Vyhodnocení povodňové situace v červenci 1997

Souhrnná zpráva projektu

Návrat na obsah

1. METEOROLOGICKÉ PŘÍČINY POVODŇOVÉ SITUACE

Analýza meteorologických příčin povodňové situace v červenci 1997 sleduje jednak shromáždění všech hlavních dostupných meteorologických informací pro další výzkum této extrémní přírodní pohromy, a jednak se pokouší v rámci časových možností o odpovědi na některé zásadní otázky a přínos k řešení aktuálních problémů varovného a předpovědního meteorologického provozu. Jde zejména o:

(1) určení velkoprostorového charakteru příčinných cirkulačních podmínek ,

(2) synoptické vysvětlení, proč byly atmosférické poměry příznivé pro poměrně výjimečné až pětidenní vypadávání extrémních srážek,

(3) objasnění vlivů, které vyvolávaly značné orografické zesílení srážek,

(4) posouzení extrémnosti charakteristik volné atmosféry (atmosféra nad tzv. mezní vrstvou, sahající do výšky 1500 m n. m., v níž se bezprostředně projevuje ještě vliv zemského povrchu na pole meteorologických prvků) v průběhu srážkových období ve srovnání s jejím typickým chováním v letním období nad evropským kontinentem pro potřeby zvyšování efektivnosti předpovědí extrémních srážek,

(5) zkušenosti, výhody a nedostatky s využíváním dálkové detekce srážek (radarový monitoring a satelitní snímkování) zjištěné za povodňové situace pro objasnění využitelnosti informací, které lze od těchto postupů a zařízení očekávat.

 

1.1 Všeobecný charakter atmosférických podmínek, které vedly ke vzniku povodňové situace

Povodňová situace v červenci 1997 byla způsobena dvěma epizodami vydatných dlouhotrvajících srážek.

Obecně se vznik srážek v atmosféře váže na existenci výstupných pohybů vzduchu. Dochází k nim v zásadě ze čtyř hlavních příčin:

(a) termickou konvekcí (se vznikem bouřkových oblaků),

(b) při orografických návětrných efektech,

(c) v oblastech cyklón a brázd nízkého tlaku následkem dynamicky podmíněných výstupných pohybů vzduchu v nižších hladinách atmosféry (konvergence proudění),

(d) výkluznými pohyby vzduchu v oblasti atmosférických front.

Všechny tyto příčiny se vyskytovaly v obou srážkových obdobích v červenci 1997 současně (v první srážkové epizodě dokonce s extrémně dlouhým trváním až pěti dnů), přičemž se s největší pravděpodobností vzájemně (synergicky) zesilovaly. Pouze bouřky s přívalovými dešti se vyskytovaly většinou jen na začátku obou srážkových epizod, avšak nebylo možné vyloučit vlivy termické konvekce i v jejich dalším průběhu.

Na základě analýzy přízemních synoptických map za posledních zhruba 100 let se ukazuje, že za předpokladu existence dostatečně velkého obsahu vlhkosti vzduchu se tyto několikadenní uspořádané výstupné pohyby vyskytují z uvedených příčin zejména při postupu tzv. teplotně asymetrické cyklony po klasické dráze Vb [podle typizace van Bebbera], viz obr.1.1. K takovým "povodňovým" cyklonám patřil i případ z první červencové dekády roku 1997, kdy při postupu středu cyklóny ze severní Itálie přes území České republiky (ČR) dále k severovýchodu (viz trajektorii cyklony na obr. 1.2) se evidentně výrazně uplatňovaly všechny uvedené příčiny výstupných pohybů vzduchu. Popsaný synoptický typ atmosférické cirkulace je pro vznik povodní, postihující rozsáhlejší území ČR nejčetnější a nejnebezpečnější.

V druhém případě červencové "povodňové" cyklony byl její postup podobný prvnímu, avšak její trajektorie byla posunuta poněkud západněji. Podrobnější analýzou se zabývá následující kap. 1.2.

 

1.2 Synoptický rozbor přízemních povětrnostních situací

Pro hodnocení bylo použito synoptických map, dále údajů z výstupů aerologických balonů na stanici Praha – Libuš a dat z profesionálních synoptických stanic na území ČR. Pro sledování oblačných a srážkových útvarů byly využity i radarové a družicové snímky. Podrobněji viz [Strachota et al., 1998].

