ANALIZA I WYBÓR LOKALIZACJI STACJI METEOROLOGICZNEJ NA PODSTAWIE ZASAD OBOWIĄZUJĄCYCH W PAŃSTWOWEJ SŁUŻBIE HYDROLOGICZNO-METEOROLOGICZNEJ

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 207 Sera: ORGANIZACJA I ZARZĄDZANIE z 4 Nr kol 993 Dorota GAWROŃSKA Poltechnka Śląska Wydzał Organzacj Zarządzana dorotagawronska@polslpl ANALIZA I WYBÓR LOKALIZACJI STACJI METEOROLOGICZNEJ NA PODSTAWIE ZASAD OBOWIĄZUJĄCYCH W PAŃSTWOWEJ SŁUŻBIE HYDROLOGICZNO-METEOROLOGICZNEJ Streszczene W artykule przedstawono czynnk wpływające na wynk pomarów stacj meteorologcznej ze względu na jej lokalzację Dotychczasowa procedura analzy lokalzacj operała sę na przydzelenu stacj do jednej z pęcu klas ze względu na wpływ czynnków znekształcających pomar danego elementu meteorologcznego W pracy zaproponowano strukturę herarchczną kryterów ocenającą lokalzację dla stacj meteorologcznej z uwzględnenem ważnośc kryterów Na tej podstawe umożlwono określene optymalnej lokalzacj dla stacj meteorologcznej ze względu na przyjęte krytera oraz ch wpływu na ocenę końcową Słowa kluczowe: meteorologa stacje meteorologczne czynnk wpływające na pomary stacj meteorologcznych źródła błędów pomarowych welokryteralność ANALYSIS AND SELECTION OF LOCATION OF METEOROLOGICAL STATION ON THE BASIS OF PRINCIPLES APPLICABLE IN THE STATE HYDROLOGICAL AND METEOROLOGICAL SERICE Abstract The artcle presents the factors affectng the results of meteorologcal staton measurements due to ts locaton The prevous locaton analyss procedure was based on assgnng statons to one of fve classes due to the nfluence of factors that dstort the measurement of a gven meteorologcal element The paper proposes a herarchcal structure of crtera assessng the locaton of the meteorologcal staton takng nto account the valdty of the crtera On ths bass t was possble to determne the optmal locaton for the meteorologcal staton due to the adopted crtera and ther mpact on the fnal grade Keywords: meteorology meteorologcal statons factors affectng measurements of meteorologcal statons sources of measurement errors multcrtera

2 80 D Gawrońska Wstęp Pomary obserwacje meteorologczne dostarczają nformacje o wynkach pomarów obserwacj stanu fzycznego dolnych warstw atmosfery służących prognozowanu pogody charakterystyce klmatu na danym obszarze są źródłem wedzy o zróżncowanych procesach zachodzących w atmosferze [6] Obserwacje pomary meteorologczne dokonywane są stacjach meteorologcznych Podstawowy zestaw przyrządów to klatka meteorologczna z kompletem termometrów watromerz deszczomerze termometry gruntowe helograf ewentualne przyrządy do pomarów promenowana słonecznego Stacje te dokonują co najmnej 8 pomarów w cągu doby obserwacj pomarów meteorologcznych na ch podstawe przygotowywane są prognozy pogody na najblższe dn oraz komunkaty o nekorzystnych procesach jak przymrozk mgła slne watry tp Prognozy opracowuje sę na podstawe cśnena atmosferycznego jego tendencj kerunku prędkośc watru temperatury powetrza na różnych wysokoścach temperatura gruntu na różnych głębokoścach wlgotnośc powetrza zachmurzena neba wysokośc opadów atmosferycznych wdocznośc przezroczystośc zaneczyszczena powetrza parowane z powerzchn zem wysokość podstawy chmur tp Aby wynk były warygodne stacje meteorologczne pownny być usytuowane według wytycznych określonych przez Państwową Służbę Hydrologczno Meteorologczną Dotychczas przy wyborze optymalnej reprezentatywnośc lokalzacj operano sę na klasyfkacj osobno do jednej z pęcu klas ze względu na: pomar temperatury wlgotnośc powetrza wysokośc opadów atmosferycznych kerunku prędkośc watru natężena całkowtego rozproszonego promenowana słonecznego oraz natężena bezpośrednego promenowana słonecznego usłonecznena [3] Celem nnejszej pracy było utworzene jednoltej struktury analzy oceny lokalzacj stacj która określa optymalny wybór lokalzacj jednocześne na podstawe wszystkch pomarów określonych dotychczasowo dla pojedynczej klasy Wynkem jest otrzymane nformacj o wyborze optymalnej lokalzacj spośród rozpatrywanych warantów 2 Krytera oceny lokalzacj stacj meteorologcznej Dla analzy lokalzacj stacj meteorologcznej określono strukturę kryterów podkryterów Opracowano ją na podstawe wymagań określonych Instytut Meteorolog Gospodark Wodnej [3]: Wysokość ekspozycj przyrządu pomarowego nad pozomem gruntu - kontrola wysokośc przyrządu pomarowego zgodne z zalecenam WMO lub w przypadku ch

