LightningChaser - novi 2D produkt iz polja WRF-ARW modela

(Ažurirano 1. svibnja 2020.)

Sezona grmljavinskih aktivnosti je pred vratima te smo za ovu godinu odlučili dodatno obogatiti naše WRF-ARW karte s novim produktom namijenjenim predviđanju grmljavinskih sustava. LightningChaser smo osmislili i dizajnirali u MeteoAdriaticu, a temelji se na suvremenoj znanstvenoj literaturi iz područja meteorologije. Produkt objedinjuje na istoj karti kombinaciju sinoptičkih i dinamičkih parametara u cjelinu koju je lako interpretirati koristeći jednostavnu legendu priloženu uz produkt. Cilj pri osmišljavanju produkta bio je jednostavnost upotrebe bez nužne potrebe da korisnik bude detaljnije upoznat s korištenim atmosferskim parametrima.

Prema teoriji česti (parcel theory), dva su osnovna uvjeta nužna za nastanak konvektivne naoblake a time i grmljavinskih procesa. To su nestabilnost zračnog stupca atmosfere i uzlazna strujanja dovoljno snažna da nadjačaju inhibicijski sloj i time započnu slobodnu konvekciju zračnog stupca (Trapp 2013).

Pri izradi LightningChasera koristili smo Mixed Layer Convective Available Potential Energy, (MLCAPE, u najnižih 180hPa); Mixed Layer Convective Inhibition (MLCIN, u najnižih 180hPa); smicanje vjetra između razina 10m i 500hPa, te vertikalnu brzinu strujanja na 700hPa. Taszarek et al. (2019) su pokazali da se MLCAPE, MLCIN i smicanje mogu upotrijebiti za predviđanje negrmljavinskih i grmljavinskih situacija te smo preuzeli granične vrijednosti parametara iz njihovog rada (Slika 1).

Slika 1: Granične vrijednosti parametara za slučajeve bez grmljavine i s grmljavinom, te za slabe i jake grmljavinske sustave (Taszarek et al. 2019). Za LightningChaser produkt koristili smo 3 od 4 parametra (MLCAPE: 150 J kg⁻¹, MLCIN: −75 J kg⁻¹, MLWMAXSHEAR: 400 m² s⁻²). Konvektivna oborina nije korištena jer ERA model i naš WRF simuliraju konvektivnu oborinu na bitno drugačijem principu te stoga granične vrijednosti od ERA modela nisu primjenjive na naš produkt.

MLWMAXSHEAR je kombiniran parametar koji se računa formulom MLWMAXSHEAR = DLS * (2*MLCAPE)^1/2, gdje je DLS (Deep Layer Shear) smicanje vjetra između razina 10m i 500hPa (Taszarek 2017). Pokazalo se je da kombinacija visoke nestabilnosti atmosfere (MLCAPE) i izraženog smicanja (DLS) stvara vrlo povoljne uvjete za razvoj intenzivnih grmljavinskih oluja (Allen et al. 2011). U LightningChaseru ova kombinacija (MLWMAXSHEAR) se koristi za detekciju područja u kojima je moguć razvoj intenzivnih grmljavinskih sustava (žuta, narančasta i crvena boja na karti).

Slika 2: Primjer LightningChaser produkta (verzija 2, od 1. svibnja 2020.)

Na kartama LightningChasera svaka sjenčana boja na karti označava drugačiju kategoriju, zavisno o konkretnoj kombinaciji gore navedenih parametara. Pritom su kategorije grupirane prema očekivanom intenzitetu grmljavinskih sustava i vjerojatnosti njihovog nastanka. Slijedi opis pojedine kategorije po bojama:

Grmljavinska grupa nižeg intenziteta (MLWMAXSHEAR < 600 m²s^-2)

Bijela (vjerojatnost: mala; intenzitet: slab) označava područja u kojima su svi promatrani parametri ispod graničnih vrijednosti (MLCAPE <150 J/kg, MLWMAXSHEAR < 600 m²s^-2, a MLCIN se ne razmatra ako je MLCAPE ispod granične vrijednosti). U tim područjima nije za očekivati grmljavinsku aktivnost s obzirom da je atmosfera stabilna.

Žutozelena (vjerojatnost: umjerena; intenzitet: slab) označava područja u kojima je MLCAPE iznad granične vrijednosti od 150 J/kg ali MLCIN je ispod -75 J/kg te MLWMAXSHEAR < 600 m²s^-2. U ovim područjima nestabilnost je dovoljna za razvoj grmljavinskih sustava, ali je inhibicijski sloj snažan pa takvo stanje smanjuje vjerojatnost od nastanka slobodne konvekcije, te stoga dodijeljujemo umjerenu vjerojatnost za nastavak grmljavinske aktivnosti u toj zoni.

