Fala uderzeniowa powietrza odnotowywana jest w zapisach manometrów atmosferycznych na całym świecie - np. w sąsiedniej Grecji: http://www. //2555111 .Była też zarejestrowana w stacjach NIMH. Od kilku lat NIMH posiada automatyczne przyrządy do pomiaru wilgotności, a także inne podstawowe elementy meteorologiczne, takie jak temperatura i ciśnienie atmosferyczne, w wielu stacjach operacyjnych - Rys. 1. Centralna Stacja Meteorologiczna NIMH w Sofii posiada inne, bardziej precyzyjne przyrządy. Dane o ciśnieniu są rejestrowane co minutę, co pozwala śledzić rozwój procesów o krótkiej żywotności lub szybko zmieniających się.
Rysunek 2. Przebieg ciśnienia atmosferycznego (hPa) w Sofii w okresie od godziny 8:30 dnia 15 stycznia do godziny 13:00 dnia 17 stycznia 2022 roku. Linia ciemnoniebieska - przebieg ciśnienia z częstotliwością rejestracji 1 minuty; czerwona linia - pełzanie średnio przez godzinę.
Rysunek 3. Ruch ciśnienia atmosferycznego (hPa) z częstotliwością rejestracji 1 minuty w Sofii w okresie od 20:30 15 stycznia do 4:00 16 stycznia 2022 r.
Przejście fali uderzeniowej wywołanej erupcją wulkanu w Tonga przez określone miejsce – stację meteorologiczną – jest właśnie tak szybkim procesem, zachodzącym w stosunkowo krótkim czasie. Objawia się to gwałtownym skokiem ciśnienia atmosferycznego, po którym następuje gwałtowny spadek, po którym przywracany jest jego normalny przebieg.Czas trwania tego zaburzenia w Bułgarii wynosi około 1 godziny. Rysunek 2 przedstawia przepływ ciśnienia według jednego z urządzeń w Centralnej Stacji Meteorologicznej w Sofii w okresie od godziny 8:30 dnia 15 stycznia do godziny 13:00 dnia 17 stycznia 2022 roku. Na tle normalnego ciśnienia roboczego ( czerwona linia) to trzy interwały z ostrym skokiem i próbką spadku ciśnienia wynoszącą około 2 hPa (hektopaskale). Pierwszy zaczyna się około 21:40 15 stycznia. Drugi zaczyna się około 2:15 16 stycznia, a trzeci około 9:20 17 stycznia. Rysunek 3 pokazuje fragment wykresu na rysunku 2 dla pogody od 20:30 15 stycznia do 4:00 16 stycznia, gdzie pierwsze dwa skoki ciśnienia można zobaczyć bardziej szczegółowo.Jakie jest wyjaśnienie tego zjawiska? Sofia i Bułgaria jako całość znajdują się około 17 000 km od Tonga i miejsca erupcji wulkanu - głównego źródła fali uderzeniowej. Najkrótszy łuk ziemi, łączący Tonga i Bułgarię, przechodzi przez Azję Północną i wchodzi do Bułgarii od północnego wschodu - ryc. 4. Prędkość, z jaką taka fala uderzeniowa rozchodzi się w powietrzu, to prędkość dźwięku - 343 standardowe warunki atmosferyczne - temperatura 20 ° S. Fala dźwiękowa pokonałaby odległość 17 000 km w około 13,7 godziny. Wulkan w Tonga wybucha około 8:30 czasu bułgarskiego. Pierwsze zakłócenie ciśnienia w Sofii o godzinie 21:40 ma miejsce około godziny 13:00. Pierwszy front fali dotarł do Sofii z północnego wschodu. Fala uderzeniowa generowana w Tonga rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach na całym świecie. Dlatego naturalne jest oczekiwanie, że drugi front fali, idący z przeciwnego kierunku – południowo-zachodniego, przejdzie przez Bułgarię. Jest to fakt w Sofii około 2:15 rano 16 stycznia lub około 4,5 godziny po pierwszym wstrząsie. Przeciwna fala z południowego zachodu musiała przebyć z Tonga do Bułgarii odległość około 23 000 km. Przy prędkości dźwięku trwa około 18,5 godziny, co jest bliskim odstępem czasu od wybuchu wulkanu do czasu drugiego zakłócenia w Sofii.
