Fizica tornadei din Bărăgan, explicată de profesorul Mihai Dima: În interiorul tornadei, obiectele mari pot fi deformate de forțele de forfecare generate de mișcările turbulente ale aerului

Ce este o tornadă? Care este fizica unui asemenea fenomen extrem? Tornada de ieri, din județul Călărași, care a măturat un autocar cu 40 de persoane și care a lăsat fără acoperișuri zece case, este indiciul unui fenomen climatic sau este doar un fenomen meteo? Despre toate acestea, ne-a vorbit pe larg fizicianul Mihai Dima. Profesor de Fizica Atmosferei și a Globului Terestru la Facultatea de Fizică a Universității din București, Mihai Dima a explicat pentru Edupedu.ro cum se formează o tornadă, dar și ce se întâmplă cu obiectele prinse într-un asemenea fenomen.

O tornadă s-a produs marţi, 30 aprilie, în judeţul Călăraşi; un autocar care transporta 40 de persoane a fost aruncat de pe şosea, multe dintre persoane fiind rănite, iar zece case au rămas fără acoperişuri în localitatea Dragalina, scrie G4Media, care a publicat parte din imaginile spectaculoase înregistrate și postate pe rețelele de socializare.

Rep: Care este fizica unui asemenea fenomen extrem, fizica unei tornade?
Mihai Dima: O tornadă poate fi definită ca o coloană de aer aflată în mișcare de rotație intensă, în contact cu Pământul, la nivelul sau sub nivelul unui nor de tip cumuliform. Norii de timp cumuliform pot avea extindere mare pe verticală și sunt adesea asociați cu furtuni.

Mecanismele fizice care contribuie la generarea tornadelor nu sunt pe deplin înțelese, însă în ultimii ani s-au făcut progrese semnificative în acest sens. Generarea unor astfel de fenomene atmosferice este asociată cu furtuni și este adesea precedată de existența norilor de tip cumulonimbus. Formarea acestora este favorizată de cel puțin trei factori: instabilitate atmosferică, contrast de temperatură și umiditatea atmosferei. Aceștia sunt nori cu extindere mare pe verticală, în care se produce convecție puternică: aerul relativ cald din apropierea solului, care sub acțiunea radiației solare se încălzește mai mult din apropierea sa, capătă mișcare ascendentă pentru că este mai ușor decât cel relativ rece de deasupra. Pe măsură ce urcă, aerul se răcește și parte din vaporii pe care îi conține se transformă în picături, de nori și eventual de ploaie. Mișcarea ascendentă este adesea asociată cu formațiuni ciclonice dispuse la 1-3 km distanță de la sol, care implică mișcare de rotație a aerului în jurul unei zone centrale în care presiunea tinde să fie scăzută. Această presiune relativ mică poate genera un efect de aspirare a aerului de dedesubt, generându-se astfel o formă de ansamblu de tip „pâlnie”. Dacă acest efect este suficient de puternic, coloana verticală de aer aspirat poate coborî până la nivelul solului, formându-se astfel o tornadă. Prin antrenarea de aer cald de la nivelul solului în coloana centrală a tornadei, viteza de rotație a aerului în cadrul acesteia poate crește.

Rep: Ce se întâmplă cu obiectele, construcțiile, mijloacele de transport sau semnalul de telefonie, undele radio într-o tornadă?
Mihai Dima: Sub acțiunea vântului foarte puternic dintr-o tornadă intensă, obiectele aflate în raza de acțiune a acesteia pot fi deplasate și ridicate de la sol. De asemenea, datorită forțelor de forfecare generate de mișcări turbulente ale aerului în interiorul tornadei, obiectele mari pot fi deformate.

Rep: Această tornadă într-o câmpie aflată într-o zonă climatică temperat-continentală anunță și alte modificări, alte schimbări? Putem vorbi și despre un fenomen climatic, nu doar despre un fenomen meteo?
Mihai Dima: Conform unui studiu referitor la tornadele înregistrate în România de aproape două secole (Antonescu și Bell, 2015), acestea se manifestă cu precădere în sud-estul României. În acest context, manifestarea celei de ieri în Câmpia Bărăganului nu este surprinzătoare.

Simulările realizate pe calculator indică faptul că, în contextul încălzirii globale, frecvența și amplitudinea fenomenelor extreme (din această categorie făcând parte și tornadele) va crește. Altfel spus, fenomenele extreme de amplitudini mari vor apărea mai frecvent. Aplicată la tornade, această idee implică apariția mai frecventă a tornadelor intense. Deși în ultimele decenii au fost înregistrate de departe cele mai multe tornade din perioada 1822-2013 (Antonescu și Bell, 2015) nu este clar dacă numărul record al acestora se datorează mijloacelor moderne de informare și comunicare folosite în România, atenției crescânde acordate acestor fenomene de către societate (acești doi factori favorizează raportarea manifestării tornadelor) sau încălzirii globale.

