Smog i odczyty widzialności w lotnictwie

Do podjęcia tematu smogu i odczytu widzialności ze stosowanych urządzeń pomiarowych, sprowokował nas pewien poranek, w niedzielę 8 stycznia 2017 roku. Panujący od kilku dni wyż, sprawił piękną noworoczną, mroźną pogodę. Niebo było niebieskie a niusy o zanieczyszczeniu powietrza zalewały media. Jednym słowem niezdrowo. Kiedy jadąc na EPBC obwodnicą S2 przy Okęciu, przeglądaliśmy depesze METAR, jawił nam się obraz zupełnie przeciwny do tego co widzieliśmy na własne oczy. EPWA podawało ZMIERZONĄ widzialność przy gruncie 1700m, kiedy z samochodu widzieliśmy centrum Warszawy. Oczywiście pozostała nadzieja, że na EPBC będzie lepiej. I było. 

METAR EPWA 080830Z 26002KT 1700 BR NSC M14/M17 Q1030 R33/1///95 BECMG 3000 BR=
METAR EPWA 080900Z VRB01KT 1900 BR NSC M13/M15 Q1030 R33/1///95 BECMG 3000 BR=
METAR EPWA 080930Z 28002KT 2000 BR NSC M11/M14 Q1030 R33/1///95 BECMG 3000 BR=
METAR EPWA 081000Z VRB02KT 2500 BR NSC M09/M12 Q1029 R33/1///95 BECMG 3500 BR=

Na EPBC (Warszawa Babice) depesza METAR wskazywała z urządzeń pomiarowych, następujące widzialności:

METAR EPBC 090900Z 30001KT 4000 BR NSC M13/M17 Q1030 (z tendencją zniżkową. Informacja  od AFIS).

Dla porównania depesz ze stanem "faktycznym" publikujemy film timelapse (proszę kliknąć w poniższy obrazek). Widać wyraźnie, jak zmieniała się widzialność na lotnisku Warszawa Babice EPBC. W lewym górnym rogu aktualny METAR.

Jest oczywisty fakt, że warunki pogodowe mogą się istotnie różnić na dwóch sąsiadujących lotniskach, ale wyż stacjonujący w Polsce w owym czasie upoważnił do uproszczenia założeń i porównywania tych dwóch miejsc.

Poniżej prezentujemy dwa zdjęcia wykonane w odstępie czasu 15 minut. Pierwsze tuż postarcie z EPBC (0900Z).

i drugie (0915Z), z pozycji "krótko przez ZULU na EPBC":

I co z tego?
Przy tej okazji, zrodziły się następujące pytania. Czy te medialne, i legendarne już cząstki pyłów zawieszonych PM10, PM2,5, ... mogą zakłócać pracę systemów pomiarowych? Przecież usłyszana przed lądowaniem depesza, "Widać 1700m" może w locie (VFR) wywołać niepokój (J). W końcu jakimi skrótami oznacza się smog: BR, HZ, FU a może DS? I na koniec. Kontroler może jedynie opierać się na wynikach z systemu pomiarowego. O zdanie, zapytaliśmy Pana Tomasza Siejka z Instytututu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie. Zapraszamy do lektury.

Smog (ang. smog) – nienaturalne zjawisko atmosferyczne polegające na współwystępowaniu zanieczyszczenia powietrza wskutek działalności człowieka oraz niekorzystnych zjawisk naturalnych: znacznego zamglenia i bezwietrznej pogody. Słowo „smog" powstało w języku angielskim ze zbitki dwóch słów: smoke (dym) i fog (mgła) [źródło: Wikipedia].

Do powyższej definicji należy jeszcze dodać, że powstaniu zjawiska w okresie zimowym sprzyjają inwersje temperatury i wyżowa, mroźna pogoda, a w okresie letnim upały i brak wiatru.

Większość automatycznych systemów pomiarowych parametrów meteorologicznych, znanych pod nazwą AWOS (Automated Weather Observing System) jest wyposażona w czujnik pogody, przeznaczony do wykrywania i rozpoznawania zjawisk atmosferycznych. W rzeczywistości czujnik pogody składa się zazwyczaj z kilku elementów: widzialnościomierza, czujnika wykrywającego opad, czujnika temperatury i wilgotności powietrza. Na podstawie wyników pomiarów tych elementów system AWOS z mniej więcej 70% poprawnością rozpoznaje zjawiska pogodowe. Wszystkich zainteresowanych tematem odsyłam do podręcznika ICAO nr 9837 „Manual on Automatic Meteorological Observing Systems at Aerodromes".

Do pomiarów widzialności w systemach AWOS używa się dwóch typów urządzeń, są to transmisjometry i widzialnościomierze. Pierwszy z nich mierzy osłabienie natężenia skolimowanej wiązki światła nad określonej długością linią bazową (zazwyczaj od 30 do 150m), drugi rozproszenie strumienia światła w określonej objętości pomiarowej (od kilkudziesięciu do kilkuset centymetrów sześciennych). Algorytm czujnika pogody bieżącej uwzględnia zmierzoną widzialność, zmierzoną temperaturę i wilgotność powietrza oraz informację z czujnika mierzącego ilość i szybkość, a czasami również wielkość przemieszczających się cząsteczek przez obszar pomiarowy. W wyniku otrzymujemy informację, w postaci przyjętych w meteorologii skrótów, o prawdopodobnie występującym zjawisku atmosferycznym.

