Aerologie

Activitatea operationala a Observatorului de Fizica Atmosferei

Primele observatii de fizica atmosferei au constat in masuratori privind radiatia solara globala si au fost efectuate la Observatorul Filaret in anii 1888-1908. Masuratorile de radiatie solara sunt reluate intre 1934 – 1936 la Observatorul Baneasa.

In 1942 sub conducerea prof. Mircea Herovanu se pun bazele Observatorului de Fizica Atmosferei Bucuresti Afumati unde, in 1947 sunt reluate masuratorile de radiatie solara, iar in 1953 cele de electricitate a atmosferei.

In 1962 a fost infiintat laboratorul de poluare si chimia aerului. Aproape concomitent au fost dezvoltate (incepind din 1964) studiile teoretice si aplicative de difuzie a poluantilor, impreuna cu o serie de activitati legate de fizica stratului limita atmosferic (determinarea coeficientului de difuzie turbulenta si a altor parametri).

In 1980  cercetatorii dr. Mircea Frimescu si Laura Manea incep masuratorile asupra cantitatii totale de ozon atmosferic, folosind spectrofotometrul DOBSON 121 (activitatea continuand si in prezent).

Activitatea operationala a personalului din domeniul fizicii atmosferei este canalizata pe coordonarea si monitorizarea programelor operative de observatii si masuratori in altitudine necesare cunoasterii si supravegherii in permanenta a evolutiei proceselor fizice ale atmosferei si a elaborarii studiilor de specialitate din domeniul fizicii atmosferei.

I Masuratori meteorologice in altitudine

II Masurarea cantitatii de ozon total

I Masuratorile meteorologice din altitudine (radiosondajele si sondajele Pilot) sunt utilizate, cu prioritate, in urmatoarele domenii:

• elaborarea si fundamentarea prognozelor meteorologice la diferite termene de timp;
• protectia navigatiei aeriene (civile si militare);
• schimbul international reciproc de date;
• protectia mediului inconjurator;
• studii privind aparitia si evolutia diferitelor fenomene meteorologice periculoase;
• studii de amplasament ale diferitelor obiective industriale;
• constituirea fondului national de date;
• cercetarea teoretica, parametrica si aplicata, etc.

Statiile aerologice Bucuresti-Afumati si Cluj-Napoca sunt dotate cu sisteme de radiosondaj DigiCORA III, destinate executarii sondajelor aerologice la mare altitudine. Radiosonda aerologica RSKL-92 masoara parametrii de stare ai atmosferei (presiunea, temperatura si umezeala relativa). Acestia sunt folositi apoi la determinarea mai multor parametri termodinamici derivati, la diferite inaltimi ale atmosferei, necesari in analiza evolutiei diferitelor fenomene si procese meteorologice. Beneficiind de largul acces la emisiile radio ale sistemelor NAVAID si GPS, radiosondele RSKL-92 au fost dotate cu translatori NAVAID sau GPS pentru determinarea vântului in altitudine

Prelucrari zilnice (in timp real)

Acestea se efectueaza pentru fiecare mesaj transmis si preluat automat din sistemul informational. Principalele prelucrari constau in:

• Controlul calitatii si validarea datelor;

• Calculul unor parametri derivatinecesari activitatii operative de prognoza a vremii si in special in cea de nowcasting. Se calculeaza:<
  • inaltimile de geopotential la nivelurile de presiune standard (1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50 si 30 hPa;
  • temperatura potentiala si echivalent-potentiala la nivelurile standard cuprinse in stratul sol – 200 hPa;
  • componentele zonale si meridianale ale vantului;
  • umezeala relativa si specifica in stratul sol – 500 Mb.;
  • continutul de apa precipitabila in stratul sol – 100 Mb.;
  • inaltimea tropopauzei;
  • inaltimea punctului de cumulizare;
  • temperatura la sol necesara cumulizarii;
  • inaltimile izotermelor de 0 °C, -6 °C, -10 °C si -15 °C;
  • indicii de instabilitate convectiva a aerului (Showalter, Whiting, Total Totals si SWEAT);
  • indicele de disconfort (Heat index) pentru sezonul cald si de vreme severa (Wind Chill) pentru sezonul rece.

