Pożar okiem radaru meteorologicznego

Eksperymentalny system meteorologicznego monitorowania rozprzestrzeniania się produktów spalania

Pożar CH Marywilska 44 na zobrazowaniach radarowych

Opracował: mgr inż. Piotr Szuster, CMM IMGW-PIB

Dopplerowskie radary meteorologiczne systemu POLRAD umożliwiają sondowanie przemieszczania się obiektów meteorologicznych (ale nie tylko) w atmosferze nad obszarem osłony Polski. Działanie urządzenia w dużym uproszczeniu polega na wysyłaniu wiązek sygnału elektromagnetycznego z zakresu mikrofal (5.6 GHz), które po odbiciu się od obiektu (np. kropli chmurowej bądź opadowej ale i frakcji stałych) powracają do odbiornika. W ten sposób, z wykorzystaniem algorytmów postprocessingu, przetwarzana jest informacja o położeniu obiektu, jego odległości (czas powrotu wiązki po odbiciu), kierunku przemieszczania się i natężeniu zjawiska. Informacje przetwarzane są jako wartości odbiciowości radarowej, a jednostką miary jest dBZ (decybele na jednostkę Z; miara odbicia wiązki od obiektu przypadająca na 1 μm³ – Z), która dla radarów meteorologicznych jest zdefiniowana jako suma szóstych potęg średnicy kropel/cząsteczek zawartych w obiekcie. Im większe zdolności odbicia – mają je zwykle większe cząstki – tym mocniejsze natężenie barwy – w kierunku koloru pomarańczowego i różowego. Na skali prezentowanych wizualizacji kolorami oznaczono odbiciowość radarową. Więcej o radarach sieci POLRAD można przeczytać tutaj (Modernizacja sieci POLRAD – Obserwator (imgw.pl))

Rozprzestrzenianie się pyłów podczas pożaru hali na Marywilskiej

Eksperymentalnie przeanalizowane zostały wyniki skanów radarowych w aspekcie rozprzestrzeniania się produktów spalania podczas pożaru hali przy ulicy Marywilskiej 44. Jako dane referencyjne do walidacji opracowanej metody zostały wykorzystane zobrazowania satelitarne w świetle widzialnym wykonane przez satelitę MSG-0 degree, na których stosunkowo dobrze widoczna jest chmura dymu pożaru na Marywilskiej 44.

Zdjęcie satelitarne w świetle widzialnym wykonane przez satelitę MSG-0 degree o 03:30 UTC. Strzałka wskazuje na pióropusz dymu z pożaru. Źródło: EUMETSAT

O godzinie 01:30 UTC (03:30 czasu lokalnego) w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca pożaru radar w Legionowie zarejestrował zlokalizowane echo. Echo w ciągu kolejnych 5 minut uległo intensyfikacji w skutek silnej emisji produktów spalania przez rozwinięty pożar. Przebieg emisji został ukazany na poniższej animacji.

Na animacji z 5-min krokiem czasowym zestawiono kolejne zobrazowania radarowe dla obszaru północnej części Warszawy. Na podstawie wizualizacji można stwierdzić, że w kolumnie atmosfery nad obszarem hali zjawiska obserwowane były na krótko po zainicjowaniu pożaru.

Załączony film przygotowany przez mgr inż. Piotra Szustera zawiera zestawienie zobrazowań radarowych rozkładu maksymalnych wartości odbiciowości radarowej w kolumnie pionowej (CMAX). Film przedstawia zobrazowania wykonane między 01:20 UTC (03:20 czasu lokalnego) a 04:25 UTC (06:25 czasu lokalnego). Lokalizacja centrum handlowego Marywilska 44 zaznaczona jest czerwoną strzałką. Zobrazowania uwidaczniają emitowane produkty rozkładu termicznego oraz reakcji spalania związanych z pożarem, który wystąpił 12 maja 2024.

Pionowy przekrój pola odbiciowości radarowej z godziny 02:35 wskazuje na unoszenie produktów pożaru na wysokość około 3000m.

Przekrój pionowy pola odbiciowości radarowej wzdłuż emitowanej chmury produktów spalania. Kolorem czarnym zamaskowano obszar braku danych. Skala odbiciowości taka sama jak dla rozkładu poziomego.

Osoby zainteresowane tematem wykorzystania radarów meteorologicznych w monitoringu pożarów odsyłamy do publikacji:

https://espace.library.uq.edu.au/view/UQ:672f87d/UQ672f87d_OA.pdf

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2021JD036158, https://www.researchgate.net/publication/375230170_Estimating_Fire_Radiative_Power_Using_Weather_Radar_Products_for_Wildfires

— UDOSTĘPNIJ —

Modelowanie emisji zanieczyszczeń z pożarów.

