Close
Photo by Inge Maria on Unsplash

Wołanie o deszcz, czy jest go rzeczywiście coraz mniej

Ostatnio doniesienia prasowe alarmują nas coraz częściej, że zasoby wodne Polski są złe. Ot choćby w Skierniewicach „skończyła” się woda w kranach. Popłynie dopiero kiedy będzie deszcz. A przecież tak niedawno skończył się maj, który zapamiętamy jako ten ze znacznymi opadami deszczu. Co się dzieje? Może jednak tego deszczu jest rzeczywiście mniej?

Prześledźmy jak wygląda średnia roczna opadów na terenie Polski za ostatnie 18 lat. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego udostępnia szereg danych synoptycznych, aktynometrycznych, hydrologicznych oraz meteorologicznych. Do poniższej analizy skorzystam z danych miesięcznych. Dane dotyczące opadów gromadzone są w folderze opad i kolejno w poszczególnych podfolderach oznaczających kolejne lata. Dane są w postaci spakowanej w postaci plików zip. Zatem pobieram poszczególne pliki do katalogu roboczego, rozpakowuje je i tworzę jedną ramkę danych opisującą opady na przestrzeni lat 2001-2018 ze stacji meteorologicznych.

for (rok in 2001:2018) {
  url <- paste0("https://dane.imgw.pl/data/dane_pomiarowo_obserwacyjne/dane_meteorologiczne/miesieczne/opad/",rok,"/",rok,"_m_o.zip")
  download.file(url, paste0(rok,"_m_o.zip"), mode = "wb")
  unzip(paste0(rok,"_m_o.zip"))
}

opady <- data.frame()
for (rok in 2001:2018) {
  plik <- paste0("o_m_",rok,".csv")
  df <- read.csv2(plik,header=FALSE,sep = ',',dec = '.') 
  opady <- rbind(opady,df) 
}

od razu zostawimy po sobie porządek usuwając ściągnięte pliki

file.remove(paste0(2001:2018,"_m_o.zip"))
file.remove(paste0("o_m_",2001:2018,".csv"))

Dane w plikach zawierają szereg informacji, dla potrzeb tej prostej analizy wiele niepotrzebnych.

Kod stacji 
Nazwa stacji
Rok 
Miesiąc 
Miesięczna suma opadów [mm]
Status pomiaru SUMM 
Liczba dni z opadem śniegu
Status pomiaru LDS
Opad maksymalny [mm]
Status pomiaru MAXO
Dzień pierwszy wystąpienia opadu maksymalnego
Dzień ostatni wystąpienia opadu maksymalnego
Liczba dni z pokrywą śnieżną
Status pomiaru LDPS
Status "8" brak pomiaru
Status "9" brak zjawiska

Poddam je zatem niewielkiemu przekształceniu celem wyboru pierwszych pięciu kolumn, którym przypiszę także nowe nazwy.   

opady_df <- opady[,c(1:5)]
colnames(opady_df) <- c("Kod_stacji","Nazwa_stacji","Rok","Miesiac","Opady")

Jak się okazuje w utworzonej ramce danych mamy 191 tysięcy 421 wierszy, miesięczne sumy opadów z lat 2001-2018 z 1131 stacji pomiarowych rozlokowanych na terenie całej Polski. Lokalizację stacji można pobrać z załączonego pliku. Można także przeprowadzić geokodowanie, czyli ustalić współrzędne geograficzne na podstawie nazwy stacji pomiarowych. Jak to zrobić pokaże w jednym z kolejnych wpisów.

Ale wróćmy do opadów. W latach 1951–2010 średnia roczna suma opadów, obliczona na podstawie 38 stacji, wynosiła 594 mm (Czarnecka M, Nidzgorska-Lencewicz J, 2012). Zatem obliczamy i wykreślamy średnią roczną sumę opadów na terenie Polski (na podstawie obserwacji z 1131 stacji pomiarowych)

opady_df %>% 
  group_by(Nazwa_stacji,Rok) %>% 
  summarise(
    Opad = sum(Opady, na.rm = TRUE),
  ) %>% 
  group_by(Rok) %>% 
  summarise(
    Sr_opad = mean(Opad)
  ) %>% 
  ungroup() %>% 
  ggplot() +
  geom_line(aes(Rok,Sr_opad),size=0.25) +
  ylab("Średnia roczna opadów [mm]") +
  theme_minimal()

Jak widać praktycznie średnia roczna opadów jest wyższa od wartości średniej wieloletniej. Trzykrotnie w ostatnim dwudziestoleciu średnia roczna ilość odpadów była niższa niż średnia wieloletnia. Miało to miejsce w 2003, 2015 oraz 2018 roku. Najmniejszą średnią roczną ilość opadów odnotowano w 2015r., tak ten rok był najgorszy pod względem ilosci opadów atmosferycznych. Dla pozostałych lat średnie roczne są znacząco powyżej średniej wieloletniej. Więc dlaczego mamy wrażenie, że deszczu jest mniej? Czy to nie efekt zmiany charakteru opadów? Pamiętam z dzieciństwa, że jak padało to zazwyczaj parę dni i były to raczej deszcze umiarkowane. Dziś zazwyczaj mamy deszcze gwałtowne i nawalne. Te deszcze zamiast wsiąkać w glebę spływają po powierzchni do kanalizacji, rzek, a gdy ziemia jest wysuszona ten efekt jest w dodatku wzmocniony.

