NAJWAŻNIEJSZE POJĘCIA I ZWROTY W METEOROLOGII
Definicje kluczowe:
POGODA
Stan atmosfery obserwowany w danym miejscu i czasie, tj. tu i teraz, opisywany za pomocą elementów meteorologicznych, do których należą m.in.: temperatura i wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, prędkość i kierunek wiatru, zachmurzenie, zjawiska atmosferyczne.
KLIMAT
Ogół zjawisk atmosferycznych (warunków pogodowych) charakterystyczny dla danego obszaru, ustalany na podstawie minimum 30-letnich obserwacji meteorologicznych. Kształtuje się pod wpływem właściwości fizycznych i geograficznych tego obszaru.
Uwaga: To co dzieje się w tej chwili za naszymi oknami to pogoda, a nie klimat.
PROGNOZA POGODY
Najbardziej prawdopodobny przebieg elementów meteorologicznych nad danym obszarem, w określonym czasie. Wyróżnia się prognozę synoptyczną (opracowaną przez specjalistę synoptyka) i numeryczną (obliczoną za pomocą numerycznych modeli pogody).
SYNOPTYCZNA PROGNOZA POGODY
Prognoza pogody opracowana przez synoptyka meteorologa na podstawie analizy i interpretacji wyników modeli numerycznych, danych pomiarowo-obserwacyjnych oraz wiedzy i doświadczenia jej autora. Ma zazwyczaj formę tekstową, może być uzupełniona grafiką.
NUMERYCZNA PROGNOZA POGODY
Prognozy numeryczne przedstawiają przyszły stan atmosfery obliczony za pomocą numerycznych modeli pogody. Publikowane są one tak, jak zostały obliczone przez system prognostyczny, bez ingerencji lub weryfikacji przez człowieka (np. synoptyka meteorologa). Prognozy te mają zwykle formę graficzną. Najczęściej stosowane są mapy rozkładu poszczególnych parametrów meteorologicznych przy powierzchni ziemi lub w górnej atmosferze (na powierzchniach stałego ciśnienia, czyli izobarycznych), dla wybranych chwil. Mogą to być także przekroje pionowe ukazujące przestrzenny rozkład wybranych parametrów meteorologicznych. Szczególną formą są tzw. meteogramy przedstawiające prognozowaną ewolucję wybranych parametrów meteorologicznych dla określonego miejsca (wybranej miejscowości). Prognozy numeryczne są jedną z podstaw do opracowania prognozy synoptycznej.
PROGNOZA NOWCASTINGOWA
Prognoza tworzona przez modele nowcastingowe, których cechą jest wysoka rozdzielczość czasowa i przestrzenna (odpowiednio rzędu 5-10 min i 1 km) oraz duża sprawdzalność dla krótkich czasów wyprzedzenia – do ok. 2 godz. dla pola opadu i do ok. 6 godz. w przypadku pozostałych pól meteorologicznych. Najczęściej stosuje się podejście ekstrapolacyjne, polegające na precyzyjnej estymacji warunków początkowych, ich ekstrapolacji w oparciu o obliczone wektory przemieszczania się, oraz ewolucji w czasie. Inne podejście polega na korekcie prognoz z modeli mezoskalowych danymi pomiarowymi, stosowane najczęściej do pól meteorologicznych innych niż opad.
PROGNOZA ULTRA-KRÓTKOTERMINOWA
Prognoza na okres do 12 (maksymalnie 18) godzin. Zwykle są to prognozy realizowane przez modele numerycznych prognoz pogody asymilujące bieżące dane pomiarowe i obserwacyjne.
PROGNOZA KRÓTKOTERMINOWA
Prognoza na okres do 3 dni. W IMGW-PIB prognoza krótkoterminowa obejmuje okres dwóch najbliższych dób z rozbiciem na dzień i noc. Opracowywana jest przez synoptyka dwa razy na dobę. Jest stale nadzorowana i podlega aktualizacji w sytuacji, gdy nowe dane wskazują na istotne zmiany w przebiegu prognozowanych warunków.
PROGNOZA ŚREDNIOTERMINOWA
Prognoza pogody na okres od 3 do 7 dni. Ze względu na dużą dynamikę atmosfery, w szerokościach umiarkowanych prognozy średnioterminowe mają mniejszą sprawdzalność niż prognozy krótkoterminowe. Prognoza średnioterminowa opracowywana w IMGW-PIB stanowi kontynuację prognozy krótkoterminowej – dwudobowej – i obejmuje okres 5 następnych dób.
OSTRZEŻENIE METEOROLOGICZNE
Informacja opracowana przez synoptyka meteorologa w celu powiadomienia organów państwowych i społeczeństwa o prognozowanym wystąpieniu lub występowaniu niebezpiecznych zjawisk meteorologicznych. Ma najwyższy priorytet w operacyjnej pracy biur prognoz. Jest szeroko rozpowszechniana, w tym publikowana w serwisach IMGW-PIB. Termin „ostrzeżenie” to jedyne właściwe określenie dla tego typu informacji. Instytut nie wydaje alertów.
Wydane ostrzeżenia meteorologiczne są cały czas monitorowane w odniesieniu do obserwowanej i prognozowanej sytuacji pogodowej. W przypadku zmiany warunków pogodowych obserwowanych lub prognozowanych opublikowane ostrzeżenie może zostać zmienione lub odwołane.
IMGW-PIB przekazuje ostrzeżenia na następujące zjawiska meteorologiczne:
- burze lub burze z gradem, którym towarzyszą porywy wiatru o prędkości 70 km/h lub więcej bądź opady deszczu o wysokości powyżej 20 mm (tj. 20 l/m2).
- silny wiatr, którego średnia prędkość osiągnie lub przekroczy 55 km/h bądź prędkość w porywach osiągnie lub przekroczy 70 km/h;
- oblodzenie powodowane zamarzaniem mokrych nawierzchni dróg po opadach deszczu przy ujemnej temperaturze powietrza;
- przymrozki w okresie wiosennej wegetacji;
- roztopy, gdy w okresie zalegania na przeważającym obszarze pokrywy śnieżnej o grubości 10 cm lub powyżej wystąpi istotny wzrost temperatury powietrza powyżej 0°C lub występują opady deszczu powodujące topnienie pokrywy;
- upał, gdy temperatura powietrza osiąga lub przekracza 30°C w ciągu minimum dwóch kolejnych dni;
- silny mróz, gdy temperatura powietrza spada do –15°C lub poniżej;
- intensywne opady deszczu powyżej 30 mm w ciągu 24 godzin;
- intensywne opady śniegu dające przyrost pokrywy o 10 do 15 cm w czasie do 12 godz. lub przynajmniej 15 cm w ciągu 24 godz.;
- opady marznące powodujące gołoledź;
- zawieje lub zamiecie śnieżne powodujące gwałtowne narastanie zasp i ograniczenie widzialności;
- silna mgła lub mgła intensywnie osadzająca szadź, utrzymująca się powyżej 8 godz.;
STOPNIE OSTRZEŻEŃ METEOROLOGICZNYCH
Poziom zagrożenia rozróżnia się stopniami ostrzeżeń oraz odpowiadającymi im kolorami:
- Stopień 1 – najniższy, oznaczony kolorem żółtym; dotyczy wystąpienia niebezpiecznych zjawisk meteorologicznych, które mogą powodować szkody materialne, utrudnienia w prowadzeniu działalności, opóźnienia w ruchu drogowym i kolejowym, zakłócenia w przebiegu imprez plenerowych, możliwe zagrożenie życia. Zalecana jest ostrożność, potrzeba śledzenia komunikatów i rozwoju sytuacji pogodowej.
- Stopień 2 – wyższy, oznaczony kolorem pomarańczowym; oznacza możliwość wystąpienia niebezpiecznych zjawisk meteorologicznych powodujących duże straty materialne oraz zagrożenie zdrowia i życia. Niebezpieczne zjawiska lub skutki ich wystąpienia w silnym stopniu mogą ograniczyć prowadzenie działalności. Należy spodziewać się zakłóceń w codziennym funkcjonowaniu.
- Stopień 3 – najwyższy, oznaczony kolorem czerwonym; przewiduje się wystąpienie groźnych zjawisk meteorologicznych powodujących bardzo duże szkody na znacznym obszarze lub szkody o rozmiarach katastrof oraz zagrożenie życia. Groźne zjawiska uniemożliwią prowadzenie działalności.
Z uwagi na specyfikę zjawisk meteorologicznych nie każde niebezpieczne zjawisko jest charakteryzowane poprzez wszystkie trzy stopnie.
PROGNOZA NIEBEZPIECZNYCH ZJAWISK/PROGNOZA ZAGROŻEŃ METEO
Opracowywana codziennie informacja o możliwości wystąpienia w ciągu 4 kolejnych dób niebezpiecznych zjawisk meteorologicznych. Prognoza niebezpiecznych zjawisk nie jest ostrzeżeniem. Służy wczesnemu informowaniu społeczeństwa o potencjalnym zagrożeniu. Opracowywana jest przez synoptyka na podstawie jego wiedzy i dostępnych w czasie opracowywania danych prognostycznych, pochodzących z obliczeń numerycznych modeli prognozowania pogody.
KOMUNIKAT METEOROLOGICZNY
Informacja o aktualnym natężeniu, lokalizacji i prognozowanym rozwoju niebezpiecznych zjawisk. Powstaje w celu uszczegółowienia informacji zawartych w ostrzeżeniu meteorologicznym. Komunikat meteorologiczny jest opracowywany na podstawie aktualnych danych pomiarowo-obserwacyjnych, danych z systemów teledetekcji atmosfery, bieżącej analizy sytuacji synoptycznej i wyników meteorologicznych modeli prognostycznych oraz systemów nowcastingowych.
METEOROLOG
Osoba zajmująca się zawodowo praktyczną lub naukową działalnością w dziedzinie meteorologii.
SYNOPTYK METEOROLOG
Meteorolog zajmujący się opracowywaniem prognoz pogody, ostrzeżeń oraz specjalistycznych komunikatów. W IMGW-PIB synoptyk meteorolog to pracownik biura prognoz meteorologicznych z uprawnieniami synoptyka meteorologa uzyskiwanymi w trakcie wewnętrznych egzaminów zawodowych.
DYŻURNY SYNOPTYK METEOROLOG
Synoptyk meteorolog przygotowujący prognozy, ostrzeżenia lub komunikaty w trakcie pełnienia dyżuru synoptycznego.
Definicje szczegółowe:
ZACHMURZENIE
Wielkość zachmurzenia – stopień pokrycia nieba przez wszystkie chmury widoczne na nieboskłonie w chwili obserwacji. Wielkość zachmurzenia podaje się w tzw. oktantach, czyli częściach ósmych i opisuje od 0 do 8, gdzie 0 – oznacza brak zachmurzenia (0/8), 8 – zachmurzenie całkowite (8/8):
bezchmurnie 0/8
zachmurzenie małe 1/8 – 2/8
zachmurzenie umiarkowane 3/8 – 5/8
zachmurzenie duże 6/8 – 7/8
zachmurzenie całkowite 8/8
Opisowa charakterystyka zachmurzenia i jego zmian:
- zachmurzenie zmienne – szybkie zmiany zachmurzenia od dużego do małego i odwrotnie, tylko przy występowaniu chmur kłębiastych.
- słonecznie – bezchmurnie lub zachmurzenie małe (w dzień);
- pogodnie – zachmurzenie małe lub umiarkowane, bez występowania zjawisk atmosferycznych
- pochmurno – zachmurzenie duże lub całkowite, całe niebo pokryte chmurami, możliwe lokalne, niewielkie prześwity w zachmurzeniu;
- przejaśnienia (z przejaśnieniami) – gdy zachmurzenie całkowite maleje na krótkie okresy do zachmurzenia dużego i chwilami występują małe przerwy w jednolitej warstwie zachmurzenia;
- większe przejaśnienia (z większymi przejaśnieniami) – gdy zachmurzenie całkowite lub duże maleje okresami do umiarkowanego;
- rozpogodzenia (z rozpogodzeniami) – gdy zachmurzenie całkowite lub duże maleje okresami do zachmurzenia małego lub bezchmurnego nieba;
ZJAWISKA POGODOWE (W Słowniku uwzględniono jedynie zjawiska najczęściej występujące w prognozach pogody)
Burza – zjawisko atmosferyczne charakteryzujące się wyładowaniami elektrycznymi w atmosferze, związane z występowaniem chmur Cumulonimbus; często połączone z nagłym, silnym wzrostem prędkości wiatru, przelotnymi opadami deszczu, śniegu, gradu lub krupy śnieżnej oraz trąbami powietrznymi; w wielu przypadkach stanowi zagrożenie dla ludzi, zwierząt, przyrody oraz infrastruktury.
Deszcz – opad składający się z kropel wody o średnicy ≥0,5 mm; wskazówka praktyczna – nawet przy słabym deszczu obserwujemy, jak krople deszczu uderzają w taflę wody, np. w kałużę.
Deszcz lodowy – opad w postaci przezroczystych ziaren lodu o średnicy 1 do 3 mm; powstaje podczas gwałtownego zamarzania przechłodzonych kropel deszczu w czasie opadania.
Deszcz ze śniegiem – opad mieszany deszczu oraz śniegu.
Mżawka – opad bardzo drobnych kropel wody o średnicy <0,5 mm; wskazówka praktyczna – padających kropel mżawki nie zauważymy na kałużach, odczujemy je za to na odsłoniętych częściach ciała, np. na twarzy.
Grad – opad w postaci bryłek lodu o średnicy 5 do 50 mm, niekiedy większych, tworzący się w chmurze Cumulonimbus; w przekroju gradziny widać naprzemienne warstewki przezroczystego lodu i nieprzezroczystego śniegu.
Gołoledź – osad lodu, na ogół przezroczysty, powstały wskutek zamarznięcia silnie przechłodzonych kropelek mżawki lub deszczu na powierzchniach o temperaturze w pobliżu 0°C lub z nieprzechłodzonych kropel mżawki lub deszczu na powierzchniach o temperaturze niższej niż 0°C; inaczej – osad lodu powstały w wyniku opadów marznących.
Uwaga: Z gołoledzią nie należy utożsamiać zamarzania mokrej lub pokrytej roztopionym śniegiem nawierzchni dróg. Takie zjawisko nazywamy oblodzeniem nawierzchni.
Krupa śnieżna – opad białych, nieprzezroczystych, matowych ziaren lodu o średnicy zazwyczaj 2 do 5 mm; wyglądem przypomina kulki styropianu i to odróżnia ją od płatków śniegu; od gradu różni się tym, że jej ziarna są białe i nieprzezroczyste; krupa uderzając o powierzchnię odbija się w różnych kierunkach; tworzy się w chmurach kłębiastych.
Mgła – zawiesina bardzo małych kropel wody lub kryształków lodu w przyziemnej warstwie powietrza, zmniejszająca widzialność poziomą tak, że na wysokości obserwatora (poziom ok. 1,8 m) widzialność pozioma jest mniejsza niż 1 km.
Marznący deszcz/marznąca mżawka/opady marznące – opad deszczu lub mżawki, którego krople zamarzają w zetknięciu z gruntem lub przedmiotami powodując gołoledź.
Marznąca mgła – mgła, której przechłodzone krople wody zamarzają przy kontakcie z przedmiotami.
