Pioruny, błyskawice, grzmoty – zjawiska które przez wieki fascynowały ludzi. Nie rozumiano ich natury, więc często przypisywano im boski charakter. Wraz z postępem cywilizacyjnym badacze coraz śmielej interesowali się tymi zagadnieniami, rozwijając narzędzia i metody służące rozwikłaniu tajemnicy piorunów. Dziś dzięki aparaturze pomiarowej, radarom i satelitom możemy ustalić dokładną lokalizację wyładowań atmosferycznych oraz mierzyć ich natężenie. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej jako jedyna instytucja w Polsce posiada system do „śledzenia” piorunów, umożliwiający wydawanie ostrzeżeń i ochronę ludności przed burzami.
AUTOR: Wojciech Gajda, IMGW-PIB/Centrum Hydrologiczno-Meteorologicznej Sieci Pomiarowo-Obserwacyjnej, Wydział Teledetekcji Naziemnej
Monitorowanie elektryczności atmosfery (tj. procesów elektrycznych, które w niej zachodzą) ma coraz szersze zastosowanie, ponieważ każde wyładowanie jest potencjalnym zagrożeniem i wymaga kalkulacji ryzyka, jakie ze sobą niesie – począwszy od zwykłego planowania aktywności na świeżym powietrzu, po odpowiedzialne zarządzanie w biznesie. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB) od dawna prowadzi badania tego elementu pogody. Początkowo monitoring burz realizowany był przez obserwatorów na stacjach synoptycznych. Pozyskana w ten sposób informacja była jednak ograniczona do obszarów przylegających bezpośrednio do stacji. Dlatego też w 2000 roku podjęto decyzję o budowie nowoczesnego, automatycznego systemu detekcji i lokalizacji wyładowań. Dwa lata później system PERUN rozpoczął pracę operacyjną.
Stacje detekcji powstały w Olsztynie, Białymstoku, Włodawie, Warszawie, Toruniu, Gorzowie Wielkopolskim, Kaliszu, Częstochowie i Sandomierzu. Głównym założeniem przy projektowaniu systemu była rejestracja wyładowań atmosferycznych wszystkich typów (doziemnych CG i chmurowych IC) i uzyskanie minimalnej 95-procentowej skuteczności detekcji wyładowań oraz dokładności lokalizacji na poziomie1-2 km. W kolejnych latach PERUN był rozbudowywany i modernizowany. W 2010 i 2011 roku wszystkie Biura Prognoz Meteorologicznych, Lotniskowe Stacje Meteorologiczne oraz stacje synoptyczne I rzędu wyposażono w oprogramowanie wizualizacyjne. W latach 2012-2014 i 2018 wymieniano oraz aktualizowano jednostkę centralną systemu. Do 2015 roku powstały dodatkowe stacje detekcji w Chojnicach, Legnicy i Kozienicach. W tym samym czasie zakończono wymianę starej aparatury pomiarowej serii SAFIR3000 na najnowsze ówcześnie TLS200.
Instytut dysponuje również własnym serwisem, który jest odpowiedzialny za kompleksową obsługę systemu, zaczynając od okresowych przeglądów oraz kalibracji parametrów pracy, po obsługę awaryjną. Ponadto nawiązano międzynarodową współpracę, polegającą na wymianie danych pomiarowych bezpośrednio ze stacji detekcyjnych położonych na terenie: Słowacji, Czech, Niemiec, Danii, Szwecji i Węgier. Działania te w znacznym stopniu poprawiły skuteczność i dokładność monitorowania wyładowań atmosferycznych w obszarach przygranicznych Polski. Obecnie system PERUN lokalizuje zjawiska z dokładnością do 250-500 metrów (z pierwotnych 1000-2000 m) i skutecznością na poziomie 95% (doładowania doziemne).
W latach 2002-2021 system PERUN zarejestrował łącznie blisko 83 mln wyładowań atmosferycznych. W tym: 73 432 465 wyładowań chmurowych, 8 761 351 wyładowań doziemnych ujemnych i 800 339 wyładowań doziemnych dodatnich.
Od 2015 roku, gdy uruchomiono nową jednostkę centralną i ukończono montaż wymianę stacji na model TLS200, a także włączono do systemu stacje w Chojnicach, Legnicy i Kozienicach, widoczny jest znaczący przyrost liczby rejestrowanych wyładowań chmurowych. Oczywiście poszczególne mogą charakteryzować się zupełnie inną aktywnością elektryczną, a powyższa analiza dotyczy jedynie informacji uzyskanych z systemu PERUN. Niemniej grafika ta pokazuje, że technologia detekcji wyładowań atmosferycznych jest stale rozwijana i udoskonalana.
Interesująco prezentuje się również mapa rozkładu wyładowań doziemnych z ostatnich 5 lat, czyli zarejestrowanych przez system PERUN w bieżącej konfiguracji. Wyraźnie widać, że najwięcej tego typu zjawisk występuje w Polsce Centralnej i Południowo-Wschodniej, natomiast najmniej na północnym zachodzie.
Rozwój technologii jest zatem bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na jakość i skuteczność monitorowania elektryczności atmosfery, dlatego też na rok 2022 zaplanowano kolejną modernizację systemu PERUN, która obejmować ma: wymianę (wraz z relokacją) 4 pozostałych przestarzałych stacji SAFIR3000 (Kalisz, Gorzów Wielkopolski, Częstochowa i Toruń, instalację nowej stacji detekcji w Lesku, instalację najnowszej wersji Jednostki Centralnej wraz z najnowszymi algorytmami oraz instalację nowego systemu prezentacji danych.
Sytuację burzową na bieżąco można śledzić na stronie: https://meteo.imgw.pl/dyn/#group=radar¶m=sri&perun=true&loc=52.24,21.034,7
Zdjęcie główne: Rahul Viswanath | Unsplash
WOJCIECH GAJDA. Magister inżynier o specjalizacji inżynierskiego zastosowania informatyki, absolwent Politechniki Lubelskiej. W IMGW-PIB od 2002 r. w dziale odpowiedzialnym za sieć radarów meteorologicznych POLRAD, a od 2005 r. również pracownik systemu detekcji i lokalizacji wyładowań atmosferycznych PERUN. Aktualnie w Wydziale Teledetekcji Naziemnej zajmuje się m.in. serwisem i administracją systemu PERUN oraz utrzymaniem aplikacji sieci POLRAD. Audytor Systemu Zarządzania Jakością, przedstawiciel IMGW-PIB w zespole EUCLID (zespół zrzeszający europejskich użytkowników systemów detekcji wyładowań atmosferycznych).
[…] Kilka lat temu, kiedy sieć ta nie była jeszcze zbyt popularna w Polsce, wraz z innymi osobami z Koła Naukowego Studentów Fizyki UMCS zbudowaliśmy jeden z takich detektorów, który został podłączony do sieci Blitzortung.org. Detektor dostarczał dodatkowych danych i dzięki temu możliwa była nieco lepsza lokalizacja wyładowań na terenie Polski czy sąsiednich krajów. Na ten moment nasz detektor już nie funkcjonuje, bo też sama sieć rozrosła się do tego stopnia, że na terenie Polski mamy tych stacji ponad 60. Dla porównania system PERUN należący do IMGW posiada 9 stacji, i jest to liczba wystarczająca, jeśli stacje są umieszczone w odpowiednich lokalizacjach. […]