 

1.2.1 První povodňová epizoda

Srážková činnost na území ČR započala již 4. 7. 1997, kdy střední Evropa byla pod vlivem zvlněné studené fronty, která postupovala pozvolna od jihozápadu k severovýchodu. Její přechod byl provázen na celém území četnými bouřkami, místy i lijáky (srážkové úhrny okolo 30 mm). Nad Alpami se její postup začal zpomalovat a studený vzduch se “rhonskými dveřmi” (údolím řeky Rhony) dostal do severozápadního Středomoří. Vytvořila se prohlubující se tlaková níže, která postupovala 5. 7. - 6. 7. po zmíněné dráze Vb směrem k severovýchodu na západní Ukrajinu (viz obr. 1.2). Tím byl nastartován mechanismus, který přinesl mimořádné množství srážek ve východní části území ČR. Pro ilustraci je uveden na obr. 1.3 družicový snímek ze dne 6. 7., během kterého spadlo vůbec největší množství srážek v průběhu celé povodňové situace (viz kap. 2).

Další vývoj situace byl v novodobé historii zcela výjimečný. Zpravidla tlaková níže nad Ukrajinou postupuje dál k severovýchodu, postupně se vyplňuje a slábne anebo se začíná vracet směrem na západ až severozápad (tzv. retrográdní postup níže) a rovněž zaniká. Obvykle trvá počasí při výskytu situace s dráhou Vb s vydatnými srážkami jeden až tři dny, tentokrát pokračovaly silné deště ještě o dva dny déle. Příčinou byl postup tlakové výše z Azorských ostrovů k jižní Skandinávii, tím došlo k zablokování retrográdního postupu tlakové níže, která pak setrvávala ve stacionární poloze nad jižním Polskem. Mezi tlakovou výší a tlakovou níží  výrazně zesílil tlakový gradient s následným zvýšením rychlosti větru ze severních směrů. V důsledku toho se významně projevil návětrný efekt (zesilování úhrnů spadlých srážek na návětrné straně hor) na severních a severovýchodních svazích Krkonoš, Orlických hor, Jeseníků a Beskyd. 9. 7. tlakový gradient začal slábnout a srážky na celém území ČR ustaly.

 

1.2.2 Druhá povodňová epizoda

Druhé srážkové období započalo 17. 7., kdy došlo k přibližování a nakonec ke splynutí dvou frontálních systémů. První z nich postupoval přes střední Evropu k východu v severněji položené frontální zóně, druhý pak v jižněji položené frontální zóně přes západní Středomoří k severovýchodu (viz obr. 1.4, 1.5 a 1.6). Ten byl spojen s mělkou tlakovou níží, která se po splynutí obou systémů začala prohlubovat a do 19. 7. postoupila přes Čechy a Moravu k severovýchodu nad Slezsko. Vydatné srážky trvaly na návětří severních pohraničních hor, zejména v Krkonoších.

 

1.2.3 Meteorologické příznaky obou povodňových případů

Srovnáním obou srážkových epizod lze odpozorovat řadu příznaků (symptomů), které jsou důležité pro rekognoskaci podobných případů v budoucnu v meteorologickém a hydrologickém předpovědním provozu:

 

1.3 Vliv orografie na zesílení srážek v oblasti severní Moravy

Hornatost terénu společně s charakterem deště z výše ležící oblačnosti, vlhkostí vzduchu a rychlostí větru, zejména v dolní části troposféry, podstatně ovlivňovaly intenzitu srážek a jejich návětrný efekt. Obr. 1.7 prokazuje na Lysé hoře zřejmou závislost srážek na rychlosti větru. U výrazného orografického zesílení srážkové činnosti v noci ze 6. 7. na 7. 7. 1997 meteorologický model ALADIN signalizoval podstatné zesílení větru s maximem na hranici mezní vrstvy. Obdobné zesílení větru, mající za následek zesílení srážek v Beskydech a Jeseníkách dne 8. 7., bylo potvrzeno přímým měřením. Rovněž to bylo prokázáno i v průběhu druhé povodňové epizody v noci z 19. 7. na 20. 7., přestože rozsah srážek byl oproti předchozímu období výrazně menší.