Mokry śnieg – opad śniegu przy temperaturze powietrza w pobliżu 0°C.
Nawałnica – gwałtowny wzrost prędkości wiatru, często związany z burzą, ulewą lub śnieżycą; prędkość wiatru wzrasta o co najmniej 8 m/s w stosunku do średniej prędkości początkowej wynoszącej minimum 10 m/s; często połączony z nagłą zmianą kierunku wiatru (zob. też szkwał).
Oblodzenie nawierzchni – proces powstawania lodu wskutek zamarzania wody pochodzącej z opadów mżawki, deszczu, deszczu ze śniegiem, mokrego śniegu lub ze stopniałej pokrywy śnieżnej; występuje zazwyczaj przy istotnej zmianie temperatury z dodatniej na ujemną, która powoduje zamarzanie mokrych nawierzchni.
Silne zamglenie – ograniczenie widzialności od 1 km do 3 km przez zawiesinę mikroskopijnych kropelek wody.
Superkomórka burzowa – szczególne stadium formacji chmury burzowej Cumulonimbus, w którym prądy wznoszące dodatkowo ulegają rotacji (unoszą się ruchem spiralnym), w ten sposób wydłużając czas życia chmury, co pozwala na jej rozbudowanie oraz zwiększenie natężenia zjawisk i wzrost prawdopodobieństwo wystąpienia zjawisk szczególnie gwałtownych, jak duży grad, silna ulewa, nawałnica lub szkwał czy trąba powietrzna.
Szadź – osad lodu powstający wskutek zamarzania małych, przechłodzonych kropelek wody (mgły lub chmury) w momencie zetknięcia z powierzchnią przedmiotu, składający się ze zlepionych kryształków lodu; powstawaniu szadzi sprzyja umiarkowany lub silny wiatr; używa się również terminu sadź.
Śnieg – opad pojedynczych lub zlepionych sześciokątnych kryształków lodu, połączonych w różne formy.
Śnieżyca – intensywny opad śniegu, zmniejszający widzialność do 200 m lub poniżej.
Trąba powietrzna/tornado – gwałtownie wirująca wokół osi pionowej kolumna powietrza, najczęściej wyrastająca z podstawy chmury Cumulonimbus i pozostająca jednocześnie w kontakcie z powierzchnią ziemi; najczęściej o średnicy kilkudziesięciu, rzadziej kilkuset metrów, chociaż obserwowano tornada o średnicy nawet 2 km, a rekordowe przekraczały średnicę 4 km; najczęściej przyjmuje postać widzialnego leja kondensacyjnego, węższym końcem dotykającego ziemi; dolna część leja otoczona jest materiałem unoszonym z powierzchni (pył, odłamki, roślinność itp.); najgroźniejsze są trąby powietrzne związane z superkomórkami burzowymi.
Trąba wodna – trąba powietrzna powstająca nad powierzchnia wody, na ogół o mniejszej średnicy niż trąba powietrzna (średnica leja rzadko przekracza 30 m); najpowszechniejszy rodzaj trąb wodnych to trąby niezwiązane z superkomórkami burzowymi, powstające gdy nad ciepłą wodę napływa zimne powietrze, czasami podczas dobrej pogody; wypiętrzające się wówczas chmury kłębiaste prowadzą do powstawania trąb wodnych.
Widzialność – pozioma odległość widzenia; maksymalna odległość, z której rozróżniany jest czarny obiekt usytuowany przy powierzchni gruntu na jasnym tle w świetle dnia lub który można dostrzec i rozpoznać w nocy, jeśli oświetlenie ogólne wzrośnie do normalnego poziomu światła dziennego;
zła: do 200 m,
bardzo słaba: ≥200 m do 1000 m,
słaba: ≥1 km do 3 km,
dobra: ≥10 km do 30 km,
bardzo dobra: ≥30 km.
Uwaga: Błędem jest używanie w prognozach meteorologicznych terminu „widoczność”.
Zamieć śnieżna – unoszenie śniegu z powierzchni ziemi i przenoszenie go przez wiatr, powodujące ograniczenie widzialności i powstawanie zasp; wyróżnia się:
– zamieć śnieżną niską – przenoszenie śniegu na wysokość do 1,5 m (na poziomie oczu obserwatora widzialność nieznacznie zmniejszona);
– zamieć śnieżną wysoką – przenoszenie śniegu na wysokość wyższą niż 1,5 m (na poziomie oczu obserwatora widzialność znacznie ograniczona).
Zawieja śnieżna – opady śniegu występujące przy umiarkowanym i silnym wietrze; podobnie jak zamieć śnieżna powoduje ograniczenie widzialności i tworzenie się zasp; inaczej: zamieć śnieżna przy równoczesnym opadzie śniegu.
OPADY – CHARAKTERYSTYKI UZUPEŁNIAJĄCE
Opad jednostajny, opad ciągły – opad z chmur warstwowych z jednostajnymi okresowymi zmianami natężenia; może być długotrwały, utrzymujący się od kilku do kilkudziesięciu godzin z przerwami – okresy opadów przeważają nad okresami przerw.
Opad przelotny – opad z chmury Cumulonimbus lub innych wypiętrzonych chmur kłębiastych; na ogół krótkotrwały; o natężeniu zmiennym lub ulewny o dużym natężeniu.
Natężenie opadu – wysokość opadu przypadająca na jednostkę czasu, niezależnie od jego rodzaju; wyrażane w mm/min lub w mm/h:
Wysokość opadu – wysokośćwarstwy wody pochodzącej z opadów, która powstałaby na poziomej powierzchni podłoża, gdyby woda nie odpływała, nie wsiąkała w grunt i nie parowała. Określa się ją w mm, najczęściej za okres 12 lub 24 h (1 mm opadu odpowiada 1 litrowi wody na 1 m2).
Pokrywa śnieżna – śnieg zalegający na powierzchni ziemi, mający grubość co najmniej 0,5 cm i pokrywający ją przynajmniej w 50%.
Grubość pokrywy śnieżnej – całkowita wysokość (cm) warstwy zalegającego śniegu, mierzona na płaskiej powierzchni gruntu.
Przyrost pokrywy śnieżnej – wysokość (cm) warstwy świeżo spadłego śniegu, mierzona na płaskiej powierzchni gruntu; najczęściej określa się przyrost za okres 12 lub 24 h.
TEMPERATURA POWIETRZA
Temperatura powietrza – temperatura zmierzona lub prognozowana dla wysokości 2 m nad gruntem, w cieniu, tj. w miejscu nie narażonym na bezpośrednie działanie promieni słonecznych.
Temperatura maksymalna – najwyższa temperatura zanotowana w okresie objętym prognozą, np. w ciągu dnia.
Temperatura minimalna – najniższa temperatura zanotowana w okresie objętym prognozą, np. w nocy.
Temperatura średnia dobowa – średnia z wartości temperatury minimalnej, maksymalnej i temperatury zmierzonej o godzinie 06:00 UTC i 18:00 UTC; obliczana według wzoru tśr = (tmin + tmax + t06 + t18)/4.
Upał, upalnie – temperatura maksymalna powyżej 30°C.
Gorąco – temperatura maksymalna pomiędzy 25°C a 30°C.
Bardzo ciepła noc – noc z temperaturą minimalną od 18°C do 20°C.
Tropikalna noc – noc, podczas której temperatura powietrza nie spada poniżej 20°C.
Przymrozek – spadek temperatury powietrza poniżej 0°C przy dodatniej średniej temperaturze dobowej, tj. wyższej niż 0°C, trwający mniej niż połowę doby.
Przymrozek przygruntowy – spadek temperatury przy gruncie (na wys. 5 cm) poniżej 0°C przy dodatniej temperaturze minimalnej na wysokości 2 m, tj. powyżej 0°C.
Mróz, mroźno – temperatura maksymalna poniżej 0°C.
Silny mróz – temperatura minimalna –15°C lub niższa.
Odwilż – w sezonie zimowym kilkudniowe topnienie śniegu i lodu na powierzchni gruntu przy wzroście temperatury powyżej 0°C.
Temperatura około – temperatura w granicach ±1°C od podanej wartości.
WIATR
Wiatr – poziomy ruch powietrza względem powierzchni ziemi określany przez prędkość i kierunek; wiatr charakteryzuje się przez podanie prędkości średniej i prędkości w porywach oraz kierunku; do określenia prędkości wiatru używane są następujące jednostki: m/s, km/h oraz węzły; w meteorologii morskiej używa się także siły wiatru mierzonej w skali Beauforta.
Określenia opisowe średniej prędkości wiatru i odpowiadające im prędkości:
Kierunek wiatru – w meteorologii kierunek,z którego wieje wiatr; w prognozach synoptycznych podawany opisowo według ośmiokierunkowej róży wiatrów, co odpowiada następującym nazwom sektorów oraz wartościom kąta:
Cisza – brak ruchu powietrza, kierunek trudno jest określić, a prędkość wiatru wynosi <1 km/h.
Wiatr zmienny – wiatr o słabej prędkości (do 3 m/s) wieje z różnych kierunków; jeśli można ustalić dominujący, najczęstszy kierunek wiatru, używa się np. określenia: wiatr zmienny z przewagą zachodniego
Wiatr zmieniający się – gdy w zasięgu chmur Cb występują nagłe zmiany kierunku wiatru.
Poryw wiatru – nagły wzrost prędkości wiatru, przewyższający o co najmniej 5 m/s średnią prędkość wiatru i trwający nie dłużej niż 2 minuty.
Bryza – wiatr lokalny powstający w cyklu dobowym na granicy dwóch środowisk o innych właściwościach nagrzewania się, np. na granicy ląd–woda; w zależności od rodzaju obszarów, między którymi występuje gradient termiczny, rozróżniamy bryzę morską, bryzę górską, bryzę miejską.
Skala Beauforta – trzynastostopniowa, umowna, opisowa skala prędkości wiatru używana w prognozach morskich dla określania siły wiatru.
Szkwał – nagły, krótkotrwały (jednak przynajmniej 1-minutowy) wzrost prędkości wiatru o co najmniej 8 m/s w stosunku do średniej prędkości początkowej wynoszącej minimum 10 m/s, często połączony z nagłą zmianą kierunku wiatru; inaczej też nawałnica.
Sztorm – wiatr występujący nad obszarami mórz i oceanów, o sile nie mniejszej niż 8 w skali Beauforta; też: zjawisko meteorologiczne na morzach i oceanach w postaci silnego, porywistego, długotrwałego wiatru o sile nie mniejszej niż 8 w skali Beauforta, powodującego powstawanie wysokich fal.
Wiatr fenowy – ciepły, suchy i zwykle silny wiatr wiejący od grzbietów górskich w kierunku dolin; powstaje przy przepływie powietrza prostopadle do pasma górskiego; towarzyszy mu wzrost temperatury powietrza i spadek wilgotności względnej po stronie zawietrznej grzbietów; w Polsce występuje w Sudetach i w Karpatach; na Podhalu i w Tatrach ma nazwę lokalną wiatr halny.
Wiatr halny – nazwa lokalna wiatru fenowego na Podhalu i w Tatrach.
ZMIENNOŚĆ CZASOWO-PRZESTRZENNA PROGNOZOWANYCH ELEMENTÓW POGODY
Okresami – przy powtarzalności zjawiska w okresie ważności prognozy, zjawisko występuje z przerwami.
Przejściowo – w pewnym okresie, ale tylko jednokrotnie w danym okresie prognozy stopniowo przy zmianach równomiernych w danym okresie prognozy.
Szybko, wolno – przy zmianach nierównomiernych w danym okresie prognozy.
Gwałtownie – przy zmianach zachodzących w bardzo szybkim tempie w danym okresie prognozy.
Początkowo – od początku do 1/3 danego okresu prognozy.
Później – czas po okresie „początkowo”.
W końcu okresu – w końcowej 1/3 danego okresu prognozy.
W pierwszej połowie – odnosi się do danego okresu prognozy, analogicznie „w drugiej połowie”.
Długotrwałe – zjawisko występować będzie w przeważającej części danego okresu prognozy.
Krótkotrwałe – zjawisko występować będzie w niewielkiej części danego okresu prognozy.
Na ogół, przeważnie – określenia odnoszą się do co najmniej 3/4 danego okresu prognozy.
Przeważnie, na ogół – określenia odnoszą się do co najmniej 3/4 obszaru prognostycznego.
Miejscami, gdzieniegdzie – gdy zjawisko ma wystąpić nieregularnie, a rozkład jest losowy.
Lokalnie – gdy wystąpienie zjawiska jest związane z warunkami lokalnymi.
Możliwość – zjawisko na przeważającym obszarze nie będzie obserwowane, lecz istnieje prawdopodobieństwo jego lokalnego wystąpienia lub wystąpienie zjawiska w konkretnym punkcie obszaru nie jest pewne, mimo że na obszarze prognostycznym jest spodziewane.
UKŁADY BARYCZNE
Niż – układ baryczny, w którym najniższe ciśnienie występuje w ośrodku; na mapach synoptycznych zobrazowany jest zazwyczaj jedną lub kilkoma zamkniętymi izobarami; punkt odpowiadający minimalnej wartości ciśnienia nosi nazwę ośrodka niżu.
Zatoka niżowa – obszar obniżonego ciśnienia o wydłużonym kształcie, w którym najniższe ciśnienie leży na linii zwanej osią zatoki, będącej równocześnie linią największej krzywizny izobar; peryferyjna część niżu, na mapach synoptycznych izobary przyjmują kształt litery U lub V i mają krzywiznę cyklonalną.
Obszar obniżonego ciśnienia – obszar, w którym wartość ciśnienia na mapach synoptycznych jest niższa od 1015 hPa, charakteryzujący się niewielkim gradientem ciśnienia.
Bruzda niskiego ciśnienia – obszar obniżonego ciśnienia o mocno wydłużonym kształcie, między dwoma układami wysokiego ciśnienia; na mapach synoptycznych izobary są prawie równoległe do osi bruzdy.
Słabogradientowy obszar obniżonego ciśnienia – obszar z małymi różnicami ciśnienia.
Pogłębianie się niżu – spadek ciśnienia w obrębie niżu.
Wypełnianie się niżu – wzrost ciśnienia w obrębie niżu.
Wyż – układ baryczny, w którym najwyższe ciśnienie występuje w centrum; na mapach synoptycznych ma zazwyczaj jedną lub więcej zamkniętych izobar; punkt odpowiadający maksymalnej wartości ciśnienia nosi nazwę centrum wyżu.
Klin wysokiego ciśnienia – obszar podwyższonego ciśnienia o wydłużonym kształcie, w którym najwyższe ciśnienie leży na linii zwanej osią klina, będącej równocześnie linią największej krzywizny izobar; peryferyjna część wyżu, na mapach synoptycznych izobary przyjmują kształt litery U i mają krzywiznę antycyklonalną.
Obszar podwyższonego ciśnienia – obszar, w którym wartość ciśnienia na mapach synoptycznych jest równa lub wyższa od 1015 hPa, charakteryzujący się niewielkim gradientem ciśnienia.
Wał wysokiego ciśnienia – obszar podwyższonego ciśnienia o mocno wydłużonym kształcie, między dwoma niżami; na mapach synoptycznych izobary są prawie równoległe do osi wału.
Siodło baryczne – obszar pomiędzy dwoma układami wysokiego i dwoma niskiego ciśnienia położonymi naprzemiennie, naprzeciw siebie.
