Naukowcy z Wrocławia chcą szybciej przewidywać ulewy i tajfuny dzięki GNSS

Sygnały wykorzystywane na co dzień do nawigacji satelitarnej mogą pomóc dokładniej odczytywać to, co dzieje się w atmosferze. Zespół Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu połączy je z obserwacjami satelitarnymi, aby wcześniej wykrywać warunki sprzyjające ulewnym deszczom, burzom i tajfunom. Badania zostaną przeprowadzone na Tajwanie, gdzie naukowcy mają dostęp do wyjątkowo gęstej sieci pomiarowej. Jeśli metoda się sprawdzi, może w przyszłości wspierać ostrzeganie przed groźną pogodą także poza Azją.

• Wilgotność w najniższej warstwie atmosfery ma dostarczyć ważnych wskazówek
• Dane z satelitów i stacji naziemnych mają sprawdzać się nawzajem
• Tajwan zapewnia warunki do testowania prognoz ekstremalnej pogody

Wilgotność w najniższej warstwie atmosfery ma dostarczyć ważnych wskazówek

Atmosfera nie jest jednolita. Na różnych wysokościach zmieniają się temperatura, ciśnienie i ilość pary wodnej, a szczególne znaczenie dla rozwoju intensywnych zjawisk ma dolna troposfera.

Szczególnie interesuje nas wilgotność w dolnej troposferze, ponieważ to właśnie tam zachodzą procesy mające kluczowe znaczenie dla rozwoju wielu intensywnych zjawisk pogodowych.

Tak wyjaśnia dr inż. Estera Trzcina z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, kierowniczka projektu SWIM-GNSS.

Badacze chcą analizować, jak sygnały GNSS zmieniają się podczas przechodzenia przez kolejne warstwy atmosfery. Na tej podstawie można określać między innymi zawartość pary wodnej, a następnie dokładniej opisywać warunki poprzedzające gwałtowne opady czy burze.

Projekt wykorzysta dwa uzupełniające się sposoby obserwacji:

• radiookultację GNSS, czyli analizę sygnałów nawigacyjnych odbieranych przez satelitę znajdującego się na niskiej orbicie;
• naziemne obserwacje GNSS prowadzone za pomocą odbiorników rozmieszczonych na powierzchni Ziemi.

Pierwsza metoda pozwala odtworzyć strukturę atmosfery na różnych wysokościach, w tym informacje o temperaturze, ciśnieniu i wilgotności. Jej zaletą jest zasięg obejmujący także oceany, gdzie klasycznych stacji meteorologicznych jest niewiele. Ograniczeniem pozostaje możliwość występowania błędów w danych z najniższych partii atmosfery.

Dane z satelitów i stacji naziemnych mają sprawdzać się nawzajem

Drugie źródło informacji stanowić będą opóźnienia sygnałów docierających do naziemnych stacji GNSS. Dzięki tomografii troposferycznej naukowcy mogą na ich podstawie odtworzyć trójwymiarowy rozkład wilgotności.

Można więc powiedzieć, że jedna metoda będzie służyła do uzupełnienia i kontroli drugiej

– podkreśla dr inż. Trzcina.

W projekcie zostanie wykorzystany model tomografii troposferycznej TOMO2, rozwijany w Instytucie Geodezji i Geoinformatyki UPWr. Połączenie danych z orbity i powierzchni Ziemi ma ograniczyć słabości pojedynczej techniki pomiarowej. Dla prognoz oznacza to możliwość dokładniejszego rozpoznania sytuacji, w której szybko rośnie wilgotność i może dojść do rozwoju groźnych zjawisk.

Naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu pracują nad projektem wspólnie z zespołami z National Central University oraz National Taipei University. Polski zespół tworzą:

• dr inż. Estera Trzcina;
• prof. Witold Rohm;
• dr inż. Paweł Hordyniec.

Badacze z Wrocławia specjalizują się w naziemnych obserwacjach GNSS, tomografii troposferycznej i radiookultacji GNSS. Partnerzy z Tajwanu zajmują się między innymi radiookultacją, prognozowaniem pogody oraz wykorzystaniem obserwacji w numerycznych modelach atmosfery.

Tajwan zapewnia warunki do testowania prognoz ekstremalnej pogody

Obserwacje zostaną przeprowadzone na Tajwanie, który regularnie doświadcza intensywnych opadów, burz i tajfunów. Wyspa dysponuje także rozbudowaną infrastrukturą pomiarową. Działa tam ponad 200 naziemnych stacji GNSS, a naukowcy mają dostęp do licznych obserwacji radiookultacyjnych.

Dla takich badań naturalnym laboratorium jest Tajwan, bo region ten regularnie doświadcza intensywnych opadów, burz i tajfunów, a jednocześnie posiada niezwykle rozbudowaną infrastrukturę obserwacyjną.

Zespół wykorzysta również dane zebrane podczas międzynarodowej kampanii TAHOPE, czyli Taiwan-Area Heavy Rainfall Observation and Prediction Experiment. W ramach tych badań analizowano między innymi intensywne opady związane z frontami Mei-Yu, układy konwekcyjne oraz tajfuny przemieszczające się nad lądem.

Projekt jest współfinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach XIII konkursu polsko-tajwańskiego. Jeśli opracowane rozwiązanie okaże się skuteczne, dokładniejsze dane o wilgotności w atmosferze mogą w przyszłości wspierać wcześniejsze ostrzeganie przed zjawiskami zagrażającymi ludziom – nie tylko na Tajwanie, ale także w innych regionach korzystających z podobnych systemów obserwacji.

na podstawie: Urząd Miasta Wrocław.