Červení skřítci (Red sprites) patří mezi přechodné světelné jevy (TLE – transient luminous events) trvající nejvýše desítky milisekund. Světelné emise Skřítků jsou generovány výboji typu strimer (streamer), které vznikají a šíří se v mezosféře v pozaďovém kvazistatickém elektrickém poli. Tak velké pozaďové pole, které by umožnilo vznik strimerů, může vzniknout po silném bleskovém výboji s velkou změnou vertikálního nábojového momentu (CMC – charge moment change). Většina skřítků se objevuje po kladném bleskovém výboji typu mrak-země (CG+ – positive cloud-to-ground discharge) s velkou změnou nábojového momentu. To je způsobeno nestejnými podmínkami pro vznik a šíření strimerového výboje v různých polaritách pozaďového elektrického pole. Strimer je v podstatě jiný typ výstupu vzduchové hmoty, který se vyvíjí na pozadí elektrického pole za určitých podmínek. Pozadí elektrického pole určuje směr, ve kterém se můžou spustit laviny elektronu. Elektrické pole z laviny elektronu se přidává do pozadí elektrického pole a umožňuje nové laviny elektronu a ty vytvoří tak celkový výboj, který jde dopředu ve tvaru stuhy. Celkové kanály výbojů ze stuh, tzv. vlákna, se tvoří tímto způsobem a samotný Sprites je v těchto vláknech. Sloupcovití Sprites jsou jedno vlákno a mrkvovití Skřítci nebo úponky Spritu (tendrils) jsou postaveny ze sítě takových vláken. V předním výboji strimeru, kde jsou vrcholky stuh, probíhá ionizace vzduchu z důvodu lokálně zvýšeného elektrického pole. Tato oblast vyzařuje světlo a my vidíme Skřítky na obloze. Tyto blesky se nevyskytují ve všech typech bouří. Mateřská bouře musí být schopna intenzivní separace náboje a musí podporovat hromadění velkého množství náboje před samotným Sprites spuštěním ze zdrojového CG+ nebo CC blesku. Existence těchto podmínek by měly být zrcadleny dle hrubých meteorologických parametrů jednotlivých bouřek. Podle zpráv se Sprites aktivní bouřky vyznačují rozsáhlým prostorem oblačnosti kolem jádra a to včetně stratiformního regionu, vysokou konvekcí, relativně nízkou teplotou horní oblačné vrstvy, přiměřeně vysokých vrcholku mraků (všimněte si vyšší a nižší hodnoty tohoto parametru v létě a v zimě u Sprites aktivní bouří) a intenzivní bleskovou činností. Zajímavý je pokles v hodnotách radarové odrazivosti před hlavním obdobím tvorby Sprites, ale tato zajimavost byla zaznamenána u více autorů. To ukazuje na největší produkci Sprites u bouřkových jader v konečné fázi svého vývoje. Pokud je v konvektivních systémech zajištěno průběžné stárnutí a následná iniciace nových jader, můžeme pozorovat i několik desítek a ve vyjímečných případech i přes stovku Red sprites. V této práci jsou Sprites produkující bouřky analyzovány ve střední Evropě tak, aby bylo možné charakterizovat meteorologické vlastnosti aktivních bouří v tomto regionu. Cílem je najít takové rozsáhlé meteorologické vlastnosti, které mohou naznačovat období, kdy pravděpodobně může dojít k tvorbě Sprites.

Studium bouřky a datové soubory

Čtyři bouřky byly zařazeny do této studie. Bouře byly v okolí a nad Maďarskem v letních měsících roku 2007, 2010, 2011 a 2012. Red sprites byly opticky sledovány v Maďarské Soproni (16,58 ° E, 47,68 ° N, 234 m. n. m) a Nýdku (18,77 ° E, 49,67 ° N, 482 m. n. m). Následující meteorologické parametry byly přezkoumány pro každou z bouřek: horní výška oblačnosti a horní teplota oblačnosti a data z Meteosat IR pozorování (časové rozlišení je 15 min., prostorové rozlišení je 2 km), radarová intenzita odrazivosti (vertikální kompozity) z DWSR měření radarových (ve stejném rozlišení jako data z Meteosat), a četnost různých typu blesků (CG / IC) a polarita z datového souboru, kterou poskytuje síť detekce blesků LINET.