Słabogradientowy obszar podwyższonego ciśnienia – obszar z małymi różnicami ciśnienia.
Słabnięcie wyżu – spadek ciśnienia w wyżu.
Umacnianie się wyżu – wzrost ciśnienia w wyżu.
MASY POWIETRZA DOCIERAJĄCE NAD POLSKĘ
Uwaga: Określenie „masa powietrza” stosuje się w liczbie pojedynczej, gdyż w kontekście opisu sytuacji barycznej z jednego obszaru źródłowego napływać może nad Polskę tylko jedna masa powietrza.
Chłodna masa powietrza – masa, która nabrała swoich cech nad obszarem względnie chłodniejszych szerokości geograficznych i wkracza nad obszar cieplejszy, gdzie stopniowo pochłania ciepło.
Ciepła masa powietrza – masa, która nabrała swoich cech nad obszarem względnie cieplejszych szerokości geograficznych i wkracza nad obszar chłodniejszy, gdzie stopniowo oddaje ciepło.
Powietrze arktyczne – powietrze, którego obszarem źródłowym jest Arktyka i przylegające do niej części kontynentów.
Powietrze polarne – powietrze, którego obszarem źródłowym są umiarkowane szerokości geograficzne.
Powietrze polarne kontynentalne – powietrze uformowane nad kontynentami w umiarkowanych szerokościach geograficznych.
Powietrze polarne morskie – powietrze uformowane nad oceanami i morzami w umiarkowanych szerokościach geograficznych.
Powietrze zwrotnikowe – powietrze, którego obszar źródłowy położony jest w podzwrotnikowych szerokościach geograficznych, a latem również nad kontynentami południowej części strefy umiarkowanej.
Powietrze zwrotnikowe kontynentalne – powietrze uformowane nad obszarami kontynentów w podzwrotnikowych szerokościach geograficznych.
Powietrze zwrotnikowe morskie – powietrze uformowane nad obszarami wodnymi w podzwrotnikowych szerokościach geograficznych.
W przypadku, gdy masa powietrza ulega transformacji, można używać określeń: powietrze pochodzenia zwrotnikowego, powietrze arktyczne stare itp.
FRONTY ATMOSFERYCZNE
Front atmosferyczny – strefa przejściowa między dwiema masami powietrza o różnych właściwościach fizycznych; na mapach synoptycznych przedstawiany jest w formie linii oznaczającej strefę zetknięcia powierzchni frontowej z powierzchnią ziemi.
Front chłodny – front przemieszczający się w stronę ciepłej masy powietrza, za którym napływa chłodniejsze powietrze.
Front ciepły – front przemieszczający się w stronę chłodnej masy powietrza, za którym napływa cieplejsze powietrze.
Front okluzji – front powstały z połączenia się frontu ciepłego i chłodnego.
Front stacjonarny – front przemieszczający się bardzo wolno lub niezmieniający swojego położenia.
Front wtórny/drugorzędny – front chłodny rozdziela różne strefy termiczne tej samej masy powietrza.
Front pofalowany, fala na froncie, falujący front chłodny – zaburzenia na linii frontu, często będące początkiem tworzenia się niżu.
Front aktywny – wyraźna zmiana pogody po obu stronach frontu wraz z gwałtownymi i intensywnymi zjawiskami; dynamiczna zmiana warunków pogodowych.
Front mało aktywny – słabo wyrażona zmiana pogody po obu stronach frontu; zjawiska towarzyszące mają łagodny przebieg lub nie występują wcale.
Front uaktywniający się – zjawiska występujące w strefie frontu nasilają się.
Front słabnący – zjawiska występujące w strefie frontu powoli tracą na swej dynamice i zanikają.
Front rozmywający się, rozmyty – front rozdzielający masy o mało zróżnicowanych cechach fizycznych.
Uwaga: Błędem jest stosowanie określeń: linia frontu, front zalega.
NAJWAŻNIEJSZE POJĘCIA I ZWROTY W MODELOWANIU METEOROLOGICZNYM
Definicje kluczowe:
PROGNOZA OGÓLNEGO CHARAKTERU POGODY
Stosowana głównie na potrzeby prognoz długoterminowych. W przeciwieństwie do prognozy pogody, nie zawiera szczegółowych informacji o pogodzie na dany dzień, a jedynie ogólne informacje o trendach, jakie mogą wystąpić w dłuższym okresie czasu, najczęściej tygodnia, miesiąca lub sezonu. Za pomocą takich parametrów, jak np. średnia temperatura powietrza lub suma opadów atmosferycznych, przewiduje się czy prognozowany okres (tydzień, miesiąc, sezon) będzie cieplejszy, chłodniejszy, bardziej suchy, lub bardziej wilgotny niż normalnie. Patrz: norma (prognozy długoterminowe).
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA
Prognoza pogody lub prognoza ogólnego charakteru pogody na co najmniej 14 dni do przodu. Prognozy długoterminowe dzielimy na prognozy: szczegółowe, tygodniowe, dekadowe, miesięczne, sezonowe.
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA – SZCZEGÓŁOWA
Prognoza pogody na każdy dzień tygodnia na co najmniej 14 dni do przodu; najczęściej na 14-15 dni do przodu, np. prognoza numeryczna modelu WRF-GFS Medium.
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA – TYGODNIOWA
Prognoza ogólnego charakteru pogody na każdy tydzień kalendarzowy na co najmniej 2 tygodnie do przodu; najczęściej na 4-6 tygodni do przodu, np. prognoza numeryczna modelu ECMWF EPS 46.
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA – DEKADOWA
Prognoza ogólnego charakteru pogody na każdą dekadę miesiąca (okres 10 dni) na co najmniej 2 dekady do przodu; najczęściej na 3 dekady do przodu, np. prognoza numeryczno-statystyczna modelu IMGW-TWS.
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA – MIESIĘCZNA
Prognoza ogólnego charakteru pogody na dany miesiąc kalendarzowy na co najmniej 1 miesiąc do przodu; najczęściej na 3-6 miesięcy do przodu, np. eksperymentalna prognoza długoterminowa temperatury i opadu na 4 miesiące IMGW-PIB lub prognoza numeryczna modelu CFS.
PROGNOZA DŁUGOTERMINOWA – SEZONOWA
Prognoza ogólnego charakteru pogody na dany sezon kalendarzowy (okres 3 miesięcy) na co najmniej 3 miesiące do przodu.
NORMA (PROGNOZY DŁUGOTERMINOWE)
Stosowana najczęściej na potrzeby prognoz ogólnego charakteru pogody w prognozach długoterminowych – miesięcznych. Prognozowaną średnią miesięczną temperaturę powietrza/miesięczną sumę opadów atmosferycznych dla danego miesiąca przewiduje się w odniesieniu do normy wieloletniej przyjmowanej za okres 1991-2020. Wartości średniej miesięcznej temperatury/miesięcznej sumy opadów z tego 30-letniego okresu sortuje się od najniższej do najwyższej: 10 najniższych wartości wyznacza średnią temperaturę/sumę opadów w klasie „poniżej normy”, 10 środkowych „w normie”, a 10 najwyższych „powyżej normy”. Gdy przewidywana jest średnia temperatura/suma opadów:
- powyżej normy, przewiduje się, że prognozowany miesiąc będzie cieplejszy/bardziej mokry od co najmniej 20 obserwowanych, tych samych miesięcy w latach 1991-2020;
- poniżej normy, przewiduje się, że prognozowany miesiąc będzie chłodniejszy/bardziej suchy od co najmniej 20 obserwowanych, tych samych miesięcy w latach 1991-2020;
- w normie, przewiduje się, że prognozowany miesiąc będzie podobny do typowych 10 obserwowanych, czyli cieplejszy/bardziej mokry od co najmniej 10 obserwowanych i chłodniejszy/bardziej suchy od co najmniej 10 obserwowanych, tych samych miesięcy w latach 1991-2020.
Uwaga: Normę stosowaną w prognozach długoterminowych IMGW-PIB nie należy mylić z normą stosowaną w analizach klimatologicznych IMGW-PIB. Patrz: norma (analizy klimatologiczne).
PROGNOZA NOWCASTINGOWA
Prognoza tworzona przez modele nowcastingowe, których cechą jest wysoka rozdzielczość czasowa i przestrzenna (odpowiednio rzędu 5-10 min i 1 km) oraz duża sprawdzalność dla krótkich czasów wyprzedzenia – do ok. 2 godz. dla pola opadu i do ok. 6 godz. w przypadku pozostałych pól meteorologicznych. Najczęściej stosuje się podejście ekstrapolacyjne, polegające na precyzyjnej estymacji warunków początkowych, ich ekstrapolacji w oparciu o obliczone wektory przemieszczania się, oraz ewolucji w czasie. Inne podejście polega na korekcie prognoz z modeli mezoskalowych danymi pomiarowymi, stosowane najczęściej do pól meteorologicznych innych niż opad.
PROGNOZA ULTRA-KRÓTKOTERMINOWA
Prognoza na okres do 12 (maksymalnie 18) godzin. Zwykle są to prognozy realizowane przez modele numerycznych prognoz pogody asymilujące bieżące dane pomiarowe i obserwacyjne.
PROGNOZA NUMERYCZNA
Prognoza numeryczna przedstawia przyszły stan atmosfery obliczony za pomocą numerycznych modeli pogody. Jej treść publikowana jest bez ingerencji lub weryfikacji przez człowieka (np. synoptyka meteorologa). Prognozy te mają zwykle formę graficzną. Najczęściej stosowane są mapy rozkładu poszczególnych parametrów meteorologicznych przy powierzchni ziemi lub w górnej atmosferze (na powierzchniach stałego ciśnienia, czyli izobarycznych), dla wybranych chwil. Mogą to być także przekroje pionowe ukazujące przestrzenny rozkład wybranych parametrów meteorologicznych. Szczególną formą są tzw. meteogramy przedstawiające prognozowaną ewolucję wybranych parametrów meteorologicznych dla określonego miejsca (wybranej miejscowości). Prognozy numeryczne są jedną z podstaw do opracowania prognozy synoptycznej.
NUMERYCZNE MODELE POGODY
Numeryczne modele pogody są zaawansowanymi programami komputerowymi, które rozwiązują równania fizyki, opisujące w sposób matematyczny, jak stan pogody i atmosfery zmienia się w czasie i przestrzeni. Rozwiązania te są przybliżone i obliczane tylko dla poszczególnych, oddalonych od siebie, „węzłów” w 3-wymiarowej przestrzennej sieci obliczeniowej. Przybliżenia są tak konstruowane, aby ich nieuniknione błędy były jak najmniejsze, a twórcy poszczególnych modeli stosują różne matematyczne formy tych przybliżeń.
Rysunek ilustruje poziomą konfigurację numerycznej siatki obliczeniowej modelu COSMO-EULAG na przykładzie prognozy temperatury na wysokości 2 m nad ziemią (stopnie C, lewy panel) oraz skumulowanego opadu (mm, prawy panel) dla fragmentu północnej Polski na 11 lipca 2022, godz. 1200 UTC. Rozmiar pikseli rastra odpowiada rozmiarowi oczka siatki obliczeniowej, a jej węzły znajdują się w środku poszczególnych pikseli rastra. Pozioma odległość między sąsiednimi węzłami siatki numerycznej wynosi 2,2 km.
ROZDZIELCZOŚĆ NUMERYCZNYCH MODELI POGODY
Dokładność prognoz numerycznych zależy m.in. od gęstości sieci obliczeniowej modelu pogody, czyli od odległości pomiędzy jej sąsiednimi węzłami: im mniejsza odległość, tym gęstsza sieć i lepsze przybliżenie. Gęstość sieci numerycznej zależy od mocy obliczeniowej stosowanych superkomputerów. Im większa moc, tym więcej operacji można wykonać w ograniczonym czasie przeznaczonym na obliczenie prognozy, a więc tym więcej węzłów może zawierać sieć obliczeniowa modelu i tym mniejsza może być odległość pomiędzy nimi. Obecnie poziome odległości pomiędzy sąsiednimi węzłami osiągnęły około 10 km (lub nieco więcej) w modelach globalnych i kilka kilometrów w modelach regionalnych. Pionowe odległości pomiędzy sąsiednimi węzłami zmieniają się z wysokością – od kilkudziesięciu metrów przy powierzchni podłoża do kilkuset metrów w głębi atmosfery.
W terminologii naukowej przez rozdzielczość modelu rozumie się przestrzenny rozmiar najmniejszego obiektu meteorologicznego, którego ewolucja może być poprawnie przedstawiona przez ten model. Rozmiar ten jest około 6 do 8 razy większy niż pozioma odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami sieci obliczeniowej.
W stosowanej najczęściej terminologii potocznej przez rozdzielczość modelu rozumie się po prostu poziomą odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami jego sieci obliczeniowej. W praktyce warto doprecyzować, które z tych dwu znaczeń stosowane jest w danym stwierdzeniu.
GENERALNA CHARAKTERYSTYKA NUMERYCZNYCH MODELI POGODY
W działaniu numerycznych modeli pogody możemy wyróżnić szereg funkcjonalności, które są niezbędne dla obliczenia wiarygodnej prognozy pogody. I tak, podstawową częścią modelu jest tzw. rdzeń dynamiczny. Jest to ta część kodu modelu, która praktycznie rozwiązuje prognostyczne równania fizyki, opisujące ewolucję stanu atmosfery, na obliczeniowej sieci modelu. Numeryczne modele pogody muszą jednak uwzględnić fakt, że poszczególne procesy atmosferyczne odbywają się w obszarach o różnych wielkościach. Niektóre procesy mają miejsce w tak małych objętościach atmosfery, że nie mogą być bezpośrednio odwzorowane na sieci obliczeniowej modelu. Procesy takie nazywamy podskalowymi. Przykładem są oddziaływania mikrofizyczne związane z kondensacją pary wodnej oraz tworzeniem chmur i opadów, które odbywają się w skalach centymetrowych, a nawet mniejszych. Modele pogody obliczają przybliżone efekty takich procesów za pomocą specjalnych procedur zwanych parametryzacjami. Przybliżają one sumaryczny efekt procesu, zagregowany dla całego oczka sieci obliczeniowej modelu. Poszczególne modele pogody stosują różne metody parametryzacji poszczególnych procesów podskalowych. Dalej, obliczenia prognostyczne muszą uwzględnić istotną rolę procesów wymiany ciepła i wody pomiędzy atmosferą a podłożem. Do tego celu wykorzystuje się dodatkowe specjalne modele, które obliczają ewolucję stanu podłoża oraz wielkość tej wymiany, w zależności od prognozowanej sytuacji meteorologicznej.
Procedury modelu mogą rozpocząć obliczanie prognozy pod warunkiem dostarczenia im informacji o stanie atmosfery w momencie, który jest początkiem okresu prognostycznego. Informacja ta (tzw. warunki początkowe) musi być zadana we wszystkich węzłach 3-wymiarowej sieci obliczeniowej, a dla wiarygodnej prognozy powinna być jak najbliższa rzeczywistemu stanowi atmosfery w tym momencie. Wymagane wartości poszczególnych parametrów meteorologicznych obliczane są przez specjalne procedury na podstawie wyników bieżących obserwacji i pomiarów meteorologicznych (przyziemnych, balonowych, satelitarnych, etc.) oraz wyników prognoz (zwykle kilkugodzinnych) samego modelu. Procedury te nazywamy procedurami asymilacji danych obserwacyjnych.
