Monitoring warunków opadowych

Opracowanie: Weronika Wrońska, Krystyna Pianko-Kluczyńska, dr inż. Marta Gruszczyńska ,dr Joanna Wieczorek, Karina Kózka, dr Alan Mandal, IMGW-PIB CMM.

Monitoring warunków opadowych jest niezwykle ważnym zagadnieniem z racji bieżącego funkcjonowania ekosystemu i człowieka oraz w perspektywie adaptacji do zachodzących środowiskowych zmian. Konsekwencje zarówno przedłużających się okresów bezopadowych, jak i tych z występowaniem intensywnych opadów mogą się bowiem okazać dotkliwe w skutkach. Utrzymujący się niedobór opadów oddziałuje m.in. na zasoby wód powierzchniowych i podziemnych, ekosystemy, bioróżnorodność, rolnictwo i przemysł, a finalnie również na zdrowie ludzi.

ZESTAWIENIA I ICH POPRAWNA INTERPRETACJA

1. Analiza sytuacji bieżącej realizowana jest dla 20 stacji (Tab.1) z wykorzystaniem danych opadowych z sieci monitoringu IMGW-PIB.

Tab. 1. Lista stacji uwzględnionych w monitoringu i analizie warunków opadowych na terenie Polski

Lp.	Stacja	Lp.	Stacja
1	Białystok	11	Opole
2	Gdańsk	12	Poznań
3	Gorzów Wielkopolski	13	Rzeszów
4	Katowice	14	Suwałki
5	Kielce	15	Szczecin
6	Koszalin	16	Toruń
7	Kraków	17	Warszawa
8	Lublin	18	Wrocław
9	Łódź	19	Zakopane
10	Olsztyn	20	Zielona Góra

– Monitoring warunków opadowych dla bieżącej sytuacji prezentowany jest za pomocą następujących produktów:

• Wykres najdłuższych okresów bezopadowych (z opadem poniżej 1 mm) w aktualnym oraz poprzednim miesiącu (Rys. 1). Aktualizacja przeprowadzona jest raz dziennie, o godzinie 7:15 UTC (czyli o godz. 9 czasu letniego i 8 czasu zimowego).
• Krzywa sumowa opadu dla bieżącego oraz poprzedniego miesiąca (Rys. 2). Aktualizacja przeprowadzana jest raz dziennie o 7:15 UTC.
• Liczba dni bez opadu dla aktualnego i poprzedniego miesiąca, od 1981 r. do obecnego (Rys. 3). Aktualizacja przeprowadzana jest raz na miesiąc, do 10-ego dnia kolejnego miesiąca.

Rys. 1. Najdłuższe okresy bezopadowe na stacji w Katowicach w czerwcu i maju 2024 r., realizacja z dnia 23.06.2024 r. Na wykresie zaznaczone są dwa najdłuższe okresy, w których nie wystąpił opad atmosferyczny (pomarańczowe pola), wynoszący co najmniej 1 mm w ciągu doby opadowej (w godzinach 06 UTC do 06 UTC dnia następnego). Opad śladowy stanowiący sumę dobową <1 mm oraz brak wystąpienia opadu traktowane są tożsamo wg przyjętych standardów WMO. W tabeli zestawiane są maksymalnie 4 najdłuższe okresy bezopadowe, wraz ze wskazaniem daty ich początku i końca, czasem trwania wraz z rzeczywistą sumą opadu atmosferycznego w danym okresie zaklasyfikowanym jako bezopadowy. Zgodnie z załączonym przykładem najdłuższy okres bezopadowy na stacji w Katowicach trwał 10 dni, od 7.05 do 16.05.2024 r., a łączna suma opadu w tych dniach wyniosła 0,02 mm. Wystąpienie długich okresów bezopadowych, bądź z niewielkim opadem, może sygnalizować warunki suszy meteorologicznej, która może przyczynić się do wystąpienia kolejnych faz suszy (Rys.4).

Rys. 2. Przebieg krzywej sumowej opadu w Katowicach w czerwcu i maju 2024 r. Realizacja z dnia 23.06.2024 r. Krzywa pokazuje jaki jest skumulowany przyrost opadu atmosferycznego danego dnia miesiąca. Wartość z ostatniego dnia miesiąca określa zatem miesięczną sumę opadu atmosferycznego. Na wykresie linią przerywaną zaznaczono również wartości średniej miesięcznej sumy opadu z wielolecia 1991-2020 dla danej stacji.

W prezentowanym przykładzie widać, że na stacji w Katowicach w maju suma opadu była znacznie niższa od średniej sumy opadu atmosferycznego z okresu 1991-2020 i nie wyniosła nawet połowy wartości średniej z wielolecia.