3 Analza wybór lokalzacj stacj meteorologcznej 8 braku z obowązującym w PSHM Pomary pownny odbywać sę na wysokośc cm npg (w PSHM ustalona wysokość to 200 cm npg) 2 Rzeźba terenu bezpośredno otaczającego stanowsko pomarowe (kontrola terenu ze względu na jego wyrównane czyl: czy charakteryzuje sę brakem zagłębeń wynosłośc jak rowy pne krzewy oraz czy teren jest pozomy bez nachylena ocena na le nachylene terenu odbega od pozomu traktowanego jako pożądane oraz ocena lokalzacj na tle ogólnej rzeźby terenu pod katem czy stanowsko będze znajdowało sę na wznesenu na dne zagłębena lub w sąsedztwe nagłych zman wysokośc terenu) 3 Odległość od sztucznych źródeł cepła powerzchn odbjających promenowane słoneczne jak budynk mury drog autostrady parkng chodnk obszary zabudowane tereny przemysłowe powerzchne skalne cepłocąg nazemne podzemne a) do 30 m od stacj ne może być żadnych obektów budowlanych b) w odległośc m mogą znajdować sę pojedyncze małe budynk roślnność ale ch 0-krotność wysokośc ne pownna być wększa nż odległość od stacj c) w odległośc m od stacj może stneć zabudowa sady do wysokośc perwszego pętra d) dopero powyżej 500 m od stacj może znajdować sę zwarta zabudowa ne tworząc jednak zwartego kręgu 4 Wysokość roślnnośc w otoczenu stanowska pomarowego: a) do 30 m od stacj ne może być drzew krzewów upraw sztuczne zraszanych b) w odległośc m mogą znajdować sę pojedyncza roślnność ale ch 0- krotność wysokośc ne pownna być wększa nż odległość od stacj c) w odległośc m od stacj mogą stneć sady ale podobne jak zabudowa do wysokośc perwszego pętra d) zwarte zespoły drzew mogą znajdować sę ne blżej nż 300 m od stacj 5 Szorstkość terenu - szorstkość S jest defnowana jako wysokość nad pozomem zem na której prędkość watru jest zredukowana do wartośc 0 m/s na skutek oddzaływana podłoża na ruchy powetrza a węc strumeń powetrza jest całkowce wyhamowany Ponżej przedstawona jest klasyfkacja szorstkośc terenu:

4 82 D Gawrońska Tabela Charakterystyka klas szorstkośc terenu Klasa Szorstkość S Rodzaj terenu szorstkośc długość [m] Teren płask otwarty na którym wysokość nerównośc jest mnejsza od 05 m 0007 Teren płask otwarty lub neznaczne pofalowany Mogą występować pojedyncze zabudowana lub drzewa w dużych odległoścach od sebe 2 00 Teren płask lub pofalowany z otwartym duŝym przestrzenam Mogą występować grupy drzew lub nska zabudowa w znacznej odległośc od sebe Teren z przeszkodam tj tereny zalesone przedmeśca wększych mast oraz małe masta tereny przemysłowe luźno zabudowane Teren z lcznym przeszkodam w nedużej odległośc od sebe tj skupska drzew budynków w odległośc mn 300 m od mejsca obserwacj Teren z lcznym dużym przeszkodam położonym blsko sebe obszary leśne centra dużych mast Źródło: Gumuła S Knap T Strzelczyk P Szczerba Z: Energetyka watrowa Uczelnane Wydawnctwa Naukowo- Dydaktyczne AGH Kraków Udzał powerzchn nenaturalnych w otoczenu stacj meteorologcznej Określono następujące możlwośc odległośc od klatk meteorologcznej: do % w promenu 5 m do % w promenu 0 m do 5% w promenu 5-0 m do 5% w promenu 0-30 m do 5% w promenu 5 m do 0% w promenu 5-0 m do 0% w promenu 0-30 m do 0% w promenu m do 30% w promenu do 3 m do 50% w promenu 3-0 m 7 Odległość od jezor oczek wodnych (nenaturalnego dla danego mezoregonu) 8 Wysokość zasłonęca horyzontu od strony NE - NW 9 Wysokość obektów osłanających ekspozycję deszczomerzy 0 Kąt zasłonęca horyzontu przez przeszkodę w odnesenu do pomarów kerunku prędkośc watru Kąt zasłonęca horyzontu przez przeszkodę w odnesenu natężena całkowtego rozproszonego promenowana słonecznego a) dla albedo ponżej 50% b) dla albedo powyżej 50% Przedstawone krytera stanową są podstawą przedstawonej w kolejnym punkce welokryteralnego modelu wyboru optymalnej lokalzacj stacj meteorologcznej Albedo - stosunek lośc promenowana odbtego do padającego Jest parametrem określającym zdolność odbjana promen przez daną powerzchnę (

