Marek Piwnicki on Unsplash

Written by 10:00 Meteo, Technologie

Prognozowanie pogody na morzu (i nie tylko)

Anna Zielińska-Szefka
IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju/Biuro Meteorologicznych Prognoz Morskich w Gdyni

W zimie 1859 roku u wybrzeży Wysp Brytyjskich wystąpił niezwykle silny sztorm, podczas którego zaginęły 133 statki, a 90 zostało poważnie uszkodzonych. Zginęło 800 osób. Po tej tragedii Robert FitzRoy, ówczesny szef brytyjskiego Met Office, sporządził raport, w którym przekonywał, że na podstawie danych meteorologicznych sztorm można było przewidzieć. Wbrew sceptycznym opiniom środowiska naukowego uzyskał poparcie dla swoich metod prognostycznych i dzięki jego staraniom w 1861 roku uruchomiono pierwszą na świecie służbę ostrzegania przed sztormami. Dziś morska osłona hydrologiczno-meteorologiczna jest standardem i obejmuje większość akwenów na świecie.

System stworzony przez FitzRoya opierał się na łączności telegraficznej, służącej przekazywaniu ostrzeżeń, i sieci umiejscowionych w wyznaczonych lokalizacjach masztów, z których za pomocą kombinacji stożków i bębnów informowano statki przebywające w portach i na wodach przybrzeżnych o zbliżającej się wichurze. Podobny system ostrzegania stosowano później w wielu innych krajach. Na polskim wybrzeżu funkcjonował on z przerwami od dwudziestolecia międzywojennego do lat 80. XX wieku.

Trochę historii

Dla ludzi morza pogoda zawsze miała fundamentalne znaczenie, od niej bowiem zależało w dużej mierze ich bezpieczeństwo. Umiejętność obserwacji i przewidywania warunków pogodowych stanowiła ważny element tożsamości i tradycji, którą przekazywano kolejnym pokoleniom marynarzy. Pomimo braku precyzyjnych narzędzi i wiedzy na temat fizycznej natury zjawisk pogodowych prowadzone przez dziesiątki lat obserwacje wniosły istotny wkład w rozwój meteorologii morskiej. Prawdziwą rewolucję przyniosły odkrycia naukowe w XVI i XVII wieku, dzięki którym stworzono podstawy nowożytnej fizyki. Dzięki tym zmianom i nowatorskim wynalazkom w XVIII wieku powstało w Niemczech Palatyńskie Towarzystwo Meteorologiczne – pierwsza międzynarodowa sieć meteorologiczna składająca się z trzydziestu dziewięciu stacji, w tym dwóch w Ameryce Północnej i jednej na Grenlandii. Regularne obserwacje pozwoliły zrozumieć i opisać różne zjawiska atmosferyczne, jak pasaty czy monsuny. Powstały mapy prądów morskich i przeważających wiatrów nad oceanami. W dziedzinie meteorologii morskiej krokiem milowym była opracowana w 1805 roku przez admirała Francisa Beauforta i powszechnie stosowana opisowa skala wiatrów.

Metoda synoptyczna – subiektywna ocena rzeczywistości

Wspomniany na wstępie Robert FitzRoy był jednym z pionierów tzw. synoptycznej metody prognozowania, a także autorem tego określenia[i]. Główną rolę w tej metodzie odgrywa synoptyk, który analizuje bieżący stan pogody z map synoptycznych wykreślonych na podstawie pomiarów wykonanych w określonym terminie. W kolejnym kroku przygotowuje prognozę, bazując na znajomości procesów fizycznych zachodzących w atmosferze, reguł przemieszczania się układów barycznych i ich ewolucji. Kluczem do poprawnego sformułowania możliwego przebiegu pogody jest wiedza, doświadczenie i intuicja synoptyka. Jednak przy tak skomplikowanym systemie, jakim jest atmosfera ziemska, wyniki metody synoptycznej nie zawsze okazują się zadowalające, a często są obarczone poważnymi błędami. Rozwój metod numerycznych – bardziej obiektywnych i pozwalających na uwzględnienie ogromnej liczby procesów i zmiennych – spowodował, że metoda synoptyczna nie jest już w praktyce stosowana. Mapy synoptyczne pozostają jednak w użyciu i są wykorzystywane przez synoptyków do śledzenia faktycznego rozwoju sytuacji barycznej oraz weryfikowania prognoz i wyników obliczeń modeli numerycznych.