System AWOS rozróżnia zamglenie od mgły na podstawie przede wszystkim pomiaru widzialności, jeśli wynik jest mniejszy od 1000m, to mamy do czynienia z mgłą, jeśli wynik zawiera się w przedziale od 1000m do poniżej 10km, to mamy zamglenie lub zmętnienie. Rozróżnienie między zmętnieniem, a zamgleniem zależy od aktualnej wilgotności powietrza. Dla Polski wartością oddzielającą zamglenie od zmętnienia jest wilgotność względna wynosząca 70% (wartość ta dla każdego z państw jest określana przez narodowe służby hydrologiczno-meteorologiczne). Jeśli więc widzialność jest z przedziału 1000m – >10km i wilgotność wynosi 70% i więcej mamy do czynienia z zamgleniem.

W komunikacie METAR skrót HZ (zmętnienie opalizujące) oznacza, że obserwowane ograniczenie widzialności jest spowodowane przede wszystkim na skutek obecności w powietrzu zawiesiny cząsteczek stałych, zwanych litometeorytami. Definicja zmętnienia nie uwzględnia zawiesiny cząsteczek pyłu (rozpoznawanego przez obserwatora), uniesionych przez wiatr piasku i pyłu, popiołu wulkanicznego i ograniczenia widzialności przez dymy, pochodzące z pożarów naturalnych lub działalności człowiek. Na każde z tych zjawisk stosuje się oddzielne oznaczenie.

Zgodnie z definicją zjawiska Smog obejmuje ono zarówno zamglenie jak i mgłę, dlatego systemy AWOS nie używają algorytmów do jego wyodrębnienia. Również Światowa Organizacja Meteorologiczna nie wprowadziła do stosowania skrótu oznaczającego Smog, który jest zjawiskiem cywilizacyjnym, a nie stricte meteorologicznym.

Dla wykazania, że ograniczenie widzialności jest wywołane obecnością cząsteczek dymu używa się skrótu FU (ang. Fume). Jeżeli więc w komunikacie METAR zostanie użyty skrót FU będzie to oznaczało, że w rzeczywistości mamy do czynienia ze Smogiem lub z dymami pochodzącymi z pożarów lasów/obszarów trawiastych. Należy jednak pamiętać, że jeśli widzialność spadnie poniżej 1000m i przyczyną zmniejszenia widzialności nie będzie umiarkowany lub silny opad, to w komunikacie METAR zostanie umieszczony skrót FG (lub FZFG) bez względu na ewentualne występowanie Smogu.

Należy również pamiętać, że w komunikatach METAR informacje o występowaniu zamglenia (BR), zmętnienia (HZ), dymów (FU) i zawiesiny pyłu (DS) podaje się dopiero wtedy, gdy widzialność spadnie do wartości 5000m lub poniżej, ale nie spadnie poniżej 1000m.

Tu mała dygresja. W latach 80 dwudziestego wieku komunikaty METAR z lotniska Gdańsk zawierały czasami skrót FU. Miało to miejsce zawsze w wigilię św. Jana (23 czerwca) i było spowodowane tradycyjnym paleniem ognisk przez świętujących obywateli. Zadymienie powodowało zmniejszenie widzialności do około 3000m.

Smog jest mieszaniną cząsteczek pary wodnej i pochodzących z działalności człowieka. Już sama obecność cząsteczek pary wodnej w powietrzu powoduje zmniejszenie widzialności, zatem dodatkowa obecność cząsteczek stałych o bardzo małych rozmiarach nie ma znaczenia. Jednak sytuacja ulegnie zmianie, jeśli koncentracja cząsteczek stałych będzie bardzo duża i zaczną one łączyć się z dipolami wody, tworząc agregaty. W efekcie powstaną stosunkowo duże cząsteczki, które będą miały już wyraźny wpływ na zmniejszenie widzialności, widoczne zarówno dla obserwatora jak i widzialnościomierza.

Jak napisano na wstępie, zjawisku Smog w okresie zimowym często towarzyszy inwersja temperatury. Zatem gdy pilot samolotu zbliżającego się do lotniska nie będzie mógł zobaczyć drogi startowej z odległości mniejszej, niż widzialność podana przez TWR będzie to oznaczało, że poniżej aktualnej wysokości samolotu zalega warstwa inwersyjna, a pod nią może występować Smog.

Tomasz Siejek IMGW

Przypis redakcji:
We wstępie i dla uproszczenia, posiłkowaliśmy się depeszami METAR i TAF, które jak powszechnie wiadomo odnoszą się do lotniska i 8 kilometrowego obszaru wokół niego.