Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( )

Transkrypt

1 Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły Opady średnie roczne ( )

2

3 Marta Cebulska, Robert Szczepanek, Robert Twardosz Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły Opady średnie roczne ( ) Kraków 2013

4 Recenzenci: prof. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź prof. dr hab. inż. Bogdan Wolski Skład tekstu : Małgorzata Ciemborowicz Projekt okładki: Elżbieta Bilska-Wodecka Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Krakowskiej Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego Wydanie pierwsze Kraków 2013 I S B N Wydawcy : Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki Wydział Inżynierii Środowiska ul. Warszawska 24, Kraków tel , fax Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego ul. Gronostajowa 7, Kraków tel , fax Druk : KNOW-HOW Piotr Kaczmarczyk ul. Chełmońskiego Kraków tel Licencja : Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0) http :// creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ Cytowanie : Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków

5 Spis treści Zarys treści Abstract Wprowadzenie Obszar badań Materiały źródłowe Dane opadowe Dane numeryczne Zastosowane metody i narzędzia Interpolacja przestrzenna opadów Dokładność szacowania wysokości opadów Wizualizacja Dorzecze Wisłoki Dorzecze Wisłoka Dorzecze Sanu Opady średnie roczne i dokładność ich szacowania w całym dorzeczu górnej Wisły Strefy opadów średnich rocznych o różnej wysokości Literatura Spis rysunków / List of figures Spis tabel / List of tabels Opady średnie roczne i dokładność ich szacowania w poszczególnych dorzeczach górnej Wisły Dorzecze Przemszy Dorzecze Soły Dorzecze Skawy Dorzecze Raby Dorzecze Dunajca Dorzecze Nidy

6

7 Zarys treści Abstract Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ) The spatial distribution of precipitation in the Upper Vistula river basin. Average annual precipitation ( ) W opracowaniu przedstawiono rozkład przestrzenny średnich rocznych sum opadów atmosferycznych w poszczególnych dorzeczach górnej Wisły oraz całym dorzeczu. Podstawę opracowania stanowią średnie sumy z trzydziestolecia W tym okresie sieć stacji pomiarowych była najgęstsza, a wyniki z obserwacji publikowane. Na podstawie danych z kilkunastu stacji wykazano, że średnie opady w przyjętym do badań okresie nie różnią się istotnie statystycznie od średnich sum wieloletnich Spośród 583 działających stacji meteorologicznych i posterunków opadowych do opracowania wybrano 408 stacji, z których dysponowano w miarę kompletnymi ciągami obserwacyjnymi. Rozkład przestrzenny opadów opracowano na podstawie metody 2D R S T na modelu rastrowym programu G R A S S G I S 7.0. Izohiety roczne wykreślono co 25 mm. Opracowano także mapy sumarycznych błędów błędu standardowego średniej rocznej sumy opadów i błędu interpolacji opadów. The study presents the spatial distribution of the average annual precipitation in the Upper Vistula river basin and its tributary basins. The study is based on the total average annual precipitation data from the period During this period, the observation network was the densest and its records got published. Using data from several stations the study proved that the average precipitation during the period did not differ at a statistically significant level from the long-term average of the period From among 583 active weather stations and precipitation posts 408 offered relatively complete data sets and were selected. The 2D R S T method was used to calculate the spatial distribution of precipitation in the raster model of the G R A S S G I S 7.0 package. Isohyets were set at the interval of 25 mm. Total error maps were also made, i.e. of the standard error of the average annual precipitation and the precipitation interpolation error. 7

8

9 1. Wprowadzenie Niniejsze opracowanie jest pokłosiem wieloletniej współpracy między Zakładem Klimatologii Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego a Katedrą Hydrauliki i Hydrologii Instytutu Inżynierii i Gospodarki Wodnej Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Krakowskiej. Jego celem jest przedstawienie rozkładu przestrzennego sum rocznych opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły w granicach terytorium Polski, z uwzględnieniem potrzeb projektowania inżynierskiego. Obraz geograficzny opadów pokazano w obrębie najważniejszych dorzeczy lewobrzeżnych Przemszy i Nidy, oraz prawobrzeżnych Soły, Skawy, Raby, Dunajca, Wisłoki, Wisłoka ( dopływu Sanu ) i Sanu oraz w całym dorzeczu. Obraz rozkładu opadów uzupełniają mapy sumarycznych błędów wynikających z błędu metody interpolacji opadów i błędu standardowego średniej wieloletniej sumy opadów. Na podstawie tych sumarycznych błędów opracowano mapy zmienności opadów o wysokości 600, 700, 800 i 900 mm. Na mapach tych wykreślono także izohiety roczne opracowane przez W. Wiszniewskiego [ 38 ], J. Stachý ego [ 33 ] oraz T. Niedźwiedzia i B. Obrębską-Starklową [ 20 ]. Obszar badań cechuje się dużym zróżnicowaniem rzeźby terenu, co powoduje, że do opracowania rozkładu przestrzennego opadów konieczne jest uwzględnienie danych obserwacyjnych z dużej liczby stacji meteorologicznych i posterunków opadowych, najlepiej z długich, przynajmniej 30-letnich serii chronologicznych, reprezentujących wszystkie jednostki fizycznogeograficzne. Zasoby danych meteorologicznych z całego obszaru są pokaźne [ 3 ], jednak jak dotąd nie w pełni były wykorzystane. Pionierskim opracowaniem opadów w Karpatach była praca Geograficzne rozmieszczenie opadów atmosferycznych w krajach karpackich E. Romera z 1895 roku [ 29 ]. Podstawą tego opracowania były roczne opady z 238 stacji, z czego 124 stanowiły stacje z dawnej Galicji z lat Mapy rozkładu opadów w poszczególnych latach okresu na obszarze górnej Wisły, będącym w granicach zaboru austriackiego, znajdujemy w rocznikach hydrograficznych Jahrbuch Hydrographischen Zentralbureaus k. k. Ministerium fűr őffentliche Arbeiten [ 12 ]. W okresie powojennym ukazał się atlas opadów opracowany przez W. Wiszniewskiego [ 38 ]. Z Atlasu tego wciąż korzystają inżynierowie ; odczytują z niego opady średnie miesięczne i roczne. Podstawą opracowania tego atlasu 9

