• EnglishEnglish
  • Temperatura wody (model PM3D)

    Temperatura wody morskiej obliczona za pomocą modelu hydrodynamicznego PM3D codziennie aktualizowana na podstawie bieżących danych z pomiarów satelitarnych w procesie tzw. asymilacji danych. Dzięki ciągłej asymilacji danych obliczone za pomocą modelu wartości temperatury wody nie odbiegają znacząco od mierzonych bezpośrednio w morzu. Mapy temperatury wody w Bałtyku o rozdzielczości 1 km otrzymywane są poprzez interpolację przestrzenną wyników modelu PM3D, którego rozdzielczość przestrzenna wynosi od ok. 0,9 km w części południowej do ok. 1,9 km w pozostałych rejonach Bałtyku. Obliczenia rozkładów pionowych temperatury za pomocą modelu są wykonywane na 18 warstwach o zmiennej grubości, co pozwala obliczyć temperaturę wody na różnych głębokościach. W serwisie Systemu SatBałtyk rozkłady temperatur wody w Bałtyku podawane są w stopniach Celsjusza [°C], cztery razy na dobę. T_PM3D
    Przykładowy rozkład temperatury powierzchniowej Bałtyku wyznaczonej za pomocą modelu PM3D

    Metodyka wyznaczania temperatury wody w modelu PM3D

    Trójwymiarowy model hydrodynamiczny PM3D (Parallel Model 3D) jest zmodernizowaną w ramach projektu SatBałtyk wersją numerycznego modelu M3D[1], który bazuje na modelu POM (Princeton Ocean Model). Dzięki zrównolegleniu obliczeń wykonywanych przy użyciu komputerów wyposażonych w wiele rdzeni obliczeniowych oraz wprowadzeniu procedur asymilacji danych satelitarnych PM3D pozwala na dokładniejsze obliczenia temperatury wody i innych parametrów w dużej rozdzielczości. Informacja o pogodzie dostarcza jest z numerycznego modelu pogody UM (Unified Model) działającego operacyjnie w ICM z rozdzielczością 4 km. W obszarze całego Bałtyku model PM3D ma rozdzielczość 1 mili morskiej (ok. 1.9 km). Model pozwala jednak na zwiększanie rozdzielczości w wybranych rejonach z dwukierunkową wymianą informacji (tzw. two-way downscaling) co umożliwiło obliczenia zasolenia w rozdzielczości 0.5 mili morskiej (ok. 0.9 km) w części południowej Bałtyku (p. rysunek). PM3D działa operacyjnie, asymilując aktualnie napływające dane satelitarne o temperaturze powierzchniowej wody SST wyznaczane z radiometrów AVHRR lub MODIS w rejonach niezachmurzonych. Model uwzględnia dopływ promieniowania słonecznego obliczanego z uwzględnieniem aktualnych danych satelitarnych z modelu SolRad.

    T_PM3D_metodyka
    Przykładowa mapa temperatury wody w Bałtyku oraz rozdzielczość przestrzenna obszarów obliczeniowych

    Walidacja (ocena dokładności)

    Model M3D poddawany był wielokrotnie walidacji w odniesieniu do różnych parametrów i rejonów [2][3]. Dokładność wyznaczania temperatury wody w Bałtyku za pomocą modelu PM3D oceniono na podstawie różnicy temperatury obliczonej za pomocą modelu z pomiarami wykonanymi na automatycznych bojach pomiarowych (p. rysunek) i na stacjach brzegowych. Błąd statystyczny, wyrażony jako odchylenie standardowe tych różnic, oszacowano na 0,86 °C na otwartych wodach Bałtyku (pomiary na bojach) i 1.2 °C dla stacji brzegowych. Błąd systematyczny (średnia różnica) wynosi odpowiednio 0,39 i -0,5 °C.

    T_PM3D_walidacja
    Porównanie modelowych i zmierzonych wartości temperatury powierzchniowej w Bałyku, równanie regresji liniowej, R2-współczynnik determinacji

    Interesujące zjawiska widoczne na mapach temperatury

    Upwelling przybrzeżny, to prąd unoszący wody z głębi ku powierzchni, występujący w niektórych rejonach Bałtyku[4].SST_upwelling Na mapach satelitarnych, wzdłuż południowych brzegów Bałtyku widoczne są często obszary obniżonej temperatury wód powierzchniowych, będące efektem występowania upwellingu. Zjawisko to polega na wynoszeniu na powierzchnię wód z głębiej położonych warstw, zwykle chłodniejszych, pod wpływem prądu płynącego przy wiatrach wiejących wzdłuż brzegu. W okresie zimowym wynoszone wody mogą mieć wyższą temperaturę w stosunku do powierzchniowych w rezultacie obszar ich występowania może objawiać się na mapach temperatury jako obszar cieplejszy.

    Front termiczny, to strefa przejściowa, rozdzielająca masy wodne o różnej temperaturze, która charakteryzuje się wysokim gradientem temperatury. W Bałtyku fronty termiczne mają zróżnicowane rozmiary i są stabilne w czasie. Tworzą się zwykle na granicy basenów o różnej głębokości (całoroczne lub sezonowe), w rejonach występowania upwellingu (krótkookresowe ale o stabilnym położeniu w czasie), w obrębie frontu hydrologicznego, ograniczającego rozpływ wód wnoszonych przez rzeki (krótkookresowe, często o dużej dynamice zmian lokalizacji), wokół wirów itp. Wody po obu stronach frontu bardzo często różnią się nie tylko pod względem temperatury, ale również pod względem innych cech- fizyko-chemicznych, np. zasoleniem, przezroczystością czy innymi właściwościami optycznymi.

    SST_wiry_PLWiry mezoskalowe, to zaburzenia pola prądów związane z anomalią temperatury, zasolenia i poziomu morza o skalach przestrzennych od 10 do 100 km i czasie trwania od kilku dni do miesiąca. Lokalne struktury o wymiarach mniejszych od 10 km są określane jako wiry sub-mezoskalowe. W Bałtyku wiry o różnych rozmiarach są często obserwowane na satelitarnych obrazach radiometrycznych (np. rozkładach temperatury powierzchniowej, stężeń chlorofilu a, i in.) oraz na obrazach radarowych, jako zaburzenia powierzchni morza.

    Odnośniki do parametru w Systemie SatBałtyk:

    Temperatura wody: 0m

    Temperatura wody: 3 m

    Temperatura wody: 5 m

    Temperatura wody: 10 m

    Temperatura wody: 20 m

    Temperatura wody: 30 m

     

    [1] Jędrasik J., 2005, Validation of hydrodynamic part of the ecohydrodynamic model for the southern Baltic, Oceanologia, 47(4),. 517-541

    [2] Kowalewski M., Kowalewska-Kalkowska H., 2011, Performance of operationally calculated hydrodynamic forecasts during storm surges in the Pomeranian Bay and Szczecin Lagoon, Boreal Environment Research, Res. 16 (suppl. A): 27–41

    [3] Kowalewski M.,1997, A three-dimensional, hydrodynamic model of the Gulf of Gdańsk; Oceanol. Stud., 26 (4); 77–98

    [4] Kowalewski M., Ostrowski M., 2005, Coastal up- and downwelling in the southern Baltic, Oceanologia, 47 (4), 453–475