Od bouřky k tornádu

Ve světě vznikají každoročně z bouřek tisíce tornád. Tento proces je složitým a fascinujícím přírodním úkazem, jednou z nejprudších proměn v přírodě. Vysvětleme si, jak tornáda z bouřek vznikají, jaké faktory jsou klíčové a jaké jsou jednotlivé fáze vzniku tornáda, od rotujících vzduchových válců přes supercely až po nálevkovité oblaky.

Tornáda se vyskytují na všech kontinentech s výjimkou Antarktidy. I u nás si pamatujeme, že 24. 6. 2021 tornádo zničilo několik obcí na jižní Moravě. To bylo výjimečně silné, ale ta průměrná se u nás vyskytují 1 až 3 ročně.

Podle definice je tornádo rotující sloupec vzduchu s přibližně vertikální osou, který je nahoře spojený s kupovitým oblakem typu cumulonimbus a dole se dotýká zemského povrchu. Když se nedotýká, říká se mu tromba a jeho rotace nemá na zemský povrch žádný vliv. Efektní oblak cumulonimbus je zodpovědný za každou přeháňku, bouřku a každé krupobití.

Jak tornáda vlastně vznikají?

Stručně řečeno: stále se to snažíme plně pochopit. Známe základní scénář vedoucí ke vzniku tornáda, avšak jemnější detaily, které mohou rozhodnout o tom, zda vznikne celá série tornád či nikoli, jsou stále předmětem intenzivního výzkumu meteorologů, lovců bouří i odborníků na modelování počasí. Bohužel, stále neumíme tornádo předpovědět. Pojďme si říci, co o tomto procesu víme.

SLIM

Nejprve se musejí vytvořit vhodné podmínky pro vznik tornád. Zde je stručný přehled běžných faktorů, které k tomu přispívají, shrnutý do známé meteorologické zkratky SLIM:

(S)hear – Střih větru: Změna rychlosti a směru větru s rostoucí výškou nad danou oblastí (vertikální střih větru) nebo v ploše (horizontální střih větru).

(L)ift – Zdvih: Nucený výstup vzduchu v atmosféře, často způsobený studenou frontou nebo jiným rozhraním vzduchových hmot.

(I)nstability – Nestabilita: Tendence vzduchu samovolně stoupat v důsledku zahřátí. Teplejší vzduch je nestabilnější a stoupá rychleji.

(M)oisture – Vlhkost: Vzduch s vyšším obsahem vodní páry má větší vztlak a má tendenci stoupat.

Jakmile jsou přítomny střih větru, zdvih, vlhkost a nestabilita, mohou se začít formovat bouřky.

Všechna tornáda začínají bouřkou

Bublina přehřátého vzduchu se může odpoutat od země a stoupat. Přitom ztrácí teplotu, protože se s klesajícím tlakem rozpíná a tedy chladne. S poklesem teploty vzduch ztrácí schopnost udržet vodní páru. Při dalším stoupání, a tedy ochlazení, pára zkondenzuje a vytvoří malé vodní kapičky. Vidíme, jak oblak roste směrem vzhůru. Když se dostane k hranici troposféry, okolní teplota znovu začne růst. Bublina teplého vzduchu začne být nyní chladnější než okolí, což ji brzdí. Začne zase klesat ke hranici troposféry a vytváří pro cumulonimbus charakteristický tvar kovadliny. V oblaku se vytvoří dešťové kapičky, vyprší se a oblak končí. Ve výškách s teplotou hluboko pod bodem mrazu se mohou vytvořit ledové krystalky nebo kroupy, při svém pádu dolů tají, změní se v déšť, ale pokud je jejich velikost dostatečná, spadnou jako krupobití. Protože v oblasti pod oblakem je vzduch relativně sušší, může v jiném scénáři dojít k tání a vypařování a srážky nestihnou dopadnout až na zem – zdálky vidíme pod cumulonimbem šmouhy (odborně virga), které však nedosáhnou na zem.

Při tání a vypařování se teplo spotřebovává na změnu skupenství, takže dole po dopadu na zem se studený vzduch roztéká jako louže. Okraj takového bazénku studeného vzduchu se označuje jménem gust fronta. Teplý vzduch, který byl předtím na zemi, stoupá nad studený „bazén“ a zviditelní gust frontu válcovitým oblakem, který se nazývá shelf cloud. Gust fronta je důležitá pro vznik tornáda.

S výškou roste rychlost větru, ale často také směr větru – to je ten střih větru. A tady začíná ta zábava.

Vzduch proudící ve výšce rychleji než u povrchu (ideálně rozdíl 25 m/s mezi rychlostí na povrchu země a ve výšce 6 km) má tendenci vytvářet horizontálně rotující válec - valivý vzduchový kanál, který je rovnoběžný se zemí. To je analogické s vrcholem vlny na moři, která se dostává do mělčí vody poblíž pláže. Tento valivý vzduchový kanál je původcem toho, co by se mohlo stát tornádem. Říká se tomu vorticita a může být jak horizontální tak vertikální. Jakmile bublina horkého vzduchu začne stoupat vzhůru, strhává s sebou horizontální vorticitu a sklápí ji na vertikální.

