Identificarea foehnului folosing imagini satelitare MSG

Introducere

Foehnul este un vânt cald specific regiunilor montane. Foehnul este posibil tot anul, dar frecvența cea mai mare se realizează iarna și primăvara, diferențiat local în raport de tipul de circulație. Foehnul depinde de condițiile topografice pe scară mică, dar condițiile pe o scară mai mare decât cea a regiunilor în care el se produce trebuie să fie adecvate pentru a-l face posibil.

Cunoașterea caracteristicilor climatice ale foehnului sunt necesare pentru motive de siguranță în aviație (parapanta și deltaplanul sunt afectate de valori ale vântului foehn relativ slabe, în timp ce aeronavele comerciale mai mari sunt puse în primejdie numai de cele mai puternice foehnuri sau în anumite situații topografice), sănătatea populației (dispersia poluanților atmosferici), activități recreative etc.

Foehnul, în regiunea de nord a Olteniei, este un fenomen pe scară mică ce depinde strâns de caracteristicile topografice. Intensitatea foehnului în nordul Olteniei nu are amplitudinea celui de la Curbura Externă a Carpaților, dar mai ales a celui din regiunea Munților Alpi, unde efectul este mult mai pronunțat ca urmare a altitudinilor mai mari și mase de aer cu un conținut mare de umezeală la contactul cu Munții Alpi comparativ cu cele care ajung în regiunea Carpaților Meridionali.

Pentru a identifica fenomenul este necesară o rețea de puncte de măsurare cât mai fină. În acest context, imaginile satelitare METEOSAT8 (MSG) reprezintă o unealtă de lucru incontestabil necesară. Marele avantaj al imaginilor MSG îl constituie rezoluția temporală (15 minute).

În ultimii ani, imaginile satelitare sunt din ce în ce mai utilizate pentru urmărirea și analiza fenomenelor meteorologice. Identificarea foehnului pe baza imaginilor satelitare constituie o metodă indirectă de analiză.

Date utilizate

Se pot utiliza atât imaginile brute din domeniul vizibil de foarte înaltă rezoluție (HRV – High Rezolution Visible) pe timpul zilei sau imaginile din domeniul InfraRoșu (IR) și din domeniul vaporilor de apă (WV) atât pe timpul zilei cât și pe timpul nopții, dar și imagini compuse rezultate din combinații de benzi spectrale (reprezentări fals – color). Pentru identificarea foehnului s-au folosit imaginile satelitare METEOSAT8 brute, cât și imagini compuse în formatul .tiff, din arhiva Administrației Naționale de Meteorologie. Analiza sinoptică folosește imaginile satelitare la nivelul Europei pentru o mai bună identificare și urmărire a evoluției centrilor barici și a sistemelor noroase, la scară regională. Pentru analiza foehnului în nordul Olteniei au fost selectate și vor fi prezentate imaginile satelitare reprezentative doar la nivelul țării.

Caracteristicile imaginilor

Domeniul HRV oferă informații despre grosimea sistemelor noroase numai pe timpul zilei. Astfel, norii superiori (exemplu nori subțiri) sunt reprezentați pe imagini în tonuri de gri, cu cât densitatea norului crește și prin urmare și grosimea acestuia culoarea tinde spre alb, (exemplu norii cu dezvoltare verticală: Cumulonimbus). Identificarea ceței este posibilă numai prin folosirea de imagini consecutive: bancurile de ceață rămân în același loc, pe când norii se mișcă.

Domeniul IR este în funcție de temperatura de strălucire. Imaginile MSG au șase canele în domeniul IR (3.9, 8.7, 9.7, 10.8, 12.0 și 13.4), în care se fac observații și ziua și noaptea. Pe imaginile din domeniul IR, norii superiori reci, formați în totalitate din cristale de gheață mari sunt albi (cu cât vârfurile sunt mai reci cu atât sunt mai albi), iar norii mijlocii și inferiori alcătuiți, atât din picături de apă cât și cristale de gheață sunt reprezentați în tonuri de gri (vârfurile sunt mai calde), iar negru reprezintă suprafața terestră sau apa.

Pe imaginile satelitare din domeniul WV, aerul uscat din troposfera înaltă este reprezentat cu negru, iar cu cât aerul este mai umed cu atât culorile tind spre gri deschis și dens. Imaginile din domeniul WV sunt utilizate cu precădere pentru analiza maselor de aer [1].

Modelul conceptual de formare a foehnului

Condițiile de bază ce conduc la un proces foehn sunt o masa de aer umedă și curgerea acesteia perpendiculară pe un lanț muntos. Atingând lanțul muntos, aerul este forțat să se ridice. Pe versanții expuși, din cauza barajului orografic se produce ascensiunea forțată a aerului, însoțită de destinderea adiabatică, răcirea și condensarea vaporilor de apă, dacă este suficentă umezeală conținută în masa de aer. Inițial răcirea masei de aer se realizează după adiabata uscată (1°C/100m) până la atingerea saturației. În continuare, începe condensarea și mai departe răcirea după adiabată umedă (0.65°C/100 m). Până la înălțimea vârfurilor muntoase masa de aer pierde o mare parte din conținutul de umiditate și poate fi socotită relativ uscată [2]. Pe versanții adăpostiți se petrec coborârea și încălzirea asociată în regimul adiabat uscat. În consecință, aerul se încălzește în timpul coborârii într-un ritm mai alert decât cel al răcirii din faza de ascensiune, ajungând la poalele munților sub forma unui vânt foarte uscat, cald și puternic – foehn (figura 1).