10 były średnie opady z lat Drugą ważną pozycją jest Atlas hydrologiczny Polski pod red. J. Stachý ego [ 33 ], w którym opracowano m.in. maksymalne opady dobowe o prawdopodobieństwie 1 %, 10 % i 50 %. Podstawą wykreślenia tych map były maksymalne sumy dobowe opadów z lat W Atlasie klimatycznym Polski pod red. W. Wiszniewskiego [ 39 ], jest przedstawiony m.in. rozkład przestrzenny opadów średnich miesięcznych wyznaczonych z lat i Jest także mapa rocznych opadów w dorzeczu górnej Wisły opracowana przez T. Niedźwiedzia i B. Obrębską-Starklową na podstawie średnich rocznych opadów z lat [ 20 ]. W Atlasie klimatu Polski pod red. H. Lorenc [ 14 ] do opracowania rozkładu przestrzennego opadów w Polsce wykorzystano dane tylko ze stacji synoptycznych. Z obszaru dorzecza górnej Wisły uwzględniono opady zaledwie z 11 stacji. W najnowszej publikacji I M G W P I B [ 40 ] znajdujemy średnie obszarowe sumy opadów ( ) w regionach fizycznogeograficznych według podziału J. Kondrackiego. Na uwagę zasługują także prace dotyczące oceny przydatności algorytmów przestrzennej estymacji opadów w Polsce [ 31, 32 ]. Opracowanie rozkładu przestrzennego opadów, zwłaszcza z punktu widzenia potrzeb inżynierskich, wymaga doboru takiej metody interpolacji, która będzie możliwa do zastosowania w obszarach przylegających, dając możliwość zachowania ciągłości rozkładu średnich opadów. Wybrana metoda interpolacji, oprócz prostoty, powinna zapewniać wyniki porównywalne ( w zakresie błędów interpolacji ) z wynikami otrzymanymi w podobnych obszarach. Ze względu na duży subiektywizm oraz złożoność metod geostatystycznych, zdecydowano się w tej pracy zastosować metodę krzywych sklejanych. Zastosowanie metody krzywych sklejanych pozwoliło uzyskać pierwiastek średniego błędu kwadratowego ( R M S E ) około 140 mm w przypadku średnich rocznych opadów na obszarze Półwyspu Iberyjskiego [ 22 ]. Bardziej zaawansowaną metodę krzywych sklejanych ( R S T ) zaproponowali H. Mitasova i L. Mitas [ 18 ]. Metoda ta została zastosowana z powodzeniem do opracowania przestrzennego rozkładu opadów na obszarze całej Słowacji [ 11 ], a autorzy uzyskali błąd R M S E około 90 mm. Do opracowania rozkładu przestrzennego opadów w tej pracy została zastosowana metoda 2 D R S T. Autorzy pomyślnie zweryfikowali tę metodę przy opracowaniu rozkładu przestrzennego opadów w dorzeczu Soły, uzyskując R M S E równe 98 mm [ 36 ]. Autorzy serdecznie dziękują Panu dr. Wojciechowi Maciejowskiemu za uwagi dotyczące opracowania mapy regionów fizycznogeograficznych. 10

11 2. Obszar badań Obszar badań stanowi południowa część dorzecza górnej Wisły, zamknięta przekrojem wodowskazowym w Zawichoście. Powierzchnia tego obszaru wynosi około km 2, czyli jedną czwartą powierzchni całego dorzecza Wisły [ 4 ]. Dorzecze górnej Wisły charakteryzuje się znaczną asymetrią ; część prawobrzeżna jest prawie 3-krotnie większa. Około połowę obszaru górnej Wisły obejmują dorzecza Sanu i Dunajca ( rys. 2.1, tab. 2.1 ). Większość dopływów górnej Wisły ma swoje źródła w Karpatach i na wyżynach. Dorzecze górnej Wisły obejmuje województwa południowej i południowo- -wschodniej Polski : śląskie, małopolskie, świętokrzyskie, podkarpackie i lubelskie. Obejmuje swoim zasięgiem trzy duże jednostki fizycznogeograficzne Karpaty, Kotliny Podkarpackie i Wyżyny Małopolskie ( rys. 2.2 ). Na obszarze badań występują cztery regiony klimatyczne ( rys. 2.3 ) [ 20 ]. Są to regiony klimatu : górskiego z piętrami klimatycznymi, Pogórza Karpackiego, kotlin podgórskich, wyżyn. W regionie klimatu górskiego występuje wyraźnie zaznaczona piętrowość klimatyczna, przejawiająca się spadkiem temperatury powietrza i wzrostem opadów atmosferycznych wraz ze wzrostem wysokości. M. Hess [ 10 ] wydzielił tu sześć pięter klimatycznych : umiarkowanie ciepłe, umiarkowanie chłodne, chłodne, bardzo chłodne, umiarkowanie zimne i zimne. Północną granicę tego regionu klimatycznego stanowi w przybliżeniu przebieg izotermy rocznej 7 C, pokrywający się z progiem Beskidów. W najwyższej części Tatr Polskich średnia roczna temperatura powietrza spada do 4 C. Średni gradient temperatury wynosi 0,5 C / 100 m. Na obszarze tym występują kotliny śródgórskie : Kotlina Orawsko- Nowotarska, Rów Podtatrzański i Kotlina Żywiecka. Granice regionu klimatu Pogórza Karpackiego wyznacza przebieg izotermy rocznej 7 C od południa i 8 C od północy. W tym regionie znajduje się śródgórska Kotlina Sądecka, gdzie również tworzą się inwersje temperatury. Region klimatu kotlin podgórskich obejmuje Kotliny Podkarpackie z kilkoma obszarami o dużych wpływach miejsko-przemysłowych. Średnia roczna temperatura na tym obszarze wynosi około 8 C. Północną część obszaru badań stanowi region klimatu wyżyn z pięcioma podregionami. Większa część tego obszaru jest 11