 

Rys. 3. Łączna liczba dni bez opadu w miesiącu maj i czerwiec w kolejnych rocznikach 1984 – 2024 na stacji w Katowicach. Realizacja z dnia 12.06.2024 r. Wykres daje możliwość odniesienia i oceny sytuacji opadowej, w bieżącym i poprzednim miesiącu na tle analogicznych miesięcy w analizowanym przedziale czasowym.

W prezentowanym przykładzie widać, że na stacji w Katowicach w maju 2024 roku odnotowano 26 dni bez opadu. Taką rekordową sytuację odnotowano w pięciu przypadkach w analizowanym okresie (1984-2024). Najmniej dni bez opadu w maju było w 2010 r. – 10 dni. W czerwcu największą liczbę dni odnotowano w 2019 r. i wyniosła ona 28 dni. Najmniej dni bez opadu w czerwcu (13 dni) wystąpiło w 2009 r.

 

          2. Ocena na podstawie Wskaźnika względnego opadu – RPI (Relative Precipitation Index)

Wskaźnik stanowi stosunek sumy opadu w danym okresie do średniej sumy z wielolecia (normy) dla tego okresu i jest wyrażony w procentach:

Wskaźnik umożliwia zidentyfikowania okresów, w których wystąpił niedobór lub nadmiar opadów, a wyniki przedstawiane są w odniesieniu do 7 – stopniowej klasyfikacji warunków opadowych (Tab. 2).

Tab. 2. Klasyfikacja warunków opadowych, wg. Z. Kaczorowskiej (1962), na podstawie RPI

Rodzaj okresu	RPI [%] miesięczne	RPI [%] okresowy*	Klasa
Skrajnie wilgotny	>200	>150	3
Bardzo wilgotny	150-200	126-150	2
Wilgotny	125-150	111-125	1
Normalny	75-125	90-110	0
Suchy	50-75	75-89	-1
Bardzo suchy	25-50	50-74	-2
Skrajnie suchy	<25	<50	-3

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

– Okresowy RPI [%] – indeks dla ciągu czasowego dłuższego niż miesiąc (odpowiednio RPI3, RPI6, RPI12 dla 3, 6, 12 miesięcy).

Wskaźnik RPI przyjmując niskie wartości – odpowiednio dla klas suchych, może zasygnalizować odbiorcy zaistnienie suszy meteorologicznej i jej intensywność. Susza meteorologiczna (atmosferyczna), jako deficyt opadów, jest pierwszym etapem rozwoju suszy. Pojawia się w momencie wystąpienia opadu poniżej normy określonej na podstawie średniej wieloletniej lub przy całkowitym braku opadu. Prowadzi ona do naruszenia wód gruntowych i powierzchniowych, i może być początkiem innych rodzajów suszy („Susza – Portal Gov.pl”). Poniższy schemat (Rys. 4) przedstawia rodzaje suszy oraz fazy rozwoju tego zjawiska. Susza glebowa (rolnicza) jest konsekwencją wydłużającej się suszy atmosferycznej. Wiąże się z niedostateczną zawartością wody w glebie by zaspokoić potrzeby wodne roślin oraz do prowadzenia normalnej gospodarki rolnej. Susza hydrologiczna następuje gdy dochodzi do zmniejszenia się zasobów wód powierzchniowych i podziemnych poprzez spadek zasilania tych zasobów. W skrajnych przypadkach może dojść do ich wyczerpania. Susza rozwija się powoli i jest zjawiskiem trudnym do uchwycenia, dlatego tak ważny jest monitoring warunków opadowych. Zjawisko to definiowane jest jako katastrofa naturalna (Dz. U. 2017 poz. 1897).

Rys. 4. Fazy rozwoju suszy

Źródło: Zintegrowana Platforma Edukacyjna Ministerstwa Edukacji Narodowej

Opracowanie na podstawie – Stahl K., Hydrological Drought – a study across Europe, PhD Thesis Albert-Ludwigs Universitaet Freiburg, “Freiburger Schriften zur Hydrologie” no 15, Freiburg, Germany 2001

          3. Prognoza długookresowa warunków opadowych (na kolejne 4 miesiące)

Prognoza wskaźnika RPI wykonywana jest na okres kolejnych 4 miesięcy, z wykorzystaniem modelu ECMWF SEAS, dla domeny Europy, na siatce 0.4 x 0.4. Prognozowane warunki oceniane są w odniesieniu do normy z lat 1991-2020 (Rys. 5) i według klasyfikacji wskaźnika RPI (tab.2). Prognoza aktualizowana jest raz w miesiącu i zawiera informację jak najprawdopodobniej będą kształtować się warunki kolejnych 4 miesięcy, czy będą to miesiące suche, normalne czy też mokre. Należy pamiętać, że dokładny opis wskaźnika nie jest możliwy z tak dużym wyprzedzeniem. Prognoza jest orientacyjna i ma charakter eksperymentalny. Dodatkowo wskaźnik nie uwzględnia innych elementów meteorologicznych, wpływających na sytuację hydrologiczną. Ponadto wartości wskaźnika nie uprawniają do interpretacji i porównania ewentualnych niedoborów i nadmiarów opadów w różnych warunkach klimatycznych.