Figura 1. Procesele meteorologice care au loc pe cei doi versanți
(prelucrare după www. zamg.ac.at)

Identificarea foehnului

Identificarea sistemelor noroase pe imaginile satelitare oferă informații (indirect) despre prezența foehnului, figura 2:

• prezența norilor joși pe versanții expuși;
• modificarea părților frontale ale norilor;
• absența norilor pe versanții adăpostiți;
• formarea norilor superiori pe versanții adăpostiți;
• formarea norior de undă pe versanții adăpostiți.

Figura 2. Sistemele noroase și procesele meteorologice
specifice foehnului (prelucrare după www.zamg.ac.at)

Interpretarea imaginilor din domeniul HRV este mult mai accesibilă ochiului uman (față de imaginile din domeniul IR sau WV) datorită contrastului puternic dintre diferitele tipuri de suprafețe înregistrate. Prin urmare pe imaginile satelitare HRV se pot identifica [3]:

• un câmp noros compact care apare pe versantul expus (nordic) (figura 3);
• prezența unei linii orografice de convergență ce delimitează cei doi versanți (figura 3);

Figura 3. Imagine METEOSAT8 HRV ( 6.10.2008, h 09:30UTC)

• pe versantul adăpostit se disting mai multe situații:

1. nu se mai formează nori (figura 4);

Figura 4. Identificarea norilor de baraj orografic ce se formează la traversarea munților, imagine HRV (18.09.2008, h 6:00 UTC)

2. se formează nori de undă. Norii de undă se vor forma acolo unde există un surplus de umezeală în partea superioară a undei de adăpost (creasta undei) și acolo unde există mișcare ascendentă. În sectoarele cu mișcare descendentă norii se vor disipa. Rezultatul este formarea de linii de nori de adăpost paralele cu lanțul montan traversat.

Norii de undă sunt caracterizati printr-o bandă îngustă de nori mijlocii (cu extindere verticală redusă), perpendiculari pe direcția vântului și paraleli cu lanțul montan. Acești nori se pot observa cu ușurință pe imaginile satelitare. Pe imaginile din domeniul vizibil aceștia sunt întotdeauna albi (figura 5).

Figura 5. Identificarea norilor de undă ce se formează în urma traversării munților, imagine din domeniul vizibil (16.01.2009, h 10.30 UTC)

3. prezența norilor superiori alcătuiți din cristale de gheață, (figura 3).

Aceleași caracteristici, ca în cazul imaginilor din domeniul vizibil, se pot identifica și pe imaginile din domeniul IR (figura 6).

Figura 6. Imagine METEOSAT8 IR ( 6.10.2008, h 09:30UTC)

Marele avantaj al imaginilor din domeniul IR îl contituie disponibilitatea lor pe durata nopții. Descifrarea nuanțelor de gri pe imaginile IR este următoarea [3]:

• cele mai închise nuanțe de gri spre negru reprezintă zonele senine (suprafața terestră sau apa);
• cele mai deschise nuanțe de gri până la alb reprezintă norii superiori alcătuiți din cristale de gheață;
• nuanțe mai închise de gri care se dezvoltă pe partea expusă vântului reprezintă norii joși și mijlocii;
• uneori se pot vedea în zona fără nori, linii orografice de convergență sub forma unor linii sau celule albe;
• norii de unda variază de la alb la nuanțe de gri închis (în funcție de temperatura vârfurilor), (figura 7).

Figura 7. Identificarea norilor de undă ce se formează în urma traversării munților, imagine din domeniul IR (16.01.2009, h 10.30 UTC)

Pe durata nopții, alături de imaginile din domeniul IR, se folosesc și imagini compuse (fals-color) obținute prin combinații de benzi spectrale. În această situație utilizarea diferitelor canale spectrale din domeniul IR sau al vaporilor de apă ajută la idenitificarea tipurilor de nori. Folosind o combinație de benzi, produsul 014 cu R=IR12.0-IR10.8; G=IR10.8-IR3.9; B=IR10.8 (figura 8) se pot identifica tipurile de nori pe etaje altitudinale. O altă combinației este produsul 018 cu R=WV6.2-WV7.3; G=IR9.7-IR10.8; B=WV6.2 (figura 9) cu ajutorul căruia se pot identifica tipurile de nori pe etaje altitudinale, dar și tipurile de mase de aer (calde și reci).

Figura 8. Imagine compusă, produsul 014 (R=IR12.0-IR10.8; G=IR10.8-IR3.9; B=IR10.8), din 6.10.2008, h 2:30UTC

Figura 9. Imagine compusă, produsul 018 (R=WV6.2-WV7.3; G=IR9.7-IR10.8; B=WV6.2), din 6.10.2008, h 2:30UTC

Bibliografie

1. Oancea, Simona, Diamandi, A., Hofnar, Alina, Nicola, Oana, 2005: Detecția și analiza fenomenelor meteorologice folosind imagini satelitare MSG și tehnici RGB, Culegere de lucrări „Vremea, clima și dezvoltarea durabilă”, București, ISBN: 973-0-04131-8.
2. Stăncescu, I. (1983), Carpații, factori modificatori ai climei, Editura Științifică și Enciclopedică, București.
3. *** Arhiva de imagini satelitare, Administrația Națională de Meteorologie (2008).
4. http://www.zamg.ac.at.