Click here to load reader

190 RADIOSONDAŽNE MERITVE TUDI V

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of 190 RADIOSONDAŽNE MERITVE TUDI V

SLOVENIJI Miran Trontelj * UDK 551.508.82 (497.12)
Vsaka meteorološka meritev na pravem mestu je pomemben prispevek k boljšim vremenskim napovedim. Meritve v prosti atmosferi pa so še pomembnejše, saj se vreme "dela" v ozraju, torej v tistem delu, kjer merimo z radiosondami. Radiosondaa je meritev meteoroloških elementov (temperature, vlage, vetra, zranega pritiska) s sondo obešeno na balonu. Po radiozvezi oddaja podatke sprejemni postaji na zemlji; njeno gibanje spremlja navigacijski sistem, raunalnik pa iz gibanja izrauna smer in hitrost. Kljub razmeroma gosti mrei takih meritev v Evropi so podatki iz spodnjih plasti ozraja vedno dobrodošli in zelo pomembni. Zato smo se v Sloveniji odloili tudi za te meteorološke meritve.
Meritve temperature in vlage zraka, smeri in hitrosti vetra ter relativne vlage zraka v prosti atmosferi so po svetu znane raz- meroma malo asa (zaetek sega v trideseta leta tega stoletja). V Sloveniji so meteorologi e vekrat predlagali, da bi merili te meteorološke elemente, a so dru- ga dela, morda celo pomembnejša, dobi- la prednost. Tovrstne meritve so se zara- di hitrega napredka elektronike sicer pocenile, a so še vedno razmeroma dra- ge, saj stane vsaka sonda okoli 100 ame- riških dolarjev, da o sprejemni merilni napravi pri tleh in stroških meritev niti ne govorimo. Leta 1994 nam je uspelo od danske me- teorološke slube brezplano dobiti ko- maj šest let staro napravo za tovrstne meritve. Prvi testi so pokazali dobre rezul- tate in potrdili upravienost meritev, saj kljub dokaj gosti mrei takih meritev v tem delu Evrope predstavlja Slovenija vsaj v spodnjih plasteh ozraja svojevrstno kli- matsko posebnost, ki jo je primerno razi- skovati. Ko bodo zagotovljena sredstva za redne meritve, bomo njihove rezultate pošiljali tudi v globalni meteorološki si- stem izmenjave. Podatke bodo upoštevali tudi v globalnih modelih za raunanje prognoziranih sprememb, predvsem pa v prognostinem modelu na manjšem, omejenem obmoju srednje Evrope. Po- datki bodo neposredno koristni še za mnoge druge analize in prognoze posa- meznih elementov vremenskih napovedi ter napovedi nekaterih drugih sprememb (koncentracij onesnaenosti zraka...) in bodo namenjeni prometu, gospodarstvu,
wm
* Ministrstvo za okolje in prostor, Hidrometeorološki
turizmu, kmetijstvu in drugim. To je prav gotovo ena od meteoroloških nalob, ki bo vloeni denar vrnila vsaj desetkratno.
Razvoj
radiosondanih
meritev
V prazgodovini se je lovek prepustil vplivom bogov in verjel, da njegovo iv- ljenje vodijo izkljuno nezemska bitja. Tudi o vremenskih spremembah je mislil enako. Pozneje jih je zael opazovati in s stoletji ugotovil tudi prve zakonitosti. Leta 1648 je francoski fizik B. Pascal izmeril spremembo zranega pritiska z višino na stolpu St Jacques v Parizu. e zelo zgo- daj so torej raziskovalci ugotovili, da se vreme "kuha" visoko v ozraju. Ikarus je sicer prvi hotel poleteti, vendar ne zaradi preuevanja ozraja. Ko pa se je lovek le odlepil od zemlje, je kaj kmalu zael raziskovati tudi ozraje. Takratni raziskovalec si z opazovanji pri tleh ni mogel razloiti mnogih mete- oroloških pojavov, zato je zael meriti spr- va temperaturo, nato tudi spremembe vetra in vlage in pozneje še druge mete- orološke elemente na vse višjih hribih in gorah. Ko tudi s tem ni bil ve zadovoljen, je ob poletih s prvimi zranimi plovili, zma- ji, pošiljal v ozraje (1749 dr A. Wilson) tudi meteorološke instrumente. To so bile prve meritve v prostem ozraju. Bile so obasne in namenjene le raziskavam. Pozneje so takratni raziskovalci zaeli uporabljati tudi druga zrana prevozna sredstva, balone (1783), letala in na kon- cu tudi rakete. Toda vsi ti "prevozniki" so bili za redne meritve predragi. Z baloni in letali so obasno pošiljali v zrak tudi me- teorografe, ki so na registrirnih trakovih zapisovali izmerjene podatke o tempera- turi in zranem pritisku. Med drugo sve- tovno vojno je pred vsako vejo akcijo 3d Republike Slovenije, Vojkova 1 b, Ljubljana
