Close
Czy w 2023 roku czeka nas kolejna wielka powódź?

Czy w 2023 roku czeka nas kolejna wielka powódź?

Netfliksowa “Wielka Woda”, którą nb. obejrzało ponad 10 mln gospodarstw domowych na świecie, przypomniała nam katastroficzne wydarzenia sprzed 25 lat, kiedy to do Wrocławia zbliżała się wielka fala powodziowa, i która w konsekwencji doprowadziła do zalania części miasta. Oczywiście powódź ta nie dotknęła wyłącznie mieszkańców Wrocławia. Obszar, który był zalany był znacznie szerszy gdyż wylały wówczas wody dorzeczy wielu rzek. Generalnie ocenia się, że straty jakie poniesione zostały w skutek powodzi tysiąclecia, jak określą się tę powódź, przekraczały wartość 3,5 mld USD [1].

Jednym z powodów tego zdarzenia były obfite opady. W literaturze przedmiotu nie znajdziemy jednak takiego określenia. Dlatego może warto przytoczyć w tym miejscu króciutko terminologię hydrologiczną, której głównym celem jest prognoza przepływów rzecznych, w tym prognoza wezbrań, bezpośrednio związanych z prognozą opadu.

W tym zakresie chyba najbardziej rozpoznawalną jest klasyfikacja opracowana przez Chomicza, która odnosi się właśnie do natężenia opadu definiując deszcze zwykłe, deszcze silne, deszcze ulewne oraz deszcze nawalne.

Natężeniem opadu (intensywność) określa się stosunek wysokości opadu do czasu jego trwania i określa się w milimetrach na minutę. Mierzy się go także w jednostkach objętości opadu przypadających na jednostkę czasu np. sekundę i jednostkę powierzchni np. ha lub km2. Czyli jeżeli na powierzchnię 1 ha spadnie deszcz o wysokości 1 mm to objętość opadu wyniesie 10 m3, lub po przeliczeniu – jeżeli na powierzchnię 1 m2 spadnie deszcze o wysokości 1 mm to objętość opadu wynosić będzie 1 dm3 (1 litr).

Z kolei jako wydajność opadu przyjmuje się objętość opadu, jaka spadła na jednostkę powierzchni w jednostce czasu [dm3/s ha].

Ważnym parametrem jest także czas trwania opadu, za który uznaje się czas od chwili wystąpienia opadu do jego zakończenia. I wracając do pana Chomicza, to dokonując analizy zależności wydajności opadu od czasu jego trwania sporządził on nomogramy, gdzie na osi odciętych mamy czas trwania opadu, a na osi rzędnych wydajność opadu rozumiana jako całkowita suma opadu. Pozwoliło to na klasyfikację deszczy z wykorzystaniem prostego równania:

wzór na wysokość opadu od czasu i współczynnika wydajności

gdzie:  
u – wydajność deszczu w mm
α – współczynnik wydajności opadu α = 2(k/2)
k – numer skali Chomicza
t – czas trwania opadu w minutach

Nomogram opadów - deszcze nawalne, ulewne

Uznaje się, że to deszcze nawalne z racji swojej wydajności, wiążą się z zagrożeniem powodziowym.

W ramach tej tematyki opracowano między innymi:

https://ekordo.pl/wolanie-o-deszcz-czy-jest-go-rzeczywiscie-coraz-mniej/
https://ekordo.pl/wolanie-o-deszcz-aktualizacja/

Obecnie, w odróżnieniu od zamieszczonych wyżej linków będę chciał zweryfikować tezę, z którą często obecnie możemy się spotkać. Chodzi o stwierdzenie, że zachodzące zmiany klimatyczne spowodowały, że ostatnie lata przyniosły nam znaczący wzrost częstości występowania deszczów nawalnych, czyli deszczy 5 stopnia i wyżej. Do przeprowadzenia pełnej analizy potrzebne byłyby przynajmniej dane w postaci zapisów pluwiograficznych, choć i nie do pogardzenia byłyby mapy synoptyczne, mapy topografii barycznej czy wreszcie obrazy radarowe i satelitarne. Spróbuję jednak to uprościć i skorzystać z danych udostępnianych przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) w Warszawie.

