Na styku nawigacji satelitarnej i meteorologii – rozwój numerycznego prognozowania pogody

Obecnie w Europie jest około 2500, a w Polsce przynajmniej 120, odbiorników systemów nawigacji satelitarnej GNSS (GPS, GLONASS, Galileo) mogących pełnić rolę precyzyjnych instrumentów meteorologicznych. Najwyższy czas, aby wykorzystać je do prognozowania pogody.

Rozwój numerycznych modeli prognostycznych, połączony ze wzrostem mocy obliczeniowej superkomputerów, pozwolił na wydłużenie horyzontu prognozowania pogody, zwiększenie rozdzielczości przestrzennej i podniesienie ich jakości. Jednak ze względu na niepełną informacje o rozkładzie pary wodnej w troposferze, wciąż bardzo trudne jest prognozowanie miejsca i intensywności opadów, a także zachmurzenia.

Sygnał emitowany przez satelity globalnych systemów nawigacyjnych, czyli GNSS, pokonując drogę od nadajnika umieszczonego na orbicie okołoziemskiej do odbiornika umieszczonego na powierzchni Ziemi, podlega wpływom środowiska propagacji. Wielkość ta jest w dolnej części atmosfery proporcjonalna do ciśnienia, temperatury i wilgotności wzdłuż drogi sygnału, czyli nawiązuje do parametrów występujących w numerycznych modelach prognozy pogody. Nowoczesne modele meteorologiczne używają do określenia stanu początkowego atmosfery różnych danych, wykraczających daleko poza klasyczne obserwacje naziemne ze stacji meteorologicznych oraz profili balonowych. Jedną z obserwacji, istotną z punktu widzenia pola wilgotności modelu prognostycznego, może być parametr pochodzący z opracowania sygnału GNSS: opóźnienie troposferyczne na drodze satelita – odbiornik.

Badania związane z propagacją sygnału GNSS w atmosferze i jego aplikacją w celu podniesienia jakości numerycznych prognoz pogody, wykraczają poza ramy prac naukowych związanych z nawigacją satelitarną i meteorologią. Aby móc przeprowadzić tak interdyscyplinarny projekt, zawiązaliśmy zespół badawczy złożony z ekspertów z geodezji satelitarnej, meteorologii, matematyki i reprezentujących szerokie spektrum nauk przyrodniczych. Pracownicy Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (dr inż. Witold Rohm – kierownik projektu, dr inż. Jan Kapłon, mgr inż. Karina Wilgan) wspólnie z naukowcami z Zakładu Klimatologii i Ochrony Atmosfery Uniwersytetu Wrocławskiego (dr hab. Maciej Kryza, mgr Marta Stanek) będą zajmować się precyzyjnym wyznaczeniem wpływu troposfery na drogę i czas przebiegu sygnału GNSS, optymalnym sposobem zapisu tej informacji w zmiennych numerycznego modelu prognozy pogody, a także efektywnymi metodami jej asymilacji.

Efektem prac będzie nowa, unikatowa metodologia wykorzystania obserwacji z globalnych satelitarnych systemów nawigacji. Ma to poprawić jakość prognoz meteorologicznych w zakresie wilgotności powietrza, zachmurzenia oraz opadów atmosferycznych. Tym samym możliwe stanie się wykorzystanie sieci stacji GNSS ASG-EUPOS, która wspiera obecnie działania geodetów, jako dostawcy obserwacji meteorologicznych, istotnych w procesie prognozowania pogody.

dr inż. Witold Rohm

Jest adiunktem w Instytucie Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Zajmuje się wykorzystaniem obserwacji GNSS w meteorologii, a także zastosowaniem zintegrowanych modeli troposferycznych w pozycjonowaniu. W latach 2011-2014 był pracownikiem Centrum Badań Kosmicznych RMIT University w Melbourne w Australii, gdzie współpracował z Australijskim Biurem Meteorologicznym w zakresie monitorowania, modelowania i prognozowania niebezpiecznych zjawisk meteorologicznych. Jest koordynatorem grupy roboczej zajmującej się aplikacją tomografii troposfery do badań nad niebezpiecznymi zjawiskami pogodowymi. Autor i współautor ponad dwudziestu prac naukowych z zakresu modelowania troposfery.

Data publikacji: 17.11.2014