Obserwacje meteorologiczne

Obserwacje meteorologiczne to pomiary instrumentalne wybranych elementów meteorologicznych, a także obserwacje wizualne zjawisk atmosferycznych. Do elementów meteorologicznych, których obserwacja jest najczęściej prowadzona, zaliczamy:

• temperaturę powietrza,

• wilgotność powietrza,

• ciśnienie atmosferyczne,

• wiatr,

• zachmurzenie,

• opady i osady atmosferyczne,

• mgły,

• burze,

• widzialność,

• chmury.

Ponadto w wybranych lokalizacjach prowadzone są także pomiary innych wielkości, które nie odzwierciedlają bezpośrednio właściwości atmosfery lub procesów atmosferycznych, ale są z nimi mocno związane, jak np. temperatura gruntu, grubość i stan pokrywy śnieżnej czy usłonecznienie. W nielicznych miejscach dokonywane są także pomiary promieniowania słonecznego i ziemskiego oraz elektryczności atmosferycznej.

Prowadzone są również obserwacje atmosfery poza jej przygruntową warstwą. Te z nich, które wykonywane są do około 40 km, noszą nazwę obserwacji aerologicznych. Wyższe warstwy atmosfery również są badane, jednak metodyka tych obserwacji jest inna, stąd nazwano je obserwacjami aeronomicznymi.

Sieć meteorologiczna

Obserwacje podstawowych elementów meteorologicznych prowadzone są na całej kuli ziemskiej. Aby możliwe było właściwe rozpoznanie przestrzennego rozkładu wartości poszczególnych elementów meteorologicznych i porównanie stanu atmosfery w różnych miejscach na Ziemi, konieczne jest odpowiednie rozmieszczenie miejsc obserwacyjnych (stacji meteorologicznych). Ważne jest, aby prowadzone obserwacje wykonywane były zbliżonymi przyrządami, tymi samymi metodami i w określonych terminach. Dzięki temu możliwa jest budowa sieci stacji meteorologicznych tworzących spójny system. Oczywiście integracja i standaryzacja metodyki oraz instrumentów pomiarowych jest procesem niezwykle złożonym i wymaga współdziałania wielu instytucji w skali międzynarodowej. Za koordynację i organizację światowej sieci meteorologicznej odpowiedzialna jest Światowa Organizacja Meteorologiczna. Obecnie podstawą naziemnego systemu obserwacyjnego jest ponad 10 000 stacji meteorologicznych (automatycznych lub manualnych - z obserwatorem). Ponadto organizacja dysponuje danymi z ponad 1 tys. boi dryfujących po oceanach, a także danych ze statków komercyjnych. Informacji o warunkach panujących w wyższych warstwach atmosfery dostarcza około 1 tys. stacji aerologicznych i zespół 3 tys. samolotów (specjalistycznych i komercyjnych).

Rozwój sieci meteorologicznej w Polsce

W Polsce pierwsze obserwacje pogody były notowane przez profesorów krakowskich już na przełomie XV i XVI w. Regularne obserwacje meteorologiczne rozpoczęto dopiero pod koniec XVIII w. w Krakowie, Warszawie i Wilnie i trwają one do dziś. Aktualnie sieć meteorologiczną tworzą stacje podległe Instytutowi Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowemu Instytutowi Badawczemu (IMGW–PIB). W skład podstawowej sieci obserwacyjno‑pomiarowej wchodzi 61 stacji hydrologiczno‑meteorologicznych, 3 stacje aerologiczne, 8 lotniskowych stacji meteorologicznych, system 8 radarów meteorologicznych oraz sieć 9 czujników wykrywania i lokalizacji burz oraz wyładowań atmosferycznych. Wysokość opadu i grubość pokrywy śnieżnej mierzona jest w ponad 970 posterunkach opadowych. Ponadto IMGW–PIB dysponuje siecią ponad tysiąca telemetrycznych posterunków automatycznych dokonujących pomiarów meteorologicznych i hydrologicznych. Ze względu na większe zagrożenie wystąpieniem gwałtowanych powodzi w południowej części kraju, sieć automatycznych stacji pomiarowych jest tam znacznie gęstsza.