poletelo ve deset letal, ki so raziskovala razmere v atmosferi. Ker se zrane mase z razlino tempe- raturo in vlago stalno gibajo in je od smeri in hitrosti še kako pomembno, kaj se do- gaja z vremenom, so meteorologi eleli meriti tudi smer in hitrost vetra na razlinih višinah. Prve ocene so sicer dobili iz hitrosti in smeri gibanja oblakov, vendar pa so bili potrebni podatki o vetru tudi tam, kjer ni bilo oblanosti in kjer so oblaki zastirali pogled. Zato so e razmeroma zgodaj zaeli spremljati gibanje balonov. Sprva to ni bilo ravno preprosto. Ko so zaeli meriti gibanje sonde z optinimi teodoliti in dobili dve komponenti v prosto- ru, tretjo pa po izraunu hitrosti dviganja balona, je bila glavna ovira za redne me- ritve le še oblanost, ki je zastrla pogled na balon. To je pomagala odstrniti radio- goniometrija. Tehnika je v tem stoletju izjemno napre- dovala, meteorologi pa so spet zaeli uporabljati balone, vendar tokrat z instru- menti in brez posadke. V ozraje so zaeli pošiljati sonde, ki so jim po radijskih zve- zah na Zemljo sporoale podatke o izmer- jenih meteoroloških koliinah. Znali so izmeriti temperaturne razmere na poti balona s sondo, vlago in zrani pritisk ter tako dobili podatke v preseku od tal do višine, na kateri je balon poil.
Zaela se je doba meritev meteorolo- ških elementov v atmosferi. Te meritve so prispevale k hitremu razvoju analiz in prog- noz vremena, zaele pa so se leta 1929, ko sta Francoza P. Idrac in^ R. Bureau uvedla radiosondne meritve. e leta 1930 je ve drav zaelo obasne meritve, med drugo svetovno vojno pa je razvoj še bolj napredoval. Po njej so strokovnjaki bo- gatejših drav ves as izboljševali instru- mente v sondah in tudi naine spremljanja in sprejemanja podatkov pri tleh. Temperaturo so sprva merili z bimetalnim trakom, nato s termistorjem in danes z modernimi senzorji. Razvoj je razmeroma hitro napredoval tudi pri merilcih zranega pritiska od Vidijevih doz do modernih sen-
Miran Trontelj: RADIOSONDANE MERITVE TUDI V SLOVENIJI
Balon, ki nosi meteorološko sondo (teka je 200 g), ima ob zaetku meritve premer priblino 1,5 m in se dviga s hitrostjo 5 do 6 m/s. Instrumenti v sondi na svoji poti nenehno merijo podatke o meteoroloških lastnostih ozraja in jih sporoajo postaji na Zemlji. Tako dobimo podatke o tem- peraturi, vlagi in zranem pritisku ter smeri in hitrosti gibanja zraka za toke, ki so med seboj po višini oddaljene 15 metrov in segajo do 22 km nad površi- no Zemlje. Tam se balonov premer zvea na 5 do 6 m in se zaradi zelo redke atmosfere razpoi. Izmerjenih podatkov ne uporabljamo samo pri analizah meteoroloških višinskih kart, kamor jih vnašajo raunalniki. Upo- rabijo jih tudi raunalniški modeli, ki iz njih in še obilo dodatnih raunajo progno- stine karte gibanj zranih mas za celo hemisfero. Podatki pa so uporabni tudi za raziskave dogajanja v ozraju nad ojim obmojem kjer merimo. Z isto sondano napravo pa lahko spremljamo tudi kon- centracije ozona, radioaktivnosti in še kaj, le namestiti moramo sondo z druganimi senzorji. Naštejmo nekaj koristnih podatkov, ki jih dobimo le s sondanimi meritvami ozraja. 1. Razporeditev temperature kot samo-
stojen element nam v nijih plasteh ozraja pokae temperaturne inverzije, ki so še kako pomembne za: napoved nastanka in razkroja megle, poveano ali zmanjšano koncentracijo škodljivih
Slika 1. Otvoritvena sondaa v Ljubljani - sondo je spustil gospod minister P. Gantar (Fotoarhiv snovi v ozraju in drugo. Iz razpore- HMZ) ditve lahko tudi ocenimo temperature Figure 1. Initial exploratory boring in Ljubljana - launched by Minister Pavel Gantar zraka na posameznih višinah kjer ni-
zorjev. Še najtrši oreh je bila meritev rela- tivne vlage v zraku. Sprva so jo merili s higrometri na las in nato s senzorji iz razlinih keminih sestavin. Zelo teko je namre meriti majhne vrednosti relativne vlage pri zelo nizkih temperaturah, ki so visoko v ozraju.