Jak działa system modelowania dyspersji zanieczyszczeń.

Jak w każdym modelu, poza zasileniem go rzeczywistymi danymi, potrzebne są wprowadzone założenia modelowe – a te zakładają na przykład, że warunki początkowe nie ulegają zmianie w czasie, a przynajmniej do kolejnego terminu w którym model dokona aktualizacji. Wobec czego, jeśli sytuacja w miejscu pożaru ulegnie nagłej lub czasowej zmianie – na przykład w związku z realizowaną akcją gaśniczą, model nie uwzględni tych zmian w predykcji i wskazywał będzie rozwój sytuacji w kolejnych godzinach na jaki został zaprogramowany. Podobnie jak nie uwzględnia on rzeczywistych ilości substancji spalania dostarczanych do atmosfery. Wizualizacje modelu należy traktować jako czysto teoretyczne – czyli wskazują jak rozprzestrzeniałyby się zanieczyszczenia jeśli warunki meteorologiczne i środowiskowe nie uległyby zmianie w założonym czasie. Najważniejszą, praktyczną informacją, jaką można w takim razie uzyskać śledząc wizualizacje jest: w jakim kierunku w najbliższym czasie będą rozprzestrzeniać się emitowane zanieczyszczenia – i na tej podstawie wyciągać wnioski: mieszkańcy których obszarów mogą być potencjalnie zagrożeni ekspozycją na szkodliwe dla zdrowia substancje.

W omawianej sytuacji pożaru w Siemianowicach Śląskich, sytuacja została częściowo opanowana już wczoraj wieczorem, choć jeszcze dziś rano – jak wskazują doniesienia medialne znajdowały się tam 32 zastępy straży i niemal 100 strażaków w akcji. Na obrazach radarowych widzimy, że prognozowana strefa rozproszonych opadów związana z frontem atmosferycznym dotarła już nad obszar południowej Polski. Zatem wizualizacje na kolejne godziny – w których widać, że chmura zanieczyszczeń mogłaby dotrzeć nawet nad obszar Turcji czy Półwyspu Skandynawskiego trzeba traktować jako wyidealizowane. Panta rhei dobrze odnosi się również do atmosfery, jeśli wyemitowane cząstki produktów spalania lub innych zanieczyszczeń nie zostaną wychwycone przez hydrometeory i sprowadzone na powierzchnię ziemi (czyli nie zostaną wymyte z atmosfery), to transport faktycznie może odbywać się na dalekie odległości. Dobrym przykładem są epizody napływu piasku saharyjskiego. W przypadku omawianego pożaru, z racji na jego ograniczoną wielkość i prognozowane warunki atmosferyczne nie spodziewaliśmy się takiego scenariusza.

Więcej na temat założeń i predykcji systemu RIOT w artykule:

mhwm.pl/pdf-60273-3681?filename=Project RIOT _ _Ring of.pdf

https://www.researchgate.net/publication/346965715_Ocena_zagrozenia_Polski_przez_skazenia_promieniotworcze_w_swietle_mozliwosci_oddzialywania_istniejacych_i_planowanych_elektrowni_jadrowych

Opracowanie: IMGW-PIB Zakład Teledetekcji Satelitarnej:

Wykorzystując zobrazowania satelitarne Instytut Meteorologii i Gospodarki – Państwowy Instytut Badawczy monitoruje napływy aerozoli. W ostatnich dniach zobrazowania satelitarne pozwoliły zaobserwować napływ pyłu, pochodzącego z obszaru Sahary. Zobrazowania satelitarne w połączeniu z numerycznymi modelami prognozowania pogody umożliwiają efektywne prognozowanie przemieszczania się tego typu aerozoli.

Ryc. 1. Mapa synoptyczna z godz. 00 UTC, 29 lutego 2024 roku. Źródło: IMGW-PIB.

Z punktu widzenia transportu pyłu znad Sahary istotnymi ośrodkami barycznymi mający wpływ jest płytki niż znad Morza Śródziemnego znajdujący się w fazie okludowania. Drugim układem jest klin wysokiego ciśnienia nad Polską, który rozbudował się na tyle ośrodka cyklonicznego. Wschodnie rejony kraju były w zasięgu frontu atmosferycznego chłodnego.

Ryc. 2. Mapy topografii barycznej bezwzględnej na poziomach 850 hPa, 700 hPa, 500 hPa oraz 300 hPa, 29 lutego 2024 roku, godz. 00 i 06 UTC. Źródło: IMGW-PIB.

