Ekstremni vremenski ili klimatski događaj je fenomen veoma male učestalosti zbivanja, povećanog intenziteta, a veoma često i trajanja, pa mu se može dodeliti epitet retkog ili neobičnog. Ekstreman u srpskom jeziku znači granični, krajnji ili preteran. Drugim rečima, to je događaj koji primetno odstupa od proseka ili trenda i tako postaje izuzetak. Danas najrelevantnija međunarodna naučna „grupacija“ ili naučno telo za proučavanje klimatskih promena, Međuvladin panel za klimatske promene (Intergovernmental Panel on Climate Change –  IPCC),  ekstremne pojave definiše kao događaje retke po pokazateljima statističke raspodele na određenom mestu. Dalje se ističe da je pojam „redak“ relativan i da se menja od mesta do mesta, ali da treba smatrati da je retko sve čija je verovatnoća pojavljivanja ispod 10%, tj. što se pojavljuje svaki deseti put ili ređe (IPCC, 2001).

Proučavanje vremenskih i klimatskih ekstrema obuhvata sve događaje nepovoljne po čoveka i njegove  aktivnosti, koje spadaju u kategoriju prirodnih nepogoda. Većina klimatoloških studija današnjice razmatra vremenske i klimatske ekstreme kao indikatore menjanja klimata i pokazatelje  budućih klimatskih uslova, a klimatologija postaje aktivna klimatologija. To znači da se iz  nauke koja prati, beleži i analizira promene transformiše u nauku koja upozorava, usmerava i kad god je to moguće, sprečava (Krmpotić, T. i dr, 2005). Izuzetno je važno „razvijati  tehnologiju“ istraživanja nepovoljnih uslova životne sredine, a posebno pojavljivanja ekstremnih vremenskih i klimatskih događaja. Čovečanstvo neguje mitove o stvaranju i velikom potopu, dok u savremeno doba katastrofe nazvane širokim nazivom olujni događaji prete čovečanstvu, čini nam se, više nego ranije. Atmosferska električna pražnjenja i grmljavinske nepogode sastavni su deo olujnih događaja. Istraživanja pokazuju da  neposredne i posredne štete usled udara groma u SAD iznose 4 do 5 milijardi dolara godišnje. Ukupan broj stradalih od velikih prirodnih nepogoda u SAD iznosi: od uragana 16, od tornada 68, od udara groma 73, a od poplava 127  ljudi. U svetu pogine oko 1.000  ljudi  godišnje, dok udar munje preživi 80% ljudi.

Atmosferska električna pražnjenja

Atmosferska električna pražnjenja predstavljaju pojavu karakterističnu za naše krajeve u toploj polovini godine. Od njih stradaju ljudi i nastaje velika materijalna šteta zbog paljenja objekata, oštećenja električnih vodova i instalacija, stradanja stoke, itd. Značaj poznavanja  atmosferskih električnih pražnjenja nije samo u sferi projektovanja i gradnje građevinskih objekata, konstrukcija, električnih postrojenja i vodova, nego i mnogo šire, sve do poljoprivredne proizvodnje i zaštite gazdinstava i pojedinaca od groma. Na Pešterskoj  visoravni, koja je poznata po atmosferskim pražnjenjima, skoro svake godine grom pali kuće i sena, ubija stoku i ljude, a samo 1972. godine stradalo je 13 ljudi. Iako je ova pojava dosta proučavana, primena zaštitnih mera od atmosferskih električnih pražnjenja kod nas je izuzetno slaba, a o negativnim posledicama električnih pražnjenja u našoj zemlji nije vođena posebna evidencija. Jasno je da se radi o vremenskoj pojavi opasnoj za život ljudi i za materijalna dobra, pa za nju nisu potrebni posebni pragovi. Potrebno je da se ova pojava najavi kad god je to moguće i da se vodi posebna statistika o čestini, karakteru, razmerama i posledicama ove pojave.