Oczywiście wiadomo także, że opady charakteryzują się zdecydowanym zróżnicowaniem przestrzennym. Najwięcej deszczu spada w rejonach górskich, zresztą sprawdźmy, w których stacjach pomiarowych w wymienionym okresie odnotowano największą roczną ilość opadów. Do analizy wezmę wyłącznie te stacje, dla których w każdym roku analizy odnotowano pomiar. Zatem najpierw przekształcę tabelę do postaci szerokiej.

opady_df %>% 
  group_by(Nazwa_stacji,Rok) %>% 
  summarise(
    Opad = sum(Opady, na.rm = TRUE)
  ) %>% 
  spread(Rok, Opad) -> opady_df_wide

I z otrzymanej tabeli wybiorę tylko te, w których dane są kompletne w całym obszarze czasowym analizy. Takich stacji jest 466.

indeksyKompletnych = complete.cases(opady_df_wide)
opady_df_all <- opady_df_wide[indeksyKompletnych,]

Wśród nich wybiorę stacje ze średnią roczną ilością opadów mniejszą od średniej wieloletniej (poniżej 600 mm) oraz stacje, gdzie średnia roczna ilość opadów przekracza 1000 mm. Ich lokalizację przedstawię na mapie.

Jak widać teza została potwierdzona, zdecydowana większość stacji z roczną średnią ilością opadów powyżej 1000 mm zlokalizowanych jest w rejonie górskim. Z kolei region z średnią roczną ilością opadów poniżej 600 mm to przede wszystkim obszar województwa kujawsko-pomorskiego oraz Wielkopolska.

A jak przedstawia się rozkład średniej sum opadów w poszczególnych miesiącach. Przedstawię to w postaci tzw. heat mapy. Kolor jasny zielony przedstawia najmniejsze wartości, czerwony najwyższe.

opady_df %>% 
  group_by(Rok, Miesiac) %>% 
  summarise(
    Opad = mean(Opady, na.rm = TRUE)
  ) %>% 
  ungroup() %>% 
  ggplot() +
  geom_tile(aes(Miesiac, Rok, fill=Opad),
            show.legend = FALSE,
            color="gray") +
  scale_y_reverse() +
  scale_fill_gradient(low="green", high="red") +
  theme_minimal()

Miesiącem z największym ilościowo opadem jest bez wątpienia lipiec. Praktycznie za wyjątkiem roku 2006, gdzie to sierpień okazał się być tym najbardziej deszczowym to lipiec można okreslić jako „pora deszczowa”. Zresztą gdyby uogólnić, to maksimum opadów przypada w Polsce dokładnie w porze letniej. Wiosna jest porą suchą. Tak już jest od wielu lat. Zmiana jednak jest taka, że o ile do niedawna jeszcze wiosenne niedobory wody uzupełniały topniejące śniegi, to ostatnie lata takiej sytuacji już nie stwarzają. Wniosek: wiosenne susze będą się zdarzać coraz częściej.

I na zakończenie chciałbym polecić blog, na który trafiłem przygotowując powyższą analizę. Blog ten to „Pogoda i Klimat” prowadzony przez Piotra Djakowa. Jak sam pisze jest wielkim pasjonatem meteorologii i klimatologii. Przyznam, ze jestem pod wrażeniem treści i wizualizacji, stąd zachęcam by choć od czasu do czasu tam zajrzeć. Ja z pewnością będę.

Dodatek kłobucki

Ponieważ zostałem zagadnięty „a jak to z tym deszczem jest u nas” to pragnąc odpowiedzieć na to pytanie trzeba było ocenić średnią roczną ilość opadów z obszaru powiatu kłobuckiego. Zatem po pierwsze zidentyfikowałem stacje pomiarowe zlokalizowane na terenie powiatu kłobuckiego. Jak się okazało w okresie analizy funkcjonowały trzy takie stacje umiejscowione w Kłobucku, Dańkowie i Wąsoszu Górnym.

Lokalizacja stacji pomiarowych IMGW

Po odczycie danych pomiarowych dla zaznaczonych stacji

opady_df_powiat <- filter(opady_df, opady_df$Kod_stacji %in% c('251200060','250180040','251190170'))

opady_df_powiat %>% 
  group_by(Nazwa_stacji,Rok) %>% 
  summarise(
    Opad = sum(Opady, na.rm = TRUE)
  ) %>% 
  spread(Rok, Opad)

okazało się, że ostatni pomiar ilości opadów ze stacji Dańków pozyskano w 2003, a dla stacji Wąsosz Górny w roku 2014.

Także praktycznie pozostała do analizy stacja Kłobuck. Średnia roczna ilość opadów za lata 2001-2018 wynosi tutaj 682.7 mm, czyli jest powyżej średniej rocznej ilości opadów dla obszaru Polski.

opady_df_powiat %>% 
  filter(Nazwa_stacji == 'KŁOBUCK') %>% 
  group_by(Rok) %>% 
  summarise(
    Opad = sum(Opady),
  ) -> opady_df_powiat_suma_rok
mean(opady_df_powiat_suma_rok$Opad)

Najbardziej deszczowym rokiem był 2010, kiedy to średnia roczna ilość opadów wyniosła aż 930 mm. Ostatnie lata z kolei to taki przeplataniec średniej wieloletniej. Natomiast co ciekawe, na terenie powiatu kłobuckiego obserwuje się miesięczne wyprzedzenie, padać zaczyna już w maju a kończy praktycznie w lipcu.

I na koniec dygresja. A co we Wręczycy, no cóż ta miejscowość jest wyjątkowo, można by rzec, że położenie wśród lasów sprawia że tu nigdy nie pada, grzmi i pada w Kłobucku, w Blachowni, w Częstochowie a we Wręczycy nie chce 😉

Dodatkowe materiały

dr hab. inż., prof. PCz (Politechniki Częstochowskiej); zainteresowania: gospodarowanie odpadami (praktyczne), danologia, analiza danych (hobbystycznie)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *