meteo-informacje.pdf

POLITECHNIKA KRAKOWSKA

im. Tadeusza Kościuszki

mgr inż. Robert Szczepanek

CZASOPRZESTRZENNA STRUKTURA

OPADU ATMOSFERYCZNEGO W ZLEWNI GÓRSKIEJ

Praca doktorska

Promotor: Dr hab. inż. Elżbieta Nachlik, prof. PK

Kraków 2003

Chciałbym tą drogą podziękować

dr hab. inż. E.Nachlik, prof.PK

za pomoc merytoryczną

Mr. I.S. Iacovides

dr inż. T.Gumbricht

za udostępnienie danych

oraz Kasi, Włodziowi i wszystkim bliskim

za pomoc i wsparcie

Spis treści

str.

I. Wstęp ............................................................................................ 1

II. Cel i zakres dysertacji ...................................................................... 2

II.1. Cel ........................................................................................... 2

II.2. Zakres ...................................................................................... 3

II.3. Problemy związane tematycznie, które nie zostały ujęte w dysertacji.. 4

III. Dotychczasowy stan wiedzy w zakresie czasoprzestrzennego

modelowania pola opadu ................................................................. 5

III.1. Przybliżenie problematyki modelowania pola opadu ........................ 5

III.2. Deterministyczne metody przestrzennej interpolacji opadów ............ 6

III.2.1. Metoda wieloboków równego zadeszczenia (MW) .................... 6

III.2.2. Metoda odwrotnych odległości (MOO).................................... 7

III.2.3. Metoda izohiet .................................................................. 9

III.2.4. Metoda triangulacji ............................................................. 9

III.2.5. Metoda funkcji wyrównującej ............................................... 10

III.3. Metody geostatystyczne - kriging ................................................ 11

III.3.1. Historia............................................................................. 11

III.3.2. Podstawy geostatystyki ....................................................... 12

III.4. Czasowa i przestrzenna rozdzielczość danych wykorzystywanych do

analiz .......................................................................................... 17

III.5. Wybrane wnioski z prac innych autorów ........................................ 18

III.6. Podsumowanie .......................................................................... 19

IV. Propozycja nowej metodyki przestrzennego rozkładu opadów ................ 20

IV.1. Założenia .................................................................................. 20

IV.2. Gradientowa metoda odwrotnych odległości (GMOO) ....................... 21

V. Metodyka prowadzonych badań.......................................................... 25

V.1. Budowa relacyjnej bazy danych..................................................... 25

V.2. Weryfikacji danych ...................................................................... 26

V.3. Estymacja parametrów modeli ...................................................... 28

V.3.1. Gradientowa metoda odwrotnych odległości ........................... 29

V.3.2. Kriging ............................................................................. 30

V.4. Weryfikacji wyników modeli .......................................................... 31

VI. Charakterystyka obszaru badań ........................................................ 33

VI.1. Zlewnia rzeki Peristerony ........................................................... 35

VI.2. Zlewnia rzeki Soły ..................................................................... 36

VI.3. Zlewnia potoku Wielka Puszcza .................................................... 38

VII. Wykorzystane dane........................................................................ 39

VIII. Weryfikacja danych....................................................................... 46

IX. Estymacja parametrów modeli .......................................................... 53

IX.1. Model GMOO dla zlewni rzeki Peristerony....................................... 53

IX.2. Model GMOO dla zlewni rzeki Soły ................................................ 61

IX.3. Model GMOO dla zlewni potoku Wielka Puszcza............................... 64

IX.4. Model geostatystyczny dla zlewni rzeki Soły ................................... 69

X. Weryfikacja modeli i dyskusja uzyskanych wyników .............................. 70

X.1. Opady roczne ............................................................................. 71

X.2. Opady miesięczne ....................................................................... 78

X.3. Opady dobowe............................................................................ 86

X.4. Opady godzinowe ........................................................................ 96

X.5. Opady 10-minutowe .................................................................... 100

XI. Podsumowanie wyników badań ......................................................... 105

Spis tabel ........................................................................................... 109

