RASP: Regional Atmospheric Soaring Prediction, czyli meteo dla małego lotnictwa – część 1

Wiele razy uczyłem się i zdawałem meteorologię do licencji szybowcowej, samolotowej oraz liniowej. Za każdym razem zdawałem sobie sprawę z tego, jak mało wiem i jak istotna jest ta wiedza dla mojego bezpieczeństwa i  dla wyniku sportowego.

Specyfika lotnicza wymaga od nas znajomości warunków pogodowych przed wykonaniem zadania. Warunki pogodowe musimy znać przed startem, po trasie, na lotnisku docelowym i zapasowym.

W artykule tym skupimy się na General Aviation. W szczególności będzie on dotyczył meteo dla małego lotnictwa, które analizuje METARy i TAFy oraz pilotów z tzw. grupy  środkowej. Znajdują się w niej osoby planujące dłuższe trasy z wyprzedzeniem kilku dni do przodu. Szczegółowo opiszemy system Regional Atmospheric Soaring Prediction (w skrócie RASP). Z premedytacją użyjemy słownictwa nieprofesjonalnego, z naciskiem na proste i zrozumiałe opisanie prognozy pogody. Brawa dla tych, którzy zostaną z nami do końca:)

Czym jest RASP, jakie funkcjonalności niesie ze sobą i w czym może nam pomóc?

RASP, jako program komputerowy, został opracowany przez doktora meteorologii John W. Glendeninga - amerykańskiego naukowca i pilota szybowcowego. Program był modyfikacją standardowego prognozowania modelu GFS udostępnianego przez NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), amerykańską agencję naukową w departamencie Handlu Stanów Zjednoczonych, która prognozuje pogodę, monitoruje warunki oceaniczne i atmosferyczne oraz obejmuje jeszcze wiele innych obszarów. Każdego dnia, w odstępnie co 6 godzin, NOAA generuje model pogodowy zwany GFS (Global Forecasting System), który pokrywa cały świat. Działa on na podstawie danych z dostępnych źródeł, łączy je z poprzednią prognozą aby jak najlepiej określić „początkowy stan atmosfery” pod względem wiatru, temperatury, ciśnienia itd. Finalnie dostarcza „stan atmosfery” w dowolnym punkcie na ziemi na dzień dzisiejszy oraz kilka dni do przodu. RASP pobiera ten model każdego dnia o 6:00 rano oraz 18:00 wieczorem (tak działa RASP Europe/Poland dostępny pod adresem https://europe.fcst.pl/), przekształca go w większą rozdzielczość (to znaczy gęstszą siatkę punktów danych) i uwzględniając rzeźbę terenu z dokładnością do 30 metrów powstaje kolejny model pogodowy o nazwie WRF (The Weather Research and Forecasting).


A tak wygląda ta sama siatka w przybliżeniu:


Wynik liczenia RASP’a jest całkowicie numeryczny i należy następnie przekształcić go w mapy graficzne i sondaże, aby piloci mogli czytać je z większym zrozumieniem i planować swoje loty.

Wielkość siatki jest uzależniona i dostosowana do mocy obliczeniowej naszej platformy i dla Polski wynosi 2.4km na dziś, 4km na dni kolejne oraz 6.4km dla obszaru Europy.

Chcąc dokładniej wyjaśnić, czym jest siatka i ile jest w niej punktów danych, proszę spojrzeć na ww. siatkę (widok 2D) i rozciągnąć ją w wyobraźni jeszcze w górę o taką samą odległość od punktu jak w osi X,Y aż do wysokości 12km aż powstanie sześcian danych.


Źródło : https://www.ncl.ucar.edu/

Ilość tych punktów dla Polski dla siatki 2.4km wynosi 92105 pomnożona przez dostępne -powiedzmy-  72 prognozy dla każdego punktu. Daje nam to 6 631 560 rekordów danych dla danej godziny w danym dniu:) Na tym nie koniec, więc pomnóżmy to jeszcze przez co najmniej 12 godzin i już wiemy, że rozmawiamy o ilości ok 80 mln rekordów danych dla danego dnia a prognozy są przecież dostępne średnio 7 dni do przodu (80*7=…). I to wszystko tylko dla Polski.