12 w zasięgu klimatu umiarkowanego ciepłego ( temperatura średnia roczna 7 8 C ); w najwyższej części tego regionu ( Góry Świętokrzyskie ) występuje umiarkowanie chłodne piętro klimatyczne, ze średnią roczną temperaturą poniżej 6 C. Na obszarze dorzecza górnej Wisły występuje bardzo duże zróżnicowanie opadów atmosferycznych. Wielkość opadów zależy nie tylko od cyrkulacji atmosferycznej, ale także od wysokości terenu ( na ogół wzrost opadów wraz z wysokością ), długości geograficznej ( spadek wielkości opadów z zachodu na wschód, tzn. ze wzrostem stopnia kontynentalizmu ) oraz formy terenu ( niższe są opady w formach wklęsłych ). Tabela 2.1. Powierzchnia ważniejszych dopływów Wisły w obrębie dorzecza górnej Wisły [ 4 ] Table 2.1. Square area of major tributary basins in the Upper Vistula river basin [ 4 ] Dopływ ( P )rawy /( L )ewy Powierzchnia ( km 2 ) Soła ( P ) 1 390,6 Skawa ( P ) 1 160,1 Raba ( P) 1 537,1 Dunajec ( P ) 6 804,1 Wisłoka ( P ) 4 110,2 San ( P ) ,3 Przemsza ( L ) 2 121,5 Nida ( L ) 3 865,4 12

13 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Dorzecza górnej Wisły Fig Upper Vistula river basins 13

14 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków 14 Rys Regiony fizycznogeograficzne ; na podstawie [ 1, 2, 6 ] Fig Physical geographic regions, based on [ 1, 2, 6 ]

15 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Regiony klimatyczne ; na podstawie [ 20 ] Fig Climate regions, based on [ 20 ] 15

16

17 3. Materiały źródłowe W celu uzyskania obszernej i wiarygodnej bazy danych dokonano weryfikacji wielu materiałów źródłowych z publikowanymi sumami rocznymi opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Korzystano z następujących publikacji: G. Hellmanna (1906), Die Niederschläge in den Norddeutschen Stromgebieten [ 9 ], Sprawozdań Komisji Fizjograficznej P A U [ 30 ], Materiałów do Klimatografii Galicji [ 17 ], Jahrbuch Hydrographischen Zentralbureaus k. k. Ministerium fűr őffentliche Arbeiten [ 12 ], Roczników hydrograficznych, meteorologicznych oraz opadowych ( P I H M, I M G W P I B ) [ 28 ], Materiałów do bilansu wodnego Polski [ 16 ], Materiałów publikowanych przez Główny Urzęd Statystyczny [ 27 ], Strony internetowe: National Climatic Data Center ( N C D C ) European Climate Assessment & Dataset ( E C A & D ) Dane opadowe Do opracowania rozkładu przestrzennego opadów atmosferycznych konieczne było utworzenie wiarygodnej bazy danych z możliwie jak największej liczby stacji meteorologicznych i posterunków opadowych, obejmującej długi, przynajmniej trzydziestoletni okres obserwacji. W ramach galicyjskiej sieci obserwacji meteorologicznych funkcjonowała gęsta sieć stacji i posterunków pomiarowych, obejmowała ona jednak krótki okres ciągłych obserwacji w latach [ 35 ]. Po roku 1945 służba meteorologiczna w Polsce dysponowała gęstą siecią stacji i posterunków opadowych, z których wyniki były publikowane. Od lat zaprzestano publikowania wyników z obserwacji meteorologicznych, a liczba stacji ulegała zmniejszaniu. Spośród 583 stacji meteorologicznych i posterunków opadowych działających w tym czasie wybrano 408 stacji ( tab. 3.1 ), równomiernie rozmieszczonych w dorzeczu z prawie kompletnymi ciągami chronologicznymi z lat ( rys. 3.1 ). W przypadku niekompletnych danych na danej stacji uzupełniano je przy użyciu powszechnie stosowanych metod w klimatologii. 17