• Elaborarea grafica a diagramelor termodinamice STUWE pe care sunt reprezentate structurile verticale de temperatura, temperatura echivalent-potentiala, umezeala specifica, umezeala relativa, vantul si geopotentialul la sol si la nivelurile izobarice standard. Tot pe aceste diagrame sunt inscrise valorile parametrilor derivati, mentionati la punctul anterior.

• Elaborarea graficelor cu variatiile zilnicepe perioade de 7 zile, premergatoare datei curente (comparativ cu mediile lunare multianuale corespunzatoare) ale parametrilor mentionati mai jos:
  • Presiunea la sol si inaltimea de geopotential la principalele niveluri izobarice standard;
  • Temperatura la nivelul solului si la aceleasi niveluri de presiune standard;
  • Umezeala specifica in stratul SOL – 500 hPa;
  • Umezeala relativa in stratul SOL – 500 hPa;
  • Continutul de apa precipitabila in stratul sol – 100 Mb.;
  • Inaltimile izotermelor de 0°C, -6°C, –10°C si -15°C;
  • Indicii de instabilitate convectiva a aerului (Showalter, Whiting, Total Totals si SWEAT).

 Prelucrari numerice in flux lent

Acestea se efectueaza la intervale diferite de timp in functie de perioada analizata (lunara, anotimpuala sau anuala) si sunt necesare in vederea obtinerii parametrilor climatologici de altitudine utilizati la elaborarea si fundamentarea diferitelor studii aeroclimatologice precum si pentru folosirea lor ca input al modelelor numerice de diagnoza si prognoza a schimbarilor climatice zonale. Cele mai importante dintre lucrarile si operatiile dedicate realizarii obiectivelor mentionate sunt:

• actualizarea bazei de date aerologice;
  
• calculul mediilor lunare ale parametrilor aerologici de baza (inaltimi de geopotential, temperatura, umezeala) la nivelurile izobarice standard, ale parametrilor tropopauzei si principalelor izoterme precum si ale unor parametri derivati precum umezeala (relativa si specifica) in stratul SOL – 500 hPa si continutul de apa precipitabila in stratul sol – 100 Mb.;
  
• determinarea valorile extreme ale inaltimilor de geopotential si temperatura la nivelurile izobarice standard;
  
• calculul mediilor anotimpuale si anuale ale parametrilor aerologici de baza (inaltimi de geopotential, temperatura, umezeala) la nivelurile izobarice standard, ale parametrilor tropopauzei si principalelor izoterme precum si ale parametrilor derivati de umezeala (relativa si specifica) in stratul SOL – 500 hPa si continutul de apa precipitabila in stratul sol – 100 Mb.;
  

• prelucrari diverse necesare elaborarii unor studii sau rapoarte aerologice privind evolutia unor parametrii precum:
  – Inversiunile termice;	– Frecvente de inregistrare (aparitie);
  – Izotermii;	– Statistici diferite;
  – Factori de stabilitate;	– Anuare, rapoarte;
  – Parametri termodinamici diversi;	– Medii decadale, etc.

Studii si cercetari aerologice

Totodata, pe baza sirurilor de date obtinute la cele doua statii aerologice ale ANM (din 1961 si pana-n prezent), se elaboreaza o serie de studii aeroclimatologice care au ca obiective de baza determinarea particularitatilor privind evolutia si variatiile locale ale principalilor parametri climatici de altitudine din zona geografica a Romaniei. Rezultatul unui astfel de studiu este concretizat in graficulde mai jos unde sunt reprezentate abaterile decadale de temperatura fatadenormale,la sol si la principalele niveluri izobarice standard, pe cele patru decade din perioada anilor 1961-2000.

II Masurarea cantitatii de ozon total

Observatiile de ozon total au inceput la Bucuresti la 1 ianuarie 1980 si se executa in continuare cu regularitate maxima. Masuratorile se efectueaza zilnic, pe game largi de grosimi optice ale atmosferei, utilizându-se trei lungimi de unda. Calculul cantitatii totale de ozon se face imediat, iar valorile sunt transmise în timp real în Canada si Grecia în vederea întocmirii hartilor emisferice de ozon total.