Problem meritev smeri in hitrosti vetra so reševali na razline naine in skoraj vsi se uporabljajo še danes. Meriti so zaeli z optinimi teodoliti, nato radioteodoliti, ra- darji in uporabljali razline navigacijske sisteme: Omega, Loran-C in na koncu satelitsko navigacijo.
Istoasno so razvijali tudi metode za spre- jem in obdelavo izmerjenih podatkov. Sprva so morali v elektrine signale spre- menjene vrednosti posameznih mete- oroloških elementov preraunati v mete- orologom dostopne koliine, npr. stopinje, odstotke vlage, milibare ter stopinje za smer vetra in metre na sekundo za njego- vo hitrost. Nato so narisali krivulje v dia-
gramih in sestavili meteorološke depeše za prenos podatkov v svetovnem mete- orološkem informacijskem sistemu. Po- stopoma so delo prevzemali avtomati, nato raunalniki.
Najmodernejše postaje e avtomatsko narišejo krivulje sprememb meteoroloških elementov, sestavijo meteorološko de- pešo za svetovno izmenjavo in podatke pripravijo za arhiviranje v raunalniško banko podatkov. Pri meritvah pa je zelo pomembno tudi transportno sredstvo - balon. Prvi baloni so bili zaradi razmeroma teke radio- sonde zelo veliki (s premerom do 4 m) in so zato potrbovali zelo velike koliine nevarnega vodika. Sonde so bile bistveno teje od današnjih predvsem zaradi ba- terij, saj so tedanje naprave zahtevale razmeroma veliko energije. Danes pa je elektronika e tako miniaturizirana in naprave potrebujejo bistveno manj ener- gije, da tehta postaja komaj še desetino
toliko, kot so prve. Tudi nosilni balon je 191 zato velik komaj dober meter.
Radiosonane
meritve
V Sloveniji so zaeli redne meteorološke meritve v prostem ozraju z baloni (pilot- balonska opazovanja) na dveh lokacijah po letu 1947. Te meritve pa smo sasoma opustili zaradi prevelikega števila dni z meglo ali nizko oblanostjo, torej takrat, ko bi meritve najbolj potrebovali. S pravimi sondami pa je e pred leti obasno delala meritve tedanja JLA za svoje potrebe, zlasti v artilerijskih enotah. Za potrebe meteorološke slube je opra- vila tudi nekaj testnih meritev v Slovenski Bistrici leta 1981 in 1982, predvsem za veliki mednarodni meteorološki poskus - ALPEX. Prvo radiosondano meritev v Ljubljani pri HMZ so naredili predstavniki Vaisale iz Helsinkov, ko so nam prišli predstavit svoj program meteoroloških merilnih naprav leta 1992. Prvo samostojno meritev (sondao) z našo novo napravo smo naredili 3. oktob- ra 1994.
UJMA, številka 9, 1995
192 mamo meritev in ob padavinah mejo med snegom in dejem.
2. Potek relativne vlage glede na višino je meteorološki element, brez katerega ne moremo napovedati višine baze oblakov in verjetnosti razvoja kopastih oblakov, neviht in padavin.
3. Stabilnost atmosfere lahko pre- prosto izraunamo iz podatkov obeh zgornjih meritev. Ta je predvsem po- membna za napovedovanje asov- nega in koliinskega nastanka oblakov vertikalnega razvoja - to je tistih, ki predvsem poleti povzroajo plohe, nevihte in too.