Svjetloplava (vjerojatnost: visoka; intenzitet: slab) označava područja u kojima su MLCAPE i MLCIN vrijednosti pogodne za stvaranje konvektivnih procesa (MLCAPE > 150 J/kg te MLCIN > -75 J/kg) pa stoga u toj zoni dodijeljujemo veliku vjerojatnost za nastanak grmljavinskih aktivnosti. No, s obzirom da je MLWMAXSHEAR < 600 m²s^-2, ne očekujemo osobito izražene grmljavinske procese.

Grmljavinska grupa višeg intenziteta (MLWMAXSHEAR > 600 m²s^-2)

Napomena: prema Taszarek et al. (2019, 2017), moguć je nastanak meteoroloških pojava koje spadaju u ovu grupu (engl. severe thunderstorms) kao npr. tuča, olujni udari vjetra, morske pijavice, tornado, … ako je parametar MLWMAXSHEAR veći od otprilike 400 m²s^-2. Mi smo za graničnu vrijednost uzeli 600 m²s^-2 s obzirom na subjektivni dojam da se vrijednost od 400 m²s^-2dosta lagano dostiže već s umjerenim razinama smicanja vjetra po visini, čak i za relativno male vrijednosti CAPE.

Žuta (vjerojatnost: mala; intenzitet: jak) označava područja u kojima je MLCAPE < 150 J/kg (MLCIN se ne razmatra kad je MLCAPE manji od graničnog) ali je MLWMAXSHEAR > 600 m²s^-2. Ovakve situacije nisu česte a mogu nastati kad je MLCAPE blizu graničnog no ipak niži, uz vrlo jako smicanje vjetra po visini (blizina mlazne struje/fronte i slično). U ovakvoj situaciji nije vjerojatan značajniji prostorni razvoj grmljavinske aktivnosti, ali ako ponegdje ona nastane mogla bi biti intenzivna.

Narančasta (vjerojatnost: umjerena; intenzitet: jak) označava područja gdje je MLCAPE > 150 J/kg ali je MLCIN < -75 J/kg uz MLWMAXSHEAR > 600 m²s^-2. Ovakva sinoptička situacija znači da postoji dovoljna nestabilnost atmosfere uz izraženo smicanje vjetra te je moguć nastanak intenzivnih grmljavinskih procesa, ali zbog povišene inhibicije vjerojatnost nastanka je nešto niža.

Crvena (vjerojatnost: visoka; intenzitet: jak) označava područja gdje su sva tri parametra iznad graničnih vrijednosti; MLCAPE > 150 J/kg, MLCIN > -75 J/kg, MLWMAXSHEAR > 600 m²s^-2. U takvim uvjetima postoje idealni uvjeti za razvoj jakih grmljavinskih sustava.

Maskiranje po zonama uzlaznih strujanja

Vertikalna brzina uzlaznih strujanja na 700hPa pokazuje prisutnost drugog nužnog elementa za razvoj grmljavinskih sustava – kinetičkih pomaka nižih česti zraka na visinu iznad razine slobodne konvekcije. U ovoj verziji LightningChasera (od 1. svibnja 2020.) umjesto dodatnih markera koji pokazuju područja uzlaznih strujanja kao u prvoj verziji, odlučili smo se zone nestabilnosti maskirati samo u područja gdje postoje dovoljna uzlazna strujanja. Tako u aktualnoj verziji sjenčana područja označavaju zone gdje postoji istovremeno i nestabilnost i uzlazno gibanje zračnih česti. Napominjemo, da su uzlazna strujanja pritom usrednjena na rezoluciju oko 33 kilometra kako se ne bi izdvajala područja pojedinačnih uzlaznih struja u konvektivnim sustavima nego se dobile općenite zone gdje postoje dovoljni impulsi za nastanak konvkecije. Također, samo tamo gdje su uzlazne struje intenzivne, moguća je pojava visoke vjerojatnosti (svjetloplava i crvena boja), dok tamo gdje postoje uzlazne struje ali nižeg intenziteta, najveća moguća kategorija je ograničena na umjerenu vjerojatnost (žutozelena i narančasta boja).

MeteoAdriatic vam želi sretan lov na oluje!

Reference:

Allen, J. T., D. J. Karoly, and G. A. Mills, 2011: A severe thunderstorm climatology for Australia and associated thunderstorm environments. Aust. Meteor. Ocean J., 61, 143–158, https://doi.org/10.22499/2.6103.001.