18 W przypadku pięciu stacji ( Klimczok, Pilsko, Przehyba, Turbacz i Jaworzyna Krynicka ) średnie opady należy traktować jako orientacyjne ze względu na krótki okres obserwacji. Ponadto z okresu wieloletniego udało się utworzyć jednorodną bazę danych rocznych sum opadów atmosferycznych z 19 stacji dorzecza górnej Wisły ( rys. 3.1 ). Dane te posłużyły do porównania średnich opadów rocznych w latach na tle średnich opadów w okresie , co pozwoliło dokonać oceny reprezentatywności okresu do opracowania przestrzennego rozkładu opadów ( tab. 3.2 ). Wyznaczone średnie roczne sumy opadów w latach na większości stacji okazały się wyższe od średnich z lat , a tylko w Wiśle, Rzeszowie i Sanoku niższe. Różnice średnich opadów na żadnej stacji nie przekraczają jednak progu istotności statystycznej ( α = 0,05 ) ( tab. 3.2 ), można zatem uznać przyjęty okres za reprezentatywny do analizy średnich rocznych opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Jak pokazują wyniki badań M. Cebulskiej i in. [ 3 ], opady roczne w dorzeczu górnej Wisły nie wykazują istotnych statystycznie trendów zmian wieloletnich, co wynika m.in. z ich dużej zmienności czasowej. Wyraźnie natomiast rysują się krótkookresowe fluktuacje z na przemian występującym nadmiarem i niedoborem opadów. W przyjętym do analizy przestrzennego rozkładu opadów okresie występowały zarówno małe sumy opadów, szczególnie w latach 1950., jak i duże sumy opadów w pojedynczych latach okresu [ 36 ] Dane numeryczne Lokalizacje punktów pomiarowych opadów określono na podstawie współrzędnych geograficznych uzyskanych z roczników opadowych I M G W z dokładnością do jednej minuty kątowej. W programie Q G I S 2.0 współrzędne te zostały przetransformowane do układu współrzędnych płaskich prostokątnych P L ( tab. 3.1 ). Warstwa hydrografii opiera się na Mapie Podziału Hydrograficznego Polski ( M P H P ). Na potrzeby tego opracowania dokonano generalizacji przebiegu cieków głównych w obszarze dorzecza górnej Wisły. Działy wodne poszczególnych dorzeczy powstały w wyniki agregacji poligonów zlewni cząstkowych M P H P. Numeryczny model terenu pochodzi z misji Shuttle Radar Topography Mission ( S R T M -3), a jego rozdzielczość terenowa wynosi około 90 m [ 37 ]. Przebieg granicy Polski pochodzi z projektu Natural Earth [ 19 ]. Lp. Tabela 3.1. Wykaz stacji meteorologicznych i posterunków opadowych Table 3.1. List of weather stations and precipitation posts Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) WISŁA 1. Wisła-Przysłup Istebna-Stecówka Wisła-Stożek Wisła-Głębce Ustroń Równica-wieś Wisła-Centrum Ustroń Czantoria-Baranowa Wisła-Malinka Brenna Skoczów Ochaby Strumień Wisła Wielka Goczałkowice Zdrój Grodziec Śląski Rudzica Klimczok 1391? Wapiennica-zapora Aleksandrowice Rudołtowice Straconka Bielsko-Biała Jawiszowice Warszowice Pawłowice Pszczyna Kobiór Murcki Tychy Bieruń Stary

19 Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) PRZEMSZA 31. Ogrodzieniec Piwoń Łazy Targoszyce Ujejsce Łosień Ząbkowice Dąbrowa Górnicza Brudzowice Brynica Żyglin Świerklaniec Góra Siewierska Czeladź Sosnowiec Katowice Wolbrom Golczowice k. Olkusza Chechło Błędów Olewin Bolesław Ciężkowice Maczki Strzemieszyce Wielkie Niwka Dziećkowice KŁODNICA 58. Bytom Lipiny PILICA 60. Ryczów SOŁA 61. Rycerka Górna Rajcza Zwardoń Piekło Sól Rycerka Dolna Milówka Żabnica Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 69. Radziechowy Żywiec Korbielów Pilsko 1394? Sopotnia Mała Koszarawa Pewel Wielka Rychwałdek Lipowa Szczyrk Łodygowice Kocierz Moszczanicki Międzybrodzie Bialskie Porąbka Kozy Kęty Osiek Oświęcim WISŁA 87. Chrzanów Wilamowice SKAWA 89. Sidzina Osielec Babia Góra Markowe Szczawiny Zawoja Zawoja II Maków Podhalański Sucha Beskidzka Bieńkówka Budzów Leskowiec Jaszczurowa Ponikiew Wadowice Andrychów Gierałtowice Zator WISŁA 105. Brzeźnica Kalwaria Zebrzydowska

20 Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 107. Siepraw Radziszów Tyniec Kraków Obser. Astronom. U J Kraków Bielany Klasztor Libertów Kraków Swoszowice RUDAWA 114. Nowa Góra Krzeszowice Przeginia Ujazd Kraków Balice Kraków Wola Justowska Mydlniki PRĄDNIK 121. Skała Ojców WISŁA 123. Kraków Łęg Trzyciąż Iwanowice Prusy Wieliczka Igołomia Wawrzeńczyce Wola Batorska Miechów Polanowice Skrzeszowice Jakubowice Radziemice RABA 136. Obidowa Sieniawa Raba Wyżna Rabka Luboń Wielki Turbacz 1230? Niedźwiedź Mszana Dolna Krzeczów Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 145. Lubień Węglówka Stróża Trzemeśnia Dobczyce Gdów Trzciana Łapanów Grodkowice Bochnia Chodenice WISŁA 155. Okulice Uście Solne Lipnica Dolna Borzęcin Jadowniki Mokre Książ Wielki Słaboszów Sielec Kazimierza Mała CZARNA ORAWA 164. Stańcowa Śmietanowa Zubrzyca Górna Harkabuz Jabłonka Chyżne DUNAJEC 170. Rozdziele Hala Ornak Kościelisko-Kiry Witów Czarny Dunajec Nowe Bystre Bańska Wyżna Kasprowy Wierch Myślenickie Turnie Kuźnice Dolina Strążyska Antałówka Jaszczurówka Klikuszowa