Numeryczne modele pogody są zatem niezwykle złożonymi systemami. Są one ciągle rozwijane tak, aby wykorzystywać w nich bieżące postępy w wielu różnych dziedzinach nauki. Dotyczy to zarówno nauk podstawowych, od matematyki z metodami numerycznymi oraz statystycznymi po fizykę procesów atmosferycznych i procesów w środowisku naturalnym, jak i informatyki oraz inżynierii – od komputerowej po pomiarową.
Definicje szczegółowe:
Konsorcja numerycznego modelowania pogody
Konsorcja, których członkami są narodowe służby meteorologiczne lub hydrologiczno-meteorologiczne, i których celem jest rozwijanie i doskonalenie narzędzi do prowadzenia numerycznych prognoz pogody, w tym modeli numerycznych, systemów asymilacji danych i weryfikacji prognoz. W Europie działa kilka takich konsorcjów i są to: ACCORD (A Consortium for Convection-scale modelling Research and Development, powstały z połączenia konsorcjów ALADIN i HIRLAM), COSMO (Consortium for Small-Scale Modeling) i RC LACE (Regional Cooperation for Limited Area modeling in Central Europe). IMGW-PIB jest członkiem wszystkich tych konsorcjów.
Model ALARO (ALADIN and AROME)
Jeden z numerycznych modeli pogody systemu ALADIN, rozwijany głównie przez kraje grupy RC LACE. Fizyka modelu ALARO zdefiniowana jest w ten sposób, aby mogła z powodzeniem przewidywać pogodę w skalach tzw. „szarej strefy”, czyli pomiędzy prognozami mezoskalowymi a skalami pozwalającymi na rozwiązywanie problemów konwekcyjnych. Model ALARO wykorzystywany jest operacyjnie przez wiele krajów konsorcjów ALADIN i HIRLAM w prognozach deterministycznych, probabilistycznych i badaniach klimatu. W IMGW-PIB działa operacyjnie od 2014 roku na siatce o rozdzielczości przestrzennej 4 km i 70 poziomach wertykalnych. Prognozy liczone są 4 razy dziennie do 72 godzin.
Model AROME (Application de la Recherche a l’Operationnel a Meso-Echelle)
Jeden z numerycznych modeli pogody systemu ALADIN, rozwijany głównie przez Meteo France. Ma na celu prognozowanie pogody na siatkach o rozdzielczościach poniżej 2,5 km. Wykorzystywany jest z powodzeniem na całym świeci i służy prognozom groźnych zjawisk pogodowych, badaniom klimatu i coraz częściej jako model nowcastinowych, uruchamiany w systemach typu RUC (Rapid Update Cycle) w domenach o rozdzielczościach przestrzennych rzędu 1 km. W IMGW-PIB działa operacyjnie od 2015 roku na siatce o rozdzielczości przestrzennej 2 km i 70 poziomach wertykalnych. Prognozy liczone są 4 razy dziennie na 30 godzin.
Model burzowy TSP (Thunderstorm Prediction)
Nowcastingowy model TSP służy do detekcji burz i określania ich intensywności oraz prawdopodobieństwa wystąpienia, a także do prognozowania tych wielkości co 10 min, z czasem wyprzedzenia do 1 godz., z 1-km rozdzielczością przestrzenną. Dane wejściowe do modelu pochodzą z następujących systemów pomiarowych: PERUN (przetworzone modelem LIGHTNING, w tym pole lightning jump), sieć radarowa POLRAD (w postaci różnych tzw. produktów) oraz sieć satelitów Meteosat (przetworzone oprogramowaniem EUMETSAT NWC-SAF). W modelu TSP wykorzystano algorytm SVM (ang. support vector machines) do detekcji burz i klasyfikowania ich intensywności oraz do prognozowania ich dalszego rozwoju. Do prognozowania przemieszczania się poszczególnych komórek burzowych wykorzystuje się pola wektorów z modelu nowcastingowego SCENE.
Model COSMO (Consortium for Small-Scale Modeling)
Mezoskalowy model meteorologiczny rozwijany w ramach międzynarodowej współpracy konsorcjum COSMO, do którego IMGW-PIB należy od roku 2003. Model ten wykorzystuje system analizy i asymilacji danych pomiarowych, pozwalający na poprawę warunków początkowych prognozy, dostarczanych z modelu globalnego ICON (liczonego w DWD). Wyniki modelu wykorzystywane są jako dane wejściowe do modeli hydrologicznych opad–odpływ, modeli nowcastingu i falowania oraz służą zespołom synoptyków do przygotowania codziennych prognoz, ostrzeżeń i komunikatów pogodowych. Model COSMO uruchamiany jest w IMGW-PIB cztery razy na dobę w terminach 00, 06, 12, 18 UTC, na siatkach o dwóch rozdzielczościach horyzontalnych. Prognozy na siatce 7 km, pokrywające centralną część Europy i cały obszar Morza Bałtyckiego, wykonywane są z wyprzedzeniem do 78 godzin. Prognozy na gęstszej siatce o rozdzielczości 2,8 km, pokrywające obszar Polski i część powierzchni krajów ościennych, mają wyprzedzenie do 48 godzin.
Model estymacji pola opadu (RainGRS)
System RainGRS generuje estymowane pola opadu z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną (10 min, 1 km). Wejściem są dane dostarczane przez różne techniki pomiarowe: sieć deszczomierzową IMGW-PIB, sieć radarową POLRAD uzupełnioną o dane z radarów zagranicznych, oraz pomiary satelitarne Meteosat. Wszystkie dane są weryfikowane i korygowane dedykowanymi algorytmami. Łączenie poszczególnych danych wejściowych odbywa się za pomocą algorytmu kombinacji warunkowej, uwzględniającego także ilościową informację o rozkładzie przestrzennym ich jakości.
Model ECMWF EPS 46
Model oparty na operacyjnych danych prognostycznych Europejskiego Centrum Prognoz Średniotermino-wych (European Centre for Medium-Range Weather Forecast, ECMWF), które IMGW-PIB otrzymuje na bieżąco dzięki umowie zawartej w 2020 roku. Model ECMWF EPS 46 dostarcza 2 razy w tygodniu progno-zę temperatury powietrza i opadu na następne 46 dni, w postaci tygodniowych rozwiązań. Prognozowane parametry pozyskuje się z 50 realizacji tego samego wyprzedzenia, różniących się między sobą parame-tryzacją (tzw. prognoza wiązkowa).
Model INCA-PL2
System INCA-PL2 przeznaczony do prognoz nowcastingowych podstawowych pól meteorologicznych poza opadem; jest zmodyfikowaną wersją modelu INCA opracowanego przez austriacką służbę meteorologiczną (ZAMG). Prognozy te są generowane na podstawie pól prognostycznych z modelu mezoskalowego AROME oraz aktualnych pomiarów telemetrycznych, przy uwzględnieniu wpływu orografii terenu. Dla danych bieżących stosowany jest 10-min krok czasowy. Dla prognoz stosowany jest 1-godz. krok czasowy, z takim krokiem są one również uaktualniane, przy czym ich czas wyprzedzenia wynosi do 8 godz. Rozdzielczość przestrzenna wszystkich produktów INCA-PL2 wynosi 1 km.
Model opadu MERGE
System MERGE produkuje prognozy hybrydowe opadu całkowitego i opadu śniegu. Łączone są prognozy nowcastingowe, generowane przez model SCENE, z prognozami mezoskalowymi z modelu AROME. Prognoza powstaje przez zastosowanie funkcji wagowej nadającej różne wagi tym dwóm prognozom; przy krótszych czasach wyprzedzenia większą wagę mają prognozy SCENE. Krok czasowy prognoz wynosi 10 min, a czas wyprzedzenia do 8 godz., przy zachowaniu wysokiej, 1-km rozdzielczości przestrzennej. Prognozy są uaktualniane co 10 minut.
Model WRF METEOPG
Prognostyczny system pogodowy, operacyjnie pracujący i rozwijany od 2018 roku w Centrum Informatycznym TASK na Politechnice Gdańskiej przez zespół prof. Mariusza Figurskiego z Katedry Geodezji Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska PG, który wykorzystuje niehydrostatyczny model WRF (Weather Research and Forecasting). Prognozy z WRF METEOPG udostępniane są do IMGW-PIB na mocy podpisanego porozumienia o współpracy między Politechniką Gdańską i Instytutem Meteorologii i Gospodarki Wodnej z 2019 roku. W systemie zastosowano wysokorozdzielcze dane geograficzne (m.in. obejmujące topografię, szorstkość podłoża, użytkownie gruntów) i zoptymalizowaną parametryzacją fizyki dla Europy Środkowej. Operacyjny model wykorzystuje trzy siatki zanurzone o rozdzielczościach odpowiednio 12,5, 2,5 i 0,5 km na 50 wertykalnych hybrydowych poziomach obliczeniowych. Siatka pierwsza obejmuje kontynent europejski, druga obszar Polski, a trzecia województwo pomorskie. W systemie można również aktywować kolejne siatki o rozdzielczości 0,5 km dla wskazanych obszarów Polski, np. Tatr i Podhala. Do prognozowania pogody asymilowane są dane z globalnego modelu GFS (Global Forecast System) o rozdzielczości 0,25°, który zawiera w sobie sprzężone modele atmosfery, gleby i oceanu. Alternatywnie system może asymilować dane z modelu europejskiego ICON-EU (Icosahedral Nonhydrostatic for Europe) o rozdzielczości 6,6 km lub pobierać dane wejściowe z modeli IMGW COSMO (Consortium for Small-Scale Modeling) i ICON-LM oraz ERA5 z ECMWF (European Center for Medium-range Weather Forecast). System WRF METEOPG w ciągu doby uruchamiany jest dla czterech głównych terminów synoptycznych – 00, 06, 12 i 18 – z czasem prognozy wynoszącym 60 godzin dla wszystkich siatek obliczeniowych. System obliczeniowy prognozowania pogody pracuje na superkomputerze “TRYTON” wykorzystując 24 węzły obliczeniowe.
Model WRF ICON
Eksperymentalny model opracowany w ramach projektu obliczeniowego w Centrum Informatycznym TASK „Parametryzacja i opracowanie mezoskalowego numerycznego modelu pogody WRF wysokiej rozdzielczości z asymilacją danych meteorologicznych i GNSS”. Model jest implementacją modelu WRF (Weather Research and Forecasting) opracowanego w NCAR. W celu uniknięcia dużego skoku z rozdzielczości danych wejściowych do rozdzielczości modelu, wynoszącej 2,5 km, w implementacji WRF ICON do inicjalizacji i warunków początkowych i bocznych w całości wykorzystywany jest model ICON-EU z siatką 6,5 km; model jest inicjowany przez pobranie 61 poziomów modelu ICON-EU atmosfery i 6 poziomów gleby w trzy godzinnych interwałach. Zapewnia to niezwykle szczegółową inicjalizację, a marginalne błędy domeny są zredukowane do minimum. Implementacja danych początkowych z modelu ICON-EU jest autorskim rozszerzeniem prof. Mariusz Figurskiego, który dokonał przebudowy modelu WRF v4.3 w celu wykorzystania danych początkowych zarówno z modelu ICON-EU, jak również modelu globalnego ICON o rozdzielczości 13 km. Ze względu na nowe rozwiązania w schemacie NOAH-MP WRF v4.3, związane z obliczaniem procesów hydrotermalnych symulujących zachowanie pokrywy śnieżnej na gruncie, oczekiwane jest również lepsze zachowania modelu w warunkach zimowych, gdy grunt jest pokryty śniegiem. Dużą nowością w wersji WRF 4.3 jest inicjalizacja chmur początkowych z wilgotności względnej warunków początkowych, dzięki czemu wyeliminowany został stosunkowo długi okres powstawania chmur i opadów w modelu w okresie rozpędzania modelu. W fazie testów model wykazał znacznie lepsze charakterystyki w symulacji konwekcji, a dzięki zastosowaniu schematu IEVA do sterowania kryterium stabilności pionowej poprawiona została niezawodność numeryczna modelu, a także szybkość symulacji, ponieważ schemat IEVA pozwala na zastosowanie większego maksymalnego kroku czasowego w zastosowaniu adaptacyjnego kroku całkowania, utrzymując stabilność modelu nawet przy wyższych pionowych wartościach CFL. W wersji eksperymentalnej model WRF ICON v4.3 jest uruchamiany raz na dobę dla terminu 00:00, a długość prognozy wynosi 120 godzin.
Model WRF GFS MEDIUM
Eksperymentalny modele średnioterminowy opracowany w ramach projektu obliczeniowego w Centrum Informatycznym TASK „Parametryzacja i opracowanie mezoskalowego numerycznego modelu pogody WRF wysokiej rozdzielczości z asymilacją danych meteorologicznych i GNSS”. Model jest implementacją modelu WRF (Weather Research and Forecasting) opracowanego w NCAR. Model WRF GFS MEDIUM do zdefiniowania warunków początkowych i bocznych wykorzystuje model GFS v16. Prognoza jest realizowana na dwóch zagnieżdżonych domenach ze sprzężeniem zwrotnym, o rozdzielczościach horyzontalnych odpowiednio 12 km (Europa) i 4 km Polska oraz 50 poziomach wertykalnych. Do zwiększenia prędkości symulacji w modelu WRF GFS MEDIUM zastosowano całkowanie z adaptacyjnym krokiem całkowania. Wprowadzono rozszerzenie dotyczące asymilacji pól hydrometeorów dostępnych w modelu GFS v16, polepszające prognozowanie pól opadowych. Model jest inicjalizowany przez pobranie 34 pól ciśnieniowych oraz 4 poziomów gleby z modelu globalnego GFS v16. Parametryzacja modelu jest identyczna z parametryzacją modelu WRF ICON. W wersji eksperymentalnej model jest uruchamiany raz na dobę dla terminu 12:00, a długość prognozy wynosi 384 godziny.
Numeryczne modele prognoz pogody (ang. Numerical Weather Prediction/NWP)
Zaawansowane programy komputerowe, rozwiązujące równania fizyki, które w sposób matematyczny opisują zmiany stanu pogody i atmosfery zachodzące w czasie i przestrzeni. W zależności od zastosowania, modele NWP wykorzystują różne zestawy równań różniczkowych, w których procesy fizyczne opisane są w sposób możliwie najdokładniejszy. Podstawowy układ równań stosowany w modelach NWP to równania Naviera-Stokesa opisujące zasadę zachowania pędu dla poruszającego się płynu, uwzględniające siły masowe, ciśnienie oraz siły lepkości. Równania prognostyczne opisujące zmiany dynamiczne, czyli ewolucję stanu atmosfery, nazywamy równaniami ruchu, a kod numeryczny, który rozwiązuje te równania – rdzeniem dynamicznym modelu.
Metody numeryczne
Ze względu na złożoność procesów zachodzących w atmosferze, nie jest możliwe znalezienie analitycznej formy rozwiązań równań opisujących stan pogody. Z tego powodu operatory różniczkowe i całkowe równań są wyrażone w postaci numerycznej na dyskretnej siatce obliczeniowej, a rozwiązanie jest poszukiwane przy pomocy superkomputerów. Rozwój odpowiednich metod i algorytmów numerycznych jest prowadzony w ramach dziedziny nauki zwanej obliczeniową mechaniką płynów (ang, Computational Fluid Dynamics, CFD).