5 Analza wybór lokalzacj stacj meteorologcznej 83 3 Herarchczny model oceny lokalzacj stacj meteorologcznych Na podstawe opsanych kryterów w pkt 2 pracy przyjęto następujące oznaczena ocen lokalzacj w ramach poszczególnych kryterów: Wysokość ekspozycj przyrządu pomarowego nad pozomem gruntu WE (ocena kryterum Pozomu ) 2 Rzeźba terenu bezpośredno otaczającego stanowsko pomarowe RT (ocena kryterum Pozomu ) 3 Odległość od sztucznych źródeł cepła powerzchn odbjających promenowane słoneczne O (ocena kryterum Pozomu ) jego podkrytera Pozomu 2: a) do 30 m od stacj O 30 b) w odległośc m O30 00 c) w odległośc m O d) powyżej 500 m od stacj O Wysokość roślnnośc w otoczenu stanowska pomarowegowr (ocena kryterum Pozomu ) jego podkrytera Pozomu 2: a) do 30 m od stacj WR 30 b) w odległośc m WR30 00 c) w odległośc m od stacj WR d) powyżej 300 WR Szorstkość terenu - SZ (ocena kryterum Pozomu ) 6 Udzał powerzchn nenaturalnych UPN (ocena kryterum Pozomu ) jego podkrytera Pozomu 2: a) do % w promenu 5 m UPN 5 b) do % w promenu 0 m UPN 0 c) do 5% w promenu 5-0 m UPN5 5 0 d) do 5% w promenu 0-30 m UPN e) do 5% w promenu 5 m UPN 5 5 f) do 0% w promenu 5 0 m UPN5 5 0 g) do 0% w promenu 0 30 m UPN h) do 0% w promenu m UPN

6 84 D Gawrońska ) do 30% w promenu do 3 m UPN 30 3 j) do 50% w promenu 3 0 m UPN Odległość od jezor oczek wodnych OoJ (ocena kryterum Pozomu ) jego podkrytera Pozomu 2: a) do 0 m OoJ 0 b) 0 30 m OoJ0 30 c) m OoJ30 00 d) powyżej 00 m OoJ00 8 Wysokość zasłonęca horyzontu od strony NE NW WzH 9 Wysokość obektów osłanających ekspozycję deszczomerzy WD j (ocena kryterum Pozomu ) 0 Kąt zasłonęca horyzontu przez przeszkodę w odnesenu do pomarów kerunku prędkośc watru KZHW (ocena kryterum Pozomu ) Kąt zasłonęca horyzontu przez przeszkodę w odnesenu natężena całkowtego rozproszonego promenowana słonecznego KZHP (ocena kryterum Pozomu ) a) dla albedo ponżej 50% KZHP 50 b) dla albedo powyżej 50% KZHP 50 Ze względu na możlwość zróżncowana terenu ze względu można przyjąć ocenę punktową w ramach danego kryterum którą określ specjalsta Z uwag na fakt uwzględnana ważnośc poszczególnych kryterów podkryterów wprowadzono zmenne opsujące ważnośc kryterów Ważność grup kryterów Pozomu dana jest w postac zmennej j (j-kryterum Pozomu ) Zakłada sę że ważnośc kryterów są określone na przedzale [0] co zwązane jest z warunkem że suma wag kryterów mus wynosć J j () j Ważność kryterów Pozomu 2 (podkrytera kryterów Pozomu) dana jest w postac zmennej jk (j - kryterum Pozomu k - kryterum Pozomu 2) Podobne jak w przypadku kryterów Pozomu ważnośc kryterów są określone na przedzale [0] suma wag kryterów mus wynosć K k (2) jk