21 Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 184. Nowy Targ Zakopane Gubałówka Hala Gąsienicowa Zazadnia Poronin Szaflary Kowaniec Waksmund Dolina Pięciu Stawów Morskie Oko Roztoka Łysa Polana Bukowina Tatrzańska Białka Łapsze Niżne Czorsztyn Nadzamcze Czorsztyn Jaworki Szczawnica Krościenko Ochotnica Górna Ochotnica Dolna Zalesie Kamienica Łącko Jazowsko POPRAD 211. Wojkowa Muszyna Przehyba 960? Tylicz Huta Krynica Jaworzyna Krynicka 1089? Żegiestów Piwniczna Barcice Stary Sącz DUNAJEC 222. Świniarsko Nowy Sącz Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 224. Łabowa Ptaszkowa Zbyszyce Świdnik Rożnów Gruszowiec Dobra Tymbark Limanowa Ujanowice Czchów Wojnicz Berest Grybów Ciężkowice Tuchów Tarnów Żabno NIDA 242. Konieczno Oksa Snochowice Nagłowice Rykoszyn Małogoszcz Bartków Święty Krzyż Kielce-Suków Daleszyce Mąchocice Bieliny Kapitulne Morawica Skroniów Jędrzejów Kliszów Kopernia Chroberz Słupia Sędziszów Strzeszkowice Wodzisław Wiślica Nowy Korczyn

22 Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) WISŁA 266. Borusowa Szczucin Dąbrowa Tarnowska Świerże Wola Wadowska Radomyśl Wielki Chmielnik Szydłów Sadków Raków Staszów Połaniec WISŁOKA 278. Lisia Góra Krempna Wysowa Gorlice Wójtowa Bartne Biecz-Grudna Szerzyny Cieklin Barwinek Jaśliska Tylawa Dukla Jedlicze Jasło Gogołów Brzostek Jodłowa Brzeziny Pilzno Czarna Dębica Wielopole Skrzyńskie Ropczyce Ocieka Przecław Wola Mielecka Gawłuszowice Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) WISŁA 306. Bogoria Chorzelów Budy Tuszowskie Baranów Sandomierski Tarnobrzeg Zdanów Sandomierz Mokoszyn Kolbuszowa Raniżów Stany Krawce Grębów Wrzawy STRWIĄŻ 320. Brzegi Dolne Krościenko Ustrzyki Dolne SAN 323. Wetlina Lutowiska Teleśnica Solina Cisna Terka Myczkowce Leszczowate Bezmiechowa Dolna Baligród-Mchawa Lesko Komańcza Rzepedź Szczawne Zagórz Sanok-Trepcza Bukowsko Temeszów Izdebki Dynów Bachórz Dubiecko

23 Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 345. Bircza Krasiczyn Rybotycze Przemyśl Rokietnica Duńkowice Młyny Laszki Jarosław Lubaczów Radawa Sieniawa WISŁOK 357. Nowotaniec Wisłok Wielki Besko Krosno Suchodół Iwonicz-Zdrój Wola Komborska Frysztak Brzozów Żarnowa Pstrągowa Tyczyn Błażowa Rzeszów-Jasionka Miłocin Głogów Małopolski Łańcut Hucisko Jawornickie Kańczuga Pruchnik Zarzecze Studzian Przeworsk Grodzisko Dolne SAN 381. Cieplice Leżajsk Majdan Sieniawski Łowisko Lp. Nazwa stacji P śr. ( mm ) H ( m n.p.m. ) x ( m ) y ( m ) 385. Trzeboś Rudnik Sarzyna Łętownia Jeżowe Narol Ruda Różaniecka Cieszanów Skwarki Tarnogród Obsza Biszcza Potok Górny Wola Biłgorajska Biłgoraj Zwolaki Nisko Rozwadów Frampol Janów Lubelski Momoty Górne Domostawa Lipa Radomyśl P śr opad średni roczny z lat , H wysokość stacji, x, y lokalizacja stacji. w układzie współrzędnych PL P śr the average annual precipitation from the period , H station altitude,. x, y station location in the PL 1992 coordinate system. 23

24 Tabela 3.2. Średnie roczne opady w okresie i na wybranych stacjach w dorzeczu górnej Wisły Table 3.2. Average annual precipitation during the periods and at selected stations in the Upper Vistula river basin Lp. Stacja P śr. ( ) P śr. ( ) ± σ Różnica (mm) 1. Katowice ± Wisła ± Bielsko-Biała ± Żywiec ± Wadowice ± Maków Podhalański ± Kraków ± Rabka ± Zakopane ± Nowy Sącz ± Tarnów ± Krynica ± Jasło ± Dukla ± Tarnobrzeg ± Rzeszów ± Jarosław ± Sanok ± Wetlina ± σ błąd standardowy średniej sumy opadów. σ standard error of the average precipitation. 24

25 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Punkty pomiarowe opadów ; oznaczenia numerów punktów pomiarowych zgodnie z tab. 3.2 Fig Precipitation measurement posts ; post numbering as in tab

26 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków 26 Rys Przebieg wieloletni sum rocznych opadów atmosferycznych ( ) na wybranych stacjach ; linia czerwona oznacza 11-letnią średnią ruchomą Fig Long-term variation of the annual precipitation totals ( ) at selected stations ; the red curve represents the 11year moving average

