RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Fenomene şi procese climatice de risc

119

METEOROLOGICAL GROUND FOG FORECAST

TOOLS

CRISTIAN NICHITA, ELZA HAUER ABSTRACT. – Meteorological Ground Fog Forecast Tools. Fog represents a severe obstacle for land and air traffic; the phenomenon is occurring when the visibility of the atmosphere, near the Earth's surface, becomes less than 1 kilometer. Discrimination between very low stratus clouds and fog are difficult to make. Fog develops when the air at ground level is cooled enough to cause saturation (relative humidity equals 100%) and its forecast is very difficult.

Key-words: Meteorological Ground, visibility, relative humidity Ultima decadă a lunii noiembrie 2009 a fost caracterizată de mai multe zile

în care s-a semnalat ceaţă, câteodată persistentă. Prognoza acestui fenomen a fost anticipată de diferite modele numerice, iar monitorizarea s-a realizat îndeosebi cu ajutorul imaginilor satelitare. Ceaţa a determinat perturbări pe toate drumurile din partea de vest a României şi a cauzat întârzieri sau anulări ale mai multor zboruri pe aeroporturile din Timişoara, Arad şi Oradea.

Procesele fizice de formare ale ceţii sunt complexe şi încă nu deplin înţelese. Pentru a se face deosebirea dintre ceaţă şi norii joşi de tip stratus, trebuie precizat modul de formare al acestora. Norii iau naştere prin ascendenţele aerului şi ulterior răcirii rezultate prin destindere adiabatică. Ceaţa se formează prin răcirea radiativă sau advecţia aerului peste o suprafaţă rece (Ştefan, Sabina, 2004). Excepţie constituie ceaţa frontală înaltă. În funcţie de procesele fizice implicate se pot deosebi mai multe tipuri de ceaţă:

- ceaţa de radiaţie se formează în cursul nopţilor cu cer senin, vânt calm sau foarte slab, când căldura absorbită de suprafaţa solului pe parcursul zilei este recedată atmosferei prin radiaţie de undă lungă; pe măsură ce suprafaţa continuă să se răcească, iar umiditatea este ridicată, temperatura aerului va ajunge la temperatura punctului de rouă şi se va forma ceaţa;

- ceaţa de advecţie se formează când aerul se deplasează deasupra unei suprafeţe care are temperatura diferită. Dacă aerul cald şi umed se deplasează deasupra unei suprafeţe cu sol mai rece sau acoperit cu zăpadă, răcirea va începe dinspre straturile inferioare, formându-se ceaţa joasă (http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=fog_types). Dacă aerul este aproape de saturaţie vaporii de apă vor condensa şi se va forma ceaţa. Condiţiile de iniţiere sunt vânt calm iar aerul umed nu este amestecat cu cel uscat situat deasupra;

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Riscuri şi catastrofe Victor Sorocovschi

120

- ceaţa de amestec se formează când vaporii de apă sunt adăugaţi prin procese de evaporare în mediu, ulterior aerul umed fiind răcit şi amestecat cu aerul mai uscat; ceaţa frontală este un subtip la ceţii de amestec şi se formează când picăturile de ploaie, mai calde, se evaporă într-un strat de aer uscat şi rece în apropierea pământului. (http://www.srh.noaa.gov/mrx/research/fogtys.php). În momentul în care s-a evaporat suficientă ploaie, umiditatea relativă din stratul de aer de lângă sol ajunge la 100% şi se formează ceaţa. În prognoza apariţiei ceţii ca fenomen meteorologic sunt folosite, în general, acele rulări ale modelelor matematice care surprind inversiunile de temperatură. Acestea sunt specifice situaţiilor sinoptice în care sunt prezente descendenţele atmosferice adică regimurilor anticiclonice. Pentru a exemplifica aceste considerente, am folosit, pentru situaţiile sinoptice rulări ale modelului GFS (Global Forecast System) iar pentru a surprinde inversiunile termice şi umiditatea mare din apropierea solului ieşiri ale modelelor ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) şi ALADIN (Aire Limitée Adaptation dynamique Développement InterNational).

Fig. 1. Configuraţia câmpului baric la sol şi geopotenţialul la 500 hPa în 22.11.2009 h 00

Analiza situaţiei sinoptice în data de 22.11.2009 la ora 00.00 UTC arată prezenţa unei dorsale deasupra Europei centrale şi de sud atât la nivelul solului cât şi în altitudine. În partea centrală şi vestică a României valorile presiunii atmosferice erau mai mari de 1025 mb iar geopotenţialul era de peste 576 gpdm. Lipsa unui gradient baric sau termic a determinat existenţa unui vânt slab sau calm (fig. 1). Primele modele numerice care anticipau formarea ceţii au fost rulările modelului ALADIN pentru ora 21.00 UTC ale zilei de 21.11.2009. Acestea se refereau la prezenţa unei fâşii de-a lungul graniţei de vest a României cu umiditarea relativă la 2 m, a cărei valori erau mai mari de 99% şi apariţia nebulozităţii joase, de tip stratus în aceeaşi zonă, modelul nediferenţiind ceaţa de

www.wetter3.de

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Fenomene şi procese climatice de risc

121

norii inferiori (fig. 2).

Fig. 2. Rulările modelului ALADIN pentru nebulozitatea joasă şi umezeala

relativă în data de 21.11.2009 h.21 UTC

Inversiunea de temperatură poate fi dedusă din alăturarea rulărilor modelului ALADIN pentru temperatura la nivelul de 1000 mb şi 925 mb. Este evident, cel puţin pentru extremitatea vestică a judeţelor Timiş şi Arad creşterea temperaturii pe verticală cu două până la 40C (fig. 3). În restul teritoriului diferenţa de temperatură era de până la două grade sau zero (strat izoterm).

Fig. 3. Rulările modelului ALADIN pentru temperatura de la nivelurile de 1000 şi 950 mb

în data de 21.11.2009 h.21 UTC Dimineaţa zilei de 22.11.2009 aduce cu sine o extindere a fenomenului de

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Riscuri şi catastrofe Victor Sorocovschi

122

ceaţă, fapt surprins de toate rulările modelelor. Nebulozitatea joasă cuprinde cea mai mare a judeţului Timiş şi o bună parte a judeţului Arad. Totodată se extinde izolat şi în Caraş-Severin şi Bihor. Umiditatea relativă cu valori de 100% ocupă o suprafaţă sensibil mai mare decât în seara precedentă (fig. 4).

Fig. 4. Rulările modelului ALADIN pentru nebulozitatea joasă şi umezeala relativă

în data de 22.11.2009 h.06 UTC Inversiunea termică verticală este mai accentuată şi mult mai extinsă ca

arie. Diferenţele de temperatură între straturi este mai mare de 40C pe areale din judeţele Timiş şi Arad (fig. 5).

Fig. 5. Rulările modelului ALADIN pentru temperatura de la nivelurile de 1000 şi 950 mb

în data de 22.11.2009 h.06 UTC

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Fenomene şi procese climatice de risc

123

Alt model numeric care anticipa producerea ceţii a fost ECMWF. Rulările de nebulozitate joasă şi cele de umiditate relativă pentru 22.11.2009 ora 06 UTC prezintă aceeaşi situaţie ca şi modelul ALADIN. Se poate remarca că aria afectată de ceaţă urma să cuprindă spaţii relativ întinse şi din ţări precum Ungaria sau Serbia (fig. 6).

Fig. 6. Rulările modelului ECMWF pentru umezeala relativă la 1000 mb

şi nebulozitatea joasă în data de 22.11.2009 h.06 UTC

Un produs util al modelului ECMWF pentru determinarea inversiunilor pe verticală este acela care oferă diferenţa de temperatură, exprimată în 0C, între straturile de la 925 şi 1000 hPa (fig. 7).

Fig. 7. Diferenţa de temperatură între nivelurile de 925 şi 1000 hPa după rularea modelului

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Riscuri şi catastrofe Victor Sorocovschi

124

ECMWF în data de 22.11.2009 h.06 UTC Valorile pozitive vor caracteriza prin urmare zonele în care temperatura va

creşte cu înălţimea şi implicit unde este probabil să se formeze ceaţa. Pentru zona de vest a României diferenţa era de până la + 60C. Noaptea de 22/23.11.2009 aduce o diminuare a parametrilor folosiţi în prognoza ceţii amintiţi anterior. Conform rulării modelului ALADIN, la ora 00 UTC, aria cu umiditate relativă de 100% se reduce la nivel de local în Crişana şi izolat în Banat. Nebulozitatea joasă va consemna de asemenea o restrângere ca arie apărând discontinuităţi între Crişana şi Banat (fig. 8).