Główne stacje hydrologiczno‑meteorologiczne w Polsce

RkFtUlqW2jrT9

Mapka przedstawiająca główne stacje hydrologiczno‑meteorologiczne w Polsce. Za pomocą odpowiednich symboli oznaczono różne rodzaje stacji. Ośrodek główny oznaczono w Warszawie. Oddziały terenowe w Gdyni, Wrocławiu, Krakowie i Poznaniu. Centralne Biuro Prognoz Meteorologicznych i Centralne Biuro Prognoz Lotniczych znajduje się w Warszawie. Biuro Prognoz Meteorologicznych - w Gdyni, Poznaniu, Wrocławiu i Krakowie. Biuro Meteorologicznych Prognoz Morskich - w Gdyni. Biuro Prognoz Hydrologicznych - w Poznaniu, Wrocławiu i Krakowie. Centrum Modelowania Powodzi i Suszy - w Gdyni, Poznaniu, Wrocławiu i Krakowie. Lotniskowe Stacje Meteorologiczne mieszczą się w Gdańsku, Szczecinie, Poznaniu, Zielonej Górze, Wrocławiu, Bydgoszczy, Katowicach, Modlinie, Warszawie, Łodzi, Krakowie, Lublinie i Rzeszowie. W wielu miejscowościach kraju rozmieszczone są ponadto stacje hydrologiczno‑meteorologiczne pierwszego lub drugiego rzędu, bądź automatyczne stacje synoptyczne. Na Śnieżce i Kasprowym Wierchu umieszczono wysokogórskie obserwatoria meteorologiczne. Istnieje też kilka automatycznych stacji hydrologicznych i automatycznych stacji aerologicznych.

Ciągłość i długość spostrzeżeń meteorologicznych

Niezwykle istotnym elementem prowadzonych obserwacji meteorologicznych jest ciągłość i długość rejestrowanych spostrzeżeń. Aby zrozumieć kształtowanie się klimatu, konieczne są dane wieloletnie, gdyż w pojedynczych latach na danym obszarze mogą wystąpić skrajnie różne warunki. Dysponując odpowiednio dużą ilością danych pomiarowych, możemy je uśrednić i na ich podstawie wyciągać wnioski lub też stwierdzić zmiany, np. istotny statystycznie trend wzrostowy średniej temperatury powietrza.

Ponadto ważne jest, aby pomiary wykonywane były w tym samym miejscu. Nawet niewielka zmiana lokalizacji może spowodować zmianę uzyskiwanych wartości rejestrowanych parametrów.

Stałość i ciągłość pomiarów jest także ważna z punktu widzenia możliwości tworzenia prognoz pogody. Do ich redagowania potrzebna jest nie tylko znajomość aktualnych warunków atmosferycznych, ale także wiedza dotycząca tego, jakie warunki panowały uprzednio.

Stacja meteorologiczna

Naziemne stacje meteorologiczne mogą wykonywać różny zakres pomiarów w zależności od przypisanej struktury organizacyjnej. W Polsce najszerszy zakres pomiarów realizowany jest w stacjach synoptycznych. Pomiary we wszystkich stacjach wykonywane są podobnymi instrumentami, które umieszcza się w specjalnie do tego celu przygotowanych miejscach zwanych ogródkami meteorologicznymi.

Lokalizacja ogródków meteorologicznych powinna spełniać odpowiednie warunki związane z brakiem zakłóceń czynnikami oddziałującymi na naturalne wartości elementów meteorologicznych. Dlatego też w najbliższym sąsiedztwie stacji nie powinny znajdować się żadne zabudowania, drzewa, krzewy czy też uprawy nawadniane. Ogródek nie powinien być także zlokalizowany na całkowicie otwartej przestrzeni, gdyż nie pozwoli to na uzyskanie reprezentatywnych danych. Teren ogródka powinien być ogrodzony, aby ograniczyć do niego dostęp osób postronnych.

Ogródek meteorologiczny

RrENrgVeDnM8J

Na zdjęciu jest ogródek meteorologiczny. Widoczne są różne urządzenia rozstawione na trawniku, między innymi dwie drewniane wieżyczki z klatkami meteorologicznymi. W tle znajduje się żywopłot, za nim rząd drzew, a nad nimi niebo pokryte pierzastymi chmurami.