Domena obliczeniowa
Trójwymiarowy obszar przestrzeni wypełniony dyskretną siatką punktów (inaczej węzłów), na których obliczana jest prognoza numeryczna. Równania modelu zapisane na węzłach siatki obliczeniowej prowadzą do rozwiązań przybliżonych, gdyż rozwiązania te reprezentują wartości parametrów uśrednione dla trójwymiarowych kostek przestrzennych, które otaczają poszczególne węzły i razem wypełniają domenę obliczeniową. Przybliżenia są jednak tak konstruowane, aby ich nieuniknione błędy były jak najmniejsze, a twórcy poszczególnych modeli stosują różne algorytmy numeryczne czyli matematyczne formy tych przybliżeń.
Struktura siatki obliczeniowej
Ze względu na charakter ziemskiej atmosfery (stratyfikacja termiczna, transfer promieniowania, topogra-fia) siatka obliczeniowa konstruowana jest inaczej w kierunku poziomym i inaczej w pionowym. W kierun-ku poziomym siatki mogą być strukturalne (o ustalonych) lub niestrukturalne (o dowolnych powiązaniach między węzłami). W szczególnym przypadku, w którym elementy siatki są przylegającymi do siebie sze-ścianami, mamy do czynienia z tzw. siatką kartezjańską. W prognozach globalnych, w których ważne jest równomierne pokrycie całej kuli ziemskiej, wykorzystuje się najczęściej siatki trójkątne lub sześciokątne (hexagonalne). Przy czym poszczególne parametry prognostyczne modelu mogą być zapisane na różnią-cych się siatkach. Mamy tu do czynienia z różnymi typami siatki w klasyfikacji Arakawy, na których wszystkie zmienne równań mogą leżeć w tej samej lokalizacji (siatka A) lub parametry dynamiczne (skła-dowe prędkości lub wirowości) i skalarne (temperatura, wilgotność, ciśnienie) mogą leżeć na siatkach przesuniętych względem siebie o połowę oczka siatki (siatki B, C, D ,E).
Pionowa struktura siatki
W modelach NWP stosuje się zwykle siatki, w których wysokości poszczególnych poziomów obliczeniowych zmieniają się zgodnie ze zmianą wysokości powierzchni ziemi poniżej (ang. terrain-following coordinates). Może to dotyczyć całej domeny obliczeniowej lub tylko jej dolnej części (ang. hybrid coordinates). W tym ostatnim przypadku w górnej części domeny poziomy modelu mogą znajdować się na stałej wysokości nad poziomem morza (ang. height levels) lub na stałych poziomach ciśnieniowych (ang. pressure lub sigma levels).
Rozdzielczość przestrzenna
Oznacza zwykle poziomą odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami sieci obliczeniowej. Węzły sieci są najczęściej od siebie równooddalone w kierunkach horyzontalnych, choć niektóre modele dopuszczają zmienne odległości, aby umożliwić gęstsze pokrycie interesującego obszaru. Zmiany odległości pomiędzy węzłami mogą być wprowadzane lokalnie w ramach jednej siatki obliczeniowej (ang. stretching) lub poprzez stosowanie dodatkowej lokalnej siatki o większej ilości punków (ang. nesting). W tym ostatnim przypadku wymiana informacji pomiędzy siatkami zachodzić może w jednym kierunku od siatki rzadszej do gęstszej (ang. one-way nesting) lub następuje dwukierunkowa komunikacja (ang. two-way nesting). Obecnie typowe poziome odległości pomiędzy węzłami w operacyjnych modelach globalnych wynoszą od 6 do kilkunastu km, a dla regionalnych modeli NWP od 1 do kilku kilometrów. Pionowe odległości pomiędzy sąsiednimi poziomami węzłów zmieniają się z wysokością, od kilkudziesięciu metrów przy powierzchni podłoża do kilkuset metrów w głębi atmosfery. Gęstość siatki numerycznej zależy od mocy obliczeniowej stosowanych superkomputerów. Im większa moc, tym więcej operacji można wykonać w ograniczonym czasie przeznaczonym na obliczenie prognozy, a więc tym więcej węzłów może zawierać sieć obliczeniowa modelu i tym mniejsza może być odległość pomiędzy nimi.
Rozdzielczość modelu
W terminologii naukowej przez rozdzielczość modelu rozumieć można także przestrzenny rozmiar najmniejszego obiektu meteorologicznego, którego ewolucja może być poprawnie przedstawiona przez ten model. Rozmiar ten jest około 5 do 8 razy większy niż pozioma odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami sieci obliczeniowej. Wiąże się to z możliwością poprawnego opisu struktury i ewolucji cyrkulacji (np. pola wirowego) odpowiedzialnych za rozwój obiektu. Dotyczy to na przykład rozwoju komórek konwekcyjnych powstających w warstwie granicznej atmosfery. W praktyce warto doprecyzować, które z dwu znaczeń rozdzielczości modelu stosowane jest w danym stwierdzeniu.
Zakres i rozdzielczość czasowa prognoz
Pojęcia określające zwykle długość prognozy (lub wyprzedzenie) od momentu jej startu oraz krok prognozy (czyli częstość zapisu jej wyników). Są to parametry dobierane w miarę dowolnie, ale także ograniczone mocą obliczeniową komputerów oraz wielkością dostępnych zasobów bazodanowych, na których przechowywane są i dalej przetwarzane wyniki prognoz. Należy także uwzględnić zakres stosowalności prognoz, ponieważ numeryczne błędy prognozy rosną z jej wyprzedzeniem i po okresie kilku dni zaczynają dominować w jej wynikach.
Krok całkowania
Parametr często mylony z krokiem prognozy. Określa on wewnętrzny krok czasowy wykorzystywany do wyliczenia kolejnych stanów atmosfery w procesie obliczania prognozy czyli całkowania równań numerycznych na siatce obliczeniowej. Wielkość kroku całkowania zależy od rozmiaru oczek siatki obliczeniowej. Jego wartość jest ograniczona warunkami stabilności zaimplementowanych algorytmów numerycznych. Stosowanie dłuższego kroku całkowania przyspiesza obliczenia, ponieważ wykonuje się ich mniej dla danego zakresu prognozy. W przypadku modeli globalnych krok całkowania wynosi kilka minut, dla modeli regionalnych o dużej rozdzielczości jego wartość się zmniejsza do kilkudziesięciu lub nawet kilkunastu sekund.
Warunki stabilność modelu
Zależą zwykle od wielkości kroku czasowego, rozdzielczości przestrzennej i lokalnej prognozowanej szyb-kości przepływu (prędkości wiatru). Są to warunki, które określają kiedy numeryczne przybliżenia równań ruchu pozostają stabilne i nie zachodzi w nich gwałtowny, niekontrolowany wzrost wielkości błędów, oznaczający, że wyniki prognozy przestają mieć sens fizyczny. Generalnie, warunki te oznaczają, że nie można dowolnie wydłużać kroku całkowania modelu. W przypadku modeli Eulerowskich (równania modelu uwzględniają tylko to, co dzieje się na poszczególnych węzłach siatki) musi on być na tyle mały, żeby w kolejnych krokach czasowych model dobrze kontrolował („widział”) przenoszenie informacji pomiędzy węzłami siatki poprzez sam prognozowany przepływ, a więc, żeby ta informacja nie była przenoszona na zbyt dalekie odległości. Wtedy krok całkowania Δt jest ograniczony przez tzw. warunek Couranta lub CFL (Courant-Friedrichs-Lewy): Δt < Δx/U (gdzie Δx to rozmiar oczka siatki obliczeniowej a U to prędkość prze-pływu). W przypadku modeli semi-Lagranżowskich (równania ruchu uwzględniają trajektorie cząstek, któ-re w każdym kroku czasowym doprowadzają je do poszczególnych węzłów siatki obliczeniowej), stabilność schematu obliczeniowego zapewniona jest przez stabilność obliczania tych trajektorii w zmiennym prze-strzennie polu prędkości i stosowne kryterium Lipschitza jest Δt*|dU/dx| < 1. Ponieważ kryterium to do-puszcza kilkukrotnie większy krok całkowania niż w przypadku warunku stabilności CFL, większość opera-cyjnych modeli NWP to modele semi-Lagranżowskie.
Dokładność prognoz numerycznych
W praktyce amplituda i lokalizacja kluczowych parametrów zależy m.in. od gęstości siatki obliczeniowej, czyli od odległości pomiędzy jej sąsiednimi węzłami. Im mniejsza odległość, tym gęstsza sieć i lepsze przybliżenie. Przy czym zwykle poprawa jakości prognozy zależy także silnie od wielu dodatkowych czynników, takich jak dokładność wyznaczenia warunków brzegowych i początkowych, jakość pól stałych opisujących parametry podłoża, dokładność opisu zachodzących procesów fizycznych w postaci parametryzacji i algorytmów numerycznych.
Parametryzacje
Niektóre procesy fizyczne opisujące zmiany zachodzące w atmosferze są zbyt złożone, aby można je było poprawnie opisać w skalach rozpoznawanych przez model. Modele NWP uwzględniają związki oraz obliczają przybliżone efekty takich procesów za pomocą specjalnych procedur zwanych parametryzacjami. Typowe parametryzacje wykorzystywane przez modele NWP dotyczą procesów zachodzących w glebie, wymiany pędu oraz strumieni ciepła i wilgotności pomiędzy atmosferą i podłożem, płytkiej i głębokiej konwekcja termiczna, procesów mikrofizycznych i radiacyjnych oraz turbulencji.
Procesy podskalowe
Modele NWP muszą uwzględnić także fakt, że poszczególne procesy atmosferyczne odbywają się w obszarach o różnych wielkościach. Niektóre procesy mają miejsce w tak małych objętościach atmosfery, że nie mogą być bezpośrednio odwzorowane na siatce obliczeniowej modelu. Dotyczy to w szczególności procesów radiacyjnych, turbulencyjnych lub procesów mikrofizyki chmurowej związanych z kondensacją pary wodnej oraz tworzeniem chmur i opadów, które odbywają się w skalach centymetrowych, a nawet mniejszych.
Warunki początkowe (IC) i brzegowe (BC)
Procedury modelu mogą rozpocząć obliczanie prognozy pod warunkiem dostarczenia im informacji o stanie atmosfery w momencie, który jest początkiem okresu prognostycznego. Informacja ta (tzw. warunki początkowe) musi być zadana we wszystkich węzłach 3-wymiarowej sieci obliczeniowej, a dla wiarygodnej prognozy powinna być jak najbliższa rzeczywistemu stanowi atmosfery w tym momencie. W przypadku modeli globalnych warunki początkowe są konstruowane w procesie asymilacji danych dostępnych z globalnych sieci pomiarowych (stacje telemetryczne, statki, boje, samoloty, balony, satelity). Wyniki modeli globalnych wykorzystywane są natomiast jako warunki początkowe i brzegowe w modelach prognoz regionalnych. Dodatkowo, modele regionalne mogą także stosować procedury asymilacji dodatkowych dostępnych danych obserwacyjnych, tak aby zwiększyć reprezentatywność i dokładność swoich danych początkowych.
Proces asymilacji danych
Wymagane wartości początkowe (IC) poszczególnych parametrów meteorologicznych obliczane są przez specjalne procedury na podstawie wyników bieżących obserwacji i pomiarów meteorologicznych (przyziemnych, balonowych, satelitarnych, etc.) oraz wyników prognoz (zwykle kilkugodzinnych) samego modelu. W procesie asymilacji danych następuje redukcja błędów modelu poprzez dopasowanie stanu atmosfery na siatce numerycznej do znanych wartości pomiarowych w rzeczywistych lokalizacjach. Do najczęściej stosowanych metod asymilacji należą nudging (lokalne dopasowywanie rozwiązań modelu w bliskiej, z góry przyjętej odległości przestrzennej i czasowej do znanego pomiaru) oraz statystyczne metody wariacyjne (stosowane dla 3-wymiarowej przestrzeni fizycznej 3DVAR oraz stosowane dla tej przestrzeni i pewnego interwału czasowego 4DVAR), a także wykorzystujące filtry Kalmana lub kombinację tych ostatnich z metodami wariacyjnymi. Metody statystyczne polegają na globalnej iteracyjnej minimalizacji błędu przez dopasowywanie zbalansowanego stanu całej atmosfery do istniejących obserwacji. W praktyce metody nudgingu powodują lepszą poprawę rozwiązań w obszarach bliższych stacjom pomiarowym, w krótszym okresie czasu. Metody wariacyjne zdobywają przewagę przy dłuższych prognozach i w obszarach gdzie jest mniejsza ilość informacji pomiarowej.
Standardowe wyniki prognoz
Zwykle różne formy graficzne ukazujące przestrzenny rozkład wybranych parametrów meteorologicznych w określonych chwilach prognozy:
- mapy rozkładu parametrów meteorologicznych przy powierzchni ziemi lub w górnej atmosferze, np. na powierzchniach stałego ciśnienia (izobarycznych) lub na stałych wysokościach nad powierzchnią gruntu lub poziomem morza;
- przekroje pionowe;
- sondaże aerologiczne nad wybraną lokalizacją.
Ponadto wytwarzane są meteogramy przedstawiające prognozowaną ewolucję wybranych parametrów meteorologicznych dla określonej lokalizacji (np. wybranej miejscowości).
Specjalista modelowania pogody
Rozwój i utrzymanie systemów operacyjnego modelowania pogody wymaga wiedzy i umiejętności w wielu dziedzinach, a zatem sformułowanie to obejmuje zarówno badaczy zajmujących się rozwojem teoretycznych podstaw modelowania, jak i ekspertów odpowiedzialnych za wdrażanie nowych rozwiązań, utrzymywanie i monitoring poprawności działania systemu prognostycznego oraz przygotowywanie produktów dla końcowych użytkowników. Odpowiednie dziedziny wiedzy obejmują metody numeryczne, metody statystyczne, programowanie i informatykę, asymilację danych obserwacyjnych, dynamikę i fizykę procesów w atmosferze i podłożu, weryfikację i interpretację wyników.
NAJWAŻNIEJSZE POJĘCIA I ZWROTY W HYDROLOGII
Definicje kluczowe:
OSTRZEŻENIE HYDROLOGICZNE
Informacja hydrologiczna, opracowana przez synoptyka hydrologa, na temat wystąpienia lub możliwości wystąpienia niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych, przekazywana do właściwych organów administracji publicznej. Ostrzeżenia hydrologiczne dla wezbrań wydaje się w skali 3-stopniowej, dla suszy hydrologicznej bez stopnia zagrożenia.
POWÓDŹ
Czasowe pokrycie przez wodę terenu, który w normalnych warunkach nie jest pokryty wodą, w szczególności wywołane przez wezbranie wody w ciekach naturalnych, zbiornikach wodnych, kanałach oraz od strony morza, z wyłączeniem przypadków pokrycia terenu wezbranymi wodami z systemów kanalizacyjnych.