Współczesna mapy synoptyczne analizowane przez synoptyka (archiwum IMGW).
Mapy synoptyczne dolne są to sporządzone w odpowiedniej skali mapy geograficzne, na które nanosi się za pomocą umownych symboli i znaków wyniki jednoczesnych obserwacji meteorologicznych wykonanych na lądzie i morzu. Sporządzenie mapy pogody w pierwszym kroku polega na naniesieniu na nią wyników obserwacji lądowych zakodowanych w postaci depeszy SYNOP lub ze stacji morskich w postaci depeszy SHIP. Kolejnym etapem jest analiza mapy polegająca na ręcznym lub komputerowym wykreśleniu izobar (linii łączących punkty o jednakowym ciśnieniu), identyfikacji mas powietrza oraz umiejscowieniu frontów atmosferycznych. W procesie analizy sytuacji synoptycznej korzysta się ze wszystkich dostępnych źródeł informacji o stanie atmosfery. Poza danymi z pomiarów bezpośrednich są to dane satelitarne, obrazy radarowe, dane z systemu detekcji wyładowań. Mapy synoptyczne opracowuje się dla głównych (00, 06, 12, 18 UTC) i pośrednich (03, 09, 15, 21 UTC) terminów synoptycznych. Obszar nimi objęty powinien być dostatecznie duży, aby można było śledzić przemieszczanie się i rozwój obiektów meteorologicznych.

Metody numeryczne

Na początku XX wieku norweski fizyk i meteorolog Vilhelm Bjerknes sformułował dwuetapowy algorytm prognozy meteorologicznej. Pierwszy krok polegał na wyznaczeniu wyjściowych pól ciśnienia, gęstości, temperatury, wilgotności i prędkości. Pola te stanowiły warunek początkowy potrzebny do przeprowadzenia dalszych obliczeń w kroku drugim – prognostycznym. Ponieważ Bjerknes nie dysponował analitycznymi lub numerycznymi metodami rozwiązania algorytmu, skupił się na metodach graficznych. Pierwszą próbę prognozowania metodą obliczeniową, z wykorzystaniem równań podanych przez Bjerknesa i metod numerycznych, podjął w 1922 roku angielski matematyk Lewis Fry Richardson. Jego praca stworzyła podwaliny pod współczesne prognozowanie numeryczne. Jednak dopiero wynalezienie komputerów pozwoliło na zastosowanie tych metod operacyjnie. Obecnie wykorzystuje się złożone algorytmy działające na potężnych superkomputerach, w których obserwacje bieżącej pogody są przetwarzane za pomocą matematycznego modelu atmosfery, aby przewidzieć stan, w jakim się ona znajdzie w określonym horyzoncie czasowym.

Ponieważ atmosfera ziemska jest niezwykle skomplikowanym układem dynamicznym, dokładne rozwiązanie równań opisujących jej zachowanie jest niemożliwe. Wyniki obliczeń zależą w dużej mierze od ilości i jakości danych wejściowych. Nie ma też jednego, idealnego modelu, który sprawdzałby się w każdej sytuacji. Z tego względu coraz większym zainteresowaniem cieszą się prognozy wiązkowe i tzw. multimodele. Prognoza wiązkowa to nic innego, jak zestawienie, w formie wykresu, prognozy kilku przebiegów danego parametru, np. temperatury, wyliczonych przy zastosowaniu różnych danych wejściowych. Multimodel to z kolei zestawienie wyników wyliczeń danego parametru z kilku modeli. W obu przypadkach otrzymujemy informację o najbardziej i najmniej prawdopodobnych wartościach.

Poruszanie się w tym labiryncie informacji wymaga odpowiedniej wiedzy. Dlatego młodych synoptyków nadal uczy się wykreślania map i stosowania analizy synoptycznej. Jakkolwiek archaiczna może się wydawać w obecnych czasach sama czynność ręcznego kreślenia mapy, to jest ona skutecznym sposobem zdobywania doświadczenia na początkowym etapie kariery meteorologa. Numeryczne metody prognozowania są obecnie głównym narzędziem synoptyka, ale umiejętne i świadome korzystanie z nich wymaga wiedzy i umiejętności na takim poziomie, aby bez wsparcia modelem przeprowadzić poprawną analizę danych i opracować rzetelną prognozę.

Prognozy morskie – początki

Historia polskiej służby morskich prognoz meteorologicznych sięga końca I wojny światowej. Po uzyskaniu dostępu do morza rozpoczął się dynamiczny rozwój żeglugi, gospodarki morskiej i rybołówstwa, którym należało zapewnić skuteczną osłonę hydrologiczno-meteorologiczną. W początkowym okresie wsparcie to polegało na bezpośrednim przekazywaniu obserwacji i pomiarów lub tworzeniu na ich podstawie ostrzeżeń. Wkrótce rozpoczęto kreślenie map synoptycznych, na podstawie których sporządzano prognozy pogody dla południowej części Bałtyku i polskiego wybrzeża. Wszystko przerwał wybuch II wojny światowej. Po jej zakończeniu służbę prognoz organizowano od podstaw i już 1 listopada 1945 roku rozpoczęto nadawanie przez radiostację Gdynia Radio (SPH) prognoz pogody dla południowej części Bałtyku w języku polskim i angielskim.

