alatt nem tűnnek fel az alacsony tetejű szupercellák.

 

4. video: Az EUMETSAT látható tartományú műholdképeiből készült film

 
Ezek után a következő kérdés az, hogy ilyen visszafogott labilitás esetén hogyan tudtak kialakulni szupercellák?

A zivatarok kialakulásánál három feltételt lehet megjelölni [1]:

  1. a légköri labilitást (konvektív hasznosítható energiát);
  2. a frontok, konvergencia vonalak, vagy hegységek torlasztó-emelő hatását (kényszer konvekció);
  3. a szél erőteljes erősödését a magassággal (szélnyírás).

A vizsgált esetben a labilitás gyenge volt. Ezért is fordulhatott elő, hogy a több napos előrejelzéseket készítő modellek (amelyek hidrosztatikusak, így a légköri konvekciót csak közvetve, cumulus-parametrizációval írják le) napokkal korábban nem jelezték előre a hidegfronton kialakuló zivatarokat.  Ezzel szemben a függőleges szélnyírás extrém erős volt, amelyet a budapesti szonda felszín közeli adatai is jól mutatnak (8b. ábra). A magassággal élesen forduló és gyorsan erősödő szél az örvénylő zivatarfelhők kialakulásának szükséges feltétele. Ugyancsak jelentős volt a gyorsan mozgó hidegfront emelő hatása is.

8. ábra
8. ábra
A budapesti rádiószondás mérés (a), illetve annak az alsó légkörben részletezett képe (b) május 23. 14 órakor.
A pirossal jelzett területek alapján gyenge volt a labilitás, azonban a szélnyírás nagyon erős volt.


Amennyiben valóban a szélnyírás nem-hidrosztatikus hatása volt felelős a nagyszámú szupercella kialakulásáért, akkor várható, hogy egy nagy felbontású nem-hidrosztatikus dinamikus modell visszaadja a zivatarokat. Az OMSZ-nál is alkalmazott WRF modell segítségével készített szimulációból látható, hogy valóban megjelennek a zivatarok nagyvonalakban ott és akkor, amikor a valódi légkörben (9. ábra). Ezen felül a modell szélmezejének mezociklon jellegű örvényességéből szupercellás zivatarra is következtetni lehet (10. ábra), illetve a vertikális mozgások ugyancsak markáns, de az alacsonyabb rétegekre korlátozódó konvekcióra utalnak (11. ábra).

 9. ábra
9. ábra
A WRF modell 2021. május 23. 8 órakor (6 UTC) indított előrejelzése (A) 13, (B) 14, (C) 15 és (D) 17 órára.
A színezett területek a számított radar reflektivitást, a szélzászlók a 950 hPa nyomási szint szelét mutatják.

 10. ábra
10. ábra
A WRF 17 órára szóló előrejelzésén látható a szupercellás mezociklon örvényessége.
A színezett területek a számított radar reflektivitást, a szélzászlók a 950 hPa nyomási szint szelét mutatják.

11. ábra
11. ábra
A WRF 17 órára szóló előrejelzése alapján készített vertikális metszeten a színezett területek
a függőleges légmozgást mutatják, a szélzászlók az egyes szintekre számolt horizontális szelet.
A középső piros nyíl mutatja a szupercella feláramlási csatornáját.


Nagytérségű időjárási háttér

A nagytérségi időjárási folyamatok szempontjából az időjárási helyzet hasonlatos a legtöbbször júliusban előforduló konvektív viharvonalakhoz [2][3][4][5]. A talaj közelében bizonytalanul hullámzó hidegfront (12. ábra) fölé a középső troposzférában markáns áramlással hideg levegő áramlott Közép-Európa fölé (13. ábra). A magasban a térségünk fölé sodródó futóáramlásnak (14. ábra) és az egész troposzférát jellemző erős szélnyírásnak meghatározó szerepe volt a szupercellák kialakulásában.

 12. ábra
12. ábra
Hullámzó hidegfront Közép-Európa felett 2021. május 23. 8 órakor (6 UTC).
A színezett területek a 850 hPa hőmérsékletét, a szélzászlók a 925 hPa szelét,
a folytonos vonalak a tengerszinti légnyomást mutatják.

 13. ábra
13. ábra
Az 500 hPa nyomásszint hőmérsékleti és szélviszonyai a magasban
a térségünk fölé viharos széllel érkező hideg levegőt mutatják 2021. május 23. 8 órakor (6 UTC).
A színezett területek a hőmérsékletet, a szélzászlók az 500 hPa szélviszonyait,
a folytonos vonalak a nyomási szint magasságát mutatják.

 14. ábra
14. ábra
A térségünk fölé húzódó jet-stream helyzetét mutatja a 300 hPa-os nyomásszint szél és szélsebesség
(színezett területek) mezeje 2021. május 23. 8 órakor (6 UTC).


Összefoglalás

A 2021. május 23-i időjárási helyzet sok szempontból különleges volt. A légköri konvekció szempontjából alig labilis légkörben a legerősebb zivatarcella típusok, szupercellák alakultak ki jelentős számban. A vertikális szélnyírás képes volt erősíteni a gyengén labilis környezetben létrejövő zivatarcellákat, ezáltal kedvező feltételeket teremtve az örvénylő zivatarok kialakulásához. Ugyanakkor a konvektív szempontból stabil, inverziós troposzféra nem tette lehetővé a cellák magasba törését, így alacsony felhőtetős szupercellák alakultak ki. A nagytérségű időjárási helyzet hasonlított a nyári viharzónákra, ugyanez a vihar egy meleg nyári napon sokkal súlyosabb következményekkel járt volna. 


Hivatkozások

 


 

Tanulmányok