POWÓDŹ BŁYSKAWICZNA (POWÓDŹ SZYBKA, FLASH-FLOOD)
Szczególny przypadek powodzi o lokalnym zasięgu, bardzo szybkim przebiegu i krótkim czasie trwania (zwykle mniej niż 6 godzin), przeważnie wywołanej opadami deszczu o dużej wydajności związanymi za-zwyczaj ze zjawiskami konwekcyjnymi (burzowymi). Najczęściej występuje w obszarach o dużych nachyleniach terenu (w obszarach górskich) i/lub obszarach o wysokim odsetku powierzchni uszczelnionych (w obszarach zurbanizowanych, obszarach miejskich – powódź miejska, ang. urban flood); może być również wywołana awarią urządzeń hydrotechnicznych. Powszechnie stosowanymi w Polsce synonimami nazwy powódź błyskawiczna są określenia powódź szybka lub powódź gwałtowna.
PROGNOZA HYDROLOGICZNA
Informacja hydrologiczna zawierająca przewidywany przebieg zjawisk hydrologicznych na wskazanym obszarze wyrażona w formie opisowej, graficznej lub liczbowej. Podaje charakterystyki zjawiska hydrologicznego, takie jak: stan wody, natężenie przepływu, objętość fali wezbrania i czas jej trwania, czas wystąpienia kulminacji w określonym miejscu, wielkość dopływu do zbiorników retencyjnych. Prognoza może być powiązana z informacją o istotnych elementach warunkujących prognozowane zjawisko hydrologiczne – opadach (w przypadku zagrożenia powodziowego) lub ich długotrwałym braku (w przypadku zagrożenia suszą), sile i kierunku wiatru, zjawiskach lodowych, spadku lub wzroście temperatury powietrza w zimie, odpływie wody ze zbiorników oraz aktualnym ich napełnieniu.
PROGNOZA HYDROLOGICZNA KRÓTKOTERMINOWA
Prognoza hydrologiczna dla odcinka czasu nie dłuższego niż 48 godzin, licząc od momentu początku prognozy.
PROGNOZA HYDROLOGICZNA MIESIĘCZNA/SEZONOWA (DŁUGOTERMINOWA)
Prognoza hydrologiczna wydana dla okresu dłuższego niż 7 dni, np. prognoza miesięczna czy sezonowa.
PROGNOZA HYDROLOGICZNA ŚREDNIOTERMINOWA
Prognoza hydrologiczna wydana na okres dłuższy niż 48 godzin, ale krótszy niż 7 dni.
PROGNOZA NIEBEZPIECZNYCH ZJAWISK HYDROLOGICZNYCH (PNZH)
Opracowywana codziennie informacja o możliwości wystąpienia w ciągu trzech kolejnych dni niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych, takich jak: gwałtowne wzrosty stanu wody, wezbranie z przekroczeniem stanów ostrzegawczych, wezbranie z przekroczeniem stanów alarmowych lub susza hydrologiczna. PNZH opracowywana jest do godziny 12:30 w normalnym stanie hydrologicznym i do godziny 13:30 w stanie za-grożenia lub alarmu hydrologicznego i prezentowana na platformach informacyjnych https://meteo.imgw.pl i https://monitor.imgw.pl.
PROGNOZA NUMERYCZNA (MODELOWA)
Wynik numerycznego modelu hydrologicznego, hydraulicznego lub hydrodynamicznego bądź meteorologicznego, obejmujący zakres obliczeń w przyszłości.
PROGNOZA SYNOPTYCZNA STANU WODY
Prognoza stanu wody opracowywana przez synoptyka hydrologa.
STAN ALARMOWY
Umowny stan wody, który odpowiada napełnieniu koryta rzeki lub doliny rzecznej stanowiącemu zagrożenie dla infrastruktury i zabudowań, a także dla życia i zdrowia ludzi.
STAN OSTRZEGAWCZY
Umowny stan wody, który układa się poniżej stanu alarmowego, informujący o konieczności podjęcia określonych działań.
STAN UMOWNY
Stan wody wyznaczony w postępowaniu o charakterze administracyjnym, z udziałem pracowników IMGW-PIB i przedstawicieli organów administracji samorządowej i rządowej, uwzględniającym potrzeby służb i administracji w zakresie planowania oraz ostrzegania i alarmowania, opartym na analizie i przetwarzaniu dostępnych danych i informacji hydrologicznych, fizyczno-geograficznych oraz dokumentów. W Polsce stanami umownymi są stan ostrzegawczy i stan alarmowy.
STOPIEŃ OSTRZEŻENIA HYDROLOGICZNEGO
Odnosi się do natężenia występującego lub prognozowanego zjawiska hydrologicznego. Trzystopniowa, rosnąca skala określająca stan zagrożenia zjawiskami hydrologicznymi w sytuacji wezbrań oraz bezstopniowo w sytuacji zagrożenia suszą hydrologiczną:
SUSZA
Zjawisko o charakterze naturalnym, związane z ograniczoną dostępnością wody. Susza ma charakter rozwijającego się procesu – wyróżnia się następujące fazy: susza meteorologiczna (atmosferyczna), susza glebowa (rolnicza), susza hydrologiczna, niżówka hydrogeologiczna.
SUSZA HYDROLOGICZNA
Jedna z faz procesu rozwoju suszy; okres, w którym dochodzi do obniżenia zasilania wód powierzchniowych i podziemnych. Objawia się niskimi wielkościami przepływu w rzekach, obniżeniem zwierciadła wody w jeziorach.
WEZBRANIE
Zjawisko hydrologiczne, podczas którego przepływ i/lub stan wody utrzymują się powyżej przyjętej wartości granicznej, spowodowane zwiększonym zasilaniem lub podpiętrzeniem zwierciadła wody wskutek utrudnionego przepływu. W przebiegu wezbrania wyróżnia się fazę wznoszenia, kulminację i fazę opadania. Zależnie od genezy dzieli się je na: opadowe (wywołane opadami nawalnymi lub rozlewnymi), roztopowe (wywołane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej), zimowe, związane z rozwojem zjawisk lodowych (śryżowe, zatorowe i lodowe) oraz sztormowe.
Definicje szczegółowe:
POJĘCIA STOSOWANE W OSŁONIE HYDROLOGICZNEJ LĄDU
Automatyczna stacja telemetryczna – automatyczna stacja pomiarowo-obserwacyjna wyposażona w urządzenia do przesyłu wartości pomiarowych na odległość.
Bieg rzeki – kierunek spływu wód rzecznych. Termin używany także do określenia odcinków rzeki. Ze względu na zmiany spadku, prędkości wody oraz dominujących procesów geomorfologicznych (znaczenie erozji, transportu i akumulacji) w profilu podłużnym wyróżnia się: bieg górny (duży spadek i prędkość wody, przepływy najmniejsze i rosną z biegiem, intensywna erozja wgłębna lub denna; koryto rzeki jest z reguły głęboko wcięte w podłoże), środkowy (spadek zwierciadła wody i prędkość wody ulegają zmniejszeniu, erozja denna maleje a wzrasta rola erozji bocznej: powstają meandry, dolina rzeki staje się szersza) i dolny (spadek zwierciadła wody jest niewielki a ruch wody powolny, dominuje akumulacja; bieg rzeki kończy się ujściem do recypienta lub morza).
Umowny podział głównych rzek Polski na odcinki zgodnie z biegiem stosowane w IMGW-PIB:
1) Odra:
a) bieg górny – od źródeł w Górach Odrzańskich do profilu Koźle;
b) bieg środkowy – od profilu Koźle do ujścia Warty;
c) bieg dolny – poniżej ujścia Warty do Zalewu Szczecińskiego.
2) Wisła:
a) bieg górny – od źródeł do profilu Zawichost;
b) bieg środkowy – od profilu Zawichost do ujścia Narwi (dla potrzeb operacyjnych BPH przyjmuje dolną granicę biegu w profilu stopnia wodnego Włocławek);
c) bieg dolny – od ujścia Narwi do Morza Bałtyckiego (dla potrzeb operacyjnych BPH przyjmuje górną granicę biegu poniżej profilu stopnia wodnego Włocławek).
Budowla hydrotechniczna –budowla wraz z urządzeniami i instalacjami technicznymi z nimi związanymi, służąca gospodarce wodnej oraz kształtowaniu zasobów wodnych i korzystaniu z nich, a także ochronie przeciwpowodziowej.
Ciek naturalny – rzeka, struga, strumień i potok oraz inne wody płynące ciągle lub okresowo naturalnymi bądź uregulowanymi korytami.
Cofka – podwyższenie rzędnej zwierciadła wody postępujące w górę cieku, powstające wskutek podnoszenia się rzędnej zwierciadła wody w odbiorniku końcowym (morze, jezioro, rzeka przyjmująca dopływ); może nastąpić w wyniku spiętrzenia wody przez długotrwałe działanie silnego wiatru wtłaczającego wodę w górę cieku (cofka wiatrowa), utworzenia się zatoru lodowego, oddziaływania zapory wodnej lub wskutek wezbrania na rzece przyjmującej dopływ. Podwyższeniu rzędnej zwierciadła wody nie towarzyszy zwiększenie przepływu; przepływ może zostać zatrzymany a nawet może następować odwrócenie jego kierunku (przepływ w przeciwną stronę – w górę rzeki).
Dane operacyjne – dane o różnym stopniu przetworzenia, pochodzące z hydrologiczno-meteorologicznej sieci pomiarowo-obserwacyjnej, wstępnie zweryfikowane, wykorzystywane do prowadzenia bieżącej osłony hydrologiczno-meteorologicznej; mogą ulec zmianie w wyniku ostatecznej weryfikacji w procesie przygotowywania zasobu centralnej bazy danych historycznych IMGW-PIB oraz rocznika hydrologicznego.
Dopływ – ciek uchodzący do innego cieku.
Dorzecze – to obszar lądu, z którego całkowity odpływ wód powierzchniowych do wód morskich następuje ciekami naturalnymi przez jedno ujście, estuarium lub deltę.
Dyżurny hydrolog – pracownik IMGW-PIB posiadający odpowiednie przygotowanie merytoryczne z zakresu hydrologii oraz przeszkolony w zakresie zasad i procedur oraz narzędzi stosowanych w osłonie hydrologicznej, wspomagający pracę dyżurnych synoptyków hydrologów.
Dyżurny synoptyk hydrolog – synoptyk hydrolog pełniący w danym momencie dyżur w zakresie realizowania osłony hydrologicznej.
Gospodarka wodna – dział gospodarki i dyscyplina naukowa zajmujące się metodami i środkami kształtowania zasobów śródlądowych wód powierzchniowych i podziemnych w celu zaopatrzenia w wodę, ochrony przed powodzią oraz ochrony zasobów wodnych przed wyczerpaniem i zanieczyszczeniem.
grubość pokrywy lodowej – patrz: zjawiska lodowe.
Grubość pokrywy śnieżnej – patrz: pokrywa śnieżna.
Grubość śniegu świeżo spadłego – patrz: pokrywa śnieżna.
Horyzont prognozy (okres wyprzedzenia) – przedział czasu, którego dotyczy prognoza. Ze względu na długość tego przedziału wyróżnia się prognozy krótkoterminowe (do 48 godzin), średnioterminowe (48 godzin – 7 dni) i długoterminowe (ponad 7 dni; zalicza się tu także prognozy miesięczne i sezonowe).
Hydrogram – wykres przebiegu w czasie zmian stanów wody lub przepływów.
Hydrologia – (i) nauka o wodach powierzchniowych i podziemnych na Ziemi, ich występowaniu i krążeniu, biologicznych, chemicznych i fizycznych właściwościach oraz związku ze środowiskiem; (ii) nauka zajmująca się procesami rządzącymi zmiennością lądowych zasobów wodnych i badająca różne fazy cyklu hydrologicznego.
Kra – patrz: zjawiska lodowe.
Kulminacja wezbrania – najwyższy stan (przepływ) wody w rzece w czasie wezbrania.
Lód brzegowy – patrz: zjawiska lodowe.
Łata wodowskazowa – wyskalowana listwa używana do pomiaru stanu wody w korycie cieku, zbiorniku, jeziorze oraz do pomiaru poziomu wody w morzu.
Model – schematyczna forma odzwierciedlenia obiektu, procesu lub systemu (obiekt „imitujący” inny obiekt np. zlewnię). W hydrologii do opisu obiegu wody w zlewni rzecznej najczęściej stosowane są modele matematyczne, będące zbiorem równań matematycznych oraz relacji logicznych wiążących równania matematyczne, służących opisowi wyróżnionych cech badanego obiektu, procesu lub systemu.
Model hydrodynamiczny – model matematyczny opisujący ruch wody równaniami opartymi o fizykę procesu.
Model hydrologiczny – model cyklu hydrologicznego lub jego części, jak również model odcinka rzeki lub kanału otwartego, opisujący ruch masy wody w sposób uproszczony (na podstawie równania ciągłości przepływu).
Model opad–odpływ –hydrologiczny model matematyczny opisujący zależność między opadem a odpływem ze zlewni.
Model prognostyczny – model hydrologiczny lub hydrodynamiczny, uruchamiany cyklicznie, zwykle wykorzystujący prognozowane dane wejściowe, wyposażony w procedurę korekty prognozy.
Monitor IMGW-PIB – aplikacja służąca do prezentowania i wizualizacji danych, informacji meteorologicznych, hydrologicznych i innych produktów IMGW-PIB opracowywanych w trybie operacyjnym oraz udostępniania ich przez IMGW-PIB podmiotom zewnętrznym odpowiedzialnym m.in. za zarządzanie kryzysowe. Dostęp do Monitora IMGW-PIB odbywa się poprzez przeglądarkę internetową; wymaga od użytkownika loginu i hasła.
Monitoring – ciągłe lub cykliczne pomiary wybranych parametrów fizycznych, chemicznych czy biologicznych środowiska naturalnego. Celem monitoringu jest ocena zmian zachodzących w środowisku.
Niżówka hydrologiczna – okres występowania niskich stanów wody lub przepływów wywołanych ograniczonym zasilaniem koryta. Zjawisko to identyfikuje się najczęściej na podstawie umownie przyjmowanego przepływu granicznego. Jest to więc okres, w którym przepływy są niższe od przyjętej wartości progowej. Zjawisko niżówki jest wykorzystywane jako wskaźnik suszy hydrologicznej.
Obserwacja hydrologiczna –bezpośredni pomiar albo oszacowanie jednego lub więcej elementów hydrologicznych, takich jak: stan wody, przepływ, temperatura wody, grubość pokrywy śnieżnej, zjawiska lodowe, wykonywane przez obserwatora.
Odpływ – objętość wody wyrażana zwykle w m³, która odpływa przez profil cieku z określonej zlewni w określonym czasie.
Odpływ jednostkowy – przedstawia objętość wody odpływającej w jednostce czasu z jednostki powierzchni badanej zlewni, wyrażoną w m3/s·km2 lub w l/s·km2 powierzchni (q = Q/A). Miara ta służy do porównania ilości wody odpływającej ze zlewni różniących się powierzchnią.
Opad intensywny –zanotowany w ostatnich 6 godzinach opad deszczu o intensywności odpowiadającej przynajmniej silnemu deszczowi w 12-stopniowej przyjętej skali dla deszczu (numer skali 1 lub wyższy).
Osłona hydrologiczna – zespół czynności polegających na wykonywaniu i udostępnianiu prognoz hydrologicznych, mających na celu informowanie społeczeństwa i administracji publicznej o zjawiskach hydrologicznych, a także ostrzeganie przed nimi.
