Шквалы и смерчи на Среднем Урале 3 июня 2017 г.: анализ на основе спутниковых данных о ветровалах

3 июня 2017 г. в Горнозаводской зоне Урала (западная часть Свердловской области и крайний восток Пермского края) прошел один из сильнейших конвективных штормов за последние годы. Наблюдался комплекс опасных и неблагоприятных явлений погоды: сильные шквалы и нисходящие порывы (по данным метеостанций, до 26 м/с), крупный град (до 3-4 см в диаметре), также подтвержден видеозаписями смерч в пос. Староуткинск. Условия образования комплекса опасных явлений погоды 3 июня описаны в нашем предыдущем обзоре от 04.06.2017.

За последние два месяца на территорию, в пределах которой наблюдались шквалы и смерчи, были получены снимки со спутников Landsat-8 и Sentinel-2, что позволило оценить ущерб от шквалистого ветра и смерчей для лесов, выявить новый (не зафиксированный ранее) случай смерча и уточнить данные об известных случаях.

Также для поиска ветровалов использовались данные о случаях шквалов и смерчей, зафиксированных непосредственно очевидцами и на основе информации о нанесенном ущербе. Все сведения, полученные от очевидцев, были систематизированы администратором сообщества «Метеодневник/Опасная погода» в социальной сети Вконтакте Игорем Ажиговым.

Использование данных очевидцев было необходимо в связи с тем, что опасные явления погоды наблюдались на огромной территории протяженностью более 500 км (от северных районов Челябинской области до г. Североуральска на севере Свердловской области). Наибольшей интенсивности они достигли в Горнозаводской зоне Свердловской области, где отмечены серьезные разрушения в городах Нижний Тагил. Качканар, Верхняя Тура, Лесной и в пос. Староуткинск. Шквалы в этой зоне были связаны с прохождением двух мезомасштабных конвективных систем (МКС), которые двигались параллельно с юга на север. Более обширная МКС смещалась из района Екатеринбурга на Нижний Тагил, вторая – из района Староуткинска в район Качканара. Вторая МКС содержала в себе мезоциклон, т.е. это был суперячейковый шторм, который и вызвал наиболее разрушительные явления.

Всего к настоящему моменту выявлено 4 крупных ветровала на территории Горнозаводской зоны Свердловской области, связанных со шквалами и смерчами 3 июня. Не исключено, что это не окончательные данные, так как на некоторые районы до сих пор не получено безоблачных снимков. Общая площадь ветровалов превышает 1000 га. Таким образом, ветровалы в Свердловской области стали самыми крупными за последние 10 лет, с 2007 года. Таких масштабных ветровалов не наблюдалось при шквалах в июне 2010 и мае 2014 гг., хотя тогда скорость ветра достигала 29-32 м/с.

Ветровал в районе Староуткинска был связан с прохождением смерча, зафиксированного очевидцами в пос. Староуткинск. Длина пути смерча составила около 19 км, максимальная ширина ‒ 420 м, средняя ширина 160 м., площадь ветровала 120 га. Смерч образовался в 2 км южнее пос. Староуткинск, здесь зафиксированы первые ветровалы (несплошные). Далее смерч прошел через поселок, повредив в различной степени несколько десятков домов на обоих берегах Староуткинского пруда. Разрушения в поселке оказались достаточно серьезными, был введен режим ЧС. Далее смерч перемещался на север еще около 15 км. Судя по ширине и характеру ветровала, смерч достиг наибольшей интенсивности в северной части своей траектории. Помимо смерча, в Староуткинске наблюдался крупный град диаметром до 3 см. Судя по разрушениям в поселке (сорванные крыши домов, массовый повал деревьев на пути смерча), его максимальная интенсивность может быть оценена как F1 или low-end F2 по шкале Фуджиты. Севернее Староуткинска смерч мог еще усилиться (на что указыват увеличение ширины и сплошной характер ветровалов), но подтверждений этого нет.

Видео: прохождение смерча через пос. Староуткинск

Видео: суперячейка над Староуткинском за несколько минут до образования смерча. Хорошо виден мезоциклон – облачный вал в форме полукруга.

Разновременные космические снимки смерчевого ветровала в районе Староуткинска

В 15 км севернее окончания первого смерча возник второй, вероятно более мощный смерч. Он смещался также с юга на север и прошел 19,5 км. Максимальная ширина ветровала достигла 560 м, средняя – 265 м. Смерч повалил до 500 гектаров леса. Смерч прошел всего в 3 км западнее пос. Висим Нижнетагильского городского округа, разрушился в 5 км северо-западнее поселка. В самом поселке опасных явлений не наблюдалось. Жители пос. Висим сняли на видео прохождение суперячейки с массивным облаком-стеной, в котором и наблюдался смерч.

Видео: прохождение суперячейки вблизи пос. Висим Свердловской области 3 июня 2017 г.

