Miasto napędza burzę. Co miejska wyspa ciepła robi z konwekcją nad Warszawą i Krakowem

Miejska wyspa ciepła zmienia warunki w warstwie granicznej

Pojęcie miejskiej wyspy ciepła (MWC) to termiczne uprzywilejowanie obszaru zabudowanego względem otaczających terenów. Z analiz Centrum Modelowania Meteorologicznego Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW-PIB) wynika, że atmosferyczna MWC jest najsilniejsza nocą i nad ranem. Średnie wartości jej intensywności sięgają wówczas ponad 5°C, a w niektórych sytuacjach pogody radiacyjnej nawet 10°C. Powierzchniowa wyspa ciepła, mierzona z satelity w podczerwieni termicznej, potrafi dawać w godzinach okołopołudniowych różnice przekraczające 15°C między dachami i asfaltem a otaczającymi polami.

Ciepłe miasto obniża lokalnie ciśnienie i wytwarza prądy wstępujące. Nadbiega na nie chłodniejsze powietrze spoza miasta — tzw. bryza miejska. W ulicznych kanionach wiatr słabnie i zbiega się (konwergencja), a wraz z nim wilgotne, nagrzane powietrze. Jeśli dostarczone zostaną dodatkowe wymuszenia (front, zatoka niżu, dolinowa zbieżność wiatru), w takim środowisku łatwiej o gwałtowną konwekcję.

Aerozole z miasta to dodatkowe jądra kondensacji

Drugim, równie ważnym mechanizmem jest mikrofizyka chmur. Zanieczyszczone miejskie powietrze niesie znacznie więcej cząstek aerozolu, które działają jak jądra kondensacji. Większa ich liczba sprawia, że krople w chmurze są drobniejsze, lecz jest ich więcej. Lekkie krople łatwiej unoszą się w prądzie wstępującym, docierają do warstw poniżej –10°C, gdzie zamarzają, i dalej rosną przez przymarzanie kolejnych przechłodzonych kropelek. To dlatego w pomiarach IMGW-PIB w chmurach Cumulonimbus nad miastem stwierdzano wzrost rozmiarów gradzin o około 32 proc. w porównaniu z burzami na otaczających terenach.

Z obserwacji elektryczności atmosferycznej wynika dodatkowo coś ciekawego: w dniach roboczych aktywność wyładowań w miastach jest większa niż w weekendy i święta. To efekt mniejszej emisji zanieczyszczeń komunikacyjnych i przemysłowych w dni wolne, a przez to spadku liczby jąder kondensacji potrzebnych do tworzenia chmur burzowych.

Komórki burzowe dzielą się i omijają centrum

Bardzo charakterystyczny jest los samych burz przemieszczających się nad obszar miejski. Wyższe budynki w centrum to większa szorstkość podłoża, więc rosnący opór i tarcie modyfikują strukturę burzy. Strefa najintensywniejszych opadów lubi się wówczas rozwidlać i przesuwać nad obrzeża miast. IMGW-PIB udokumentowało to m.in. dla Poznania i Krakowa w czerwcu 2021 r., kiedy nawalne opady doprowadziły do tzw. powodzi błyskawicznych w sąsiadujących z centrum dzielnicach.

Dla mieszkańców większych polskich aglomeracji oznacza to dwie rzeczy. Po pierwsze, w obszarach gęstej zabudowy łatwiej o lokalne nawalne opady i intensywne wyładowania, zwłaszcza w okresie maj–wrzesień, gdy konwekcja jest najsilniejsza. Po drugie, najsilniejsze opady często schodzą na peryferia, gdzie infrastruktura kanalizacyjna bywa słabiej dostosowana do ekstremów. Tam zdarzają się największe podtopienia ulic i piwnic.

Czego uczy nas miejska konwekcja

Wnioski IMGW-PIB są jednoznaczne: miasto modyfikuje burze przez trzy fizyczne kanały — zwiększoną konwergencję powietrza, destabilizację warstwy granicznej przez MWC oraz większą zawartość aerozoli. Dlatego adaptacja klimatyczna miast — zielone dachy, retencja, mniej betonu — pomaga nie tylko w upały, lecz pośrednio także w sezonie burzowym. Każdy hektar przepuszczalnego gruntu i każde drzewo zmniejsza ilość ciepła odprowadzanego do powietrza, a tym samym osłabia napęd lokalnej konwekcji.

Źródła: https://obserwator.imgw.pl/2021/07/14/czy-miasto-napedza-burze/ ; https://cmm.imgw.pl/ ; https://klimat.imgw.pl/