W ogródku meteorologicznym przyrządy pomiarowe najczęściej zgrupowane są w zespoły wykonujące pomiary poszczególnych parametrów. Klatka meteorologiczna należy do elementów najbardziej charakterystycznych i rozpoznawalnych. Pełni ona funkcję ochronną dla przyrządów pomiarowych, zapewniając jednocześnie odpowiednie warunki do prowadzenia pomiarów. Klatka meteorologiczna ma kolor biały (aby zminimalizować wpływ promieniowania słonecznego), a jej wysokość powinna zapewniać możliwość umieszczenia przyrządów pomiarowych na wysokości 2 metrów powyżej powierzchni terenu. Wewnątrz klatki znajdują się następujące przyrządy: termometr minimalny i maksymalny, psychrometr Augusta (w skład którego wchodzą dwa termometry – suchy i zwilżony), a także rzadziej spotykane: termograftermograftermograf, higrometr, higrograf i inne automatyczne czujniki pomiaru temperatury i wilgotności.

Klatka meteorologiczna

R1I2JvmEFeZCK

Na zdjęciu jest klatka meteorologiczna. Jest to drewniano‑metalowa konstrukcja złożona z schodków oraz szafki z ażurowymi dwuskrzydłowymi drzwiczkami, umieszczonej na drewnianym rusztowaniu. W szafce znajdują się nieduże urządzenia pomiarowe. Obok rusztowania postawione są czterostopniowe schodki. Cała konstrukcja ma kolor biały.

Na niektórych stacjach meteorologicznych dokonuje się także pomiaru temperatury gruntu. Do tego celu wykorzystuje się termometry gruntowe (najczęściej termometry kolankowe rtęciowe). Pomiary wykonywane są standardowo na głębokościach: 5, 10, 20, 50 cm.

Zestaw termometrów gruntowych

RLQlZTLWR9is8

Na zdjęciu znajdują się dwa zestawy termometrów gruntowych. Każdy zestaw to dwa termometry przypominające długie tradycyjne termometry rtęciowe, połączone ze sobą za pomocą metalowego, pomalowanego na biało stelażu. Stelaże wbite są w pograbioną ziemię bez roślinności. Za zestawami termometrów widoczna jest biała drewniana listwa, za nią rozpościera się skoszony trawnik. Za trawnikiem widoczny jest kawałek zielonego żywopłotu.

Deszczomierz Hellmanna

Do pomiaru opadów atmosferycznych wykorzystuje się deszczomierz Hellmanna. Umieszcza się go na wysokości 1 m nad powierzchnią terenu.

R1UGGzAQLoIi9

Fotografia przedstawia deszczomierz Hellmanna. Jest to krótka metalowa rura o dużej średnicy i ostrych krawędziach, umieszczona nad trawnikiem na cienkiej rurce pomalowanej na biało.

Wiatromierz Wilda

Prędkość wiatru mierzona jest przy pomocy wiatromierza Wilda. Pozwala on również na określenie kierunku wiatru. Najczęściej pomiar prędkości wiatru wykonywany jest na wysokości 10 metrów.

R1Y9rNneW8hZ0

Fotografia ukazuje wiatromierz Wilda. Jest to metalowa konstrukcja umieszczona na szczycie metalowego masztu. Widoczne są metalowe pręty skierowane w różnych kierunkach, nad nimi blaszany ster, jeszcze wyżej metalowa płytka i wygięty w łuk pręt, od którego odchodzą promieniście mniejsze pręty.

Barometr

Pomiar ciśnienia atmosferycznego wykonywany jest barometrem. Nie musi się on znajdować bezpośrednio w ogródku meteorologicznym, gdyż ten parametr nie jest podatny na wpływ warunków otoczenia.

RaVA4IDTxXXwl

Zdjęcie przedstawia barometr sprężynowy, czyli przyrząd do pomiaru ciśnienia powietrza. Widoczna jest okrągła tarcza z dwiema podziałkami. Jedna podziałka ma skalę od 71 do 79 milimetrów. Druga od 950 do 1050 milibarów. Urządzenie ma dwie wskazówki,. Na tarczy umieszczono napis Rain Change Fair. Tarcza ma obwódkę w kolorze złotym. Umieszczona jest w drewnianej podstawie.

