Kdy a jak vzniká tornádo?

Hodnocení článku

Po množících se případech výskytu tornád a to i významných v ČR Vás může zajímat kdy a jak vzniká tornádo. Na toto se pokusí s využitím teorie a aktuálních poznatků oboru meteorologie odpovědět tento článek. O vzniku tornáda nevíme zdaleka vše, ale přeci jen určité poznatky máme. Tornádo vzniká v konvekční bouři za určitých podmínek. Často se vyskytuje v oblastech, které jsou odlehlé. Nejenže nemohou být pozorována, ale často ani zjištěna, protože do oblastí s jejich výskytem jen tak někdo nepřijde. Na území Ameriky máme tornádové leje zejména na středozápadě, kde se vyskytne ročně skutečně mnoho tornád a tato tam považují za běžný meteorologický jev, byť extrémní a devastující.

V severní části Spojených států se vyskytne průměrně 800 tornád ročně, některá tornáda mohou mít společně s bouřemi dlouhou životnost. V 19 státech USA se vyskytlo až 400 tornád v jednom okamžiku. Existují různé extrémy z těchto oblastí, pro nás jde o nepředstavitelná čísla. Místní se v těchto oblastech s těmito jevy musejí potýkat dnes a denně. Na základě uvedených čísel lze říci, že tornádo je v této části Ameriky určitě běžným jevem. Některá jsou ovšem neobyčejně silná a urazí velkou vzdálenost. V nejextrémnějším zaznamenaném případě šlo o vzdálenost 352km.

Charakteristika tornáda

Tornádo nezasahuje velká území, zejména ne plošně. Ale kterými místy projde, tam zanechá spoušť.

Tornádo spojené s neobyčejně silnou konvekční bouří se vyznačuje vysokými rychlostmi větru, kdy se odehrává rotace vzduchu. Jde tedy o větrný vír, který působí doslova jako vysavač. Proto právě vítr je v těchto případech hlavním extrémem. Podle rychlosti větru a škod způsobenými jeho působením při výskytu tornáda se hodnotí síla tornád. Sílu tornád klasifikuje Fujitova stupnice stupni F0 až F5.

Tornádo – tromba zvláštního druhu, vyskytující se před konvekční bouří pod základnou bouřkového oblaku Cumulonimbus. Toto je spojeno se základnou oblaku a spouští se z ní směrem k povrchu, kterému musí dosahovat. Povrchu se musí dotknout alespoň jednou za svoji existenci a musí působit hmotné škody. tornádo rotuje cyklonálně, velmi ojediněle i opačně, tedy anticyklonálně. 

Podmínky vzniku tornáda

Supercelární bouře jako pravděpodobnost vzniku tornáda, nejprve musejí být dány podmínky pro vznik významné bouře. Následně podmínky pro vznik tornáda.

Co je to supercelární bouře? Zkráceně nazývaná jako supercela je konvekční bouře o velmi významné intenzitě, která se skládá z jedné konvekční buňky – tzv. cely. Tato je výrazná o životnosti i několik hodin. Přesná definice této bouře se neustále vyvíjí a doplňuje o nové poznatky z praxe. Jedná se o konvekční bouři vykazující výraznou rotaci výstupného proudu vzduchu. Nejde o horizontálně výrazně větší bouři oproti běžným, ale mají širší výstupné proudy, které jsou zároveň intenzivnější a trvají delší dobu. Jde o rotující výstupný proud vytvářející v centru bouře lokální snížení tlaku vzduchu – mezocyklonu. Trvání mají tyto bouře delší a též je zde vyšší pravděpodobnost výskytu nebezpečných jevů.

Vznik konvekční bouře

Nejprve musí vzniknout konvekční bouře, tornádo jak uvádí výše popsaná definice nemůže vzniknout jiným způsobem. Toto má vazbu na bouřkový oblak právě konvekční bouře. Jedná se o větrný vír, tedy rotující vzduch. Ale důsledně toto rozlišujeme od větrného víru u zemského povrchu, tzv. rarášku. Více v samotném článku Co je to rarášek? Také u povrchu dochází k podmínkám pro rotaci vzduchu. Vznik víru v oblačném prostředí je poněkud odlišný. Konvekční bouře vznikne, pakliže budou dány základní podmínky. Tyto detailně rozepisujeme v článku Podmínky pro vznik a rozvoj bouřkové činnosti. Proto zde jen stručně, v kostce řečeno jde o:

  • Významný vertikální teplotní gradient ve výšce 2-6km nad povrchem (pokles teploty s výškou rychleji než je běžné)
  • Dostatečně vysokou vlhkost vzduchu
  • Spouštěč konvekční činnosti, umožňující výstup částice vzduchu do střední části troposféry