27 4. Zastosowane metody i narzędzia Dane o położeniu punktów pomiarowych i wielkości opadów zostały zgromadzone w arkuszu kalkulacyjnym. Na ich podstawie w programie Q G I S 2.0 [ 26 ] opracowano warstwę wektorową. Współrzędne geograficzne zostały przetransformowane w programie Q G I S do układu współrzędnych płaskich prostokątnych P L Interpolacja przestrzenna opadów została przeprowadzona na modelu rastrowym programu G R A S S G I S 7.0 [ 7 ], w siatce kwadratowej o rozdzielczości 100 m x 100 m. Na modelu tym zostały również obliczone błędy interpolacji wysokości opadów. W celu redakcji map opadów uzyskane wyniki ( w postaci map rastrowych ) zostały ponownie zamienione na postać wektorową i opracowane w programie Q G I S Interpolacja przestrzenna opadów Do opracowania rozkładu przestrzennego opadów zastosowano metodę 2 D R S T ( ang. Regularized Spline with Tension ) [ 11, 18 ]. Jest to czteroparametrowa metoda krzywych sklejanych. Parametrami podlegającymi optymalizacji w tej metodzie są : wymuszenie ( ang. tension ) φ, wygładzenie ( ang. smoothning ) ω, skalowanie ( ang. vertical scaling ) c, anizotropia obrót i skalowanie ( ang. anisotropy ) ( θ, s ). Na podstawie wyników uzyskanych przez innych autorów [ 11, 18 ], przyjęto obszary zmienności poszczególnych parametrów optymalizacji. Procedura interpolacyjna była prowadzona z wykorzystaniem modułu v.surf.rst programu G R A S S G I S, implementującego tę metodę interpolacji. Zastosowana metoda 2 D R S T interpolacji przestrzennej opadów atmosferycznych została pozytywnie zweryfikowana w dorzeczu Soły [ 36 ]. Uzyskany pierwiastek średniego błędu kwadratowego R M S E ( 98 mm ) jest porównywalny z wynikami uzyskanymi przez autorów tej metody na obszarze całej Słowacji [ 11 ]. Należy podkreślić, że w metodzie 2 D R S T nie uwzględnia się rzeźby terenu. Przy dużym zagęszczeniu stacji daje ona poprawne wyniki interpolacji. Optymalizację parametrów przeprowadzono, wykorzystując metodę wzajemnej weryfikacji ( ang. cross-validation ) [ 11 ]. Na podstawie jedynie dorzecza Soły optymalne wartości parametrów wyniosły [ 36 ]: 27

28 φ = 45,0 ; ω = 0 ; c = 0 ; ( θ, s ) = 0 Dla całego dorzecza górnej Wisły wartości tych parametrów wyniosły : φ = 25,0 ; ω = 0,1 ; c = 0 ; (θ, s ) = 0 Należy pamiętać jednak o tym, że w celu zapewnienia ciągłości pola opadu, parametry były optymalizowane w odniesieniu do całego dorzecza górnej Wisły. Z tego powodu pole opadu w obszarach górskich o małym zagęszczeniu punktów pomiarowych może sprawiać wrażenie nadmiernie uśrednionego. Na przykład, w rejonie Gorców uzyskano duży błąd oszacowania opadów średnich rocznych. W odniesieniu do całego dorzecza górnej Wisły uzyskano R M S E = 65 mm Dokładność szacowania wysokości opadów W odniesieniu do danych ze stacji meteorologicznych i posterunków opadowych obliczono dwa rodzaje błędów : standardowy średniej sumy opadów oraz błąd interpolacji opadu. Błędy interpolacji opadu, obliczono stosując metodę wzajemnej weryfikacji. Aby uniknąć wzajemnego znoszenia się błędów ( niedoszacowanie i przeszacowanie ), przyjęto najbardziej niekorzystny scenariusz, uwzględniając ich wartość bezwzględną. Do interpolacji obydwu rodzajów błędów wykorzystano wartości parametrów, które były przyjęte do interpolacji pola opadu. Uzyskano dwa przestrzenne rozkłady błędów, które następnie zostały zsumowane. Pytanie brzmi w jaki sposób, mając na przykład izohietę 700 mm, pokazać zakres zmienności opadów średnich rocznych o tej wysokości? Czyli jak pokazać obszar, na którym przy znanych wielkościach błędów mogą pojawić się opady o zadanej wysokości. W tym celu opracowano dwie mapy pomocnicze. Na pierwszej z nich do obliczonego pola opadu dodano błędy, na drugiej z nich błędy odjęto od pola opadu. Mapa pierwsza stanowiła górne ograniczenie obszaru opadu, mapa druga dolne ograniczenie. Pozostała jedynie wektoryzacja odpowiednich izohiet z tych map rastrowych, a następnie wyznaczenie na modelu wektorowym obszarów mieszczących się między nimi. W wyniku końcowym uzyskano mapę z wybraną izohietą oraz obszarem, na którym może pojawić się taka sama wysokość opadu, przy uwzględnieniu błędów średniej sumy opadów na stacjach oraz błędów interpolacji. Obliczenia na mapach rastrowych zostały wykonane w programie G R A S S G I S Wizualizacja Redakcja map została przeprowadzona w programie Q G I S. Skale poszczególnych map dopasowano do obszaru drukowanego arkusza. Większość z nich została przygotowana w skali 1 : Dorzecza większe, takie jak Dunajca czy Sanu, zostały przygotowane w mniejszej skali. Z praktycznego ( inżynierskiego ) punktu widzenia ważniejszy od umieszczenia skali w postaci mianowanej był naszym zdaniem wybór odpowiedniego układu współrzędnych oraz załączenie podziałki przy każdej z map. Aby ułatwić korzystanie z map, przyjęto jako bazowy układ współrzędnych płaskich prostokątnych P L -1992, a na wszystkich mapach dodano siatkę kartograficzną. Izohietę 700 mm, będącą blisko średniego opadu obszarowego w dorzeczu górnej Wisły, przyjęto jako granicę zmiany barw. Izohiety przedstawiono co 25 mm, a poligony opadowe co 100 mm. Takie zagęszczenie izohiet, mniejsze od błędu oszacowania opadów przyjęto, ze względu na praktyczne ich wykorzystanie w obliczeniach inżynierskich. Na mapach pokazano rozkład przestrzenny opadów w poszczególnych dorzeczach oraz w ich najbliższym sąsiedztwie. Sumaryczne błędy szacowania wysokości opadów zostały zobrazowane na mapach w postaci izolinii co 50 mm. 28