Heliograf Campbella‑Stokesa

Do pomiaru usłonecznienia wykorzystuje się heliograf Campbella–Stokesa. Pomiar polega na wypaleniu przez skupioną energię promieniowania bezpośredniego śladu na specjalnym pasku (tzw. heliogramie). Aktualnie coraz częściej przyrząd ten jest zastępowany przez czujniki elektroniczne charakteryzujące się większą czułością.

RccshSOzXeJaz

Zdjęcie ukazuje heliograf Campbella–Stokesa. Jest to urządzenie pomiarowe, na pierwszy rzut oka przypominającą mikroskop, w którego centralnym miejscu znajduje się szklana kula. Kula znajduje się na pochylonej osi, przymocowanej do metalowego statywu. Pod kulą znajduje się metalowy półpierścień, na którego wewnętrznej stronie umieszczona jest podziałka. W tle fotografii widać zachmurzone niebo oraz, poniżej, fragment długiego budynku z wieloma oknami.

Taras obserwacyjny

W stacjach meteorologicznych spotykane są także przyrządy do pomiaru ciągłego niektórych parametrów. Zaliczamy do nich m.in. barografy, termografy czy higrografy. Wraz z rozwojem technicznym i automatyzacją coraz więcej pomiarów wykonywanych jest przy pomocy urządzeń i czujników elektronicznych. Pozwalają one najczęściej na pomiar ciągły lub z dowolnie wybraną częstotliwością.

RJ45jtpkFXzYp

Na zdjęciu jest urządzenie wykorzystywane do pomiaru promieniowania słonecznego, umieszczone na dachu budynku. Na trójnożnym krótkim statywie mieści się duża biała skrzynka, do której umocowany jest pod skosem długa metalowa, czarna rama, wystająca w górę, nieco do przodu. Od dołu skrzynki odchodzi pod takim samym kątem długie metalowe ramie, na końcu którego prostopadle umieszczone jest krótsze ramie zakończone kulą. To krótsze ramie łączy się w połowie swej długości z metalową ramą.

Pomiary satelitarne spełniają aktualnie jedną z najważniejszych funkcji w meteorologii. Pozwalają bowiem na jednoczesne pozyskanie dużej ilości danych i informacji dla znacznych obszarów Ziemi. Istotą pomiarów satelitarnych jest wykorzystanie różnych zakresów długości fal elektromagnetycznych i rejestrowanie ich odbicia przez rozmaite czujniki. Obserwacje wykonywane dzięki satelitom meteorologicznymsatelita meteorologicznysatelitom meteorologicznym dotyczą zarówno atmosfery, jak i powierzchni ziemi. Pozwalają na uzyskanie informacji i danych o: zachmurzeniu, frontach, opadach, parze wodnej, rozkładzie temperatury, wilgotności, warstwie ozonowej, pokrywie śnieżnej, stabilności atmosfery i wielu innych.

Terminy wykonywania obserwacji

Współczesne stacje meteorologiczne, dzięki powszechnej automatyzacji przyrządów pomiarowych, wykonują najczęściej pomiary w sposób ciągły. Jednak ze względu na możliwość wystąpienia awarii lub innych zdarzeń losowych na głównych stacjach synoptycznych prowadzone są równocześnie pomiary w oparciu o urządzenia standardowe. Na takich stanowiskach obecny jest obserwator, który dokonuje pomiarów co godzinę. Istnieją w tym zakresie także międzynarodowe normy, które określają terminy podstawowe i pośrednie obserwacji. Terminy podstawowe określone według czasu uniwersalnego to: 0:00; 6:00; 12:00 i 18:00 UTC. Terminy pośrednie to odpowiednio: 03:00; 09:00; 13:00 i 21:00. Wyniki pomiarów ze stacji synoptycznych wysyłane są co godzinę w formie depesz SYNOP, a ze stacji wojskowych – co 30 minut (depesza METAR).

Słownik