KIEROWNIK PROJEKTU / prof. dr hab. Zbigniew Ustrnul 

Zasadniczym celem projektu, zakończonego w 2023 r., było określenie bezpośrednich przyczyn oraz skutków różnych zjawisk i zdarzeń zachodzących w atmosferze w kontekście zmian klimatycznych i współczesnego ocieplenia klimatu. W trakcie realizacji poszczególnych zadań wykorzystano różnego rodzaju dane standardowe oraz metody badawcze i narzędzia do wizualizacji wyników. Dokonano oceny stanu klimatu Polski w kolejnych latach i sezonach na tle serii wieloletnich. Ważnym aspektem projektu było wypracowanie wytycznych o charakterze adaptacyjnym i mitygacyjnym do obserwowanych zmian pogodowo-klimatycznych. Wnioski wypływające z poszczególnych badań mogą być wykorzystane w bieżącym zarządzaniu środowiskiem. 

Średnie sezonowe wartości całkowitej zawartości NO₂ w kolumnie troposfery, wyznaczone z danych TROPOMI dla okresu maj 2018 – kwiecień 2023. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr hab. inż. Tamara Zalewska 

Na podstawie wieloletnich obserwacji oraz danych historycznych i pochodzących z reanaliz przeprowadzono analizę zmian zarówno warunków meteorologicznych, jak i tych zachodzących w środowisku morskim. W badaniach uwzględniono następujące parametry fizykochemiczne: temperatura wody, zasolenie, równowaga kwasowo-zasadowa, stężenia substancji biogenicznych i tlenu oraz charakterystyki hydrologiczne i hydrodynamiczne obszarów morskich, tj. falowanie, poziom morza, zlodzenie, wezbrania sztormowe. 

W pracach bazowano na wieloletnich seriach danych (1955-2019), a analizy wykonano z wykorzystaniem narzędzi statystycznych oraz modeli uczenia maszynowego, które pozwoliły na prześledzenie wieloletnich trendów zmian wybranych parametrów oraz wykazanie ich wzajemnych powiązań. Wykazano jednoznaczny wzrost temperatury wody morskiej, średnio o 0,6 st. Celsjusza, i podnoszenie się poziomu morza – średnio o 1,8 cm na dekadę. Badania poziomów zasolenia wód morskich oraz zmiany w zakresie poziomów substancji biogennych wykazały jednoznaczny wpływ wzrostu temperatury wody na wydłużenie okresu wegetacyjnego i wzrost produkcji pierwotnej, co znalazło odzwierciedlenie we wzroście stężeń azotu całkowitego oraz we wzroście pH wód powierzchniowych południowego Bałtyku. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr hab. inż. Tamara Tokarczyk, prof. IMGW PIB  

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnych narzędzi i produktów pozwalających na zapewnienie czasowej i kontekstowej informacji oraz wiedzy dotyczącej ekstremalnych zjawisk hydrometeorologicznych aktualnych i przyszłych, w odpowiedzi na wzrost ich intensywności i częstości występowania w obliczu zmiany klimatu. 

Wśród najważniejszych osiągnięć projektowych należy wymienić opracowanie modelu propagacji suszy, obejmującego ocenę zmienności czasowej i przestrzennej warunków wilgotnościowych oraz identyfikację charakterystycznych, powtarzających się wzorców w systemie hydroklimatycznym. Badania przeprowadzono dla ponad 420 zlewni na obszarze Polski. Podstawą opracowania modelu były analizy susz historycznych w wieloleciu 1975-2020, dla których zidentyfikowano atmosferyczną i hydrologiczną fazę suszy oraz wyznaczono parametry susz w poszczególnych fazach: czas trwania, intensywność, surowość, czas narastania i zanikania.  