Niż zalegający nad Morzem Śródziemnym jest dobrze widoczny w pionowym przekroju troposfery. Na wszystkich poziomach dobrze wyrażona zamknięta cyrkulacja cykloniczna. Z analizy komparatystycznej map TB z godziny 00 UTC oraz 06 UTC wynika, że wir cykloniczny pogłębił się na wysokości 850 hPa z 144 gp dam na 140 gp dam oraz na poziomie 500 hPa z 552 gp dam na 548 gp dam. Na pozostałym poziomach izobarycznych głębokość wiru nie uległa zmianie. Klin wysokiego ciśnienia jest zaznaczony na wyższych poziomach izobarycznych ugięciem antycyklonalnym izohips.

Ryc. 3. Trajektoria ruchu mas powietrza w obrębie niżu znad Morza Śródziemnego, 29 lutego 2024 roku, godz. 06 UTC.  

W warstwie granicznej kierunek wiatru zmienia się z wysokością, a kształt hodografu prędkości wiatru to nic innego jak spirala Ekmana. Należy podkreślić, że spirala Ekmana nie jest w atmosferze tak pięknie wyrażona jak w warstwie granicznej np. wody. Cząstki pyłu porywane przez wiatr na obszarze Sahary wznoszą się po trajektorii będącej złożeniem ruchu po spirali i ruchu translacyjnego mas powietrza. Cząstki pyłu porywane z powierzchni ziemi są transportowane przez warstwę laminarną (cienką warstwę przylegającą do powierzchni ziemi, a następnie cząstki są transportowane przez turbulencyjną warstwę graniczną. Po dotarciu do wierzchołka warstwy granicznej i powyżej ruch cząstek powietrza będzie przemieszczał się zgodnie z występującą cyrkulacją w swobodnej atmosferze. Powyżej warstwy tarciowej można przyjąć, że ruch powietrza jest prawie geostroficzny. Równowaga geostroficzna to nic innego jak równowaga sił gradientu ciśnienia i Coriolisa. W rzeczywistości ten warunek nie jest spełniony, przede wszystkim dlatego, że izobary wykazują pewną krzywiznę, następują zmiany w rozkładzie pola ciśnienia wynikający z ruchu układów barycznych, co skutkuje pojawieniem się dodatkowej składowej ageostroficznej. Składowa ageostroficzna jest prostopadła do izobar. Jej wartość nie jest duża, bo wynosi zaledwie do 10 % wartości wiatru rzeczywistego [1]. To powoduje, że przepływ strumienia powietrza nie jest ściśle styczny do izohips. Z analizy map TB wynika, że ruch powietrza na poziomach 850 hPa, 700 hPa oraz 500 hPa spowoduje, że pył znad Sahary dotrze nad Polskę. W górnej troposferze, na poziomie 300 hPa, jeżeli pył będzie się znajdował na ww. poziomie, dotrze nad południową Polskę.  

Ryc. 4. Absorbing aerosol index (wskaźnik aerozolu absorbującego), 27 i 28 lutego 2024 roku. Źródło: Zakład Teledekcji Satelitarnej IMGW-PIB.

Z analizy sytuacji z wtorku i środy (27 i 28 lutego 2004 roku) wynika, że do kraju nie dotarła chmura pyłu saharyjskiego. Najprawdopodobnie pył dotarł dopiero do Słowacji i Węgier.

Ryc. 5. Wskaźnik aerozolu absorbującego, 29 lutego 2024 roku. Źródło: Zakład Teledekcji Satelitarnej IMGW-PIB.

Ryc. 6. Zdjęcie satelitarne, 29 lutego 2024 roku, godz: 14:45 UTC. Kolor różowy wskazuje na pył znad Sahary. Źródło: dr Artur Rutkowski, Zakład Teledekcji Satelitarnej IMGW-PIB.

Z najnowszych danych satelitarnych (29 lutego 2024 roku) wynika, że prawdopodobnie do południowego rejonu kraju dotarła strefa pyłu saharyjskiego, ale o niezbyt dużym stężeniu.

Ryc. 7. Symulacja dyspersji zanieczyszczeń, źródło: CMM-IMGW-PIB.

Z symulacji numerycznych dyspersji zanieczyszczeń wynika, że pył znad Sahary, który np. rozpocznie swoją wędrówkę w czwartek 29 lutego 2024 roku, dotrze w piątek do południowej i centralnej części kraju. Na czole chmury pyłu stężenie będzie mniejsze. Z dalszych symulacji wynika, że maksymalne stężenie pyłu powinno występować we wschodniej i północno wschodniej części kraju. To czy nastąpi proces suchej depozycji zależy od stanu równowagi atmosfery, prędkości wiatru, intensywności ruchów turbulencyjnych w warstwie granicznej atmosfery, nasłonecznienia [2], ruchów pionowych w atmosferze.