Prema Uputstvu za osmatranja i merenja na glavnim meteorološkim stanicama (SHMZ, 1974), nepogode su definisane kao vanredne vremenske pojave izuzetne jačine ili trajanja, ili retke i neočekivane pojave. Ovo je prilično neodređeno definisanje, ali u svakom slučaju podrazumeva i atmosferska električna pražnjenja koja su uglavnom praćena grmljavinom. U našim krajevima nepogode su najčešće vezane za snažan razvoj kumulonimbusa i praćene orkanskim vetrom, jakim pljuskovima kiše, električnim pražnjenjem i ponekad gradom. Sinoptičke situacije pri kojima se dešavaju intenzivna električna pražnjenja odlikuju se intenzivnim prodorima hladnog vazduha i/ili pri nestabilnosti vazdušne mase, ali i prilikom jake ciklonske cirkulacije.

Problem grmljavinskih nepogoda je složene prirode, kako po postanku, tako i po oblicima ispoljavanja, zatim propratnim pojavama, efektu koji izazivaju, terminološkom određenju, pa i naukama koje ih istražuju. Atmosferska električna pražnjenja proizvode zvučni efekat koji se zove GRMLJAVINA. Pod grmljavinskom nepogodom u širem smislu podrazumeva  se kompleks pojava koje se uz električne pojave javljaju u grmljavinskom ili olujnom oblaku – kumulonimbusu, kao što su pljuskovi kiše, grada i olujni vetar. Međutim, pod grmljavinskom nepogodom u užem smislu podrazumevamo pojavu električnog pražnjenja u kumulonimbusu ili između njega i Zemljine površine. Sa druge strane, grmljavina se javlja i kada se ne ispoljavaju razorni efekti nepogode na Zemljinoj površini. Pored toga pojava grmljavine se beleži i kada se dešava u blizini stanice, a ne samo iznad stanice. Iz tih razloga broj dana sa grmljavinom je veći nego broj dana sa nepogodama i prostorno je ravnomernije raspoređen. Zato se dobija utisak da je broj dana sa grmljavinom kontinuirana funkcija prostora, pa se predstavlja izokerauničkim linijama na karti (linijama koje povezuju isti broj grmljavinskih dana).

Atmosfersko pražnjenje odvija se u odvojenim uzastopnim udarima. Ovi udari groma dolaze jedan za drugim u vremenskim razmacima od nekoliko stotih delova sekunde i  svaki udar ide istim kanalom, koji je jonizovan prvim udarom. Broj uzastopnih udara u jednom gromu može da iznese i preko 20, a najćešći je 3 do 5. Ceo proces se odvija u  vremenu od oko 100 milisekundi (ms), a ponekad traje i čitavu sekundu. Svaki udar groma ima svoje prethodno pražnjenje koje se naziva traser (lider). Tačka u koju će grom da udari nije ničim određena u početku kretanja trasera, već na kraju puta, kada se traser približi zemlji na oko stotinak metara. Neka istraživanja pokazuju da vlažno tlo može biti privlačno za udar groma.

U polarnim krajevima gotovo da nema udara munja, dok su oko ekvatora munje česte. Iskustvo pokazuje da je broj munja povezan sa pojavom grmljavine. Grmljavinski dan je dan u kome se bar jednom čula grmljavina. Ukupan broj grmljavinskih dana u godini je oko 200 na ekvatoru, na severu Evrope 5 do 10.

Za tehničku meteorologiju važni su podaci o broju pražnjenja na jedinicu površine, zatim o njihovoj prostornoj i vremenskoj raspodeli na lokaciji nekog objekta ili duž neke trase;  takve podatke joj pruža radiometeorološka služba.

Karte sa raspodelom broja dana sa grmljavinom predviđene su i u nacionalnim atlasima  klime. Osmatranje broja pražnjenja sastoji se u čitanju brojila na radiouređaju koji prima impulse elektrostatičke komponente električnog polja bliskih grmljavinskih nepogoda, ali i osmatranjem od oka i na sluh. Odnosi između broja dana sa grmljavinom i broja pražnjenja različiti su za svako fizičko-geografsko područje (broj pražnjenja je višestruko veći). Tako  se za ocenu broja pražnjenja uopšte i prema zemlji u odnosu na broj dana sa grmljavinom dobijaju „različite formule“ (Plazinić, S., 1985).

