Tag: EUMETSAT

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.

Usłonecznienie – EUMETSAT (SARAH 2.0/2.1)

Usłonecznienie – EUMETSAT (SARAH 2.0/2.1)

Poniżej mapy sum usłonecznienia pozyskane ze zbiorów SARAH 2.0/2.1 (EUMETSAT). Na pierwszy rzut oka dane od 1991 r. są zgodne (oczywiście nie dokładnie) z pomiarami naziemnymi. Mamy oczywiście pewne różnice, miejscami spore. Oczywistym miejscem, gdzie takie różnice występują, jest Okęcie, gdzie od 1998 do 2014 usłonecznienie było znacznie wyższe, niż wskazuje na to wynik satelitarny, niekiedy nawet o blisko 500 godzin (2011). W latach 2015 i 2016 pomiary były zgodne, zaś zarówno w 2017, jak i w 2018 dane naziemne są znacznie niższe, niż pomiary satelitarne. Innym takim miejscem jest Zielona Góra, gdzie w 2012 różnica roczna przekracza 250h, 150h w 2013, podobnie w 2014. Co ciekawe, znacznie mniejszych różnic można się dopatrzyć w nie tak odległym Gorzowie, co może sugerować potencjalny wpływ położenia stacji (np. widoczność horyzontu w Zielonej Gorze, czy położenie stacji na szczycie wzgórza). Ale to temat na odrębną analizę. Z pewnością tego typu dane satelitarne są bardzo cennym źródłem informacji na temat usłonecznienia, wolnym od problemów związanych ze zmianą sposobu jego pomiaru, czy relokacji samych stacji pomiarowych.