V další fázi se bouřka stává supercelou

Při různých nestabilitách se rotující mrak může natahovat nahoru a dolů a zesilovat. Ve vzpřímených částech začíná stoupající vzduch rotovat. Zatím to ani nevidíme, rotace je pomalá. Bouři, jejíž vzestupný proud vzduchu rotuje podle svislé osy, nazýváme supercela. Supercela nasává vlhký a teplý vzduch, živí další vývoj oblaku a dává mu tvar roztékající se kovadliny. Vzestupný proud může mít rychlosti desítek metrů za sekundu. Rotující jádro supercely je ve výšce několika kilometrů a má průměr 3 až 8 km. Pokud si supercela k teplému vzduchu přisaje i studenější a vlhký vzduch z dolního „bazénu“, může vzniknout tornádo. Silná supercela může natáhnout dostatečné množství studeného vzduchu z gust fronty, pokud není příliš studený a těžký. Na jeho teplotu a vlhkost má vliv relativní vlhkost vzduchu pod bouří a výška základny oblaku.

Rotující kanál funguje jako sací podtlak, který vynáší vzduch nahoru, a tento vzduch padá jako déšť v oblastech kolem nejsilnější části bouře a před ní. Tento sací kanál se také stále více otáčí, protože teplo a střih táhnou vír vzhůru k nebi. Když se rotace zesílí, může se vytvořit tornádo.

Tornádo se tvoří shora dolů

Jak se rotace prodlužuje, sestupuje dolů prodloužení v podobě trychtýřovitého oblaku. Jak tento rotující vír zesiluje, může dosáhnout země. Po dopadu se trychtýř stává tornádem a může naopak zvedat věci nahoru.

Tornáda mívají většinou rychlost větru do 180 km/h, mají průměr kolem 80 m a putují několik kilometrů, než se rozpadnou. V extrémních případech však může rychlost překročit 500 km/h , mohou mít průměr i přes 5 km a setrvat na dráze více než 100 km. mohou mít rychlost od 100 do více než 320 km/h a jejich mateřské supercely mohou také přinést vítr o rychlosti přes 100 km/h a velké kroupy. Největší rychlost byla zaznamenána v r. 2013 v El Reno v Oklahomě, USA: 486 km/h, šířka tornáda byla 4,2 km, naštěstí minulo obydlené oblasti.

Tornádo nelze předpovědět

Předpovídají se jen podmínky v atmosféře, které jsou pro vznik tornáda vhodné a odhaduje se pravděpodobnost jevu. Tvar krajiny na vznik tornád nemá vliv, zásadní vliv má mateřská bouře. Tornádo může vydržet postupovat minuty i hodiny, bude pokračovat do té doby, dokud budou panovat příznivé podmínky.

Klasifikace tornád

Tornáda jsou hodnocena na rozšířené Fujitově stupnici (Enhanced Fujito scale), což je stupnice poškození vzniklého tornádem, která se pohybuje od EF0 (slabé poškození) do EF5 (neuvěřitelná destrukce). Odhaduje se na základě poškození budov, aut a dokonce i krajiny. Existuje i kategorie EFU (Unknown), pokud nelze škody vyhodnotit.

EF0 – lehké poškození. Vítr 105–137 km/h. Odtržené části střech, polámané větve, mělce kořenící stromy vyvráceny.

EF1 – střední poškození. Vítr 138–177 km/h. Silně poškozené střechy, převrácené mobilní domy, rozbitá okna.

EF2 – značné poškození. Vítr 178–217 km/h. Stržené střechy dobře postavených domů, vyvrácené velké stromy, auta zvednutá ze země.

EF3 – těžké poškození. Vítr 218–266 km/h. Zničená celá patra domů, převrácené vlaky, strhaná kůra ze stromů.

EF4 – devastující poškození. Vítr 267–322 km/h. Domy zcela srovnané se zemí, auta odhozená na velké vzdálenosti.

EF5 – neuvěřitelné poškození. Vítr > 322 km/h. Domy kompletně odmetené ze základů, těžké předměty velikosti automobilu létají stovky metrů, masivní destrukce.

Tornádo u nás

Nejničivějším zaznamenaným tornádem v novodobých dějinách Česka bylo tornádo na Břeclavsku a Hodonínsku 24. června 2021. Toto tornádo, které mělo maximální sílu stupně EF4, silně poškodilo zejména obce Hrušky, Lužice, Mikulčice, Moravskou Novou Ves a městské části Hodonína Pánov a Bažantnice, 6 lidí zemřelo a desítky osob byly zraněny. Podobně silné tornádo postihlo tehdejší České knížectví naposledy pravděpodobně před 902 roky, v podvečer 30. července 1119. Událost, během které byl mj. zdevastován knížecí palác na pražském Vyšehradě, přesně popsal ve své kronice Kosmas, který byl zřejmě očitým svědkem tohoto neštěstí.

Zdroje: Tornadogenesis: How Twisters Take Shape | Weather.com; Wikipedie: Tornado

Věda kolem nás/Výzvy a otázky, Tornádo: Zacharov, Münster, Daňhelka, Tomšů, AV ČR v. v. i., Nakladatelství Academia