Aerologia to dział meteorologii zajmujący się badaniem procesów i zjawisk zachodzących w górnych warstwach atmosfery. Ich podstawą są pomiary realizowane przy użyciu przyrządów umieszczonych na wieżach, podwieszonych pod balonami lub zainstalowanych na dronie bądź w samolocie. W Polsce pomiary aerologiczne wykonywane były już w latach 20. XX w. za pomocą mechanicznych rejestratorów – meteografów. Natomiast pierwszą stację aerologiczną uruchomiono w 1931 roku w Legionowie. Działa ona do dziś, jako jedna z trzech stacji IMGW-PIB. W ramach kończących się prac modernizacyjnych sieć została zaopatrzona w nowoczesne urządzenia, a w Tarnowie powstała nowa stacja aerologiczna.
AUTOR: Grzegorz Zabłocki, IMGW-PIB/Centrum Hydrologiczno-Meteorologicznej Sieci Pomiarowo-Obserwacyjnej
Pomiary aerologiczne wykonywane są jednocześnie (o tej samej godzinie) na ok. 1300 stacjach na świecie, w tym 15 znajdujących się na pokładach statków oceanicznych. Pozyskane dane, w postaci pionowych profili wielkości meteorologicznych, wykorzystywane są w matematycznych modelach prognostycznych, w osłonie lotniczej oraz do badań procesów zachodzących w atmosferze, w tym śledzenia zmiany klimatu.
Dotychczas IMGW-PIB dysponował trzema stacjami aerologicznymi – w Łebie, Legionowie i Wrocławiu. Pomiary wykonywane były półautomatycznie, tj. obserwator musiał napełnić balon meteorologiczny wodorem, zamocować jednorazową radiosondę i o określonej godzinie, dwa razy dziennie, wypuścić balon do atmosfery. Śledzenie lotu radiosondy, odbiór zmierzonych danych, ich przetwarzanie i dalsza dystrybucja były już zautomatyzowane.
W ramach Projektu ochrony przeciwpowodziowej w dorzeczu Odry i Wisły, finansowanego ze środków Banku Światowego, kredytu Banku Rozwoju Rady Europy oraz ze środków Budżetu Państwa, zrealizowano w okresie 2020-2022 Modernizację Stacji Pomiarów Aerologicznych (zad 4A1.9), której głównym celem było wyposażanie stacji w pełni automatyczne urządzenia radiosondażowe. Dostawcą aparatury była firma Modem SAS, odpowiedzialna za wyprodukowanie trzech urządzeń Robotsonde, ich dostawę, instalację, wdrożenie do pracy operacyjnej oraz szkolenie personelu.
Nowa aparatura stanęła w Łebie, Wrocławiu oraz Tarnowie, gdzie dotychczas nie prowadzono pomiarów aerologicznych. Stacja będzie cennym uzupełnieniem sieci na południu Polski, od dawna oczekiwanym przez synoptyków meteorologów. Oprócz urządzeń dostarczono także dwuletni zapas materiałów eksploatacyjnych (radiosond z osprzętem montażowym). Automaty Robotsonde znacznie ograniczą kontakt personelu z wodorem, co było jednym z powodów modernizacji. Na stacji w Legionowie wypuszczanie balonów aerologicznych będzie nadal odbywać się ręcznie ze względu na wykonywane tam pomiary ozonu, których automaty nie obsługują.
Robotsonde jest aparatem w pełni automatycznym. Po uzupełnieniu podajnika, mieszczącego 24 zestawy pomiarowe, urządzenie samo napełnia balon wodorem z podłączonych wiązek i wypuszcza radiosondę o określonych porach zgodnie z harmonogramem. Pracę urządzenia nadzoruje się zdalnie.
Pomiary aerologiczne są nieocenionym źródłem wiedzy o stanie atmosfery. Doświadczony meteorolog potrafi z nich wyczytać bardzo dużo informacji. Poniżej przykład analizy pomiaru wykonanego 21 czerwca 2022 roku w Tarnowie, autorstwa Ewy Łapińskiej z Centralnego Biura Prognoz Meteorologicznych.
Diagram przedstawia sytuację w trakcie przechodzenia chłodnego frontu atmosferycznego z warunkami dla występowania tzw. konwekcji uniesionej. Widoczna jest chwiejna i wilgotna masa powietrza. Na południu Polski, nad Tatrami i Bieszczadami, występowały burze, a w okolicy stacji przelotny deszcz. Analiza diagramu:
- Powietrze bardzo wilgotne – szczególnie w dolnej i środkowej troposferze – z niezbyt grubymi warstwami nieco niższej wilgotności na wysokości do ok. 2,3 km (830 mb) i ok. 7-9 km (400-300 mb).
- Duża wilgotność w dolnej i środkowej troposferze świadczy o wysokim prawdopodobieństwie opadów przelotnych.
- Chwiejna i wilgotna masa zawiera w sobie niewielką ilość energii potencjalnej, dostępnej dla konwekcji CAPE, znajdującą się w warstwie od 2 km do 5,5 km, co świadczy o możliwości rozwoju uniesionej konwekcji, przelotnych opadów deszczu, a także nocnych burz.
- Przewidywane zachmurzenie: chmury Sc z możliwością formowania chmur Cu, rozwijających się do stadium Cb. Dolna podstawa chmur ok. 1100 m, orientacyjna górna granica wierzchołków chmur konwekcyjnych do około 6,5 km. (około 450 mb). Wzrost wilgotności na wysokości 10 km (250 mb) wskazuje na możliwość występowania w otoczeniu chmur Cirrus.
- W warstwie poniżej 1 km widoczna jest zmiana kierunku i prędkości wiatru. W warstwie od 1 km do 6,5 km silny wzrost prędkość wiatru z wysokością wskazuje na możliwość organizacji burz. W warstwie 8,5-11 km występuje prąd strumieniowy, w którym wiatr dochodzi maksymalnie do 44 m/s, z kierunku 250°. Wiatr lekko skręca w lewo, co świadczy o nieznacznej adwekcji chłodu.
- Na wysokości ok. 1000 m i 3000 m cienkie warstwy inwersji i izotermii.
- W prognozowanych chmurach Cb należy spodziewać się turbulencji i oblodzenia.
- Tropopauza na wysokości 12500 m.
- Wysokość izotermy: 0°C – 3500 m; –5°C – 4300 m; –12°C – 5200 m; –20°C – 6500 m.
Automatyczne stacje radiosondażowe pracują już w wielu krajach. Pierwsze tego typu urządzenia były stawiane w miejscach trudno dostępnych oraz tam, gdzie skrajnie trudne warunki utrudniały wykonanie pomiarów przez człowieka. Z powodu braku chętnych do pracy lub wysokich kosztów zatrudnienia automaty zaczęły pojawiać się również na stacjach obsługiwanych przez obserwatorów. Automatyczne Stacje Radiosondażowe nie zastąpią jednak ludzi w procesie analizy danych i tworzenia prognoz, wymagają również dozoru przeszkolonych ekip serwisowych. Modernizacja sieci aerologicznej IMGW-PIB potwierdza, że Instytut należy do grona nowoczesnych służb meteorologicznych i stale się rozwija.
Na naszym kanale YT możecie obejrzeć, jak wygląda wypuszczenie balonu z automatycznej stacji Roborsonde https://www.youtube.com/watch?v=udNte5tUhrw
Oprac. Grzegorz Zabłocki | Centrum Hydrologiczno-Meteorologicznej Sieci Pomiarowo-Obserwacyjnej, IMGW-PIB.
Zdjęcie główne: Matteo Fusco | Unsplash.