Formarea unei tornade, care conform imaginilor înregistrate pe 30 Aprilie a părut intensă, este în acord cu simulările pe calculator care anticipează creșterea amplitudinii și frecvenței fenomenelor extreme datorită încălzirii globale. Totuși, nu se poate atribui încălzirii globale generarea acestei tornade, analizând-o izolat, doar pe aceasta. În principiu, o tornadă puternică ar putea fi generată și de procese locale care nu sunt influențate semnificativ de încălzirea globală.

Această limitare în stabilirea unei legături fizice între încălzirea globală și producerea tornadei poate fi înțeleasă printr-o analogie cu aruncatul zarurilor. Presupunem că dorim să aflăm dacă o pereche de zaruri a fost sau nu construită în așa fel încât la aruncarea lor să se obțină preponderent cifrele 5 și 2. Obținerea acestor cifre în urma unei singure aruncări se poate realiza din întâmplare, fără ca zarurile să fie construite special în acest scop. De aceea, nu se poate clarifica acest aspect dintr-o singură lansare a zarurilor, ci este necesar ca acestea să fie aruncate de multe ori, de exemplu de o sută de ori. Numai în urma unui număr suficient de mare de lansări, dacă în cele mai multe cazuri acestea indică cifrele 5 și 2, se poate afirma că zarurile nu sunt în regulă. În mod similar, generarea unei tornade majore nu implica faptul că aceasta este indusă de încălzirea globală. Doar în urma înregistrării multor tornade, pe o perioadă relativ mare de timp și numai dacă s-a înregistrat un număr în creștere de astfel de fenomene extreme, pe parcursul mai multor decenii, se poate susține ideea că încălzirea globală a generat creșterea numărului de tornade puternice în România, cu probabilitate mare ca afirmația să fie corectă.

Astfel, doar în urma manifestării tornadei de ieri nu se poate afirma cu siguranță că în viitorul apropiat se vor manifesta în mod recurent fenomene de același tip și aceeași intensitate. Totuși, având în vedere simulările realizate pe calculator de către cercetători, se poate argumenta că apariția tot mai frecventă a tornadelor puternice în România, în anii și deceniile următoare, nu ar fi o surpriză din punct de vedere științific, ci este asociată cu o probabilitate relativ mare.

Rep: Pe de altă parte, până acum toate celelalte vijelii cu aspect de tornadă înregistrate în România au fost în timpul verii, or noi suntem abia pe 30 aprilie, deci cum se explică asta?
Mihai Dima: Un studiu sistematic al tornadelor înregistrate în România indică faptul că acestea se manifestă mai ales în sezonul cald (Aprilie-Septembrie), înregistrându-se un maxim al numărului acestora în luna Mai. Având în vedere că tornada de ieri a precedat doar cu câteva ore începutul lunii Mai, nu se poate afirma că momentul manifestării acesteia a fost anormal.

Referințe:
Anonescu, B., Bell, A (2015) Tornadoes in Romania, Monthly Weather Review, 143, 689-701.

Vezi aici mai multe înregistrări video cu tornada din Călărași, produsă pe 30 aprilie 2019

___

Mihai Dima a absolvit Facultatea de Fizică a Universității din București, Facultatea de Cibernetică de la ASE, iar în 2000 și-a dat doctoratul la Facultatea de Fizică. Are următoarele stagii de cercetare în străinătate: Institutul Max-Plank pentru Meteorologie, Hamburg, Germania (1997-2001 ), Universitatea din Bremen, Dep. Modelarea Geosystemului, Germania (2002-2004), Institutul Alfred Wegener pentru Cercetări Polare și Marine, Bremerhaven, Germania (2006-2010). În 2004 a primis Bursa Humboldt la Universitatea din Bremen și Alfred-Wegener Institut pentru Cercetări Polare și Marine, Bremerhaven, Germania, cu proiectul “Studiul variabilității climatice folosind date observaționale, înregistrări proxy și Modele de Circulație Generală”.

Predă la Facultatea de Fizică a Universității din București. Printre cursurile sale se numără Fizica Sistemului Climatic, Influențe antropice asupra climei și Analiza și Interpretarea Datelor Climatice. În 2016, a fost șeful Cercetării din România. CV-ul lui Mihai Dima și mai multe detalii aici