MCS bouře 10. srpna 2007

Mezoměřítkový konvektivní systém (MCS) vnořený za Squall line (celistvá nebo mírně přerušovaná čára bouří jejiž délka se pohybuje od několik desítek do několika set kilometrů) přišel od jihozápadu a přinesl vlhký instabilní vzduch. Instabilita je objem vzduchu s tendenci stoupat směrem vzhůru a je základním parametrem pro tvorbu bouřek. Studená, ale ne silná spirála vzdušné hmoty (vortex) se utvořila ve vyšších hladinách a teplý vlhký vzduch advektoval v nižších hladinách. Advekce je přenos fyzikálních vlastností vzduchu při vodorovném nebo svislém pohybu v atmosféře. Víření (vorticity) advekce v prefrontální oblasti studeného víření (vortex) má vysokou schopnost iniciovat bouřky, protože je velmi instabilní. Vorticity v kladné hodnotě indikuje cyklonální rotaci a je často doprovázena vzestupným prouděním. Výrazný střih větru pak může vytvořit podmínky v prostředí, která ve výstupním proudu bouřky podmiňuje rotaci a vznik mezocyklony.

MCS bouře 12. – 13. srpna 2010

Dlouhá roztažená frontální vlna s teplým, vlhkým a instabilním vzduchem přicházela od západu směrem k Maďarsku. Velký mezoměřítkový konvektivní systém (MCS) se utvořil podél pásu konvergence (vzájemné slévaní vzdušných proudů o podobných fyzikálních charakteristikách do jednoho společného toku) v instabilním prostředí ve východní části Maďarska, které přišlo ze směru od Srbska. Konvekce v regionu patrně vzniká interakcí mezi zakřiveným pásem konvergence a vířením advekce vyvolanou prefrontálním sedlem přicházejícím od jihu. V meteorologii je konvekce převážně vertikální pohyb vzduchu vyvolané teplotními rozdíly mezi vzduchovými částicemi a okolní atmosférou, které při zvýšení teploty nad teplotu obklopující atmosférické prostředí nabudou nižší hustoty (hmotnosti) a díky tomu začnou samovolně stoupat do výšky.

MCS bouře 7. – 8. června 2011

Vznik této bouřky byl způsoben vytvořením Squall line v mezoměřítkovým konvektivním systémemu (MCS). Horký tropický vzduch byl transportován od jihozápadu díky frontální oblasti níže. Silná konvergence byla pozorovatelná v nízkých hladinách. Tryskové proudění způsobilo rozbíhání se s vířením advekce. To samé bylo také pozorováno ve vyšších hladinách a to bylo patrně hlavním spouštěčem vzniku bouřky.

MCS bouře 9. června 2012

Pomalu se pohybující studená fronta vyvolala bouřku. Fronta se rozdělila na několik linií konvergence. Teplý vzduch v nižších hladinách se studeným vzduchem v horních hladinách vytvořili instabilní systém. Tato instabilita spolu se silným větrem ve vyšších hladinách způsobila střih větru – dobré podmínky pro dlouho žijící rotující supercely. Pomalu se pohybující fronta udržovala konvergenci při zemi, což umožnilo dostatek tepla a vlhka pro následující bouřky.

Shrnutí hlavních výsledků

• Oblačné vrcholky zkoumaných Sprites aktivních bouří dosáhly do výšky až 10–12 km. To odpovídá nejchladnějším vrcholkům mraků v rozmezí teplot mezi −55 °C až −65 °C.

• Zdrojové blesky Sprites byly vybrány z databáze blesků pro odpovídající časové období jednotlivých pozorování Red sprites a v čase výskytu CG+ blesků s poměrně vysokými špičkovými proudy, k němuž došlo po směru pozorovaných Skřítků.

• Více identifikovaných Sprites zdrojových blesků došlo v regionech bouří, kde byly radarové odrazivosti mezi 25 dBZ až 35 dBZ. Maximální hodnota odrazivosti nicméně byla až 48,5 dBZ, ale Sprites nebyly v oblastech s nejvyšší odrazivosti jednotlivých bouří.

• Rozložení radarové odrazivosti hodnot naznačuje vznik Sprites v zadním stratiformním regionu jednotlivých MCS bouřek, které produkují Skřítky.

• Variace sledovaných meteorologických parametrů nevykazovaly charakteristické tendence, které by byly běžně a jednoznačně přítomné ve všech případech. V těchto parametrech není jasný předěl u zkoumaných bouřek. Jasným parametrem pro vznik Sprites jsou CG+ blesky s velkou změnou nábojového momentu a nebo vzácněji typ CC (mezimračný). V jednom případě z roku 2010, v období vzniku Sprites, byla větší produkce CG+ blesku než častěji bouřkou vytvářených záporných CG-.

  Poděkování
  

  Tato studie byla podpořena TAMOP-4.2.2.C-11/1/KONV-2012-0015 (Země-systém), projekt podporovaný EU a Evropského sociálního nadace. Práce J. Bóra byla podpořena výzkumným stipendiem z HAS (János Bolyai). Autoři děkují István Sebők a Gyula Horváth (maďarská meteorologická služba) za pomoc při použití radaru a družicových dat.