Grmljavinske nepogode u Srbiji

Premda je geneza grmljavinskih nepogoda složena, za ovu priliku bi se moglo pojednostaviti da one obično nastaju nad zagrejanom podlogom unutar maritimnih vazdušnih masa koje tokom leta dospevaju iznad kontinentalnih oblasti na srednjim geografskim širinama, gde se nazivaju lokalnim nepogodama da bi se razlikovale od poremećaja sinoptičkih razmera, a neophodna joj je i nestabilna atmosfera (Čadež, M., 1973; Radinović, Đ., 1981; Maksimović, S., 1987. i dr).

Malo je mesta na Zemlji na kojima nema grmljavinskih nepogoda. Jedina mesta na kojima ih nema su ona gde gotovo i nema padavina, kao što su Sahara ili najhladniji delovi Arktika i Antarktika. Međutim, čak su i tu iznenađenja moguća. U oblasti najsevernijeg naselja na Aljasci, Beroua, zabeležena je prva nepogoda u istoriji ovog mesta 19. juna 2000. godine.

U našoj zemlji godišnji broj dana sa nepogodama uglavnom se smanjuje od severa ka jugu i od zapada ka istoku, što upućuje da su one u vezi sa prolaskom ciklona po putanjama Vb i Vc (Dukić, D., 1976). Razmatrani su podaci o grmljavinskim nepogodama u periodu 1991-2005. godina (bez podataka za teritoriju Kosova i Metohije), koji uglavnom potvrđuju iznetu konstataciju. Međutim, izbor stanica (reljef) najverovatnije je uticao da se oseti neznatan porast broja grmljavinskih dana od severa ka jugu (tabela 1). Naravno, visinske stanice u proseku imaju više grmljavine, ali je indikativna i razlika između Surčina i Beograda (38,8 i 31,4 puta).

Premda su grmljavinske nepogode uslovljene određenim sinoptičkim situacijama na širem  prostoru, tačan broj dana sa grmljavinom na sinoptičkim stanicama u Srbiji dosta je modifikovan pod uticajem lokalnih faktora. Usled toga njihov prostorni raspored ne pokazuje jasno geografske pravilnosti mezo ili makro nivoa. Grmljavina se retko beleži u zimskom delu godine, a dosta je retka njena pojava i u prelaznim godišnjim dobima, naročito u jesen. Zbog toga su letnje, a delimično i prolećne grmljavine odlučujuće za podatke u krajnje desnoj koloni tabele 1.

TABELA 1 – Srednji broj dana sa grmljavinom u Srbiji (1991-2005)

Godišnje se na ispitivanim mestima ova pojava prosečno beleži između 28,4 i 41,5 dana (koliko ih je u Somboru i u Dimitrovgradu). Na 14 od 23 stanice ona se javlja manje od 35 puta ili dana (što bi se moglo uzeti kao prosek za Srbiju), a samo na dve stanice više od 40 puta. Naravno, najviše stanica ima grmljavinu između 30 i 40 puta godišnje: 20 stanica ili 83% od ukupnog broja. Najveći broj dana sa grmljavinom je u mesecu junu ili julu, a retko u avgustu (Zlatibor, Sjenica i Kopaonik), što je normalno s obzirom na sinoptiku procesa pri kojima ona nastaje. Iz tabele 1 se vidi da se u decembru na skoro polovini stanica  grmljavina javlja jednom u deset godina, slično je u januaru, a neznatno češće u februaru, svaki treći mart je sa grmljavinom, ili svaki drugi novembar u proseku. U oktobru se grmljavina prosečno javlja u 1.2 dana godišnje, a u aprilu u 2.5 dana.

Apsolutno najveći broj dana sa grmljavinom godišnje i po mesecima govori o tome koliko se puta ona može najviše javiti, kao i u kojim se mesecima može eventualno očekivati. To je prikazano u tabeli 2, koja u suštini predstavlja stanje sa grmljavinom kao ekstremnom vremenskom pojavom. I ovde se radi o vrednostima koje su lokalno uslovljene, ali se odmah uočava velika ujednačenost ovog parametra na godišnjem nivou.