Фото: суперячейка в Висиме с массивным облаком-стеной

Разновременные космические снимки смерчевого ветровала в районе Висима

Еще в 120 км севернее, т.е. примерно через два часа после прохождения смерча у пос. Висим, вероятно, этот же суперячейковый шторм вызвал еще одно опасное явление погоды – крупный град (диаметром около 3 см) и сильный даунбарст (нисходящий порыв) в 10 км севернее г. Качканар и южнее пос. Артельный. Значительные разрушения от шквала были зафиксированы в Валериановске и пос. Артельный. Южнее пос. Артельный был уничтожен лесной массив на площади 320 га. Этот ветровал сравнительно небольшой по протяженности (около 8 км), но ширина его достигает 1800 м. Поскольку именно в  этом районе очевидцами был зафиксирован крупный град, можно предположить, что причиной ветровала стало комплексное воздействие сильных порывов ветра (около 30 м/с) и интенсивных осадков в виде града. В самом Качканаре крупный град не отмечен, скорость ветра в порывах составила всего 22 м/с, поэтому существенных разрушений зафиксировано не было.

Видео: сильная гроза со шквалом и крупным градом в Валериановске 3 июня 2017 г.

Разновременные космические снимки ветровала в районе Валериановска

Четвертый массовый ветровал выявлен в 10 км северо-восточнее г. Нижний Тагил. Он связан с прохождением сильного шквала, который также вызвал значительные разрушения во всем городе (сорваны крыши зданий, повалены сотни деревьев). По данным метеостанции, скорость ветра в Нижнем Тагиле достигала 26 м/с. При этом наиболее масштабные разрушения зафиксированы на северо-востоке города с микрорайоне Вагонка (здесь порывы ветра могли быть еще сильнее). Основной ветровал находится на левом берегу р. Тагил, его площадь превышает 100 га (общая площадь всех ветровалов к северо-востоку от Нижнего Тагила достигает почти 130 га). Шквал в Нижнем Тагиле никак не был связан с мезоциклоном, который прошел в районе Висима. Его вызвала обширная мезомасштабная конвективная система, которая до этого прошла через Челябинск и Екатеринбург, и в районе Нижнего Тагиле достигла максимального развития.  Далее к северу эта МКС и суперячейка, вызвавшая смерчи в районе Висима и Староуткинска объединились и сформировали широкий фронт шквалов, который смещался на север вплоть до северных районов Свердловской области.

Разновременные космические снимки ветровала в районе Нижнего Тагила

 

Выезд на место прохождения смерча в районе пос. Висим

30 июля 2017 г. для получения дополнительных наземных данных и уточнения интенсивности смерча в районе пос. Висим были проведены полевые наблюдения. Обследовались наиболее доступные участки ветровала вблизи дорог, на правом берегу р. Межевая Утка к западу от пос. Висим. Ниже представлена схема маршрута обследования.  представленные ниже фотографии относятся к точкам, помеченным на рисунке цифрами 1, 2 и 3.

Трек полевого обследования

Для оценки интенсивности смерча по характеру и степени ветровального нарушения использовались рекомендации, представленные в статье (Bech, J., Gayà, M., Aran, M., Figuerola, F., Amaro, J., Arús, J. (2009) Tornado damage analysis of a forest area using site survey observations, radar data and a simple analytical vortex model. Atmospheric Research, 93 (1-3), pp. 118-130). 

Характерные повреждения лесного покрова от смерчей разной интенсивности (Bech et al., 2009)

Согласно приведенным в данной статье оценкам, торнадо интенсивности F0 (скорость ветра менее 33 м/с) вызывает вывал деревьев мелкими группами (обычно вырывая их с корнем); смерч категории F1 (скорость ветра 33-49 м/с) валит или ломает большие группы деревьев, но не вызывает 100% вывала. Также на таком ветровале заметны признаки вращения, т.е. поворот упавших деревьев влево относительно направления движения смерча. И наконец, смерч интенсивности F2 (скорость ветра 50 м/с или больше) полностью уничтожает все насаждение, т.е. при таком смерче все деревья будут сломаны или повалены.

Фото ветровала в точке 1




Фото ветровала в точке 2






Фото ветровала в точке 3

Судя по наблюдениям в точках 1, 2 и 3, интенсивность Висимского смерча на правом берегу р.Межевая Утка соответствует F1 по шкале Фуджита. На всех трех участках имеются отдельные устоявшие деревья (в основном лиственные). Ширина сплошного ветровала у точек 1 и 2 составляет около 150 м. У точки 3 ширина ветровала составляет 340 м. За пределами зоны сплошного ветровала также имеются отдельные поваленные деревья или группы деревьев. Большое количество деревьев как сломано, так и вырвано с корнем (после смерча интенсивностью F2 чаще преобладают сломанные деревья).

Однако, на левом берегу р. Утка по снимку идентифицируются более обширные участки сплошного ветровала. Это указывает на возможную максимальную интенсивность смерча F2 по шкале Фуджита. Протяженность и ширина пути Висимского смерча также характерна скорее для категории F2, чем F1. В Европе средняя длина пути смерчей с интенсивностью F1  составляет всего 6,9 км, а средняя максимальная ширина - 111 м .

Длина пути Висимского смерча в три раза больше (19,5 км), а максимальная ширина превышает 500 м. Кроме того, он отличается очень большой площадью ветровала (около 500 га). На территории России последний раз смерч, вызвавший такой обширный ветровал, наблюдался в Республике Коми 18 июня 2013 г..