F. NASA on Unsplash.

Written by 08:32 Meteo, Technologie

Zbliżenie na burzę, czyli jak dane satelitarne wspomagają monitorowanie groźnej pogody

Zdjęcia satelitarne są coraz powszechniej wykorzystywane w wielu branżach gospodarki. Ich dostępność jest dziś większa niż tradycyjnych map. Prawie każdy z nas styka się codziennie z produktami opartymi na tych danych. Szczególnym beneficjentem obrazów satelitarnych jest nauka – zwłaszcza inżyniera środowiskowa oraz dziedziny związane z badaniem Ziemi. W IMGW-PIB wykorzystujemy je m.in. w monitoringu zjawisk atmosferycznych.

Ważnym aspektem w badaniach klimatycznych i analizach synoptycznych jest odpowiednia rozdzielczość czasowa i przestrzenna obrazów satelitarnych. W przypadku burz konwekcyjnych mówimy o dokładności na poziomie minut i kilometrów. Eksperci z IMGW, na przykładzie danych z monitoringu burzy, która przeszła przez Polskę 11 sierpnia 2017 roku, pokazali użyteczność zdjęć satelitarnych do badania mezoskalowego systemu konwekcyjnego we wszystkich etapach jego rozwoju: od inicjacji, przez rozwój, po stan dojrzały. W tym celu wykorzystano dane z satelity geostacjonarnego METEOSAT w odstępach 5-minutowych i 15-minutowych. Wyniki przedstawiono w artykule “Monitoring the 11 August 2017 storm in central Poland with satellite data and products” opublikowanym w magazynie MHWM.

Postęp w jakości danych satelitarnych i szybkości ich pozyskiwania, jaki obserwujemy w ostatnich dwóch dekadach, otwiera nowe możliwości zastosowania tych produktów w krótkoterminowych prognozach pogody, a także w tzw. nowcastingu – czyli prognozowaniu pogody na 6 godzin do przodu. Nowcasting jest szczególnie przydatny w przypadku przewidywania burz, ulewnych deszczów, a także powodzi, ponieważ w typowym dla niego przedziale czasowym możliwe jest prognozowanie niewielkich, pojedynczych zdarzeń. Postępy w technologii satelitarnej w zakresie wysokiej rozdzielczości, pokrycia wielospektralnego i częstotliwości próbkowania przyczyniają się do coraz większego znaczenia tych produktów w monitorowaniu pogody. Dane satelitarne stanowią również istotny wkład do numerycznych modeli prognozy pogody (NWP).

Użyteczność danych satelitarnych w wykrywaniu i monitorowaniu atmosfery ziemskiej okazała się niezwykle przydatna podczas jednej z najbardziej niszczycielskich burz, która 11 sierpnia 2017 roku szczególnie mocno dotknęła powiaty województwa pomorskiego, wielkopolskiego i kujawsko-pomorskiego. Tego dnia nad Polską unosiła się wilgotna i bardzo gorąca masa tropikalnego powietrza. Temperatura powietrza w południowej części kraju sięgała 35°C. Warunki termodynamiczne i kinematyczne, w tym duży uskok wiatru, sprzyjały rozwojowi intensywnych burz i towarzyszących im zjawisk w postaci obfitych opadów i silnych podmuchów wiatru. Po południu burze te pojawiły się nad południowo-zachodnią Polską, po czym szybko się nasiliły i przeniosły na północny wschód, przybierając postać mezoskalowego systemu konwekcji (MCS) z wbudowaną linią szkwału. Najsilniejsze zjawiska wystąpiły wieczorem na pograniczu województw wielkopolskiego, pomorskiego i kujawsko-pomorskiego. Maksymalne porywy wiatru odnotowane tego dnia należą do najwyższych w historii polskich pomiarów: 42 m/s w Elblągu, 36 m/s w Chrząstowie, 35 m/s w Gnieźnie i około 30 m/s na kilku innych stacjach.

Chociaż obrazy satelitarne nie zawierają informacji o wietrze na lądzie, to dostarczają danych umożliwiających wytypowanie potencjalnie niebezpiecznych chmur konwekcyjnych. Badania prowadzone przez naukowców na całym świecie pokazały, że pojawienie się na wierzchołkach chmur, zobrazowanych na satelitarnych zdjęciach w podczerwieni, zimnych struktur O-, U- i V-kształtnych oraz ich utrzymywanie się przez dłuższy czas (min. 30 minut) jest sygnałem wskazującym na możliwość wystąpienia groźnych zjawisk przy powierzchni ziemi, takich jak ulewne deszcze, gradobicia czy porywisty wiatr, powiązanych z tą chmurą.

Poniżej przedstawimy wybór obrazów satelitarnych przedstawiających mezoskalowy system konwekcyjny z 11 sierpnia 2017 roku z charakterystycznymi zimnymi strukturami na wierzchołkach. Pełen zestaw ilustracji dostępny jest na stronie magazynu MHWM.