U samom „vrhu tabele“ jesu Sjenica i Dimitrovgrad sa 57 dana sa grmljavinom u toku godine. Velikim brojem dana sa grmljavinom se odlikuju i Zlatibor, Smederevska Palanka, Surčin  i Vranje, visinske stanice uopšte. Najmanji godišnji broj dana sa grmljavinom se „može javiti“ u Negotinu (38), ali i na Paliću, u Novom Sadu i Beogradu (po 40), što je vrlo zanimljivo. Podaci za Beograd su i u ovom, kao i u prethodnom slučaju, suprotni očekivanjima, jer bi veliki grad trebalo da ima znatno više grmljavinskih slučajeva. To je problem koji zahteva posebnu analizu.

TABELA 2 – Apsolutno najveći broj dana sa grmljavinom u Srbiji (1991-2005)

Apsolutno najveći broj grmljavinskih dana ima u junu, julu, pa u avgustu – uglavnom preko 10, često i preko 15 dana (polovina meseca), a u Velikom Gradištu u junu čak 22. Kao što se već moglo videti, neki zimski meseci mogu biti bez grmljavine. U aprilu ona se može javiti i tokom 8 do 9 dana, a u oktobru 6 do 7 dana. Imajući u vidu takav godišnji tok maksimalnog pojavljivanja grmljavine treba zaključiti da sa upozorenjima na njeno pojavljivanje, tj. na pojavu električnih pražnjenja treba ići u svakom mesecu u kome je ona uopšte moguća. Jasno je da od aprila do oktobra postoji „realna opasnost“ pojavljivanja grmljavine (grmljavinskih nepogoda), za razliku od preostalih pet meseci u godini (novembar-mart). Povećana opasnost je od maja do avgusta (najčešće preko 10 dana mesečno).

S obzirom na to da se ovde radi o petnaestogodišnjem periodu osmatranja (1991-2005), sigurno je da će se u dužem periodu dobiti drugačija slika mogućeg pojavljivanja grmljavina. Tako bi i stepen opasnosti izgledao drugačije. Tek onda se može planirati adekvatan sistem za upozoravanje, a u saradnji sa sinoptičkom službom i u skladu sa prognozom vremena.

U vezi sa pitanjem grmljavinskih nepogoda važno je ovom prilikom razmotriti još dva problema. Jedno je trend broja dana sa ovom pojavom u proučavanom petnaestogodišnjem periodu, a drugo broj pražnjenja prema zemlji. Od 23 analizirane sinoptičke stanice, na 14 se zapaža opadanje izokerauničkog nivoa, a na 9 stanica on raste. U rasporedu stanica se ne može uočiti bilo kakva geografska zakonitost, jer su obe grupe raspoređene po celoj teritoriji i u različitim geografskim uslovima, što je najverovatnije posledica dužine proučavanog perioda. Na primer, porast je uočen u Kikindi, Sremskoj Mitrovici, Surčinu, Beogradu, Kraljevu, Sjenici, Nišu, Vranju i na Crnom Vrhu. Zanimljivo je da maksimalan  godišnji broj dana sa grmljavinskim nepogodama opada na svim proučavanim stanicama. Iako je nezahvalno „ujednačavati“ ekstreme istaknimo samo linije regresije za Beograd i za Niš (u njima je Nd – broj dana sa grmljavinom, a g – godina).

Za Beograd: Nd = −0,1 g +10,

a za Niš: Nd = −0,04 g +10.

Prema standardu JUS N.B4. 803 (izokeraunička karta Srbije) određuje se godišnji broj atmosferskih električnih pražnjenja prema zemlji na 1 km2 (Nep) uz pomoć formule:

Nep=0,04 • Nd1,25.

Tako se dobija da je prosečan broj pražnjenja oblak-zemlja u Srbiji između 2,7 u Somboru i 4,2 u Dimitrovgradu. Ekstremne vrednosti su u intervalu između 3,8 i 6,3 udara po 1 km2. Međutim, treba imati u vidu činjenicu da se konstante u korišćenoj formuli razlikuju kod  pojedinih istraživača na osnovu rezultata dobijenih za različite fizičko-geografske uslove.