4. Smer in hitrost vetra na razlinih višinah ni pomembna le za ves zrani promet od tistega s toplozranimi baloni, zma- ji, jadralnimi in ultralahkimi letali, do prometa s helikopterji ter vojaškimi in civilnimi letali. Element veter je pomem- ben tudi za vse vrste napovedi, saj tudi kot posreden dejavnik vpliva na: na- stanek burje, orografskih padavin na gorskih pregradah, nastanek snenih opasti in poveano nevarnost plazov, e naštejemo le nekaj pomembnih. Iz podatkov vetra v prosti atmosferi lahko z raunalniškimi meteorološkimi modeli ob upoštevanju reliefa zemeljske povr- šine izraunamo tudi smer in hitrost vetra v prizemni plasti. Nikakor ne nazadnje je veter še kako pomemben element ob nastanku elementarnih
nesre. Na podlagi izmerjenih po- datkov o vetru izraunamo potnice (trajektorije), ki so pomembne za pre- nos onesnaenega zraka. Nevarne posledice nesre se širijo z gibanjem zraka: radiološki oblak ob nesreah v jedrskih objektih, oblak plinov ob razlitju ali eksploziji strupenih snovi. V Sloveniji e zdaj vsak dan raunamo trajektorije za gibanje zranih delcev na razlinih višinah iznad jedrske elektrarne v Krškem in trajektorije za zrane delce, ki prihajajo nad Slovenijo. Tako vemo za vsak dan vnaprej, od kod bodo k nam prišle zrane mase. Ob meritvah z našo radiosondano postajo bodo izrauni še precej bolj toni.
Dodaten razlog za radiosondane meritve vetra pa so tudi razmeroma redke meritve vetra pri tleh v Sloveniji. Dobre meritve (z elektronskimi anemografi) so drage, raz- gibanost terena v Sloveniji pa zelo izra- zita. Zato bomo lahko dobili dragocene podatke tudi z radiosondanimi meritvami in raunanjem v tokah površja Slovenije z raunalniškimi modeli, ki upoštevajo orografijo.
Pomen meritev
e kar precej let si meteorologi ne moremo predstavljati napovedovanja brez mete-
oroloških višinskih kart, ki pa lahko na- stanejo le na podlagi sondanih meritev. Te karte niso uporabne le posredno, kot orodje za boljše meteorološke napovedi, temve tudi neposredno za vse uporab- nike zranega prostora za letenje. Letalo, ki leti na daljši poti, bo lahko ob primerni izbiri smeri glede na veter, prihranilo veliko goriva, da o krajšem asu letenja niti ne govorimo. Pri veliki hitrosti vetra v vetrov- nih strenih je lahko prihranek goriva in asa tudi ve kot 20-odstoten. Radiosondane meritve so pomembne tudi za obrambne sile. Za zrani promet obrambnih sil veljajo enake ugotovitve kot za civilni promet. Posebno pomembni pa so radiosondani podatki za nizke prelete in helikopterske enote, saj so tovrstni preleti še posebno obutljivi za vremen- ske razmere. Razporeditev temperature, vlage, zrane- ga pritiska in vetra z višino je zelo pomemben element, ki ga mora upošte- vati vsaka artilerijska enota (natannost zadetkov). Na krivuljo leta izstrelkov vpli- vajo namre meteorološke razmere v ozraju, saj je povprena pot izstrelkov preraunana na povprene razmere, teh pa v ozraju skoraj nikoli ni. Pri doloitvi popravkov moramo upoštevati izmerjene meteorološke parametre. Tudi pri radiološki, kemini in biološki zašiti ter drugih izjemnih razmerah z onesnaenjem ozraja s strupenimi ali radioaktivnimi snovmi si ni mogoe pre- stavljati dobrega dela enot brez mete- oroloških podatkov. Dekontaminacije ne moremo opraviti hitro in racionalno brez podatkov o gibanju in smeri dela onesna- ene zrane mase. Še bolj pa postanejo pomembni podatki o stabilnosti ozraja (inverzije) in njegovem gibanju pri ob- vešanju enot ob uporabi jedrskega in kemijskega oroja. loveško ivljenje je neprecenljivo, zato ob uporabi dobro izmerjenih podatkov ne moremo govoriti o prihrankih. Predvsem pa je pomembno, da imamo svoje meritve ob kakršnihkoli izrednih razmerah, ko ni podatkov iz sosednjih postaj. Drave, ki so v vojnem stanju, jih takoj prenehajo objavljati. Za vojaško strategijo so zelo pomembni in so zato vojaška skrivnost. Tudi sosednja Hrvaška je prvi dan vojne prenehala pošiljati podatke svojih radiosondanih meritev, prekinitev pa je trajala ve kot leto dni.