 

1.4 Termodynamické a dynamické charakteristiky atmosféry v období extrémních srážek v oblasti střední Evropy v červenci 1997

V souvislosti s předcházejícími poznatky bylo třeba dále nalézt odpověď na důležitou otázku, jak extrémní byly charakteristiky volné atmosféry v průběhu obou srážkových epizod ve srovnání s jejich typickým chováním v letním období nad evropským kontinentem. Druhým návazným záměrem bylo zjistit, zda by se dala zlepšit věrohodnost předpovědi extrémních srážek analýzou kombinovaných veličin, které popisují atmosféru z více fyzikálních hledisek (sdružení informace o poli proudění, teploty i vlhkosti). Pro tento účel byla analyzována měření evropských aerologických stanic. Hodnoty studovaných veličin byly stanoveny v uzlech pravidelné sítě 23x21 bodů s horizontálním krokem 128 km. ČR je ve střední části uvažované oblasti.

Kromě základních polí topografie tlaku byla zkoumána výšková pole veličin, které vystihují tři základní rysy nutné pro vznik srážek ve střední Evropě, tzn. teplotně vlhkostní poměry, stupeň vertikální lability atmosféry a dynamické vlastnosti nutné pro vznik uspořádaných vzestupných vertikálních rychlostí. Posouzení extrémnosti příčinných meteorologických situací bylo provedeno srovnáním hodnot z července 1997 s hodnotami získanými stejnou analýzou dat z šesti letních sezon z období 1989-1991 a 1994-1996 (celkem 1004 souborů historických aerologických dat z 12 UTC a 00 UTC). Na základě tohoto srovnání byla pro období obou epizod stanovena pole pravděpodobnosti překročení historických hodnot. U naprosté většiny uvažovaných charakteristik bylo zjištěno, že hodnoty ze srážkových epizod překračují 90 až 95 % historických hodnot, u tzv. relativní vorticity (vírnatost proudění), jejíž vývoj je mírou výstupných pohybů, vznikly oblasti s hodnotami překračujícími až 99 % (viz obr. 1.8 a 1.9).

Tím bylo prokázáno, že pole řady meteorologických veličin ve volné atmosféře nabývala v období povodňových epizod hodnot blízkých k extrémním. Byla tak dosažena kombinace jednotlivých veličin, jejichž hodnoty vykazovaly jenom malou pravděpodobnost překročení. Přesnější kvantitativní vymezení pravděpodobnosti výskytu těchto extrémních situací se tedy musí opírat o vícerozměrnou pravděpodobnostní analýzu, která vezme v úvahu, že jednotlivé meteorologické veličiny nelze považovat za statisticky nezávislé. Jako užitečný indikátor pro posouzení kombinovaného působení více faktorů (pole proudění i vlhká instabilita atmosféry) se ukázala ekvivalentně potenciální vorticita. Jejímu studiu bude věnována další pozornost.

Při první srážkové epizodě, kdy tlaková níže zasahovala svým okrajem východní část území ČR, lze pozorovat v ovzduší nad severovýchodní Evropou vydatný zdroj relativně teplého a vlhkého vzduchu. Ve druhé časové fázi této epizody již teploty na jih a jihovýchod od ČR poklesly, ale vzduchová hmota, která v proudění se severní komponentou zasahovala na naše území, mohla čerpat zásobu tepla i vlhkosti z oblasti severovýchodního Polska a Pobaltských republik. Tento vzduch byl potenciálně labilní, tzn. náchylný k intenzifikaci výstupných pohybů při vertikálním impulzu (vliv orografie). Při druhé srážkové epizodě, kdy pršelo pouze 18.7. a 19.7., tento zdroj tepla a vlhkosti neexistoval. Výsledná pole proudění byla přitom při obou epizodách velmi podobná. Tím se vysvětluje neobvyklé trvání srážek první epizody a téměř dvojnásobný rozdíl v naměřených úhrnech mezi první a druhou vlnou srážek na území ČR. Zároveň by tímto postupem mohl být nastíněn i mechanizmus, kdy se z podobných meteorologických situací vyvinou povodňové srážky velkého rozsahu a extrémního trvání.

Ze získaných poznatků plyne ještě další důležitý závěr pro meteorologický varovný předpovědní provoz. Výstupy z předpovědních meteorologických modelů by zejména pro předpověď extrémních srážek měly prodělat ještě další proces zpracování, v tzv. postprocessingu, kromě jiného s cílem ověřit jejich vícerozměrnou sdruženou pravděpodobnost výskytu.