Procenjuje se da su na Zemlji neprekidno aktivne oko dve hiljade munja, koje proizvode  stotinak pražnjenja svake sekunde. Među ovim pražnjenjima, ona koja pogađaju zemlju nazvana su udari groma, dok takođe postoje pražnjenja koja se zbivaju unutar jednog oblaka, ili između više olujnih oblaka, koja nazivamo munjama. Danas, nakon izvedenih brojnih istraživanja i ispitivanja najsavremenijom opremom u prirodnim uslovima – „in situ“ i u laboratorijama vrlo visokih napona, atmosferska pražnjenja su prilično dobro proučena u svom nastajanju, razvoju i okončanju, sa svim pojavama, fenomenima i veličinama koje ih prate. Loptasta munja će, sigurno, još zadavati probleme dok sve njene tajne ne budu otkrivene. Međutim, treba imati u vidu da velika zanemarivanja detalja „teoreme elektrodinamičke sličnosti“ ne mogu biti potpuno merodavna i mogu navesti na pogrešne rezultate. Druga dimenzija su realni prirodni uslovi  vrlo raznolikog geografskog prostora, što uslovljava vrlo različite manifestacije pojava koje su u suštini vrlo slične.

Grmljavinske nepogode su uslovljene određenim sinoptičkim situacijama na širem  prostoru, ali tačan broj dana sa grmljavinom na sinoptičkim stanicama u Srbiji dosta je modifikovan pod uticajem lokalnih faktora. Godišnje se na ispitivanim mestima ova pojava prosečno beleži između 28,9 i 41,5 dana. Najviše stanica ima grmljavinu između 30 i 40 puta godišnje: 20 stanica ili 83% od ukupnog broja. Najveći broj dana sa grmljavinom je u mesecu junu ili julu, a retko u avgustu.

Apsolutno najveći broj dana sa grmljavinom godišnje i po mesecima su lokalno uslovljene vrednosti. U samom „vrhu“  jesu Sjenica i Dimitrovgrad (57). Velikim brojem dana sa grmljavinom se odlikuju i Zlatibor, Smederevska Palanka, Surčin i Vranje, visinske stanice uopšte. Sa upozorenjima na pojavljivanje grmljavine, tj. na pojavu električnih pražnjenja, treba ići u svakom mesecu u kome je ona uopšte moguća. Jasno je da od aprila do oktobra postoji „realna opasnost“ pojavljivanja grmljavine (grmljavinskih  nepogoda), za razliku od ostalih meseci. Povećana opasnost je od maja do avgusta (najčešće preko 10 dana mesečno). Naravno, trebalo bi raspolagati što dužim nizovima podataka da bi se dobila celovita slika o ovoj ekstremnoj vremenskoj pojavi, jer se taj nedostatak posebno ispoljava na broju dana sa određenim pojavama. Tek onda se može planirati adekvatan sistem za upozoravanje.

Iako izgleda žestoka, snaga koja se oslobađa iz gromova nad teritorijom Srbije relativno je skromna – oko 15 MW, nekoliko desetina puta je manja od iskoristive snage reka Srbije. Energija električnih pražnjenja u prostoru visoko iznad nas možda će u budućnosti zainteresovati praksu radi sakupljanja i eksploatacije, ali verovatno ne pod ovakvim uslovima. Malo je poznato da u Srbiji od posledica električnog pražnjenja atmosfere svake  godine pogine nekoliko desetina ljudi. Iako se žitelji grada najviše plaše udara groma, smrt od udara groma najčešća je u planinskim i seoskim predelima. Opšta ocena meteorologa i fizičara je da je svaka grmljavina opasna i ne postoji nikakvo pravilo gde grom može da udari. Električni napon u oblacima prazni se ka zemlji najmanje otpornim kanalima pri čemu mu pomažu određeni objekti na zemlji. Uz grom, i grad kao pojava ne može da se eliminiše. Smisao dejstva protivgradne zaštite je da se umanji ukupna količina grada, da se ubrza pražnjenje oblaka i da se smanji prečnik zrna grada. Veliki je značaj sistema upozoravanja za zaštitu ljudi i materijalnih dobara koji bi bio „dostupan“ svima kao što je za Evropu „METEOALARM“ na Internetu. Međutim, u Srbiji još uvek postoji samo najelementarnija detekcija atmosferskih pražnjenja i evidencija u obliku osmatranja, osluškivanja i beleženja meteorologa i primena „krčomera“. Nigde ne postoje savremeni senzori, lokatori ili slično za detekciju.