Dva výše uvedené základní faktory určují energie instability (CAPE). Bez spouštěcího mechanismu je ovšem zmíněná energie lichá. Faktor ovlivňující nebezpečnost bouře určuje faktor zvaný vertikální střih větru, který znamená míru změny směru a rychlosti větru s výškou. Jde o rozdíl působení větru ve výšce oproti jeho působení u zemského povrchu. Rozdílný vítr často vede k tomu, že srážkové částice nevypadávají do výstupného proudu vzduchu, ale vedle. Při tomto procesu se částečně vypařují, okolní vzduch se ochlazuje, klesá a tvoří sestupný proud vzduchu. I tzv. čelo chladnějšího vzduchu může být spouštěcím mechanismem pro vznik nových bouřek v podobě i velkých organizovaných bouřek.

V oblasti se silným vertikálním střihem větru vykazují bouře za určitých okolností značnou rotaci výstupného proudu a jde o tzv. supercelární bouře, definované výše. Tyto druhy konvekčních bouří se vyskytují při různých hodnotách energie CAPE, ale důležitým parametrem pro pravděpodobnost jejich výskytu je střih větru. Tento by měl dosáhnout hodnoty alespoň 18m/s (ČHMÚ 2021).

Vývoj tornáda

Další podmínky pak přistupují k tomu, aby došlo na supercelární bouři k dalším procesům, které vedou ke vzniku tornáda. A případně silného tornáda. Nejvýznamnější je silný vertikální střih větru ve spodní výšce do 1km nad povrchem s hodnotami minimálně kolem 10m/s. S výškou se v takovém případě musí měnit směr i rychlost větru. Vertikální střih větru a změnu jeho rychlosti i směru ukazuje tzv. helicita, přesněji relativní helicita – jde o relativní vítr k pohybující se bouři. Ukazuje tendenci vtoku teplého a vlhkého vzduchu do bouře k pohybu po dráze. Supercelární bouře vznikající v oblastech s vysokými hodnotami helicity mohou mít silnou rotaci i v dolních částech a toto zvyšuje pravděpodobnost vzniku tornáda. Velká rotace v dolní části bouře též působí snížení tlaku vzduchu v dané oblasti a vznik silného vzestupného proudu mezi povrchem Země a spodní části bouře. Proud natáhne a zesílí rotaci vzduchu u povrchu. Dojde ke vzniku vertikální rotace a může dojít ke tvorbě tornáda.

Pro vznik tornáda je podstatné následující:

  • Vysoká vlhkost vzduchu do 1km nad povrchem
  • Výrazný vertikální střih větru
  • Vysoká relativní helicita

Vzhledem k členitosti terénu jsou podmínky proměnlivější než v rovinatých oblastech. Předpověď tornád je v členitých oblastech, tj. i v našich podmínkách, obtížnější než na rovinách (například na pláních v USA). O vzniku tornád stále odborníci nevědí vše a proto provádějí četné výzkumy, zejména v Americe.

Závěr

Tromba zvláštního druhu, která se vyskytuje před konvekční bouří pod základnou oblaku Cumulonimbus, odkud se spouští směrem k povrchu, kterého se dotýká. To je charakteristika tornáda. Jedná se o větrný vír, rotující vzduch, který při kontaktu s povrchem působí jako vysavač a zdvihá vše, co mu přijde do cesty. podmínkou pro vznik tornáda je v základu vznik supercelární konvekční bouře. Tato vzniká při splnění určitých podmínek. Právě v supercelární bouři jsou pravděpodobné nebezpečné doprovodné jevy, včetně vzniku tornáda. K vývoji tornáda jsou ale zapotřebí další podmínky v existující bouři uvedeného druhu.

Je jimi dostatečná vlhkost vzduchu do výšky 1km nad zemí, významný vertikální střih větru a vysoká relativní helicita. Tyto procesy podněcují činnost vedoucí k rotaci vzduchu. Vzhledem ke změně klimatu, tedy k vyšší teplotě a většímu výparu vody dojde ke zvýšení vlhkosti vzduchu. Dostatek energie zajistí vysoká teplota vzduchu a dostatečně prohřátý povrch. Změny větru a další procesy jako spouštěč konvekce i podmínky pro vznik rotace vzduchu se zvýrazní s častým přechodem výrazných atmosférických front. Proto nutno počítat do budoucna při měnícím se klimatu s nárůstem vzniku supercelárních bouří, tedy bouří intenzivních s delší dobou trvání. Stejně tak s pravděpodobností vývoje tornád na těchto bouřích.