Katalog „dane_meteorologiczne” zawiera pliki w formacie csv ze stacji opadowych (opad) z okresu 1950-2022 przedstawiające dobową sumę opadów. Niestety żadnych danych o czasie trwania opadu. Stąd też to nasze uproszczenie polegać będzie na tym, że odczytaną wartość sumy dobowej opadów przyjmiemy jako wyznacznik deszczu nawalnego. Z tablicy Chomicza kiedy opad będzie powyżej 44 mm to przyjmiemy, że mamy do czynienia z deszczem nawalnym. 

Stacje meteorologiczne

Zacznijmy od stacji meteorologicznych zbierających dane o opadzie. W katalogu „dane meteorologiczne” znajduje się plik o nazwie mapa_zawartosci_opad. Jest on zapisany w formacie pdfa. W nim znajdujemy kilkanaście stron informacji o stacjach meteorologicznych. Podany jest kod stacji, nazwa stacji, jej długość i szerokość geograficzna zapisana w stopniach, minutach i czasem sekundach. Mamy także informacje o funkcjonowaniu stacji na przestrzeni lat, tzn. 

stacje meteorologiczne IMGW

Z tego zakresu potrzebuje przede wszystkim informacji o przestrzennym położeniu stacji, a więc ich dane o długości i szerokości geograficznej. Do odczytu i ekstrakcji potrzebnej zawartości skorzystam z biblioteki PyPDF2, nad którą w obecnym roku trwały intensywne prace deweloperskie związane z jej rozwojem oraz poprawą funkcjonowania. Do odczytu zawartości ograniczonej części treści pliku korzystam z klasy PdfReader z funkcją tzw. visitora do określenia części obszaru do ekstrakcji.

Potem jeszcze trochę manipulacji na teście, czyszczenie, przesuwania w wierszach, na koniec obliczenia postaci dziesiętnej długości i szerokości geograficznej i dane o stacjach gotowe. Można je wyświetlić z pomocą biblioteki Folium, którą między innymi przedstawiłem we wpisie poświęconemu najlepszej lokalizacji pod instalację fotowoltaiczną. Korzystając z niej dostaniemy mapę stacji meteo prowadzonych przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) w Warszawie.

Pełna mapa

Generalnie tych stacji mamy w Polsce 1626, co między innymi wynika z liczby rekordów w danych. Ich rozmieszczenie na terytorium Polski jest w miarę jednorodne.

Stacje meteo IMGW

Ale zostało postawione pytanie jak wyglądała aktywność tych stacji na przestrzeni lat w zakresie pomiaru wielkości opadów. Oczywistym jest bowiem to, że stacje mogły powstawać w różnym okresie, część mogła zostać zamknięta, pojawiły się nowe.

Jak się okazuje liczba aktywnych stacji w których prowadzono pomiary zmieniała się. Część stacji zamknięto, otwierano nowe. Najwięcej stacji meteorologicznych z pomiarem opadów funkcjonowało pod koniec lat osiemdziesiątych XX wieku. Było ich ponad 1200. W ostatnich latach obserwujemy znaczące zmniejszenie sie ilości aktywnych stacji meteorologicznych dokonujących pomiarów opadów.

liczba stacji meteorologicznych

Rozmieszczenie aktywnych stacji meteorologicznych w ostatnim pięciu latach przedstawia poniższa mapa. Zdecydowana większość aktywnych stacji ulokowana została w zachodniej części Polski. Zauważalnie najmniej stacji funkcjonuje w województwach: podkarpackim, lubelskim i mazowieckim. Szczególnie gęsto stacje rozlokowane są w pasie południowym rejonów górskich, co ma oczywiście uzasadnienie.