W ramach projektu opracowano również 17 miar reżimu hydrologicznego dla 161 wodowskazów w wieloleciu 1951-2020. Następnie dla wszystkich miar zostały obliczony multimetriks zmiany reżimu hydrologicznego, który został sklasyfikowany 5 klasach ryzyka. Dominującą klasę stanowi klasa IV (31%) i III (27%), co świadczy o wysokim i średnim ryzku odziaływania w zakresie zmian reżimu hydrologicznego. Bardzo duże ryzyko oddziaływania presji występuje  

na górnej i środkowej Odrze i jej dopływach oraz na dopływach Wisły w tym np.: San, Wieprz, Pilica, Bug i Narew. Warunki niezakłócone lub o niskim ryzyku odziaływania występują na rzekach przymorza oraz górnej Wiśle i jej dopływach. 

KIEROWNIK PROJEKTU / prof. dr hab. inż. Tomasz Walczykiewicz  

Projekt jest kontynuacją realizowana w latach 2020-2022 tematu „Adaptacyjne planowanie i zarządzanie zasobami wodnymi w świetle zmiany klimatu”. Do najważniejszy osiągnięć uzyskanych w 2023 roku należą: 

• opracowanie modelu rozmytego do oceny zagrożenia i ryzyka związanego z utrzymaniem dobrej jakości wody w ujęciach wód powierzchniowych; 

• budowa sieci obserwacyjnej na terenie miejskiej części zlewni Rudawy, na której dwa razy w miesiącu, w 18 punktach, prowadzone są pomiary przewodności, temperatury, pH oraz stężenia tlenu; 

• opracowanie schematu wyznaczania i gospodarowanie stref brzegowych jezior, jako przestrzeni buforowych pomiędzy lądem i wodą, ograniczających negatywne wpływy ze zlewni bezpośredniej jeziora; 

• analiza zielonego śladu wodnego dla obszaru zlewni Widawy; 

• opracowanie zasad wskazywania jezior przydatnych do retencji jeziornej; 

• ocena wskaźnikowej potencjalnej retencji wraz z klasyfikacją potencjału retencyjnego JST gmin południowo-zachodniej Polski. 

Lokalizacja punktów pomiarowych na terenie miejskiego odcinka rzeki Rudawy. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr inż. Przemysław Baran 

Estymacja pola opadu z bardzo wysoką rozdzielczością jest kluczowym zagadnieniem dla określenia warunków początkowych nowcastingowych (ultra-krótkoterminowych) prognoz opadu, które z kolei stanowią podstawę do prognoz powodzi błyskawicznych w małych zlewniach górskich oraz zlewniach miejskich. Jest to zagadnienie o kluczowym znaczeniu dla osłony przeciwpowodziowej, gospodarki wodnej oraz zapewnieniu właściwego działania kanalizacji miejskiej.  

Głównym celem badań jest analiza możliwości wykorzystania metody KED do łączenia danych pomiarowych opadu uzyskanych różnymi technikami, przede wszystkim deszczomierzowych, radarowych i satelitarnych, a wkrótce także innych. Proponowana technika ma zastąpić stosowaną obecnie w systemie RainGRS metodę opartą na kombinacji warunkowej z uwzględnieniem jakości poszczególnych danych. 

W wyniku przeprowadzonych analiz udało się wytypować dwie ścieżki obliczeniowe, które do ustalenia pola opadu wykorzystują dane uzyskane z deszczomierzy oraz z produktów radarowych. W następnym kroku wspomniane ścieżki zostaną zweryfikowane metodami statystycznymi, co pozwoli wybrać właściwą. Po wykonaniu niezbędnych testów, projektowany algorytm łączenia zostanie wdrożony do systemu RainGRS, który jest systemem wykorzystywanym wewnątrz IMGW, a także komercyjnie na potrzeby instytucji zewnętrznych. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr hab. inż. Robert Banasiak, prof. IMGW-PIB 

W obszarze działań wspierających rozwój żeglugi śródlądowej przeprowadzono badania hydrologiczne i hydrauliczne pozwalające na lepszą diagnozę problemów rozwoju Odrzańskiej Drogi Wodnej oraz na poprawę prognozowania głębokości tranzytowych i prześwitów mostowych. W szczególności opracowano charakterystyki statystyczne dotyczące niżówek, ukazujące wciąż pogarszające się warunki nawigacyjne na Odrze swobodnie płynącej wynikające z niedoboru wody oraz przeprowadzono analizę wezbrań limitujących żeglugę. 