Fig. 8. Rulările modelului ECMWF pentru umezeala relativă la 1000 mb

şi nebulozitatea joasă în data de 23.11.2009 h.00 UTC

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Fenomene şi procese climatice de risc

125

Fig. 9. Diferenţa de temperatură între nivelurile de 925 şi 1000 hPa după rularea modelului ECMWF în data de 23.11.2009 h.00 UTC

Diferenţele de temperatură pe verticală, conform modelului ECMWF rămân semnificative cu o creştere mai amplă în Banat, punctiform de până la 6-80C şi moderată în Crişana, cu o medie de 2-40C (fig. 9). După modelul ALADIN inversiunea termică pe verticală este mult mai estompată, de până la 1-20C, izolat în Banat. În rest se poate vorbi mai degrabă de izotermie (fig. 10).

Fig. 10. Rulările modelului ALADIN pentru temperatura de la nivelurile de 1000 şi 950 mb

în data de 22.11.2009 h.06 UTC Un instrument util, care surprinde inversiunile de temperatură din apropierea solului îl reprezintă sondajele aerologice.

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Riscuri şi catastrofe Victor Sorocovschi

126

Fig. 11. Sondajele aerologice de la Beograd și Szeged

în data de 22.11.2009 h.00 UTC În lipsa efectuării acestora în partea de vest a României considerăm

relevante sondajele efectuate la Beograd, situat în linie dreaptă la ≈ 85 km faţă de graniţa cu România şi Szeged, situat la ≈ 20 km faţă de graniţă. Sondajele atmosferice pot oferi date legate de stratificarea termică şi inversiunile de temperatură din primii 100 m ai stratulului limită de lângă sol. Totodată, apropierea sau atingerea dintre curba sondajului şi curba temperaturii punctului de rouă arată creşterea umidităţii din stratul atmosferic respectiv şi apropierea de saturaţie (fig.11).

Fig. 12. Sondajele aerologice de la Beograd și Szeged în data de 23.11.2009 h.00 UTC

Pentru argumentare am utilizat datele de aerosondaj din 22.11.2009 şi 23.11.2009 h.00 UTC. Înclinarea spre stânga a curbei profilului de temperatură în apropierea Pământului indică creşterea de temperatură cu înălălţimea. Este de asemenea evidentă şi umiditatea relativă foarte ridicată în imediata apropiere a solului. În partea dreaptă a sondajului atmosferic, profilul vertical al vântului arată existenţa unui vânt slab în atmosfera inferioară (fig. 12). În cursul zilei fenomenul de ceaţă se poate monitoriza cu imaginile satelitare din domeniul vizibil (VIS) sau infraroşu apropiat (NIR). În cursul nopţii aceste canale spectrale sunt inutile din motive evidente. Pentru a rezolva acest impediment Administraţia Naţională de Meteorologie foloseşte imagini composite (RBG). Pentru a exemplifica afirmaţiile de mai sus am folosit imagini satelitare din canale spectrale VIS din cursul zilei de 22.11.2009 (fig. 13) şi o combinaţie RBG

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Fenomene şi procese climatice de risc

127

din seara zilei de 16.01.2010 (fig. 14).

Fig. 13. Imagini VIS ale fenomenului de ceaţă din cursul zilei de 22.11.2009

Fig. 14. Imagini RGB ale fenomenului de ceaţă din cursul serii de 16.01.2009

Concluzii

www.operator.inmh.ro

RISCURI ŞI C

ATASTROFE

An. IX

, vol.

8, nr

. 1/20

10

Riscuri şi catastrofe Victor Sorocovschi

128

Deşi este un fenomen meterologic greu de prognozat există câteva modele numerice care pot oferi o imagine asupra condiţiilor atmosferice caracteristice producerii ceţii. Datele din sondajele atmosferice completează informaţiile utile în acest demers. Imaginile satelitare în diferite canale spectrale ajută la monitorizarea fenomenului din punct de vedere al extinderii spaţiale.

BIBLIOGRAFIE 1. Ştefan, Sabina (2004), Fizica atmosferei, vremea şi clima, Editura Univesităţii din Bucureşti. 2. http://www.operator.inmh.ro. 3. http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=fog_types 4. http://www.srh.noaa.gov/mrx/research/fogtys.php 5. http:// www.wetter3.de