Pełna mapa

Opady

Z aktywnością stacji meteorologicznych wiąże się aktywność pomiarowa. W latach osiemdziesiątych liczba pomiarów opadów na stacjach meteorologicznych w skali roku przekraczała 200 tys. Od 2013 ilość pomiarów zdecydowanie uległa znaczącemu zmniejszeniu. Aktualnie liczba pomiarów w skali roku oscyluje wokół 100 tys. Na wykresie ostatnia wartość jest za 9 miesięcy, także z pewnością jeszcze do końca roku 2022 ulegnie zmianie, a dokładnie zwiększeniu.

liczba pomiarów opadów

Prześledźmy obecnie ilość wystąpień deszczu nawalnego na przestrzeni ostatnich 72 lat. Jak się okazuje ze zwielokrotnioną ilością przypadków, gdzie wysokość opadu przekraczała przyjęte 44 mm mieliśmy do czynienia w roku 1997 oraz 2010. Znając dziś co się wydarzyło nie jest to dla nas żadnym zaskoczeniem (Powódź 1997, Powódź 2010).

ilość zdarzeń ekstremalnych

Co ciekawe ostatnie lata są zdecydowanie mniej obfite w deszcze nawalne. Przypadków ich wystąpienia jest mniej niż choćby miało to miejsce w latach 70-tych. Można także doszukać się pewnego wzorca na wykresie. Po okresie zmniejszonej intensywności przypadków opadów nawalnych z lat 1985 – 1995 czy 2002 – 2009 następowała kumulacja, tak jak w latach 1997 czy 2010. Zatem czy po obecnym okresie 2011 – 2022 czeka nas również coś podobnego w najbliższych latach? Poprzedni okres to właśnie 13 lat.

Rok 1997

Spójrzmy jeszcze gdzie odnotowano najbardziej intensywne opady. W tym celu określono poniżej dziesięć stacji meteorologicznych, gdzie pomiar wykazał intensywność opadów. Z przedstawionych poniżej wykresów jasno wynika, że to pierwszy tydzień lipca roku 1997 miał swój znaczący udział w tym co wydarzyło się potem we Wrocławiu i innych miejscowościach Polski południowej. Mapka sygnalizująca stacje pomiarowe, na których stwierdzono intensywne opady w tych dniach pokazana jest poniżej.

Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna

Pełna mapa

Rok 2010

W przypadku roku 2010 mieliśmy dwie fale intensywnych opadów. Pierwsza miała miejsce pod koniec drugiego tygodnia maja. I to ona była odpowiedzialna za powódź, którą uznaje się jako jedną z największych w Polsce. Wspomnę tylko, że o ile w 1997 powodzie obserwowaliśmy głównie w dorzeczu Odry, to tym razem wystąpiły one w dorzeczu Wisły. Kulminacja fali wezbraniowej na Wiśle była największa od 160 lat. Druga fala intensywnych opadów miała miejsce pod koniec sierpnia i skoncentrowana była głównie w rejonie Górnego Śląska. W Szczyrku w tym czasie odnotowano rekordowy opad przekraczający 200 mm.

Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna
Stacja meteorologiczna

Pełna mapa

Podsumowanie

Analiza wykazała, że w ostatnim dziesięcioleciu obserwujemy znacznie zmniejszoną ilość występowania deszczy nawalnych. Ilość ta jest zdecydowanie mniejsza niż choćby w latach siedemdziesiątych.

Natomiast, po okresie zmniejszonej ilości występowania intensywnych opadów następuje skumulowanie. Takie przypadki mieliśmy w roku 1997 oraz 2010. Okres między nimi to trzynaście lat. Czy zatem należałoby oczekiwać, że w najbliższych latach możemy mieć powtórkę? W przyszłym roku mija bowiem kolejne trzynaście lat. Jeżeli to nastąpi bądźmy odpowiednio przygotowani.

Odnośniki

[1]. Powódź tysiąclecia – Wikipedia, wolna encyklopedia

[2]. Wołanie o deszcz, czy jest go rzeczywiście coraz mniej – EKOlogicznie, Racjonalnie, DOświadczalnie (ekordo.pl)

[3]. Dane Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW)

[4]. Biblioteka PyPDF2

[5]. Kod dostępny na github.

Jurand Bień

dr hab. inż., prof. Politechniki Częstochowskiej; zainteresowania: aspekty środowiskowe, gospodarowanie odpadami (praktyczne), danologia (hobbystycznie)

dr hab. inż., prof. Politechniki Częstochowskiej; zainteresowania: aspekty środowiskowe, gospodarowanie odpadami (praktyczne), danologia (hobbystycznie)

Leave a Reply

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

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.