Państwowa Służba Hydrologiczno-Meteorologiczna (PSHM) – wykonuje zadania państwa w zakresie osłony hydrologicznej i meteorologicznej społeczeństwa, środowiska, dziedzictwa kulturowego i gospodarki, w tym rozpoznawania zagrożeń niebezpiecznymi zjawiskami zachodzącymi w atmosferze i hydrosferze, a także na potrzeby rozpoznawania i kształtowania oraz ochrony zasobów wodnych kraju; w Polsce PSHM pełni IMGW-PIB.
Płaty (śniegu) – patrz: pokrywa śnieżna.
Pokrywa lodowa – patrz: zjawiska lodowe.
Pokrywa śnieżna – śnieg leżący na powierzchni gruntu. Obserwacje pokrywy śnieżnej wykonywane są codziennie rano i obejmują ocenę wielkości pokrycia terenu śniegiem (teren widoczny w otoczeniu miejsca obserwacji w promieniu kilkuset metrów od stacji należącej do sieci pomiarowo-obserwacyjnej PSHM) oraz pomiar grubości warstwy śniegu, wykonywany, gdy pokrycie terenu śniegiem jest całkowite lub gdy więcej niż jego połowa znajduje się pod śniegiem.
Ocena wielkości pokrycia terenu śniegiem:
1) ślad pokrywy śnieżnej – powierzchnia gruntu lekko przyprószona śniegiem;
2) całkowita pokrywa śnieżna – śnieg zalega na całej powierzchni gruntu;
3) pokrywa śnieżna z przerwami – więcej niż połowa terenu pokryta jest jeszcze śniegiem;
4) płaty śniegu – mniej niż połowa terenu pokryta jest jeszcze śniegiem.
Charakterystyka pokrywy śnieżnej:
1) grubość pokrywy śnieżnej [cm] – wysokość warstwy śniegu (średnia z minimum trzech pomiarów);
2) grubość śniegu świeżo spadłego [cm] – wysokość warstwy śniegu spadłego w ciągu 24 godzin, liczonych od godz. 6:01 UTC dnia poprzedniego do godz. 6:00 UTC dnia bieżącego;
3) równoważnik wodny śniegu [mm/cm] – wysokość warstwy wody, jaka by powstała po stopieniu pokrywy śnieżnej grubości 1 cm. Jest to stosunek gęstości śniegu do gęstości wody w tej samej temperaturze.
4) zapas wody [mm] – średnia wysokość warstwy wody w całkowitych milimetrach, zawartej w pokrywie śnieżnej.
Powódź – czasowe pokrycie przez wodę terenu, który w normalnych warunkach nie jest pokryty wodą, w szczególności wywołane przez wezbranie wody w ciekach naturalnych, zbiornikach wodnych, kanałach oraz od strony morza, z wyłączeniem przypadków pokrycia terenu wezbranymi wodami z systemów kanalizacyjnych.
Powódź błyskawiczna (powódź szybka, flash-flood) – szczególny przypadek powodzi o lokalnym zasięgu, bardzo szybkim przebiegu i krótkim czasie trwania (zwykle mniej niż 6 godzin), przeważnie wywołanej opadami deszczu o dużej wydajności, związanymi zazwyczaj ze zjawiskami konwekcyjnymi (burzowymi). Najczęściej występuje w obszarach o dużych nachyleniach terenu (w obszarach górskich) i/lub obszarach o wysokim odsetku powierzchni uszczelnionych (w obszarach zurbanizowanych, obszarach miejskich – powódź miejska, ang. urban flood); może być również wywołana awarią urządzeń hydrotechnicznych. Powszechnie stosowanymi w Polsce synonimami nazwy powódź błyskawiczna są określenia powódź szybka lub powódź gwałtowna.
Hydrological Forecast – informacja hydrologiczna zawierająca przewidywany przebieg zjawisk hydrologicznych na wskazanym obszarze, wyrażona w formie opisowej, graficznej lub liczbowej. Podaje charakterystyki zjawiska hydrologicznego, takie jak: stan wody, natężenie przepływu, objętość fali wezbrania i czas jej trwania, czas wystąpienia kulminacji w określonym miejscu, wielkość dopływu do zbiorników retencyjnych. Prognoza może być powiązana z informacją o istotnych elementach warunkujących prognozowane zjawisko hydrologiczne – o opadach (w przypadku zagrożenia powodziowego) lub ich długotrwałym braku (w przypadku zagrożenia suszą), sile i kierunku wiatru, zjawiskach lodowych, spadku lub wzroście temperatury powietrza w zimie, odpływie wody ze zbiorników oraz aktualnym ich napełnieniu.
Prognoza hydrologiczna krótkoterminowa – prognoza hydrologiczna dla odcinka czasu nie dłuższego niż 48 godzin, licząc od momentu początku prognozy.
Prognoza hydrologiczna miesięczna/sezonowa (długoterminowa) – prognoza hydrologiczna wydana dla okresu dłuższego niż 7 dni, np. prognoza miesięczna czy sezonowa.
Prognoza hydrologiczna średnioterminowa – prognoza hydrologiczna wydana na okres dłuższy niż 48 godzin, ale krótszy niż 7 dni.
Prognoza niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych (PNZH) – opracowywana codziennie informacja o możliwości wystąpienia w ciągu trzech kolejnych dni niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych, takich jak: gwałtowne wzrosty stanu wody, wezbranie z przekroczeniem stanów ostrzegawczych, wezbranie z przekroczeniem stanów alarmowych lub susza hydrologiczna. PNZH opracowywana jest do godziny 12:30 w normalnym stanie hydrologicznym i do godziny 13:30 w stanie zagrożenia lub alarmu hydrologicznego i prezentowana na platformach informacyjnych https://meteo.imgw.pl i https://monitor.imgw.pl.
Prognoza numeryczna (modelowa) – wynik numerycznego modelu hydrologicznego, hydraulicznego lub hydrodynamicznego bądź meteorologicznego, obejmujący zakres obliczeń w przyszłości.
Prognoza synoptyczna stanu wody – prognoza stanu wody opracowywana przez synoptyka hydrologa.
Prognoza zasięgu zwierciadła wody – zasięg przestrzenny aktualnej prognozy stanu wody od dnia bieżącego na kolejne co najmniej trzy doby, w kroku godzinowym. Jest opracowywana na podstawie wyników obliczeń modelu hydrodynamicznego IMGW HD z wykorzystaniem aktualnych obserwacji, prognoz hydrologicznych i meteorologicznych oraz dostępnych danych o geometrii koryta i doliny zalewowej.
Przekrój wodowskazowy – przekrój poprzeczny koryta rzeki i terenu zalewowego w miejscu zainstalowania stacji wodowskazowej wyposażonej w łatę wodowskazową lub czujnik (czujniki) stanu wody.
Przepływ – objętość wody przepływającej przez przekrój poprzeczny koryta rzeki w jednostce czasu, wyrażany w m³/s.
Przepływ operacyjny – przepływ określony na podstawie stanu operacyjnego, aktualnej krzywej natężenia przepływu oraz współczynników redukcji związanych m.in. z zarastaniem i zjawiskami lodowymi, poddany wstępnej weryfikacji. Może ulec zmianie w wyniku ostatecznej weryfikacji w procesie przygotowywania zasobu centralnej bazy danych historycznych IMGW-PIB oraz rocznika hydrologicznego.
Przepływy charakterystyczne – wartości przepływu, charakteryzujące przebieg natężenia przepływu w przekroju wodowskazowym (mogą być podane w jednostkach przepływu lub odniesione do powierzchni zlewni – jako odpływy jednostkowe). Przepływy stanowiące wybrane wartości średnie i ekstremalne poszczególnych miesięcy, półroczy i lat hydrologicznych nazywa się przepływami głównymi miesięcznymi, półrocznymi i rocznymi pierwszego rzędu. Na podstawie charakterystycznych przepływów rocznych można wyznaczyć przepływy główne drugiego rzędu, tj. przepływy charakterystyczne wielolecia.
Do przepływów charakterystycznych należą:
1) WQ – najwyższy przepływ roczny;
2) SQ – przepływ średni roczny;
3) NQ – najniższy przepływ roczny;
4) WWQ – najwyższy przepływ z wielolecia;
5) SWQ – średnia z najwyższych przepływów rocznych;
6) SSQ – średnia z przepływów średnich rocznych;
7) SNQ – średnia z najniższych przepływów rocznych;
8) NNQ – najniższy przepływ z wielolecia.
Reżim (ustrój) rzeczny – ustalony na podstawie wieloletnich obserwacji przebieg (rytm) zasilania rzeki, stanów jej wody, przepływów itd., zależny od klimatu, ukształtowania powierzchni, budowy geologicznej zlewni i pokrycia terenu, w wielu przypadkach przekształcany antropogenicznie.
Rok hydrologiczny – w Polsce okres 12 miesięcy liczony od dnia 1 listopada (00:00 UTC) do 31 października (23:59 UTC). Dzielimy go na półrocze zimowe (do 30 kwietnia) i letnie (od 1 maja).
Rzędna zera wodowskazu – wysokość punktu zerowego wodowskazu określona niwelacyjnie w stosunku do poziomu odniesienia (w obowiązującym układzie wysokościowym).
Rzędna zwierciadła wody – bezwzględna wysokość zwierciadła wody w obowiązującym układzie wysokościowym (na stacjach wodowskazowych obliczana jako suma rzędnej zera wodowskazu i stanu wody w metrach n.p.m.).
Sejsza – falowanie powierzchni jeziora lub innych zamkniętych zbiorników, spowodowane trzęsieniem ziemi, wiatrem lub zmianami ciśnienia atmosferycznego. Sejsza ma długość w przybliżeniu równą długości zbiornika, wysokość rzędu kilku cm lub m, okres zależnie od wielkości zbiornika kilku min. lub godz.
Sieć pomiarowo-obserwacyjna PSHM – sieć punktów pomiarowych, meteorologicznych i hydrologicznych rozmieszczonych na terenie całego kraju, w których wykonywane są pomiary i obserwacje wg określonych standardów. Sieć pomiarowo-obserwacyjną PSHM tworzą:
1) stacje hydrologiczno-meteorologiczne i stacje hydrologiczne:
a) synoptyczne,
b) klimatologiczne,
c) opadowe,
d) wodowskazowe;
2) stacje pomiarów aerologicznych;
3) stacje radarów meteorologicznych;
4) stacje lokalizacji wyładowań atmosferycznych;
5) stacje odbioru danych z satelitów meteorologicznych.
6) stacje badawcze parowania,
7) Stacja Badań Śniegu i Lawin.
Stacja pomiarowo-obserwacyjna –miejsce, gdzie prowadzone są obserwacje i pomiary hydrologiczne lub meteorologiczne w sposób manualny (obserwator) bądź automatyczny.
Stan wody – położenie zwierciadła wody w danym przekroju wodowskazowym ponad przyjęty umownie poziom odniesienia zwany zerem wodowskazu. Jest to wielkość względna informująca o napełnieniu koryta, podawana w cm; nie należy jej mylić z głębokością koryta.
Stan wody operacyjny – stan wody pochodzący z dostępnych źródeł danych sieci pomiarowo-obserwacyjnej PSHM poddany wstępnej weryfikacji, mogący ulec zmianie w wyniku ostatecznej weryfikacji w procesie przygotowywania zasobu centralnej bazy danych historycznych IMGW-PIB oraz rocznika hydrologicznego.
Stany charakterystyczne – wartości stanów wody, charakteryzujące przebieg stanów w przekroju wodowskazowym. Stany wody określające wybrane wartości średnie i ekstremalne poszczególnych miesięcy, półroczy i lat hydrologicznych nazywa się stanami wody głównymi miesięcznymi, półrocznymi i rocznymi pierwszego rzędu. Na podstawie charakterystycznych stanów wody rocznych można wyznaczyć stany wody główne drugiego stopnia, tj. stany charakterystyczne z wielolecia.
Do stanów charakterystycznych należą:
1) WWW (wysoka wielka woda) – najwyższa wartość stanu wody w przyjętym wieloleciu;
2) WW (wysoka woda) – maksymalna wartość stanu wody w okresie krótszym niż wielolecie (zwykle miesiąc, półrocze hydrologiczne, rok hydrologiczny);
3) SWW (średnia wysoka woda) – średnia arytmetyczna z maksymalnych wartości stanów wody I stopnia w przyjętym wieloleciu;
4) SW (średnia woda) – średnia arytmetyczna wartość stanu wody w przyjętym okresie krótszym niż wielolecie (zwykle miesiąc, półrocze hydrologiczne, rok hydrologiczny);
5) SSW (średnia średnia woda) – średnia arytmetyczna ze średnich wartości stanów wody I stopnia w przyjętym wieloleciu;
6) SNW (średnia niska woda) – średnia arytmetyczna z minimalnych stanów wody I stopnia w przyjętym wieloleciu;
7) NW (niska woda) – minimalna wartość stanu wody w przyjętym okresie krótszym niż wielolecie (zwykle miesiąc, półrocze hydrologiczne, rok hydrologiczny);
8) NNW (najniższa niska woda) – najniższa wartość stanu wody w przyjętym wieloleciu.
Strefy stanów wody – strefa stanów: wysokich, średnich, niskich, poniżej minimum okresowego.
Susza – zjawisko o charakterze naturalnym i rozwijającym się, związane z ograniczoną dostępnością wody. Wyróżnia się następujące fazy: susza meteorologiczna (atmosferyczna), susza glebowa (rolnicza), susza hydrologiczna, niżówka hydrogeologiczna.
Susza hydrologiczna – jedna z faz procesu rozwoju suszy. Okres, w którym dochodzi do obniżenia zasilania wód powierzchniowych i podziemnych. Objawia się niskimi wielkościami przepływu w rzekach, obniżeniem zwierciadła wody w jeziorach.
Synoptyk hydrolog – pracownik IMGW-PIB posiadający uprawnienia synoptyczne do wydawania prognoz oraz ostrzeżeń hydrologicznych.
Teren zalewowy – część doliny rzecznej zalewana czasowo przez wodę, gdy przepływ rzeki podczas wezbrania przekracza pojemność koryta.
Ujście rzeki – profil, w którym rzeka osiąga odbiornik końcowy.
UTC – (ang. Universal Time Coordinated)uniwersalny czas koordynowany. Czas stosowany w bazach hydrologicznych i meteorologicznych IMGW-PIB. W Polsce, aby przeliczyć czas UTC na czas urzędowy w czasie letnim, należy do czasu UTC dodać dwie godziny, a w czasie zimowym – jedną godzinę.
Wezbranie – zjawisko hydrologiczne, podczas którego przepływ i/lub stan wody utrzymują się powyżej przyjętej wartości granicznej spowodowane zwiększonym zasilaniem lub podpiętrzeniem zwierciadła wody wskutek utrudnionego przepływu. W przebiegu wezbrania wyróżnia się fazę wznoszenia, kulminację i fazę opadania. Zależnie od genezy dzieli się je na: opadowe (wywołane opadami nawalnymi lub rozlewnymi), roztopowe (wywołane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej), zimowe, związane z rozwojem zjawisk lodowych (śryżowe, zatorowe i lodowe) oraz sztormowe.
Zapas wody – patrz: pokrywa śnieżna.
Zator lodowy – patrz: zjawiska lodowe.