Spis rysunków ..................................................................................... 111

Spis oznaczeń ..................................................................................... 116

Literatura ........................................................................................... 117

Załączniki ........................................................................................... 125

I. Wstęp

R.Szczepanek „Czasoprzestrzenna struktura opadu atmosferycznego w zlewni górskiej”

I. Wstęp

Opady atmosferyczne w obszarach górskich są przyczyną powstawania

znacznych strat powodziowych, zarówno w sferze materialnej jak

i niematerialnej. Opady mają często gwałtowny przebieg i charakteryzują się

wysokimi natężeniami. Od wielu już lat prowadzone są badania nad różnymi

aspektami modelowania opadów. Najnowsze modele wykorzystują źródła danych,

które do niedawna nie istniały (np. zdjęcia satelitarne, obrazy z radarów

meteorologicznych), bądź też były niemożliwe do uzyskania w czasie

rzeczywistym (np. dane pochodzące z automatycznych systemów pomiarowych).

Dzięki szybkiemu postępowi nauki i techniki w dziedzinach związanych

z telekomunikacją, teledetekcją i informatyką, powstały nowe możliwości

modelowania opadów, które należałoby w odpowiedni sposób wykorzystać. Aby

właściwie spożytkować olbrzymią ilość informacji jaka potencjalnie jest dostępna,

należy szczególną uwagę zwrócić na zrozumienie i odpowiednią interpretację

obserwowanych i opisywanych procesów. Bez dokładnego poznania natury

procesów i ich specyfiki, nadal utrudnione będzie prognozowanie, kalibracja

modeli, czy nawet interpretacja informacji uzyskiwanych najnowocześniejszymi

metodami.

Rozważając czasoprzestrzenną strukturę opadów w zlewniach górskich

należy zadać pytanie: Czy zjawisko czasowej i przestrzennej zmienności opadu

rzeczywiście występuje w tych obszarach?

Odpowiedź na pierwszą część pytania wydaje się być prostsza, gdyż każdy

doświadczył czasowej zmienności opadu. Zjawisko to zostało dosyć dobrze

zbadane i opisane zarówno w literaturze polskiej jak i światowej (Lorenc, 1979;

Niemczynowicz, 1984a). W przypadku zmienności przestrzennej sprawa nie jest

już taka prosta i oczywista. Dotychczasowe prace skoncentrowane są głównie na

modelowaniu przestrzennej zmienności opadów przy rozdzielczościach czasowych

od doby do roku. Z przyczyn oczywistych, tak określone relacje nie mogą być

stosowane wprost dla celów operacyjnych przy akcjach przeciwpowodziowych,

gdzie wymagane rozdzielczości czasowe są rzędu doby lub nawet godziny.

Niestety, literatura dotycząca tej problematyki nie jest zbyt obszerna. Wynika to

głównie z problemów związanych z dużą zmiennością i losowością modelowanego

zjawiska.

Przestrzenna zmienność opadów w obszarach górskich jest szczególnie

trudna do opisania. Konieczna wydaje się zatem dokładniejsza analiza

poświęcona przestrzennemu modelowaniu opadu atmosferycznego w zlewniach

górskich, szczególnie dla dobowych i krótszych rozdzielczości czasowych.

Tej właśnie problematyce poświęcona jest niniejsza praca.

Przestrzennyrozkład opadów ma istotne znaczenie nie tylko jako element

wejścia do modeli opad-odpływ o parametrach rozłożonych, ale również

w przypadku modeli o parametrach skupionych. Błędne oszacowanie wysokości

opadu, niezależnie od typu modelu, może bowiem w istotny sposób rzutować na

całkowity bilans wody w zlewni. Dlatego też, wykorzystanie modeli

uwzględniających przestrzenną zmienność opadów jest niezbędne w procesie

ilościowej oceny zagrożenia powodziowego. W konsekwencji ma to wpływ na

prawidłowość wyboru środków bezpośredniej i pośredniej ochrony przed

powodzią.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: