Superkomórka jest szczególnym typem komórki burzowej. Jest to dobrze zorganizowana struktura burzowa, która może istnieć przez wiele godzin i przejść w tym czasie kilkaset kilometrów. Przez cały cykl życia superkomórki burzowej możliwe jest występowanie w jej zasięgu bardzo niebezpiecznych zjawisk burzowych. Sercem burzy jest wirujący prąd wstępujący (zwany mezocyklonem). Rotacja w obrębie prądu wstępującego powoduje, że superkomórka może wypiętrzyć się wyżej i gwałtowniej, niż zwykła komórka burzowa. Burzę superkomórkową należy traktować tak, jak bardzo mały układ niskiego ciśnienia. Jego wielkość nie przekracza 40-60 km, a centrum niżu jest zlokalizowane w mezocyklonie. Tam też mamy do czynienia z najniższym ciśnieniem atm. Niektóre mezocyklony wirują wyjątkowo mocno, a gdy pojawią się odpowiednie warunki termiczne i powietrze w dolnej części troposfery będzie charakteryzować się odpowiednio dużą wilgotnością, może dojść do rozwoju tornada.
Z mezocyklonem wiążą się dwie szczególne wizualne cechy burzy superkomórkowej. Pierwszą z nich jest tzw. overshooting top – charakterystyczna kopuła przebijająca się ponad kowadło chmury burzowej i widoczna ze znacznej odległości oraz na zdjęciach satelitarnych. Overshooting top przypadku najsilniejszych superkomórek może znajdować się na wysokości 15 i więcej km ponad powierzchnią ziemi. Ważne jest to, że w przypadku superkomórek overshooting topcharakteryzuje się dość długim okresem trwania (nie znika po kilku minutach od pojawienia się, tak jak tzw. penetrating tops, które często towarzyszą zwykłym, aczkolwiek silnym komórkom burzowym). Drugą z cech związanych z mezocyklonem to pojawienie się chmury stropowej (wall cloud) u podstawy i w bezpośrednim sąsiedztwie mezocyklonu. Bardzo często część podstawy chmury stropowej jest znacznie obniżona i wolna od opadów. Dzieje się tak, gdyż wilgotne i ciepłe powietrze jest zasysane w tym miejscu do góry, co po pierwsze powoduje zatrzymanie się opadów na pewnej wysokości w chmurze burzowej i wyrzucenie ich poza obszar prądu wstępującego, a po drugie – uwidacznia wysokość, na której odbywa się proces kondensacji. Chmura stropowa ma często bardzo charakterystyczny wygląd, który zdradza jej ruch wirowy. Rotację tej struktury można też zaobserwować, gdy przez chwilę popatrzymy na nią. Dość często chmura stropowa wygląda jak spodek lub dolna część dzwonu ze względnie równą podstawą, pod którą mogą się znajdować niewielkie, zwisające, strzępiaste fragmenty chmury. Czasami widoczne są również wyższe partie mezocyklonu (ponad podstawą chmury stropowej widać część nieznacznie pochylonej kolumny chmurowej związanej z mezocyklonem). W sąsiedztwie chmury stropowej występują również inne charakterystyczne dla burz superkomórkowych zjawiska chmurowe, takie jak ogon bobra (beaver tail) i tailcloud (znajdująca się na małej wysokości przybudówka do chmury stropowej, występująca między mezocyklonem a głównym obszarem opadów w komórce burzowej). Ponieważ mezocyklon znajduje się na ogół w tylnym fragmencie superkomórki burzowej (w południowo-zachodnim, południowym lub zachodnim* fragmencie komórki burzowej), chmura stropowa uwidacznia się albo po przejściu głównej strefy opadów, albo na południe od miejsca przechodzenia burzy. Z chmury stropowej może powstać tornado – relacje świadków tornad zwykle opisują najpierw wystąpienie opadów deszczu i gradu, następnie chwilę ciszy, po czym następowało przejście żywiołu. Czasem obserwując superkomórkę z pewnej odległości można nawet zauważyć jej skręcenie (np. w postaci oplatających ją pasm), które jest niezbitym dowodem występowania rotacji wewnątrz chmury.
Schemat organizacji prądów wstępujących (kolor czerwony) i zstępujących (kolor niebieski) w superkomórce burzowej
Kolejnymi charakterystycznymi cechami burzy superkomórkowej są jej prądy zstępujące. Są one często dość gwałtowne i odpowiadają za niszczące porywy wiatru w obrębie układu burzowego. Pierwszy z tych prądów to FFD (Forward Flank Downward) – występuje w przedniej części superkomórki, w miejscu występowania głównej strefy opadowej. Dość często powoduje bardzo silne zjawiska downburst, w których wiatr osiąga prędkość w skrajnych przypadkach ponad 200 km/h. Główna strefa opadów i FFD jest zazwyczaj poprzedzona wystąpieniem chmury szelfowej (wału szkwałowego). Drugim prądem zstępującym jest RFD (Rear Flank Downward). Pojawia się on w tylnej części superkomórki burzowej, za mezocyklonem. Objawia się strefą przejaśnień po przejściu chmury stropowej, której towarzyszy silny wiatr. Z obserwacji wynika, że powstawanie tornad jest uzależnione od zejścia RFD do powierzchni ziemi.
Wyidealizowany przekrój poziomy przez superkomórkę klasyczną wraz z wyraźnym hook echo i z naniesionymi pseudofrontami
Tak jak już wcześniej wspomniano, burzę superkomórkową należy traktować jako bardzo mały ośrodek niskiego ciśnienia. Burze tego typu dodatkowo wytwarzają system niewielkich pseudofrontów atm., co jeszcze bardziej upodabnia je do niżów. Z przodu superkomórki, na czole strefy z FFD, znajduje się chłodny pseudofront atm. Na południe / południowy wschód od głównej strefy opadów atm. występuje ciepły pseudofront atm. oddzielający ciepłe i wilgotne powietrze napędzające mezocyklon od reszty układu burzowego. W mezocyklonie ciepły pseudofront atm. styka się z kolejnym, chłodnym pseudofrontem atm., który przebiega na południe od mezocyklonu i oddziela RFD od prądu wstępującego. Na tej granicy tworzy się dodatkowo liniowa formacja chmur Cu congestus i Cb calvus, zwana linią oskrzydlającą (flanking line). Linia ta często ciągnie się 20 – 30 km na południe / południowy zachód poza obszar superkomórki i jest dodatkową cechą superkomórki.
Charakterystyczny jest też wygląd kowadła (górnej części) superkomórki burzowej. Samo kowadło burzy superkomórkowej często rozrasta się do bardzo dużych rozmiarów (zwłaszcza, gdy obok dużej energii potencjalnej konwekcji, w górnej troposferze występuje silny wiatr). Oprócz występowania wcześniej wspomnianej kopulastej struktury zwanej overshooting top, u spodu kowadła, zwłaszcza w tylnej części burzy, pojawiają się chmury Mammatus (Cb mamma).
Superkomórka klasyczna na obrazie odbiciowości opadów nad okolicami Raleigh (Karolina Płn., USA), źródło: NWS NOAA
Burzę superkomórkową możemy łatwo rozpoznać po analizie radarowego obrazu odbiciowości opadów z dolnych poziomów troposfery. Najważniejszą sygnaturą odbiciowości radarowej jest hook echo – to tylna część obszaru dużej odbiciowości superkomórki burzowej, która jest skręcona w kształt haka. Niestety, na podstawie hook echo nie da się rozpoznać wszystkich superkomórek. Część burz zawierających w sobie wirujący prąd wstępujący może bowiem nie posiadać tej sygnatury radarowej, natomiast przybiera sygnaturę przypominający ziarno fasoli (zwłaszcza w przypadku wysokoopadowego typu superkomórki). Sygnaturą podobną do hook echo jest pendant echo i również sygnalizuje istnienie mezocyklonu. W bezpośrednim sąsiedztwie hook echo pojawia się bardzo często obszar o niewielkiej odbiciowości, okręslany jako BWER (powodem powstania tego obszaru jest działalność silnego prądu wstępującego podtrzymującego opady wysoko w chmurze). Superkomórkę burzową może również wskazywać obecność sygnatury V-Notch, czyli wcięcia w kształcie litery V w przedniej części głównej strefy opadowej komórki. V-Notch jest przejawem rozbieżności (dywergencji) wiatrów spowodowanej przez istnienie FFD.
Niestety, w Polsce obecnie publikowane są obrazy maksymalnej odbiciowości opadów atm. ze wszystkich poziomów troposfery, co utrudnia rozpoznawanie superkomórek burzowych. Sygnatury typowe dla superkomórek z powodu nałożenia większych odbiciowości na wyższych poziomach troposfery ulegają rozmazaniu. Natomiast bardzo charakterystyczny dla superkomórek jest sposób ich przemieszczania się. Burze te wędrują bardziej na prawo (lub czasem na lewo) od pozostałych komórek burzowych i stref opadów (to odchylenie kątowe zwykle wynosi 20-30 stopni), a ich rdzenie opadowe przez długi czas pozostają silne i spójne. Dzięki temu nawet dane radarowe maksymalnej odbiciowości ze wszystkich poziomów troposfery stanowiące jeden obraz umożliwiają detekcję większości układów burzowych zawierających mezocyklon.
Dodatkowym, bardzo cennym narzędziem do rozpoznawania superkomórek w meteorologii radarowej jest obraz prędkości radialnej chmur i opadów atm., informujący o prędkości przemieszczania się chmur z opadami względem radaru meteorologicznego. Narzędzie te dostępne jest tylko w wypadku użycia radaru dopplerowskiego. Dzięki niemu można szybko zlokalizować miejsca, w których istnieją zmiany prędkości radialnej spowodowane m.in. przez mezocyklony (mezocyklony powodują charakterystyczne sygnatury zmiany prędkości radialnej, które najlepiej są widoczne w przypadku produktuStorm Relative Velocity prezentowanego przez służbę meteorologiczną Stanów Zjednoczonych NWS NOAA). Obok znajduje się obraz radarowy uzyskany z radaru zlokalizowanego w Dodge City (Kansas, USA) podczas przechodzenia bardzo silnej trąby powietrznej nad miastem Greensburg w dn. 5.05.2007. Widać na nim klasyczny przypadek sygnatury Tornado Vortex Signature.
*Wzięto pod uwagę najczęstsze kierunki przemieszczania się burz superkomórkowych. Jednak w niektórych przypadkach burze superkomórkowe przemieszczają się np. ze wschodu na zachód – wtedy położenie ich poszczególnych fragmentów będzie inne, niż podano w artykule.
Artur Surowiecki,
korekta Krzysztof Ostrowski.
Artykuł ukazał się na stronie http://lowcyburz.pl/ .