Ryc. 8. Prognostyczna mapa synoptyczna, 1 marca 2024 roku. Źródło: https://www.wetter3.de/fax_dt.html.

W piątek Polska powinna znajdować się na skraju obszaru podwyższonego ciśnienia. Nad Niemcami, Morzem Północnym oraz południową Skandynawią zalegać powinna zatoka niskiego ciśnienia z układem frontów atmosferycznych, z wyodrębnionych odcinkiem ciepłym i chłodnym. Na południu Europy występować będzie pofalowany front okluzji, a nad południową Grecją zaznaczy się ciepły wycinek frontu.

Ryc. 9. Prognostyczna trajektoria pyłu saharyjskiego, 1 marca 2024 roku. Źródło: CMM-IMGW-PIB.  

Jak wynika z prognostycznych map górnych, nadal następować będzie napływ powietrza z pyłem saharyjskim z południa.

Ryc. 10. Prognostyczne pole opadu dla 1 marca 2024 roku. Źródło: CMM-IMGW-PIB.

W trakcie przemieszczania się chmury pyłu znad Sahary część strumienia na swojej trajektorii wejdzie w oddziaływanie z kropelkami chmur co skutkować będzie usunięciem cząstek wraz z opadem (wymywanie), który jest spodziewany na froncie okluzji. Ta część pyłu, która nie wejdzie w interakcję z hydrometeorami i nie zostanie usunięta z troposfery dotrze do Polski.

Literatura

1. Holec, P. Tymański, Podstawy meteorologii i nawigacji meteorologicznej, Wydawnictwo Morskie Gdańsk, 1973.
2. T. Markiewicz, Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2004.

Opracowanie: IMGW-PIB Zakład Teledetekcji Satelitarnej:

Wykorzystując zobrazowania satelitarne Instytut Meteorologii i Gospodarki – Państwowy Instytut Badawczy monitoruje napływy aerozoli. W ostatnich dniach zobrazowania satelitarne pozwoliły zaobserwować napływ pyłu, pochodzącego z obszaru Sahary. Zobrazowania satelitarne w połączeniu z numerycznymi modelami prognozowania pogody umożliwiają efektywne prognozowanie przemieszczania się tego typu aerozoli:

Opracowanie: dr Joanna Wieczorek dr Andrzej Mazur, dr Grzegorz Duniec, IMGW-PIB CMM.

Po dwóch latach wyciszenia swoją aktywność ujawnił system wulkaniczny Reykjanes zlokalizowany na półwyspie o tej samej nazwie na Islandii.

W sobotę 11 listopada mieszkańcy miejscowości Grindavik, która położona jest zaledwie 3 km od miejsca ostatniej fali trzęsień ziemi, zostali przymusowo ewakuowani. Od północy w niedzielę w okolicach miasta zarejestrowano już około tysiąca trzęsień ziemi, a największe miało magnitudę 3.7 w skali Richtera.

Zdaniem wulkanologów, są one efektem gromadzenia się dużych ilości magmy pod skorupą Ziemi. Szybkość, z jaką się gromadzi, pozostają bez precedensu. Wielkości te są znacznie większe niż dotychczas widziane w okolicy półwyspu Reykjanes, wobec czego Grindavik może zostać doszczętnie zniszczone przez któryś z wulkanów dużego systemu. Obecne zwiastuny w postaci wstrząsów i powstawania szczelin, komentowanych już w światowych mediach, mogą świadczyć, że erupcja przewidywana jest w ciągu najbliższych kilku dni lub nawet godzin. Zwłaszcza, że magma znajduje się obecnie na bardzo małej głębokości. Ponieważ koniec powstałej przez uwolnienie gazów szczeliny sięga do morza, możliwa, aczkolwiek mniej prawdopodobna, jest też erupcja na dnie oceanu, która mogłaby spowodować powstanie ogromnej chmury pyłu.

W ostatnich latach na półwyspie miały miejsce trzy erupcje: w marcu 2021 r., sierpniu 2022 r. i lipcu 2023 r., a wszystkie miały miejsce na obszarach oddalonych od jakiejkolwiek infrastruktury i obszarów zamieszkałych. Przed erupcją w 2021 r. wulkan Fagradalsfjall był uśpiony przez osiem lat. Według wulkanologów nowy cykl wzmożonej aktywności może trwać kilka dekad lub stuleci.