Zator śryżowy – patrz: zjawiska lodowe.
Zero wodowskazu – poziom usytuowania początku skali, względem którego mierzony jest stan wody.
Zjawiska lodowe – formy zlodzenia rzeki określane na podstawie ich wyglądu. Obserwacjom form zlodzenia towarzyszą obserwacje natężenia ich przebiegu (patrz: procent zjawiska zlodzenia, grubość pokrywy lodowej). Dla każdej fazy rozwoju zjawisk lodowych charakterystyczne są inne formy zlodzenia:
1) Faza zamarzania (tworzenia się pokrywy lodowej):
a) śryż – lód o gąbczastej strukturze, tworzy się w masie wody i wypływa na powierzchnię;
b) lód brzegowy – lód powierzchniowy, który zaczyna tworzyć się przy brzegach i w miarę postępu zlodzenia rozwija się ku środkowi rzeki;
c) lepa – śnieg nasączony i zmieszany z wodą, występujący na powierzchni wody i lodu, także w postaci lepkiej masy pływającej w wodzie, szczególnie po obfitych opadach śniegu;
d) lód denny – gąbczasta i szara masa lodu zakotwiczona do dna, zatopionych zarośli, konstrukcji metalowych; szare zabarwienie lodu dennego jest spowodowana materiałem dennym; po osiągnięciu dużej objętości wypływa na powierzchnię łącząc się ze śryżem i lepą.
2) Faza trwałej pokrywy lodowej:
a) pokrywa lodowa – nieruchoma powłoka lodowa o gładkiej lub nierównej powierzchni, pokrywająca zwierciadło wody w rzece na całej jej szerokości;
b) woda na lodzie – woda na pokrywie lodowej, która może pochodzić z topnienia śniegu leżącego na pokrywie lodowej, ze spływu wód roztopowych bądź wypływać spod pokrywy lodowej.
3) Faza ruszenia i spływu lodu:
a) kra – części popękanej pokrywy lodowej unoszone z prądem rzeki;
b) zator – nagromadzenie kry (zator lodowy) lub śryżu (zator śryżowy), powodujące zmniejszenie szerokości przekroju poprzecznego koryta przewodzącego wodę i związane z tym spiętrzenie wody; linia lub strefa, od której rozpoczyna się formowanie zatoru, wskazywane jest jako lokalizacja czoła zatoru.
Przemieszczenie się śryżu, lepy (w fazie zamarzania) lub kry (w fazie ruszenia i spływu lodu) nazywane jest pochodem.
Charakterystyka zjawiska lodowego:
1) procent zjawiska zlodzenia – stopień pokrycia rzeki obserwowaną formą zlodzenia w danym profilu;
2) grubość pokrywy lodowej – miąższość stałej pokrywy lodowej, mierzona zwykle w jednej przerębli, w profilu wodowskazowym na środku rzeki za pomocą łaty z zaczepem; pomiaru dokonuje się co 5 dni licząc od początku miesiąca oraz ostatniego dnia tego miesiąca.
Zjawiska zarastania roślinnością wodną – naturalne zjawisko występujące w obrębie koryt rzecznych, mające wpływ na przebieg stanów wody i warunki przepływu.
Zjawisko hydrologiczne – przejaw procesów i zjawisk fizycznych zachodzących w hydrosferze, wywołany czynnikami naturalnymi bądź antropogenicznymi; do niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych zalicza się np. gwałtowny wzrost stanu wody, powódź, suszę.
Zlewnia – podstawowa jednostka hydrograficzna obejmująca fragment terenu, z którego wody spływają do jednego wspólnego odbiornika. Ze względu na formę odpływu wyróżniamy zlewnię powierzchniową (topograficzną) i podziemną.
POJĘCIA STOSOWANE W OSŁONIE HYDROLOGICZNEJ MORZA I STREFY BRZEGOWEJ
Biuletyn lodowy – zakodowane wg Bałtyckiego Klucza Lodowego informacje dotyczące zjawisk lodo-wych, portów, terenów wodnych, wybranych obszarów przybrzeżnych i odcinków tras morskich w poszczególnych rejonach obserwacyjnych Morza Bałtyckiego i najbliższych wodach Morza Północnego, restrykcje nawigacyjne oraz informacje o pracy lodołamaczy niezbędne dla żeglugi.
Cofka wiatrowa –podwyższenie lustra wody postępujące w górę biegu cieku wodnego, powstające wskutek, wymuszonego silnym wiatrem, podnoszenia się stanu wody zbiornika lub morza.
Mapa zlodzenia – graficzny obraz występowania lodu, zawierający informacje o zasięgu zlodzenia, rodzaju i grubości lodu.
Mareograf –przyrząd rejestrujący, w sposób ciągły, wahania poziomu morza i zapisujący je na wyskalowanym pasku papieru.
Morska prognoza hydrologiczna – opis przewidywanych warunków hydrologicznych na morzu (poziom morza) i w strefie brzegowej w danym okresie i obszarze.
Morskie wody wewnętrzne – morskimi wodami wewnętrznymi Rzeczypospolitej Polskiej są:
1) część Jeziora Nowowarpieńskiego i część Zalewu Szczecińskiego wraz ze Świną i Dziwną oraz Zalewem Kamieńskim, znajdująca się na wschód od granicy państwowej między Rzecząpospolitą Polską a Republiką Federalną Niemiec, oraz rzeka Odra pomiędzy Zalewem Szczecińskim a wodami portu Szczecin;
2) część Zatoki Gdańskiej zamknięta linią podstawową morza terytorialnego;
3) część Zalewu Wiślanego, znajdująca się na południowy zachód od granicy państwowej między Rzecząpospolitą Polską a Federacją Rosyjską na tym Zalewie;
4) wody portów określone od strony morza linią łączącą najdalej wysunięte w morze stałe urządzenia portowe stanowiące integralną część systemu portowego;
5) wody znajdujące się pomiędzy linią brzegu morskiego ustaloną zgodnie z przepisami ustawy z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne a linią podstawową morza terytorialnego.
Morze terytorialne – morzem terytorialnym Rzeczypospolitej Polskiej jest obszar wód morskich o szerokości 12 mil morskich (22 224 m), liczonych od linii podstawowej tego morza. Linię podstawową morza terytorialnego, zwaną dalej „linią podstawową”, stanowi linia łącząca odpowiednie punkty wyznaczające najniższy stan wody wzdłuż wybrzeża albo inne punkty wyznaczone zgodnie z zasadami określonymi w Konwencji Narodów Zjednoczonych o prawie morza, sporządzonej w Montego Bay dnia 10 grudnia 1982 r. (Dz.U. z 2002 r., poz. 543).
Napełnienie Bałtyku – jednowymiarowy parametr opracowany w latach 70. przez J. Malińskiego, reprezentujący hipotetyczny poziom morza w warunku brzegowym, tzn. poziom, do którego dążyłyby poziomy wzdłuż wybrzeża w przypadku braku innych sił generujących ruch wody.
Niebezpiecznie niski poziom morza/negatywne” wezbranie sztormowe – znaczne obniżenie poziomów wody wzdłuż wybrzeża spowodowane silnymi odlądowymi wiatrami (w przypadku wybrzeża polskiego z kierunków południowych). Stanowi istotne utrudnienie dla żeglugi.
Obszary morskie Rzeczypospolitej Polskiej – zwane „polskimi obszarami morskimi”, stanowią:
1) morskie wody wewnętrzne;
2) morze terytorialne;
3) strefa przyległa;
4) wyłączna strefa ekonomiczna.
Pas nadbrzeżny – obszar lądowy przyległy do linii brzegu morskiego i przebiegający wzdłuż wybrzeża morskiego. W skład pasa nadbrzeżnego wchodzą:
1) pas techniczny – stanowiący strefę wzajemnego bezpośredniego oddziaływania morza i lądu; jest on obszarem przeznaczonym do utrzymania brzegu w stanie zgodnym z wymogami bezpieczeństwa i ochrony środowiska;
2) pas ochronny – obejmujący obszar, w którym działalność człowieka wywiera bezpośredni wpływ na stan pasa technicznego.
Prognoza zlodzenia – przewidywanie tworzenia się lub zanikania zjawisk lodowych; określenie czasu i obszaru ich wystąpienia.
Siła wiatru – siła jaką wywiera wiatr na powierzchnię przedmiotu prostopadłą do kierunku wiatru. Określamy ją, podając jedną wartość lub przedział wartości. Zakres przedziału nie może przekraczać 3 B. Kolejność wartości w przedziale jest jednocześnie informacją o tendencji zmian siły wiatru:
1) od wartości najmniejszej do największej – wahania wartości w zakresie przedziału;
2) od wartości największej do najmniejszej – słabnięcie siły wiatru;
3) jeśli zmiana siły wiatru przekracza 3 B. należy słownie opisać tendencję zmian.
Skala Beauforta – 13-stopniowa skala, używana w prognozach morskich dla określania siły wiatru. Opracowana w 1808 roku przez admirała Beauforta, później modyfikowana. Podziału siły wiatru dokonano umownie, ze względu na skutki jego oddziaływania na powierzchnię morza i obiekty na lądzie.
Strefa przyległa –strefa przyległa do morza terytorialnego Rzeczypospolitej Polskiej, której zewnętrzna granica jest oddalona nie więcej niż 24 mile morskie od linii podstawowej.
Stan morza –stan powierzchni wody zależny od wysokości falowania; wygląd morza określany na podstawie 10-stopniowej skali stanów morza.
Sztorm – silny porywisty wiatr o sile nie mniejszej niż 8 w skali B; towarzyszy mu silne falowanie powierzchni wody; może mu towarzyszyć także silny deszcz znacznie ograniczający widzialność.
Wezbranie sztormowe – gwałtowny wzrost poziomu morza powyżej poziomu, który byłby zaobserwowany w tym samym miejscu i czasie, gdyby nie wystąpiły silne wiatry dolądowe (tzw. sytuacja bezgradientowa). W polskiej strefie brzegowej za wezbranie sztormowe uważa się każdą sytuację hydrologiczną, podczas której poziomy morza osiągnęły lub przekroczyły na stacjach 570 cm, tzn. osiągnięty lub przekroczony o 70 cm średni poziom morza.
Wysokość fali –pionowa odległość pomiędzy doliną a wierzchołkiem fali.
Wysokość fali znacznej –średnia wysokość 1/3 amplitudy największych fal, występujących w grupie fal obserwowanych w określonym czasie w danym miejscu.
POJĘCIA STOSOWANE W OSTRZEŻENIACH HYDROLOGICZNYCH
Gwałtowny wzrost stanu wody – przybór wody w korycie, który może powodować lub powoduje stan zagrożenia hydrologicznego. W zależności od reżimu rzeki może być nagły i pojawiać się w ciągu kilkudziesięciu minut lub kilku, kilkunastu godzin do kilkudziesięciu godzin).
Normalny stan hydrologiczny – to stan, w którym nie jest prognozowane wystąpienie stanu zagrożenia hydrologicznego lub stanu alarmu hydrologicznego oraz nie występuje żaden z tych stanów.
Ostrzeżenie hydrologiczne – informacja hydrologiczna opracowana przez synoptyka hydrologa na temat wystąpienia lub możliwości wystąpienia niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych, przekazywana do właściwych organów administracji publicznej. Ostrzeżenia hydrologiczne dla wezbrań wydaje się w skali 3-stopniowej, dla suszy hydrologicznej bez stopnia zagrożenia.
Stan alarmowy – umowny stan wody, który odpowiada napełnieniu koryta rzeki lub doliny rzecznej stanowiącemu zagrożenie dla infrastruktury i zabudowań, a także dla życia i zdrowia ludzi.
Stan alarmu hydrologicznego – wynika z prognozowania wystąpienia albo z wystąpienia przekroczenia stanu alarmowego z tendencją wzrostową na wodowskazach w co najmniej jednej zlewni monitorowanej przez sieć pomiarowo-obserwacyjną państwowej służby hydrologiczno-meteorologicznej.
Stan ostrzegawczy – umowny stan wody, który układa się poniżej stanu alarmowego, informujący o konieczności podjęcia określonych działań.
Stan umowny – stan wody wyznaczony w postępowaniu o charakterze administracyjnym, z udziałem pracowników IMGW-PIB i przedstawicieli organów administracji samorządowej i rządowej, uwzględniającym potrzeby służb i administracji w zakresie planowania oraz ostrzegania i alarmowania, opartym na analizie i przetwarzaniu dostępnych danych i informacji hydrologicznych, fizyczno-geograficznych oraz dokumentów. W Polsce stanami umownymi są stan ostrzegawczy i stan alarmowy.
Stan zagrożenia hydrologicznego – wystąpienie co najmniej jednej z następujących sytuacji:
1) przekroczenia stanów ostrzegawczych z tendencją wzrostową na wodowskazach w co najmniej jednej zlewni monitorowanej przez sieć pomiarowo-obserwacyjną państwowej służby hydrologiczno-meteorologicznej albo możliwość osiągnięcia lub niewielkiego przekroczenia stanów alarmowych;
2) gwałtowne wzrosty poziomów wody;
3) susza hydrologiczna wynikająca z wystąpienia zmniejszenia odpływu wód podziemnych do wód powierzchniowych i w efekcie zmniejszenia przepływu w rzekach co najmniej trzech sąsiadujących zlewniach monitorowanych przez sieć pomiarowo-obserwacyjną PSHM, poniżej stanu odpowiadającego średniemu niskiemu przepływowi z wielolecia.
Stopień ostrzeżenia hydrologicznego – odnosi się do natężenia występującego lub prognozowanego zjawiska hydrologicznego. 3-stopniowa, rosnąca skala, określająca stan zagrożenia zjawiskami hydrologicznymi w sytuacji wezbrań oraz bezstopniowo w sytuacji zagrożenia suszą hydrologiczną:
POJĘCIA STOSOWANE W HYDROLOGII W ODNIESIENIU DO ZARZĄDZANIA RYZYKIEM
Obszar zagrożenia powodziowego – obszar, na którym istnieje możliwość wystąpienia powodzi o określonym prawdopodobieństwie lub powodzi w wyniku zdarzenia ekstremalnego, przedstawiony na mapach zagrożenia powodziowego. Szczegółowo obszary przedstawiane na mapach zagrożenia powodziowego określa ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne.
Obszar szczególnego zagrożenia powodzią – obszar zagrożenia powodziowego uwzględniany w dokumentach planistycznych zagospodarowania przestrzennego. Szczegółowo obszary szczególnego zagrożenia powodzią określa ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne.
Ryzyko – iloczyn prawdopodobieństwa wystąpienia zjawiska i jego negatywnych konsekwencji.
Zagrożenie – możliwość wystąpienia na danym terenie zjawiska (powodzi, suszy) powodującego określone skutki dla funkcjonowania społeczeństwa, gospodarki i środowiska naturalnego, z uwzględnieniem charakterystyki ww. zjawiska (np. zasięg, czas trwania, intensywność, okres powtarzalności itp.).
Zarządzanie ryzykiem – sposób podejścia do przeciwdziałania skutkom katastrof naturalnych (w tym powodzi i suszy); obejmuje całokształt działań ukierunkowanych na ograniczenie negatywnych skutków, z uwzględnieniem przede wszystkim planowania, monitorowania/ostrzegania, reagowania i odbudowy.