Testne meritve
leta 1995
Slika 2. Vaisalina radiosonda Figure 2. Radiosonde
Ob koncu leta 1994 in v prvih petih mese- cih letošnjega smo testirali radioson- dano napravo, ki nam jo je podarila dan- ska meteorološka sluba. Prvih meritev pri naši obravnavi nismo upoštevali, ker so bile zaradi razlinih tehninih ovir in šolanja delavcev še nezanesljive. Prav
Miran Trontelj: RADIOSONDANE MERITVE TUDI V SLOVENIJI
tako nismo mogli upoštevati tistih meritev, ko nismo imeli podatkov obeh sosednjih radiosondanih postaj (Zagreb, Videm). V Zagrebu so aprila zaradi pomanjkanja denarja opoldne prenehali sondirati. Tako nam je ostalo za obdelavo le devet radi- osondanih meritev. e primerjave samo teh meritev pa kaejo, da je bila name- stitev radiosondane aparature v Sloveniji pomembna, eprav so meritve razme- roma drage. Razporeditev radiosondanih meritev je bila glede na gostoto mree opazovalnih tok e doslej na vejem delu Evrope zadovoljiva. To pa ne pomeni, da takih meritev, predvsem nad razgibanim pod- rojem ne bi bilo treba še dopolnjevati. Tako smo e s testnimi meritvami ugo- tovili, da so take meritve v Sloveniji zelo potrebne. Predvidevanje, da bodo razlike med tem- peraturami treh razmeroma malo odda- ljenih postaj (Videm, Ljubljana, Zagreb) najveje v nijih plasteh ozraja, to je do višine 500 milibarske ploskve (priblino 5500 m), se je pri primerjavi meritev potrdilo kot popolnoma upravieno. Zato so radiosondane meritve v Sloveniji kot neposreden vir novih podatkov zelo pomembne predvsem v nijih plasteh atmosfere. Absolutne razlike temperatur zraka so bile najveje blizu tal (925 mb ali priblino 700 m nad morjem), manjše na višini 850 mb ploskve (priblino 1400 m), še manjše na 700 mb ploskvi (priblino 2900 m) in najmanjše na višini okoli 5500 m (500 mb ploskev). Podobne ugotovitve veljajo tudi za smer vetra. Tako kot se temperaturne razlike med postajami z višino manjšajo, se manj- šajo tudi razlike pri smereh vetra. Za hitrost vetra pa ta ugotovitev seveda ne velja, saj ta z višino skoraj vedno naraša in se zato tudi razlike z višino veajo. Rezultati pa kaejo na zanimivo poseb- nost, da je pri ve kot 50 % izbranih primerih veter monejši (veje hitrosti) na vseh obravnavanih višinah nad Zagre- bom (v primerjavi z meritvami nad Lju- bljano) in šibkejši nad Vidmom kot nad Ljubljano. Vzrok za to posebnost bomo morali še raziskati. Tudi pri temperaturi rosiša se razlike z višino manjšajo, izjema je le razlika med Ljubljano in Vidmom na 500 mb ploskvi, kar pa je lahko tudi napaka pri meritvi, ko je nastala najveja razlika 7,6 stopinj (30. januar 1995), kar je na tako kratki razdalji skoraj nemogoe, a kljub temu mono. Ob koncu lahko e iz te kratke obdelave ugotovimo, da so razlike med sosednjimi meritvami tolikšne, da je bila naloba upraviena.
1. WMO, Instruments and observing methods, 1993, Report No.50, WMO/TD-No.541, Geneva.
2. VAISALA, Upper-Air Systems, 1989, REF.NO B0139/86-03, Helsinki.
Preglednica 1. Temperaturne razlike (v °C) Table 1. Temperature differences (°C)
193
2,6 2,8 2,6 1,4
1,3 0,7 0,7 0,6
0,4 0,0 0,0 0,0
2,2 1,8 3,0 1,6
1,6 1,1 0,9 0,8
0,2 0,6 0,0 0,4
Preglednica 2. Razlike pri izmerjenih smereh vetra (v stopi- njah smeri neba)
Table 2. Differeces in wind durection (in degrees).
Ljubljana - Videm Ljubljana - Zagreb
10 0 0 0
Ljubljana - Videm Ljubljana - Zagreb
9,2 5,7 5,0 7,6
3,2 2,5 1,8 3,1
0,3 0,6 0,1 1,2
4,5 6,9 6,0 3,4
2,2 2,0 2,0 1,7
0,5 0,2 0,0 0,6
3. WMO, Technical note No. 140, Upper-air sounding studies, WMO-No.394, 1979, Geneva.
4. Arhiv HMZ.
Slovenija
Slovenia recently has joined the group of states which perform radiosonde mea- surements. In 1994, six-year old radio- sonde equipment MicroCORA, produced by Vaisala in Finland, was donated to Slovenia by the Danish Meteorological Service. After installation of the equip- ment in 1994, test measurements were performed in 1995. To date only wind measurements have been performed in the free atmosphere. The acquired radiosonde station permits observations of meteorological elements (temperature, moisture, pressure, wind) in