Islandia położona jest na styku dwóch płyt kontynentalnych, na obszarze aktywnym wulkanicznie. W południowej części kraju znajduje się także wulkan Eyjafjallajökull, którego erupcja w 2010 roku rozpoczęła się pod koniec grudnia 2009 r. i również przejawiała się tysiącem trzęsień ziemi o sile 1–2 w skali Richtera. Ta aktywność sejsmiczna była spowodowana ciśnieniem powstałym podczas przemieszczania się magmy spod skorupy ziemskiej do komory wulkanicznej. Ostatecznie wulkan wybuchł – po raz pierwszy – 20 marca 2010 roku. Drugi wybuch, kilkunastokrotnie silniejszy, miał miejsce 14 kwietnia 2010, powodując m.in. zakłócenia w ruchu lotniczym oraz zawieszenie lotów i ostatecznie zamknięcie przestrzeni powietrznej nad większością państw europejskich na okres kilku tygodni.

Podobnie jak w roku 2010, erupcja wulkanu Fagradalsfjall bądź innego z systemu może potencjalnie mieć wpływ na sytuację nad Europą, w tym również nad polską przestrzenią powietrzną.

Na poniedziałkowym obrazie wskaźnika aerozolu absorbującego (AAI) na podstawie danych Metop/GOME-2 widać cos nad Islandią, natomiast nie nad obszarem systemu, więc być może innego pochodzenia. Dwutlenku siarki tam raczej nie było (nie został wykryty przez instrument IASI na satelitach Metop).

W kolejnych dniach nic nie zarejestrowano.

Kolejne tego typu zobrazowanie dostępne będzie dziś po południu.

Opracowanie: Łapeta B., Hajto M., Rutkowski A, IMGW-PIB Zakład Teledetekcji Satelitarnej

Animacja kompozycji Natural Color Enhanced (pseudo true color) zrobiona z danych METEOSAT:

Pierwszy i ostatni slot animacji w wersji oryginalnej i z naniesionymi strzałkami wskazującymi smugę:

Wskaźnik aerozolu absorbującego (AAI) wyznaczonego z danych TROPOMI dla 3 domen (Europa, świat i Europa Centralna):

Zawartość CO w kolumnie z danych IASI z 30 sierpnia Day (przeloty poranne) i Night (przeloty wieczorne):

Zawartość CO w kolumnie z TROPOMI:

Kompozycja true color z danych VIIRS z 12:35 w wersji oryginalnej i ze strzałkami wskazującymi na smugę:

Analiza sytuacji (opracowanie dr Grzegorz Duniec, IMGW-PIB CMM):

Nad Bałkanami i Europą południowo wschodnią zalega obszar podwyższonego ciśnienia, w którym znajdują się dwa ośrodki antycyklonalne. Nad Płw. Azji Mniejszej ukształtował się płytki niż z ośrodkiem 1006 hPa. Analizowane układy baryczne są niskimi układami barycznymi. 

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB925 (750 m).

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB900 (1000 m).

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB850 (1,5 km).

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB700 (3 km).

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB500 (5,5 km).

Symulacja kierunku przepływu mas powietrza na poziomie TB300 (9 km).

Aktualna cyrkulacja atmosfery zapewnia w całym przekroju troposfery przepływ mas powietrza  w kierunku południowo zachodnim. 

Cyrkulacja mas powietrza na poziomie TB500. 

Cyrkulacja mas powietrza na poziomie TB700.

Cyrkulacja mas powietrza na poziomie TB850.

Nad Grecją powinny rozbudowywać się chmury Cb  oraz powinny występować opady deszczu oraz burze. Jeżeli do powyższego obszaru dotrą produkty kondensacji mogą one zostać częściowo usunięte w wyniku tzw. wet deposition. 

Z analizy pola prędkości pionowej wynika, że występują obszaru ruchów powietrza w kierunku podłoża, zatem część produktów spalania, które zalegają w dolnej części troposfery, zostanie usunięta w wyniku tzw. dry deposition.

Zobrazowania RGB True Color (w barwach prawdziwych) na podstawie danych satelitarnych NOAA-20/VIIRS z 25 sierpnia 2023 r., na których możemy zobaczyć dymy z pożarów. Dodatkowo zaznaczono położenie aktywnych pożarów. 

Zobrazowania RGB Fire Temperature na podstawie danych satelitarnych Suomi-NPP/VIIRS z 25 sierpnia 2023 r.. Piksele, w których prawdopodobnie jest pożar zaznaczone są kolorami od czerwonego po żółty. Kolor niesie informację o temperaturze pożaru: czerwony – niska, żółty – najwyższa.