Rys. 5. Przykład prognozy wskaźnika RPI dla Europy od czerwca do września 2024 r. Realizacja z dnia 1.05.2024 r. Wszystkie 4 miesiące na przeważającym obszarze kraju najprawdopodobniej będą opadowo normalne. W lipcu na zachodzie kraju, a we wrześniu na południu możliwa klasa sucha.

          4. Przebieg czasowy RPI dla 20 stacji na terenie Polski

Analizą zostało objętych 20 stacji (Tab. 1) z sieci pomiarowej IMGW-PIB. Wartość wskaźnika RPI obliczana jest dla okresu obejmującego 40 lat poprzedzających rok bieżący. Obliczenia prowadzone są dla okresów: 1 miesiąca (RPI 1), 3 miesięcy (RPI 3), 6 miesięcy (RPI 6) oraz 12 miesięcy (RPI 12). Wskaźnik RPI 1 odnosi się do miesięcznej normy z lat 1991-2020 (średnia wieloletnia miesięcznej sumy opadu atmosferycznego), natomiast dla dłuższych okresów wykorzystywana jest norma krocząca (średnia krocząca) z lat 1991-2020. Przykładowo wartość RPI 3 uzyskana w marcu 2023 r. dotyczy sumy opadu dla okresu 3 miesięcy (od stycznia do marca 2023 r.) w odniesieniu do normy z miesięcy styczeń – marzec w latach 1991-2020. Analogicznie odbywa się dla RPI 6 i RPI 12, dla każdego miesiąca. Wyniki przedstawiane są: jako przebieg czasowy wskaźnika (Rys. 6) oraz poprzez prezentację klasyfikacji danego okresu (Rys. 7). Aktualizacja analiz o ostatni zakończony miesiąc następuje po jego zakończeniu.

Rys. 6. Przebieg czasowy wskaźnika RPI 1, RPI 3, RPI 6, RPI 12 dla stacji w Białymstoku w latach 1984 – 2024. Wykres przebiegu czasowego wskaźnika względnego opadu pokazuje klasę opisującą rodzaj okresu, jak również wartość wskaźnika, dzięki czemu możliwe jest określenie intensywności zjawiska, co bywa istotne szczególnie w skrajnych klasach.

Rys. 7. Wskaźnik względnego opadu dla stacji w Białymstoku od 1984 r. Widoczne jest wygładzenie w klasach wraz z wydłużeniem analizowanego okresu. Dla RPI 12 w 2017 i 2018 r. odnotowano skrajnie wilgotną klasę, z czego można wnioskować, że cały 2017 r. charakteryzowały wysokie wartości sum opadów atmosferycznych.

          5. Wskaźnik RPI dla domeny Europy

Wskaźnik względnego opadu prezentowany jest również, dla domeny Europy, na siatce o rozdzielczości 0.1ᵒ x 0.1ᵒ (9 km), w odniesieniu do normy z lat 1991-2020. W tym celu wykorzystano dane z zestawów ERA5 LAND. Mapy wynikowe przedstawiają klasyfikację poszczególnych miesięcy, począwszy od stycznia 1981 do bieżącego (Rys. 8). Analiza aktualizowana jest raz na miesiąc, natomiast z racji dostępności zestawów ERA5 z opóźnieniem, wizualizacja analiz miesięcznych odbywa się zwykle z opóźnieniem 3 miesięcy.

Rys. 8. Wskaźnik względnego opadu dla stycznia w latach od 1981 do 2024, dla Europy. Na przeważającym obszarze Europy w styczniu m.in. w latach 1989, 1992 oraz 2023 wystąpiła susza, od klasy suchej do skrajnie suchej. Wystąpiły również lata wilgotne, m.in. w 2007, 2012 i 2024 r.

Literatura

• GĄSIOREK E., MUSIAŁ E.,2011, Porównanie i klasyfikacja warunków opadowych na podstawie wskaźnika standaryzowanego opadu i wskaźnika względnego opadu, Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, t. 11 z. 4 (36), s. 107–119
• KACZOROWSKA Z. 1962. Opady w Polsce w przekroju wieloletnim. Przegląd Geograficzny IG PAN. Nr 33. ss. 112.
• KOSIBA A. 1948. Klimat ziem Śląskich. Zagadnienia Gospodarcze Śląska, Seria II. Wydaw. Inst. Śląs. ss. 127.
• „Susza – Portal Gov.pl”. Susza, https://www.gov.pl/web/susza/susza. Dostęp 12 czerwiec 2024.
• Dz.U. 2002 nr 62 poz. 558 – art. 3 ust. 1 pkt 2 ustawy z dnia 18 kwietnia 2002r. o stanie klęski żywiołowej

 

— UDOSTĘPNIJ —