Rysunek 4. Początek w Tonga (po lewej) i koniec w Bułgarii (po prawej) najkrótszego łuku łączącego oba kraje Źródło - google earth https://earth.google.com/.Jak możemy wytłumaczyć istnienie trzeciego zakłócenia o godzinie 9:20 17 stycznia. Pierwsza fala wstrząsu, po przejściu przez Sofię o 21:40 15 stycznia, nadal swobodnie rozprzestrzenia się na południowy zachód, robiąc pełną wycieczkę kuli ziemskiej, ponownie wjeżdża do Bułgarii z północnego wschodu i dociera do Sofii. Obwód Ziemi wynosi około 40 000 km - odległość pokonywana z prędkością dźwięku przez około 32,5 h. Czas trzeciego zaburzenia ciśnienia w Sofii - o godzinie 9:20 17 stycznia - wynosi około 35,5 godziny po pierwszym. Widać, że istnieją różnice między teoretycznie wyliczonym czasem propagacji fali uderzeniowej a czasem faktycznie zarejestrowanym. Należy pamiętać, że obliczenia są samookreślające się z zaokrąglonymi wartościami odległości. Prędkość dźwięku w powietrzu również nie jest wartością stałą i zależy od temperatury. Standardowa prędkość 343 obowiązuje w temperaturze 20 ° C. W temperaturze 0 ° C prędkość dźwięku wynosi około 331. Innymi czynnikami, które wpłynęłyby na propagację fali uderzeniowej na długiej trasie z Tonga do Bułgarii są procesy odbicia od powierzchni ziemi lub załamania od górnych warstw atmosfery. Kraje takie jak Stany Zjednoczone czy Japonia mogą obserwować proces falowania przestrzennie w danych z automatycznych manometrów rozmieszczonych gęsto na terenie całego kraju. Obserwuje się ją również w Bułgarii, ale jest to mały kraj, a czas przejścia fali z prędkością dźwięku z jej północno-zachodniego do południowo-zachodniego narożnika - odległość około 450 km - zajęłby tylko około 22 minut i zilustrował ją na mapa krajów. Dlatego wybrano go, aby zilustrować ten proces fal uderzeniowych przechodzących przez kraj danymi z dwóch odległych stacji: w Szabla - jednej z najbardziej wysuniętych na północny wschód stacji NIMH oraz w Sandanski - jednej z najbardziej wysuniętych na południowy zachód. Rysunek 5 przedstawia skok ciśnienia tych dwóch stacji. Sandanski znajduje się wyżej niż Szabla iw normalnych warunkach ciśnienie atmosferyczne jest o około 20 hPa niższe niż w Szabla.
Rysunek 5. Przebieg ciśnienia (hPa) w Shabla i Sandanski (+18 hPa) w okresie od 21:00 15 stycznia do 3:30 16 stycznia 2022 roku.
Na wykresie na rysunku 5 ciśnienie w Sandanski jest zwiększone o 18 hPa, aby ułatwić wizualne porównanie tej samej wartości z ciśnieniem w Shabla. Widać, że pierwszy szok nastąpił w Sandanski około 20 minut później niż Szabla – czas, w którym fala dźwiękowa wchodząca do Bułgarii z północnego wschodu pokonałaby odległość do Sandanski. Drugi wstrząs miał miejsce w Sandanski wcześniej niż Shabla, a powodem tego jest to, że Sandanski jako pierwszy napotkał przeciwny front fali uderzeniowej, która przybyła do Bułgarii z południowego zachodu.Rysunek 5. Przebieg ciśnienia (hPa) w Shabla i Sandanski (+18 hPa) na czas od 21:00 15 stycznia do 3:30 16 stycznia 2022 r. Narodowy Instytut Meteorologii i Hydrologii jest Narodową Służbą Hydrometeorologiczną Bułgarii. W ostatnich latach NIMH modernizuje przyrządy pomiarowe w sieci stacji meteorologicznych i hydrologicznych. Dzięki temu NIMH posiada zapisy ciśnienia atmosferycznego, które mogą zilustrować skutki w kraju potężnej erupcji wulkanu na Tonga - rzadkiego zdarzenia geologicznego.
NIMH
bbabo.Net