Rezultaty badań wesprą prace planistyczne i inwestycyjne oraz przyczynią się do niezbędnej aktualizacji ważnego parametru drogi wodnej, jakim jest stan Najwyższej Wody Żeglownej (WWŻ). 

Opracowane relacje dot. dynamiki hydrologicznej Odry, w tym bieżące wyznaczanie prześwitów sześciu newralgicznych mostów Odry skanalizowanej, mogą być przydatne we wsparciu logistyki transportu wodnego poprzez wydłużenie perspektywy prognozowania hydrologicznego ponad obecnie standardowe 1-3 dni. 

Wykres prześwitów mostowych dla roku mokrego (2020) przedstawia rozkład danych w kwartylach z wyróżnieniem średniej (x) mediany (linia pozioma) i wartości odstających. Pionowe linie („wąsy”) wskazują na zmienność poza kwartylem górnym i dolnym, a każdy punkt, który leży poza liniami, jest uznawany za wartość odstającą. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr inż. Mariusz Adynkiewicz-Piragas 

Identyfikatory opracowano na podstawie analizy statystycznej 3 grup deskryptorów zmian hydromorfologicznych w rzekach, tj.: fizjograficznych (20), hydrologicznych (11) i presji (4), oraz oceny stanu hydromorfologicznego na posterunkach wodowskazowych. Przy użyciu narzędzia uczenia maszynowego – regresji krokowej – zbudowano modele dla warunków niekontrolowanych i kontrolowanych, dla 3 wskaźników: różnorodności hydromorfologicznej (WRH), przekształceń hydromorfologicznych (WPH) oraz hydromorfologicznego indeksu rzecznego (HIR).  

Z przeprowadzonej walidacji wynika, że w przypadku braku informacji terenowych za pomocą zbudowanych modeli można oszacować potencjalny stan hydromorfologiczny rzeki. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr Michał Marosz 

Celem projektu jest budowa otwartego serwisu, pozwalającego na detekcję i weryfikację istotności statystycznej notowanych zmian wybranych charakterystyk meteorologicznych na obszarze Polski. 

Głównym zadaniem w projekcie jest rozwój portalu klimat.imgw.pl. Stanowi on przykład realizacji misji Instytutu w zakresie tzw. służby klimatologicznej (climate services), zapewniającej społeczeństwu łatwy dostęp do analiz dotyczących współczesnej zmienności klimatu Polski. Dodatkowo, wydawane są biuletyny miesięczne oraz roczne, odnoszące się do zmienności warunków klimatycznych Polski na tle wieloletnim. Analizy obejmują zarówno charakterystyki zmienności warunków termicznych i pluwialnych na stacjach synoptycznych na tle wielolecia 1991-2020 (tzw. okresu normalnego), jak również analizy probabilistyczne dla całego kraju, dotyczące wystąpienia ekstremalnych warunków meteorologicznych (temperatura powietrza, opad, prędkość wiatru). Analizowana jest również zmienność warunków termicznych i pluwialnych dla całego kraju z wykorzystaniem wartości średnich obszarowych. 

KIEROWNIK PROJEKTU / dr hab. inż. Tamara Zalewska 

Celem badań jest opracowanie uniwersalnego systemu narzędzi wiarygodnego prognozowania warunków falowych w obszarze Morza Batyckiego, zasilającego system ostrzegania przed zagrożeniami sztormowymi i ich skutkami. 

KIEROWNIK TEMATU / dr Grzegorz Urban 

Badania prowadzone w ramach projektu dotyczą oceny zmian wskaźników pokrywy śnieżnej w Sudetach Zachodnich w związku ze współczesną zmianą klimatu, z uwzględnieniem czynników cyrkulacyjnych, wysokości i pokrycia terenu.  

Dotychczasowe prace wykazały malejące tendencje w czasie zalegania i głębokości pokrywy śnieżnej w zmieniającym się klimacie, które w konsekwencji wpływają na ekwiwalent wodny pokrywy śnieżnej (SWE). Średnie i maksymalne sezonowe wartości oszacowanego ekwiwalentu (SWEi) w Sudetach Zachodnich wykazują ujemne tendencje. Ilość wody wnoszona do środowiska przez pokrywę śnieżną maleje. Wartości SWEi w lokalizacjach położonych na podobnych wysokościach są większe w stacjach o makro-ekspozycji południowej niż północnej. 