Dzięki temu, że możemy tworzyć własne obszary (tzw. domeny) do liczenia prognoz oraz nadawać im rozdzielczość inną dla każdego dnia (im odleglejsza prognoza, tym mniejsza rozdzielczość) - zmniejszamy lub optymalizujemy moc obliczeniową potrzebną do liczenia. Na dzień dzisiejszy serwer odpowiedzialny za liczenie prognozy RASP Poland wyposażony jest w 40 wirtualnych procesorów, każdy o mocy 2.2GHz oraz 128GB RAMU. Działa on dzięki uprzejmości Aeroklubu Wrocławskiego (https://www.aeroklub.wroc.pl), a do liczenia RASP Europe - dzięki pomocy Chmury krajowej https://chmurakrajowa.pl/en/. Testowo wykorzystujemy jeszcze przez jakiś czas moc obliczeniową Google Cloud.

Tyle teorii, przejdźmy więc do analizy prognoz generowanych przez serwis RASP Poland (https://europe.fcst.pl) Ikonka mapy Polski przenosi nas do prognozy tylko dla obszaru Polski. Omówimy tylko część prognoz, najczęściej używanych przez pilotów.


Pierwsza prognoza-  „Ranking obszarów termiki - Star Rating”-  jest prognozą typowo szybowcową. Określa ona w skali 1 do 5 obszary, w których będą występować najlepsze warunki termiczne (5) oraz warunki najsłabsze (0).

Jeden rzut oka na kolejne dni pozwala ocenić, czy warto się przygotowywać do latania czy nie.
W nagłówku prognozy widzimy od góry:

Nazwa prognozy: Star Rating

Na kiedy jest ważna i kiedy została wygenerowana : 14:00 czasu lokalnego, piątek 3 Września 2021
(a wygenerowana została ok 12 godzin a dokładnie o 4:33 czasu ZULU) . Jest to bardzo ważna informacja, ponieważ im świeższe dane, tym pewniejsza jest prognoza (pamiętamy o tym, że model nasz analizuje dane z dostępnych źródeł i poprawia tzw. „stan atmosfery”).

Ostatni wiersz nagłówka informuje o adresie strony, rozdzielczości i modelu prognozy.

Kolejna prognoza „Termika/ Obszary trudnej termiki - Thermal Updraft Velocity” również jest prognozą typowo szybowcową i dostarcza więcej informacji o warunkach termicznych zmieniając skalę w z wartościami siły noszenia w m/s oraz oznaczając obszary bez kropek gdzie rozwojowi termiki nie będzie nic przeszkadzało (np. chmury piętra średniego lub wysokiego). Rzadziej pokropkowane obszary wskazują na zakłócenia termiki. Gęsta siatka punktów określa obszary o trudnej lub bardzo trudnej termice.

Kolejna prognoza „Występowanie chmur z wysokością podstawy - Cu Cloudbase where Cu Potential > 0” wykorzystywana jest przez szybowników, ale może być również wykorzystywana przez pozostałych pilotów. Określa bowiem występowanie chmur pietra niskiego wraz z ich podstawami.


Widzimy na tym przykładzie, że na północy kraju występuje zachmurzenie o podstawie ok. 700m , w części środkowo zachodniej pogoda bezchmurna, w części południowej Polski podstawy aż do 2400 AMSL. Jest to bardziej optymistyczna wersja niż kolejna prognoza „Cu Cloudbase where OD Potential > 0”  w której pokrycie chmur piętra niskiego jest bardziej pesymistyczne i, niestety, częściej się sprawdza.

Kolejna prognoza, znów typowo szybowcowa: „Wysokość termiki – Thermalling Height”. Jak sama nazwa wskazuje przedstawia ona obszary wraz z wysokością potencjalnej termiki AMSL.


