Identificarea foehnului folosing imagini satelitare MSG

Introducere

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

Cunoaşterea caracteristicilor climatice ale foehnului sunt necesare pentru motive de siguranţă în aviaţie (parapanta şi 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 situaţii topografice), sănătatea populaţiei (dispersia poluanţilor atmosferici), activităţi 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 Carpaţilor, dar mai ales a celui din regiunea Munţilor Alpi, unde efectul este mult mai pronunţat ca urmare a altitudinilor mai mari şi mase de aer cu un conţinut mare de umezeală la contactul cu Munţii Alpi comparativ cu cele care ajung în regiunea Carpaţilor Meridionali.

Pentru a identifica fenomenul este necesară o reţea 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 rezoluţia temporală (15 minute).

În ultimii ani, imaginile satelitare sunt din ce în ce mai utilizate pentru urmărirea şi 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 rezoluţie (HRV – High Rezolution Visible) pe timpul zilei sau imaginile din domeniul InfraRoşu (IR) şi din domeniul vaporilor de apă (WV) atât pe timpul zilei cât şi pe timpul nopţii, dar şi imagini compuse rezultate din combinaţii de benzi spectrale (reprezentări fals – color). Pentru identificarea foehnului s-au folosit imaginile satelitare METEOSAT8 brute, cât şi imagini compuse în formatul .tiff, din arhiva Administraţiei Naţionale de Meteorologie. Analiza sinoptică foloseşte imaginile satelitare la nivelul Europei pentru o mai bună identificare şi urmărire a evoluţiei centrilor barici şi a sistemelor noroase, la scară regională. Pentru analiza foehnului în nordul Olteniei au fost selectate şi vor fi prezentate imaginile satelitare reprezentative doar la nivelul ţării.

Caracteristicile imaginilor

Domeniul HRV oferă informaţii despre grosimea sistemelor noroase numai pe timpul zilei. Astfel, norii superiori (exemplu nori subţiri) sunt reprezentaţi pe imagini în tonuri de gri, cu cât densitatea norului creşte şi prin urmare şi grosimea acestuia culoarea tinde spre alb, (exemplu norii cu dezvoltare verticală: Cumulonimbus). Identificarea ceţei este posibilă numai prin folosirea de imagini consecutive: bancurile de ceaţă rămân în acelaşi loc, pe când norii se mişcă.

Domeniul IR este în funcţie de temperatura de strălucire. Imaginile MSG au şase canele în domeniul IR (3.9, 8.7, 9.7, 10.8, 12.0 şi 13.4), în care se fac observaţii şi ziua şi noaptea. Pe imaginile din domeniul IR, norii superiori reci, formaţi în totalitate din cristale de gheaţă mari sunt albi (cu cât vârfurile sunt mai reci cu atât sunt mai albi), iar norii mijlocii şi inferiori alcătuiţi, atât din picături de apă cât şi cristale de gheaţă sunt reprezentaţi în tonuri de gri (vârfurile sunt mai calde), iar negru reprezintă suprafaţa 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 şi dens. Imaginile din domeniul WV sunt utilizate cu precădere pentru analiza maselor de aer [1].

Modelul conceptual de formare a foehnului

Condiţiile de bază ce conduc la un proces foehn sunt o masa de aer umedă şi curgerea acesteia perpendiculară pe un lanţ muntos. Atingând lanţul muntos, aerul este forţat să se ridice. Pe versanţii expuşi, din cauza barajului orografic se produce ascensiunea forţată a aerului, însoţită de destinderea adiabatică, răcirea şi condensarea vaporilor de apă, dacă este suficentă umezeală conţinută în masa de aer. Iniţial răcirea masei de aer se realizează după adiabata uscată (1°C/100m) până la atingerea saturaţiei. În continuare, începe condensarea şi mai departe răcirea după adiabată umedă (0.65°C/100 m). Până la înălţimea vârfurilor muntoase masa de aer pierde o mare parte din conţinutul de umiditate şi poate fi socotită relativ uscată [2]. Pe versanţii adăpostiţi se petrec coborârea şi încălzirea asociată în regimul adiabat uscat. În consecinţă, aerul se încălzeşte în timpul coborârii într-un ritm mai alert decât cel al răcirii din faza de ascensiune, ajungând la poalele munţilor sub forma unui vânt foarte uscat, cald şi puternic – foehn (figura 1).

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

Identificarea foehnului

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

• prezenţa norilor joşi pe versanţii expuşi;
• modificarea părţilor frontale ale norilor;
• absenţa norilor pe versanţii adăpostiţi;
• formarea norilor superiori pe versanţii adăpostiţi;
• formarea norior de undă pe versanţii adăpostiţi.

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

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

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

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

• pe versantul adăpostit se disting mai multe situaţii:

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

Figura 4. Identificarea norilor de baraj orografic ce se formează la traversarea munţilor, 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) şi acolo unde există mişcare ascendentă. În sectoarele cu mişcare descendentă norii se vor disipa. Rezultatul este formarea de linii de nori de adăpost paralele cu lanţul montan traversat.

Norii de undă sunt caracterizati printr-o bandă îngustă de nori mijlocii (cu extindere verticală redusă), perpendiculari pe direcţia vântului şi paraleli cu lanţul montan. Aceşti nori se pot observa cu uşurinţă pe imaginile satelitare. Pe imaginile din domeniul vizibil aceştia sunt întotdeauna albi (figura 5).

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

3. prezenţa norilor superiori alcătuiţi din cristale de gheaţă, (figura 3).

Aceleaşi caracteristici, ca în cazul imaginilor din domeniul vizibil, se pot identifica şi 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 nopţii. Descifrarea nuanţelor de gri pe imaginile IR este următoarea [3]:

• cele mai închise nuanţe de gri spre negru reprezintă zonele senine (suprafaţa terestră sau apa);
• cele mai deschise nuanţe de gri până la alb reprezintă norii superiori alcătuiţi din cristale de gheaţă;
• nuanţe mai închise de gri care se dezvoltă pe partea expusă vântului reprezintă norii joşi şi mijlocii;
• uneori se pot vedea în zona fără nori, linii orografice de convergenţă sub forma unor linii sau celule albe;
• norii de unda variază de la alb la nuanţe de gri închis (în funcţie de temperatura vârfurilor), (figura 7).

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

Pe durata nopţii, alături de imaginile din domeniul IR, se folosesc şi imagini compuse (fals-color) obţinute prin combinaţii de benzi spectrale. În această situaţie utilizarea diferitelor canale spectrale din domeniul IR sau al vaporilor de apă ajută la idenitificarea tipurilor de nori. Folosind o combinaţie 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 combinaţiei 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 şi tipurile de mase de aer (calde şi 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: Detecţia şi analiza fenomenelor meteorologice folosind imagini satelitare MSG şi tehnici RGB, Culegere de lucrări „Vremea, clima şi dezvoltarea durabilă”, Bucureşti, ISBN: 973-0-04131-8.
2. Stăncescu, I. (1983), Carpaţii, factori modificatori ai climei, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti.
3. *** Arhiva de imagini satelitare, Administraţia Naţională de Meteorologie (2008).
4. http://www.zamg.ac.at.