 

1.5 Efektivnost měření příčinných srážek meteorologickými radary

Srážkovou činnost na převážné části území ČR monitorují dva meteorologické radary situované v Praze na Libuši a na kótě Skalky na Drahanské vrchovině u Boskovic. Jejich měření s dosahem 256 km probíhají nepřetržitě v intervalu 10 min, resp. 10 - 20 min (Libuš). Výsledkem objemového snímání z 13 - 20 otáček antény je trojrozměrné pole radiolokační odrazivosti, s prostorovým rozlišením 2x2 km horizontálně a 1 km vertikálně (viz obr. 1.10a, 1.10 b, 1.10 c). Na jejím podkladě jsou zobrazovány a probíhají výpočty radarových odhadů srážek formou animací kvazi-trojrozměrných polí. Prověrka účinnosti těchto zařízení v průběhu povodňové situace v červenci 1997 je důležitou informací pro potřeby dalšího rozvoje povodňové meteorologické a hydrologické předpovědní a varovné služby. Data získaná z radarové obrazovky za celé sledované povodňové období jsou nahrána na CD ROM, který je k dispozici u ČHMÚ Praha na Libuši pro potřeby dalšího výzkumu.

Z údajů radaru Skalky, jehož poloha byla pro sledování povodňové situace na Moravě příznivější, bylo možné odpozorovat, že příčinné srážky měly převážně charakter dlouhotrvajících vydatných dešťů z oblačnosti vrstevnatého charakteru a s místně časově proměnlivými zesíleními konvektivního typu (výstupné a kompenzující sestupné pohyby vzduchu v atmosféře, z nichž výstupné pohyby mívají větší rychlost). Zejména v horských oblastech severní Moravy a Slezska se výrazně projevovaly návětrné efekty. Radarová sledování vykazovala v závislosti na vzrůstající vzdálenosti postupně se zvětšující podhodnocení měření, zvláště v hornatém terénu. Při pracích na projektu se vyzkoušelo, že pro zvýšení radarového odhadu srážek bude možné s úspěchem využívat statistickou korekci (obr. 1.11 a 1.12). Podhodnocení radarových odhadů charakterizované podílem úhrnů zjištěných radarem a úhrnů naměřených v síti srážkoměrných stanic dosáhlo v průměru hodnoty 0,69. V horském terénu, zejména v oblasti Beskyd, byly zřetelně podhodnoceny nejvyšší úhrny srážek, a to v důsledku kombinace neviditelnosti nejnižších vrstev atmosféry ve větších vzdálenostech od radaru (včetně zastínění radiohorizontu) a podstatného návětrného zesílení srážek v těchto nízkých hladinách.

Hlavním přínosem radarových měření v červenci 1997 byla operativní dostupnost aktuálních dat o plošném rozložení srážkových intenzit včetně zobrazení dynamiky oblačných systémů. Prakticky to umožňuje, i když jen přibližně, získat v kombinaci s aktuálně dostupnými informacemi ze srážkoměrných stanic představu, které části říčních systémů mohou být pravděpodobně zasaženy srážkami. Na zlepšování radarových odhadů srážek se intenzívně pracuje i v rámci mezinárodní spolupráce.

 

1.6 Možnosti využití družicových informací pro odhady povodňových srážek

Nevýhodou současně používaných snímků z družic NOAA je především jejich poměrně sporadická frekvence 4x za 24 hod, což je pro kvantifikaci srážek naprosto nedostatečné. U snímků z družice Meteosat je překážkou zase nízká rozlišovací schopnost jak geometrická tak i spektrální. Co je však hlavní, oba tyto druhy družicových informací operativně užívané v Českém hydrometeorologickém ústavu, nejsou z hlediska současné technické vybavenosti vhodné pro kvantitativní odhady srážek.

Snímky z těchto družic byly na operativní bázi normálně k dispozici v červenci 1997, a to jak meteorologům a hydrologům, tak i široké veřejnosti prostřednictvím internetu, kde na adrese http://www.chmi.cz/meteo/archiv/povodne_07-97 je nyní rovněž veřejně přístupný archiv družicových dat za období červencových povodní z roku 1997.

Pokud nebudou vhodné přístroje implementovány na geostacionární družice, není operativní kvantitativní měření srážek dostupnou satelitní technikou zatím reálné. Přednosti současných meteorologických družic jsou využitelné především v synoptické meteorologii pro upřesňování frontální analýzy a rovněž pro monitorování nebezpečných meteorologických jevů mezosynoptického měřítka, tzn. včetně vymezení prostoru, v němž může dojít potenciálně k vypadávání srážek.

Návraty:

Obsah

Přílohy

Konec

© Copyright Český hydrometeorologický ústav