Kolejna, jedna z lepszych prognoz: „Wiatr pod podstawą Chmur – Wind at BL top”. Pokazuje ona kierunek i siłę wiatru pod podstawą chmur. Planując loty będziemy mogli uwzględnić poprawkę na wiatr lub zaplanować trasę po szlakach cumulusowych.


Kolejnej prognozy -„Temperatura na wysokości 2m – Surface temp”-  omawiać nie musimy, jej nazwa wszystko wyjaśnia. Planując piknik;0 wiemy jak się ubrać.


Kolejną prognozą wartą uwagi jest „Stopień nasłonecznienia – Solar Radiation”. Wykorzystywana jest przeważnie przez pilotów szybowcowych. Przedstawia ona obszary promieniowania słonecznego faktycznie docierającego do ziemi podzielonego przez promieniowanie słoneczne, które dotarłoby do ziemi w suchej atmosferze (brak chmur i pary wodnej) wyrażone w procentach.  Ten parametr wskazuje stopień zachmurzenia, czyli określa gdzie chmury ograniczają światło słoneczne docierające do powierzchni.


Kolejna prognoza „Ciśnienie MSL – Mean Sea Level Pressure” przedstawia w pięknych kolorach ciśnienie oraz izobary.


Lepiej ta mapa wygląda dla większego obszaru (np. cała Europa) bo łatwiej widoczne są na niej wyże, niże i inne ciekawe zjawiska pogodowe.

Kolejna prognoza to „Skumulowany 1h opad deszczu – 1 Hr Accumulated Rain”. Przedstawia obszary, w których opad deszczu może wystąpić.

W okolicy Suwałk obserwujemy delikatny opad na godz. 14:00 CET

CAPE, czyli możliwość występowania burzy a dokładniej „Convective Available Potential Energy”, to jedna z najważniejszych prognoz dla pilotów. Określa burze i obszary o silnej turbulencji wynikającej z miary wartości energii dostępnej dla procesu konwekcji. Im wyższe CAPE, tym większe ryzyko wystąpienia burz. I znów zaglądniemy do większego obszaru (Europa), aby lepiej przedstawić tą prognozę.

Zbliżając się powoli do końca opisów prognoz, warto zwrócić uwagę na prognozy falowe. Liczone dla różnych wysokości, pozwalają wytypować bardzo precyzyjnie miejsca związane ze zjawiskiem fali wykorzystywanej głównie przez szybowników w okresie jesienno-zimowo-wiosennym w górach. RASP Polska liczy Falę dla wysokości AMSL od 761 aż do 7000m, z separacją średnio 500m. Dokładność tej prognozy pozwoliła nam w ubiegłym sezonie zimowym wyznaczyć dni, godziny i miejsca w okolicach lądowiska Świebodzice i cieszyć się z lotów na fali, która zabierała już z 500m nad progiem pasa.

Ostatnie 3 prognozy dotyczą zachmurzenia piętra niskiego, średniego i wysokiego. Pamiętając o ww. prognozach, w których północna część kraju znajdowała się pod niskim zachmurzeniem, sprawdźmy, czy pokrywa się to z zachmurzeniem oraz rzeczywistością (zdjęciami satelitarnymi).

Zachmurzenie piętra niskiego na godz. 14:00 CET rzeczywiście pokrywa się z prognozami wcześniej omawianymi.

Zachmurzenie piętra średniego teoretycznie nie występuje.

A prognoza zachmurzenia piętra wysokiego wygląda następująco

Koniec części 1. W części drugiej, autor opisał jak te prognozy mają się do rzeczywistości, jak wyglądają na tle prognoz opisowych, oraz wisienka na torcie, czyli sondaże i wykresy pionowe.

Słowo o autorze:
Aleksander Godziło-Godlewski jako administrator serwisu RASP Europe jest aktywnym pilotem szybowcowym i samolotowym, a w życiu zawodowym Certyfikowanym Architektem IT w tym SAP oraz Public Clouds jak AWS, GCP. Serwis RASP Europe utrzymuje i rozwija całkowicie za darmo i w wolnym czasie.

Czytaj również:
RASP: Regional Atmospheric Soaring Prediction, czyli meteo dla małego lotnictwa – część 2