Po lewej: Budynek Oddziału Morskiego PIHM przy ul. Waszyngtona 42 w Gdyni w latach 60. XX w., z widocznym na dachu masztem służącym do umieszczania ostrzeżeń sztormowych (archiwum IMGW). Po prawej: Maszt sygnałowy na Helu; zestawienie sygnałów wskazuje na wiatr w Gdyni o natężeniu 8 st. w skali Beauforta o kierunku południowo-wschodnim, a na Rozewiu poniżej 6 st. w skali Beauforta (archiwum IMGW).
Po lewej: Budynek Oddziału Morskiego PIHM przy ul. Waszyngtona 42 w Gdyni w latach 60. XX w., z widocznym na dachu masztem służącym do umieszczania ostrzeżeń sztormowych (archiwum IMGW). Po prawej: Maszt sygnałowy na Helu; zestawienie sygnałów wskazuje na wiatr w Gdyni o natężeniu 8 st. w skali Beauforta o kierunku południowo-wschodnim, a na Rozewiu poniżej 6 st. w skali Beauforta (archiwum IMGW).

Prognoza SPH opracowywana jest do dzisiaj, z tym że obecnie obejmuje zasięgiem wszystkie główne akweny Bałtyku: Zachodni, Południowy, Południowo-Wschodni, Centralny i Północny, a także obszar Zatoki Pomorskiej, centralnej części polskiego wybrzeża i Zatoki Gdańskiej. Nadawana jest drogą radiową o stałych porach, o godzinie 1:35, 7:35, 13:35 i 19:35, przez Polish Rescue Radio. Jest też prezentowana w serwisie baltyk.imgw.pl wraz z prognozą rybacką.

Charakterystyka prognozy pogody na morzu

Podstawowe wymagania odnośnie do prognoz morskich, tworzonych w ramach osłony meteorologicznej realizowanej przez państwa będące członkiem WMO, zawiera publikacja WMO-No. 471 „Guide to Marine Meteorological Services”. Szczegółową formę prognoz służby narodowe wypracowują we własnym zakresie, uwzględniając specyfikę osłanianego akwenu, a także wymagania i potrzeby odbiorców. W IMGW-PIB przygotowywane są 24-godzinne prognozy krótkoterminowe wydawane cztery razy na dobę oraz średnioterminowa, orientacyjna prognoza wiatru wydawana raz dziennie na 72 godziny do przodu. Uzupełnieniem osłony morskiej są ostrzeżenia dla polskiej strefy brzegowej.

Prognoza krótkoterminowa zawiera opis sytuacji barycznej, ostrzeżenie przed silnym wiatrem lub sztormem albo informację o jego braku, prognozę kierunku i siły wiatru wraz z porywami (wyrażonymi w skali Beauforta) oraz charakterystykę stanu morza (w skali Douglasa). Znajdują się w niej również informacje o widzialności, zjawiskach atmosferycznych, temperaturze powietrza i możliwości oblodzenia statków. Każda prognoza jest nadzorowana – od początku okresu ważności aż do momentu wydania kolejnej – co oznacza, że pracownicy IMGW stale monitorują warunki meteorologiczne na osłanianym akwenie. Jeżeli pogoda zmienia się na tyle, że odbiega od prognozy, dyżurny synoptyk podejmuje stosowne działania.

Morza i oceany pozostają nieujarzmionymi żywiołami natury. Dzięki sprawnym systemom osłony, coraz lepszym i dokładniejszym prognozom, obserwacjom satelitarnym, a także nowoczesnej technologii nawigacyjnej żegluga po tych akwenach jest znacznie bezpieczniejsza niż za czasów Roberta FitzRoya. Praca tysięcy synoptyków, meteorologów i modelarzy każdego dnia umożliwia kontenerowcom, trałowcom, statkom pasażerskim i małym rybackim kutrom szczęśliwe dotarcie do portu. Wydane odpowiednio wcześnie ostrzeżenia pozwalają chronić życie i mienie ludzi żyjących na wybrzeżu, jak również odpowiednio zaplanować rozwój miast i infrastruktury. I chociaż pogoda na morzu wciąż potrafi zaskoczyć, to dzięki stosowaniu się do zaleceń i komunikatów odpowiednich służb możemy minimalizować ryzyko związane z życiem, wypoczynkiem i pracą na morzu.

[i] Synoptyczny (gr. synoptikos) – przymiotnik określający wspólne widzenie lub obejmowanie wszystkiego jednym spojrzeniem.

Zdjęcie główne:  Marek Piwnicki | Unsplash


Anna Zielińska-Szefka
Absolwentka Wydziału Biologii, Geografii i Oceanologii Uniwersytetu Gdańskiego ze specjalizacją w zakresie oceanografii fizycznej. W IMGW-PIB od 1997 roku. Obecnie jest kierownikiem Biura Meteorologicznych Prognoz Morskich oraz synoptykiem meteorologiem prognoz morskich i ogólnych. Zajmuje się realizacją i koordynacją prac związanych z meteorologiczną osłoną morską oraz osłoną regionalną obszaru odpowiedzialności biura w ramach Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju.

(Visited 232 times, 1 visits today)
Close