Introducerea, in 1992, a unor noi coeficienti de absorbtie în ecuatiile de calcul ale ozonului, precum si introducerea unui format nou pentru raportarea lunara a rezultatelor a impus reevaluarea întregii baze de date de ozon pe plan mondial. Aceste cerinte au fost aplicate si datelor de ozon din România, astfel încât, în prezent, statia de la Bucuresti este considerata ca fiind una din statiile cu cele mai corecte siruri de date.

Observatiile de ozon total se executa cu ajutorul spectrofotometrului Dobson 121. Instrumentul a fost conceput inca din anul 1927 de G.M.B. Dobson – Anglia, care si-a propus „sa creeze un instrument capabil sa masoare cantitatea de ozon din atmosfera cu o precizie de masurare de aproximativ 1 % si care sa poata fi utilizat in masuratori de rutina, nu numai in cercetari de laborator”. In prezent,in reteaua mondiala de statii de sol care masoara ozonul total exista cca. 16 tipuri de instrumente, dar cele mai raspandite sunt spectrofotometrele Dobson (fotografia de mai jos).

Spectrofotometrul Dobson 121

Majoritatea spectrofotometrelor Dobson care opereaza in reteaua globala sunt etalonate regulat la sesiunile internationale de intercomparare desfasurate in cadrul programelor GAW ale OMM. Constantele de calibrare ale tuturor instrumentelor sunt determinate in functie de etalonul mondial (World Primary Standard Spectrophotometer – WPSS D 083) – spectrofotometrul Dobson No. 083. Acesta este intretinut de Centrul Mondial de Calibrare Dobson (World Dobson Calibration Center – WDCC) apartinand NOAA Climate Monitoring and Diagnostic Laboratory de la Boulder, Colorado, SUA. Un al doilea instrument standard – D065 este folosit in mod usual la intercompararile regionale. Ambele instrumente sunt verificate si intercomparate permanent

https://www.cmdl.noaa.gov/ozwv/dobson.

Spectrofotometrul Dobson 121 din dotarea ANM a fost verificat si calibrat initial in iunie 1979 la Centrul Regional de Ozon de la Potsdam. Aparatele de acest tip sunt destinate determinarii ozonului total folosind radiatia luminoasa provenita fie direct de la soaresau cea reflectata de bolta cereasca, (in timpul zilei), fie de la luna (in timpul noptii). In perioada de timp care a trecut de la punerea sa in functiune s-au efectuat peste 24.000 observatii, folosindu-se lumina directa a soarelui sau radiatia difuza; ocazional s-au facut observatii pentru structura verticala a stratului de ozon, dar nu s-au facut observatii pe timp de noapte.

Utilizarea spectrofotometrului de ozon s-a facut conform cu recomandarile Comisiei Internationale de Ozon din cadrul IAMAP ( International Association of Meteorology and Atmospheric Physics) din 1968, revazute si completate de OMM in cadrul Proiectului Global de Cercetaresi Supraveghere a ozonului atmosferic – GO₃OS – sub forma „Operation Handbook – Ozone Observations with a Dobson Spectrophotometer” (1980).

Asigurarea corectitudinii masuratorilor se realizeaza prin:

-intercompararea internaţionala periodica a instrumentului (în general la 3-4 ani) si prin testele de calibrare interna speciale. Ultima sesiune de intercomparare a avut loc în anul 2011 în Germania, la Centrul Regional AR VI de Ozon; http://www.chmi.cz/meteo/ozon/dobsonweb/calibrations.htm;

-compararea rezultatelor masuratorilor cu datele de la alte statii de ozon situate în conditii latitudinale similare.

Romania este un participant permanent in programul WMO/GAW de monitorizare a ozonului atmosferic. ANM a participat la toate campaniile intensive de masuratori in decada 1991- 2001 destinate evaluarii evolutiei stratului de ozon la latitudinile medii si polare ale Europei.