29 5. Opady średnie roczne i dokładność ich szacowania w poszczególnych dorzeczach górnej Wisły 5.1. Dorzecze Przemszy Dorzecze Przemszy zajmuje północno-zachodnią część dorzecza górnej Wisły, rozciągając się głównie na obszarze województwa śląskiego, a w mniejszej części małopolskiego. Pod względem geologicznym dorzecze to obejmuje część Zagłębia Górnośląskiego i zachodnią część Krakowsko-Wieluńskiej płyty jurajskiej. Obszar dorzecza jest położony w regionie klimatu Wyżyny Śląskiej i Krakowskiej ( rys. 2.3 ) [ 20 ]. Powierzchnia dorzecza Przemszy wynosi 2 121,5 km 2, co stanowi 4,2 % powierzchni dorzecza górnej Wisły, w tym dorzecze Czarnej Przemszy zajmuje powierzchnię 1 045,5 km 2, Białej Przemszy 876,6 km 2 [ 4 ]. Rzekę Przemszę tworzą Czarna Przemsza z Brynicą i Biała Przemsza, łączące się w 23,25 km powyżej ujścia do Wisły. Za rzekę główną jest uważana Czarna Przemsza, która bierze swój początek w Bzowie. Przemsza uchodzi do Wisły w miejscowości Pustynia [ 23 ]. Największy przepływ rzeki Przemszy zanotowano w przekroju wodowskazowym Chełmek w 1903 r. ; wyniósł on 200 m 3. s 1 [ 24 ]. Opad średni w dorzeczu Przemszy wynosi 749 mm. W tabeli 5.3 zestawiono wartości średnie opadów, odpływu oraz współczynnika odpływu w zlewniach cząstkowych dorzecza Przemszy, zamkniętych przekrojem wodowskazowym w miejscowościach Radocha i Niwka. 29

30 Tabela 5.3. Średni roczny opad, odpływ i współczynnik odpływu w dorzeczu Przemszy w latach [ 5 ] i Table 5.3. The average annual precipitation, discharge and discharge ratio in the Przemsza River basin during the periods [ 5 ] and Rzeka Czarna Przemsza Wodowskaz Radocha Powierzchnia zlewni po przekrój wodowskazowy ( km 2 ) 520 Opad ( P śr. ) ( mm ) 714 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 264 Współczynnik odpływu 0,37 Opad ( P śr. ) ( mm ) 742 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 279 Współczynnik odpływu 0,38 Rys Dorzecze Przemszy na obszarze górnej Wisły Fig The Przemsza river basin within the Upper Vistula river basin Tabela 5.1. Ważniejsze dopływy rzeki Przemszy [ 23 ] Table 5.1. Major tributaries of the Przemsza river [ 23 ] Tabela 5.2. Wybrane parametry rzeki Przemszy [ 4 ] Table 5.2. Selected parameters of the Przemsza river [ 4 ] Rzeka Biała Przemsza Wodowskaz Niwka Powierzchnia zlewni po przekrój wodowskazowy( km 2 ) 876 Opad ( P śr. ) ( mm ) 716 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 272 Współczynnik odpływu 0,38 Opad ( P śr. ) ( mm ) 761 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 285 Współczynnik odpływu 0,37 Dopływ ( P )rawy / ( L )ewy Powierzchnia ( km 2 ) Brynica ( P ) 482,7 Mitręga ( L ) 79,6 Biała Przemsza ( L ) 876,6 Byczynka ( L ) 26,1 Parametr Wartość Wysokość źródła ( m n.p.m. ) 400,0 Wysokość ujścia ( m n.p.m. ) 225,5 Długość ( km ) 87,6 Spadek średni ( ) 2,0 30

31 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Punkty pomiarowe opadów w dorzeczu Przemszy Fig Precipitation measurement posts in the Przemsza river basin 31

32 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków 32 Rys Średnie sumy opadów rocznych w dorzeczu Przemszy Fig Average annual precipitation in the Przemsza river basin

33 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Sumaryczne błędy opadów rocznych ( błędu standardowego średniej rocznej sumy opadów i błędu interpolacji ) w dorzeczu Przemszy Fig Cumulative errors of the average annual precipitation ( i.e. the standard error and the interpolation error ) in the Przemsza river basin 33

34 5.2. Dorzecze Soły Dorzecze Soły jest zlokalizowane w południowo-zachodniej części dorzecza górnej Wisły, obejmuje swoim zasięgiem fragment obszaru województw śląskiego i małopolskiego. Dopływy rzeki Soły odprowadzają m.in. wody z najwyższych wzniesień Beskidu Żywieckiego. Znaczna część dorzecza Soły znajduje się w regionie klimatu górskiego i Pogórza Karpackiego, a tylko niewielki obszar w pobliżu ujścia Soły do Wisły można zaliczyć do regionu klimatu kotlin podgórskich ( rys. 2.3 ) [ 20 ]. Najwyższym wzniesieniem w dorzeczu Soły jest Pilsko 1 557,0 m n.p.m. Powierzchnia dorzecza Soły wynosi 1 390,6 km 2 i stanowi 2,7 % powierzchni dorzecza Wisły [ 4 ]. Soła jest prawym dopływem Wisły, powstaje z połączenia dwóch źródłowych potoków powyżej Rajczy, z których za główny uznawany jest potok Słanica, zwany inaczej Solą, Solańską Wodą lub Solanką. Rzeka Soła ( Słanica ) wypływa z południowego stoku Beskidu Śląskiego, u podnóża Skalanki [ 23 ]. Największe przepływy rzeki Soły zanotowano w przekroju wodowskazowym Oświęcim : w roku 1958 wyniósł m 3 s -1 [ 24 ], a w roku 2010 wyniósł m 3. s 1 [ 15 ]. Opad średni w dorzeczu Soły wynosi mm. W tabeli 5.6 zestawiono wartości średnie opadów, odpływu i współczynnika odpływu w zlewni cząstkowej dorzecza Soły, zamkniętej przekrojem wodowskazowym w Oświęcimu. Tabela 5.4. Ważniejsze dopływy rzeki Soły [ 23 ] Table 5.4. Major tributaries of the Soła river [ 23 ] Dopływ ( P )rawy / ( L )ewy Powierzchnia ( km 2 ) Woda Ujsolska ( P ) 105,7 Żabniczanka ( P ) 34,7 Koszarawa ( P ) 258,3 Juszczynka ( P ) 25,2 Bystra ( L ) 50,6 Tabela 5.5. Wybrane parametry rzeki Soły [ 4 ] Table 5.5. Selected parameters of the Soła river [ 4 ] Parametr Wartość Wysokość źródła ( m n.p.m. ) 720,0 Wysokość ujścia ( m n.p.m. ) 224,9 Długość ( km ) 88,9 Spadek średni ( ) 5,9 Tabela 5.6. Średni roczny opad, odpływ i współczynnik odpływu w dorzeczu Soły w latach [ 5 ] i Table 5.6. The average annual precipitation, discharge and discharge ratio in the Soła River basin during the periods [ 5 ] and Rys Dorzecze Soły na obszarze górnej Wisły Fig The Soła river basin within the Upper Vistula river basin Rzeka Soła Wodowskaz Oświęcim Powierzchnia zlewni po przekrój wodowskazowy ( km 2 ) 1386 Opad ( P śr. ) ( mm ) 1092 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 534 Współczynnik odpływu 0,49 Opad ( P śr. ) ( mm ) 1085 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 499 Współczynnik odpływu 0,46 34