7 Analza wybór lokalzacj stacj meteorologcznej 85 W nnejszym artykule zakłada sę że tereny rozważane pod nwestycję w energetykę watrową należą do skończonego zboru: L L L L L } (3) { 2 I M Poneważ wartośc ocen terenów względem poszczególnych kryterów traktowane są jako stopeń spełnena przez -ta lokalzację pewnego stanu dealnego w grancach danego kryterum należy dokonać normowana wartośc tych ocen Dla kryterów których wartość pownna być maksymalna w celu optymalnej wartośc oceny lokalzacj należy dokonać modyfkacj określonej wzorem [4] Przykładowo dla kryterum wysokośc ekspozycj przyrządu pomarowego nad pozomem gruntu WE (Pozom ) wzór opsujący normowane jest następujący: WE WE' (4) max ( WE ) W przypadku kryterum nr zmenne pownny osągać wartośc jak najmnejsze w celu optymalzacj oceny lokalzacj stacj meteorologcznej w zwązku z czym zmenne normowane są w następujący sposób (przykład dla kryterum WZH ) WZH ' WZH max ( WZH ) (5) Po dokonanu normowana zmenne WE' ' WZH są nowym obowązującym zmennym odpowedno WE WZH Na podstawe określonych unormowanych ocen względem kryterów Pozomu 2 można w dalszej kolejnośc określć ważone oceny łączne terenów względem kryterum Pozomu jako sumę ważoną ocen w ramach danej grupy kryterów Ocena łączna w ramach kryterum odległośc od sztucznych źródeł cepła powerzchn odbjających promenowane słoneczne O : O 3 O O O Ocena łączna w ramach kryterum wysokośc roślnnośc w otoczenu stanowska pomarowegowr : WR j 4 WR WR WR O WR 500 (6) (7)

8 86 D Gawrońska 3 Ocena łączna w ramach kryterum udzału powerzchn nenaturalnych UPN j UPN (8) 4 Ocena łączna w ramach kryterum odległośc od jezor oczek wodnych OoJ j 7 OoJ 0 72 OoJ OoJ OoJ 00 OoJ (9) Ocena łączna w ramach kryterum kąta zasłonęca horyzontu przez przeszkodę w odnesenu natężena całkowtego rozproszonego promenowana słonecznego KZHP j KXHP 50 2 KZHP50 KXHP (0) 2 Po określenu ocen rozmytych względem poszczególnych podkryterów należy dokonać ponownego normowana ocen zgodne z przykładem podanym we wzorze (4) Po unormowanu ocen łącznych w ramach kryterów Pozomu można wyznaczyć ocenę globalną lokalzacj stacj meteorologcznej OGL uwzględnającą wszystke krytera Pozomu : WE 2 RT 3 O 4 WR 5 SZ 6 7 OoJ 8 WZH 9 WD 0 KZHW KZHP OGL Na podstawe przedstawonego algorytmu każdy teren opsany jest lczbą () OGL względem kryterum globalnego Na podstawe otrzymanych wartośc należy dokonać analzy porównawczej określć kolejność lokalzacj które począwszy od wartośc najwększej najlepej spełnają wymagana dla terenu stworzena stacj meteorologcznej (m wększa wartość oceny tym wyższą ocenę otrzymuje dana lokalzacja) 4 Podsumowane Celem nnejszej pracy było zaproponowane welokryteralnego modelu wsperającego wybór optymalnej lokalzacj stacj meteorologcznej operając sę na czynnkach określonych przez Państwową Służbę Hydrologczno - Meteorologczną Na podstawe kryterów oraz wprowadzena do modelu ch ważnośc pojawła sę możlwość uwzględnana stotnośc czynnków przy ocene lokalzacj Model ten może być pomocny w dalszych pracach nad optymalnym lokalzowanem terenu pod zagospodarowane stacj meteorologcznej

9 Analza wybór lokalzacj stacj meteorologcznej 87 Bblografa Dubneck A (red): Meteorologa Hydrologa Ochrona Środowska Kerunk badań problemy Wydawnctwo Meteorolog Gospodark Wodnej Warszawa Gumuła S Knap T Strzelczyk P Szczerba Z: Energetyka watrowa Uczelnane Wydawnctwa Naukowo- Dydaktyczne AGH Kraków Instytut Meteorolog Gospodark wodnej Państwowy Instytut Badawczy: Instrukcja dla stacj meteorologcznych Wydawnctwo IMGW-PIB Warszawa Kalszewsk I: Welokryteralne podejmowane decyzj Wydawnctwo WNT Warszawa Mchelson D Enfalt T Holleman I Gjersten U Fredrch K Haase G Lndskog M Jurczyk A: Kontrola jakośc danych z radarów meteorologcznych w Europe Wydawnctwo Instytut Meteorolog Gospodark wodnej Warszawa Różdżyńsk K: Metody określana zmennośc charakterystyk urzadzeń układów czujnków termometrycznych automatycznych stacj meteorologcznych dla programu montorngu jakośc pomarów Wydawnctwo Meteorolog Gospodark Wodnej Warszawa Woś A: Meteorologa dla geografów Wydawnctwo Naukowe UAM Poznań 2006