Uzyskane wyniki korespondują z rezultatami badań z innych obszarów górskich Europy i są wyraźnym symptomem ocieplenia klimatu, szczególnie intensywnego w ostatnich dekadach. 

KIEROWNIK PROJEKTU / prof. dr hab. Mariusz Figurski 

W 2009 r. Światowy Program Badań nad Klimatem (WCRP) ustanowił grupę zadaniową ds. regionalnego downscalingu klimatycznego, która powołała inicjatywę CORDEX w celu opracowania regionalnych projekcji zmiany klimatu dla wszystkich lądowych regionów świata na potrzeby raportów IPCC. EURO-CORDEX jest europejskim oddziałem inicjatywy i opracowuje wiązkowe symulacje klimatyczne oparte na wielu globalnych modelach klimatycznych. 

W 2022 r. prof. Mariusz Figurski oraz dr Adam Jaczewski z Centrum Modelowania Meteorologicznego we współpracy z Centrum Informatycznym TASK zgłosili swój udział w pracach EURO-CORDEX. Realizowane prace polegają na przeprowadzeniu symulacji modelami WRF, COSMO i ICON wymuszanymi wynikami z modelu globalnego. Zespół CMM IMGW-PIB uzyskał wyjątkową możliwość udziału w pracach EURO-CORDEX we współpracy z innymi instytutami naukowymi w Europie. Poza prestiżem, daje to możliwość wymiany doświadczeń i prowadzenie wspólnych prac badawczych w zakresie modelowania klimatycznego. To pierwsze wykorzystanie polskiej infrastruktury obliczeniowej w tak dużym zakresie na potrzeby modelowania klimatycznego. 

Przykładowe pole temperatury na 2 m z modelu globalnego (po lewej) i regionalnego (po prawej). 

KIEROWNIK PROJEKTU / prof. dr hab. Mariusz Figurski 

Wobec przemian gospodarczych i demograficznych, zanieczyszczenia środowiska i rosnącego zapotrzebowania na energię, wynikających po części z adaptacji do zmiany klimatu, transformacja energetyczna i przejście na źródła niskoemisyjne stają się jednym z kluczowych globalnych wyzwań. Przyjęte w ubiegłym roku porozumienie „Fit for 55” wyznacza państwom UE ambitny cel – osiągnięcie do 2030 r. udziału OZE na poziomie 42,5 proc. 

Rynek instalacji OZE w Polsce dynamicznie się rozwija, zwłaszcza w segmencie mikroinstalacji, co koresponduje z wytycznymi Komisji Europejskiej i przyjętymi planami działań, zmierzającymi do realizacji celów pakietu klimatycznego. W 2020 r. udział zielonej energii w miksie energetycznym w zużyciu brutto wyniósł w Polsce 16.1 proc., tym samym udało się wypełnić okresowy cel OZE ustalony dla kraju na poziomie powyżej 15 proc. Natomiast był on poniżej średniej UE (w 2020 r. – 22,1 proc.). Realnym wsparciem dla inwestorów mogą być prognozy uzysku mocy ze źródeł OZE, uwzględniające zmienność warunków meteorologicznych, prezentowane w Serwisie informacyjnym IMGW-PIB Centrum Modelowania Meteorologicznego w zakładce serwis oze. Projekt OZE realizowany jest przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy we współpracy z Politechniką Wrocławską. 

Wykorzystanie najnowszych technologii numerycznego modelowania pogody i analiz danych umożliwia opracowanie prognoz wydajności generacji mocy dla instalacji wiatrowych i fotowoltaicznych. Prezentowanie w Serwisie OZE dane mogą być wykorzystywane zarówno przez inwestorów, jak również każdego mieszkańca Polski, aby mógł on lepiej zarządzać zużyciem energii produkowanej we własnym gospodarstwie domowym.