35 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Punkty pomiarowe opadów w dorzeczu Soły Fig Precipitation measurement posts in the Soła river basin 35

36 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków 36 Rys Średnie sumy opadów rocznych w dorzeczu Soły Fig Average annual precipitation in the Soła river basin

37 Cebulska M., Szczepanek R., Twardosz R., 2013, Rozkład przestrzenny opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły. Opady średnie roczne ( ), W I S P K, I G i G P U J, Kraków Rys Sumaryczne błędy opadów rocznych ( błędu standardowego średniej rocznej sumy opadów i błędu interpolacji ) w dorzeczu Soły Fig Cumulative errors of the average annual precipitation ( i.e. the standard error and the interpolation error ) in the Soła river basin 37

38 5.3. Dorzecze Skawy Dorzecze Skawy, podobnie jak bezpośrednio sąsiadujące z nim dorzecze Soły, zajmuje południowo-zachodnią część dorzecza górnej Wisły ; w przeważającej części rozciąga się na obszarze województwa małopolskiego. Zachodnia część dorzecza obejmuje najwyższe partie Beskidu Zachodniego oraz Małego, natomiast wschodnia część dorzecza zajmuje znacznie niższe pasma górskie. Północna część dorzecza znajduje się w regionie klimatu kotlin podgórskich, natomiast część południowa i środkowa są położone w regionie klimatu górskiego i Pogórza Karpackiego ( rys. 2.3 ) [ 20 ]. Najwyższym wzniesieniem w dorzeczu jest Babia Góra 1 725,0 m n.p.m. Powierzchnia dorzecza Skawy wynosi 1 160,1 km 2, co stanowi 2,3 % powierzchni dorzecza górnej Wisły [ 4 ]. Źródłowy potok Skawy wypływa z północno-wschodnich zboczy Łysej Góry w miejscowości Spytkowice. W obrębie tej miejscowości łączy się z potokiem Pożoga. Uchodzi do Wisły w 22,7 km jej biegu, w miejscowości Smolice. Największe przepływy rzeki Skawy zanotowano w przekroju wodowskazowym Zator : w roku 1958 wyniósł m 3. s 1[ 24 ], a w roku 1965 wyniósł m 3. s 1 [ 15 ]. Opad średni w dorzeczu Skawy wynosi 991 mm. W tabeli 5.9 zestawiono wartości średnie opadów, odpływu i współczynnika odpływu w zlewni cząstkowej dorzecza Skawy, zamkniętej przekrojem wodowskazowym w Wadowicach. Tabela 5.7. Ważniejsze dopływy rzeki Skawy [ 23 ] Table 5.7. Major tributaries of the Skawa river [ 23 ] Dopływ ( P )rawy / ( L )ewy Powierzchnia ( km 2 ) Paleczka ( P ) 81,7 Kleczanka ( P ) 58,5 Bystrzanka ( L ) 79,4 Skawica ( L ) 147,3 Stryszawka ( L ) 139,7 Wieprzówka ( L ) 159,3 Tabela 5.8. Wybrane parametry rzeki Skawy [ 4 ] Table 5.8. Selected parameters of the Skawa river [ 4 ] Parametr Wartość Wysokość źródła ( m n.p.m. ) 700,0 Wysokość ujścia ( m n.p.m. ) 216,0 Długość ( km ) 96,4 Spadek średni ( ) 5,0 Tabela 5.9. Średni roczny opad, odpływ i współczynnik odpływu w dorzeczu Skawy w latach [ 5 ] i Table 5.9. The average annual precipitation, discharge and discharge ratio in the Skawa River basin during the periods [ 5 ] and Rys Dorzecze Skawy na obszarze górnej Wisły Fig The Skawa river basin within the Upper Vistula river basin Rzeka Skawa Wodowskaz Wadowice Powierzchnia zlewni po przekrój wodowskazowy ( km 2 ) 836 Opad ( P śr. ) ( mm ) 1003 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 435 Współczynnik odpływu 0,43 Opad ( P śr. ) ( mm ) 1010 Odpływ ( H śr. ) ( mm ) 487 Współczynnik odpływu 0,48 38