Rozwój mezoskalowego systemu konwekcyjnego z 11 sierpnia 2017 roku, przedstawiony na produkcie Sandwich, który powstaje z nałożenia na siebie obrazu w kanale widzialnym HRV (High Resolution Visible) i kanale w podczerwieni (IR) czujnika Meteosat/SEVIRI. Skala barwna temperatury jasnościowej kanału IR dobrana jest tak, aby uwypuklić najzimniejsze wierzchołki chmur. Struktura O-kształtna widoczna jest na obrazach z godziny 16:30 i 17:00 UTC; na obrazie z 17:30 przekształciła się ona w strukturę U-kształtną, poniżej której widać kolejną strukturę tego typu.
Rozwój mezoskalowego systemu konwekcyjnego z 11 sierpnia 2017 roku, przedstawiony na produkcie Sandwich, który powstaje z nałożenia na siebie obrazu w kanale widzialnym HRV (High Resolution Visible) i kanale w podczerwieni (IR) czujnika Meteosat/SEVIRI. Skala barwna temperatury jasnościowej kanału IR dobrana jest tak, aby uwypuklić najzimniejsze wierzchołki chmur. Struktura O-kształtna widoczna jest na obrazach z godziny 16:30 i 17:00 UTC; na obrazie z 17:30 przekształciła się ona w strukturę U-kształtną, poniżej której widać kolejną strukturę tego typu.
W późniejszych godzinach, ze względu na brak danych w kanale widzialnym HRV, monitoring rozwoju systemu konwekcyjnego mógł być prowadzony jedynie z wykorzystaniem obrazów w podczerwieni. Na prezentowanej sekwencji obrazów w kanale IR 10.8 µm widoczny jest ten sam mezoskalowy system konwekcji w fazie dojrzałej, z dużą, zimną strukturą O-kształtna utrzymującą się przez ponad 2 godziny.
W późniejszych godzinach, ze względu na brak danych w kanale widzialnym HRV, monitoring rozwoju systemu konwekcyjnego mógł być prowadzony jedynie z wykorzystaniem obrazów w podczerwieni. Na prezentowanej sekwencji obrazów w kanale IR 10.8 µm widoczny jest ten sam mezoskalowy system konwekcji w fazie dojrzałej, z dużą, zimną strukturą O-kształtna utrzymującą się przez ponad 2 godziny.

We wspomnianym artykule omówiono nie tylko rozwój mezoskalowego sytemu konwekcyjnego na obrazach satelitarnych, ale również przedstawiono jak dane i produkty satelitarne wspierają procesy nowcastingu zjawisk konwekcyjnych poprzez dostarczanie informacji o wskaźnikach stabilności oraz wilgotności atmosfery.

Wykazano, że kompleksowa analiza informacji dostarczanych przez różne obrazy i produkty satelitarne pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat nasilania się obserwowanych zjawisk konwekcyjnych oraz potencjalnego niebezpieczeństwa jakie ze sobą niosą. Ponieważ dane satelitarne w części widzialnej i podczerwonej widma promieniowania elektromagnetycznego nie powalają na pozyskiwanie informacji o procesach zachodzących pod chmurami, do nowcastingu groźnych zjawisk niezbędna jest łączna analiza danych z wielu źródeł, takich jak naziemne dane pomiarowe, dane radarowe i wyniki NWP.

Oryginalny artykuł znajdziecie na stronie magazynu https://doi.org/10.26491/mhwm/144590

Zdjęcie główne: NASA | Unsplash


Magazyn MHWM to przestrzeń wymiany wiedzy, doświadczeń, eksperymentów naukowych i wyników badań. Zapraszamy do niej naukowców, ekspertów, praktyków i ludzi biznesu. Oferujemy szansę wypowiedzenia się na najważniejsze problemy współczesnego świata – wyzwań cywilizacyjnych w obliczu zmian klimatycznych. Dzięki interdyscyplinarnemu podejściu tworzymy forum do dyskusji dla przedstawicieli wielu środowisk naukowych. Zadajemy trudne pytania. Szukamy rozwiązań i odpowiedzi.

Czasopismo stanowi platformę do prezentowania wyników badań i omawiania pojawiających się potrzeb, problemów i oczekiwań dostawców usług meteorologicznych, klimatologicznych i hydrologicznych za pośrednictwem np.: prezentacji nowych teorii, osiągnięć i zastosowań, a także studiów przypadków ilustrujących praktyczne wdrożenia nowych rozwiązań i metodologii badawczych. Badania dotyczą wszystkich aspektów powiązanych usług i ich łańcuchów produkcyjnych, w tym nowych technik obserwacyjnych i rozwoju metod modelowania, przetwarzania i prognozowania.

Magazyn powstał w 2013 roku. Do współpracy z autorami i recenzentami wykorzystujemy elektroniczny system submisji. W 2017 roku magazyn został umieszczony na liście czasopism naukowych Web of Science w kolekcji Emerging Sources Citation Index.

http://www.mhwm.pl/

(Visited 335 times, 1 visits today)
Close