Dzień: 27 sierpnia 2019

Usłonecznienie – EUMETSAT i pomiary

Usłonecznienie – EUMETSAT i pomiary

Porównywaliśmy sobie właśnie dane EUMETSAT z pomiarami na stacjach synoptycznych. Dane usłonecznienia EUMETSAT (zbiór SARAH 2.1) są pozyskiwane z danych satelitarnych na podstawie algorytmów opisanych tutaj. Oczywiście, jak każdy taki algorytm, również ten nie jest doskonały i przed rokiem 1990 (a w szczególności w pierwszych latach) dane te potrafią być dosyć wątpliwe. Przede wszystkim w latach 1983-1987 usłonecznienie pozyskane z danych satelitarnych potrafi być znacznie wyższe, niż to mierzone na stacjach synoptycznych.

Z grubsza efekt takich porównań może wyglądać następująco:

Jak widać dane satelitarne nie odzwierciedlają idealnie pomiarów naziemnych (co zresztą nie jest zaskakujące). Średnia obszarowa suma usłonecznienia różni się o ok. 13% od tej uzyskanej z interpolacji IDW z nieco ponad 50 stacji synoptycznych. Jednakże taki rozkład różnic możemy z powodzeniem zrzucić na niedoskonałości oszacowania usłonecznienia z pomiarów satelitarnych. Problem pojawia się w przypadkach różnic stałych. Takie różnice pojawiają się na przykład w pierwszej połowie lat 90. XX w. w Mławie, głównie w sezonie wiosenno-letnim:

Dodatkowo dane z Mławy odstają tu nie tylko od danych satelitarnych, ale i od danych ze stacji okolicznych. Przyczyną może tu być na przykład przysłonięcie części horyzontu (nie jest tajemnicą, że pomimo stosownych zasad i umów często okolice stacji były zabudowywane). W przypadku Mławy problem pojawia się w roku 1988 i trwa do 1994 włącznie. Być może w roku 1995 stacja została przeniesiona, chociaż nie wskazuje na to średnia różnica ciśnienia zredukowanego i tego na poziomie stacji (zmiana ta wskazuje na zmianę wysokości położenia barometru i widać, że stacja w Mławie najprawdopodobniej była przeniesiona w 1968 r.).

Innym (znanym zresztą) są problemy ze stacją w Warszawie. Zasadniczo do 1994 r. nie budzą one jakichś większych wątpliwości, a potem zaczynają się dziać rzeczy dziwne. Od marca 1995 do sierpnia 1995 usłonecznienie w Warszawie jest znacząco niższe od tła:

Rok później sytuacja odwraca się o 180° i Warszawa stanowi teraz lokalne maksimum, co jest wyraźnie widoczne latem.

Sytuacja ta jest widoczna jeszcze w marcu 1997, natomiast od lipca do września 1997 dane są nieznacznie niższe od tła. W 1998 następuje kolejna zmiana i tym razem usłonecznienie w Warszawie jest od tła znacząco wyższe, przy czym dotyczy to miesięcy z wysokim usłonecznieniem. Od listopada do lutego różnice są niewielkie, lub żadne. W miesiącach letnich, w przypadkach skrajnych, potrafią znacznie przekraczać 120h w stosunku do oszacowania satelitarnego.

W 2003 podobny problem pojawia się w Rzeszowie. Jak wynika z „Biuletynu PSHM” usłonecznienie na tych stacjach pochodziło z lotniskowego systemu Vaisala wykorzystującego czujniki DSU12. W Rzeszowie problem przestaje być widoczny w roku 2009, zaś w Warszawie w roku 2015 – w tym roku dane zgadzają się wyjątkowo dobrze. W 2016 różnice – tym razem na minus w stosunku do tła mamy w Warszawie i ponownie w Mławie.

Znacznie większe różnice pomiędzy danymi satelitarnymi a usłonecznieniem ze stacji pomiarowych mamy w skali roku. Szczególnie duże są one przed 1993, kiedy w uśrednieniu do całego kraju przekraczają 200 godzin. Przyczyny takiego stanu rzeczy mogą być różne. Pierwsza, podstawowa, to różny próg heliograficzny. Dane satelitarne są dostosowane do progu 120 W/m2, a więc próg ten jest niższy, niż w przypadku stosowanego dawniej heliografu Campbella-Stokesa. Inną przyczyną może być częściowe zasłonięcie horyzontu przez przeszkody (czy to sztuczne, czy naturalne). Jeśli taka przeszkoda będzie częściowo przysłaniać horyzont i przez to zasłaniać Słońce przez 10 minut dziennie, usłonecznienie będzie zaniżone o 60 godzin w skali roku. Dodatkowo w latach 80. i na początku lat 90. XX w. znacznie większe było zapylenie atmosfery związane z antropogenicznymi emisjami aerozoli. To mogło nieco zaniżać mierzone usłonecznienie, szczególnie w okolicy wschodów i zachodów Słońca. Analiza satelitarna dodatkowo może niedostatecznie uwzględniać rzeźbę terenu, a stacje położone w obniżeniach terenu mogą doświadczać częstych zamgleń, które nie będą wychwycone na obrazach satelitarnych.

Poniżej: usłonecznienie roczne w 1984 wg danych satelitarnych i synoptycznych.

Dość interesujące jest, że po początkowym spadku różnic na przełomie lat 80. i 90., w 1991 ponownie one wzrosły: z -68h (średnia roczna różnica dla Polski) w 1990 do -128h w 1991 do aż 222h w 1992. W 1993 natomiast ponownie spadły do bardzo niskiego poziomu:  23.6h, przy czym byłyby jeszcze niższe, gdyby nie różnice w Mławie. Teoretycznie można by było próbować zrzucić część tych różnic na zapylenie atmosfery po wybuchu Pinatubo, jednakże jest to mocno naciągane: w 1991 połowa różnicy za ten rok wystąpiła w lutym i marcu, czyli jeszcze przed wybuchem wulkanu. Od 1993 różnice są nieznaczne. Po roku 2000 zasadniczo średnie różnice usłonecznienia rocznego między analizą satelitarną i pomiarami na stacjach nie były duże, poza wspomnianymi przypadkami Rzeszowa i Warszawy:

W 2015 problem przestaje dotykać Warszawę, ale niższa od tła jest Mława.

W 2017 do Mławy dołączyła Warszawa. Problem ten stał się widoczny szczególnie w roku 2018.

W sposób oczywisty mamy więc zerwanie jednorodności przynajmniej kilku serii pomiarowych. W Mławie zerwanie to dotyczy okresu od 1988 do 1994 i najprawdopodobniej po 2016. W Rzeszowie od 2003 do 2008 i w Warszawie od 1995 do 2014 oraz od 2017. Dodatkowo od momentu automatyzacji stacji synoptycznych sporadycznie niektóre z nich potrafiły raportować błędne usłonecznienie, jest to jednak temat na inny wpis. Dane satelitarne przynajmniej od roku 1993 wydają się wiarygodnym i stosunkowo jednorodnym źródłem informacji o usłonecznieniu w Polsce. Do tematu jeszcze z pewnością wrócimy.