TSM - Date, măsurători și rețeaua meteorologică

Gabriela-Victoria Harpa - Meteorolog previzionist @ Serviciul Regional de Prognoză a Vremii Sibiu

Viața oamenilor, a plantelor și a animalelor este strâns legată de starea vremii. Pentru agricultură și zootehnie, vremea și clima au o importanță deosebită. De altfel, nu există sector de activitate în care randamentul muncii să nu fie dependent de condițiile atmosferice în care ea se desfășoară. (1)

Meteorologia s-a născut datorită creșterii interesului față de impactul schimbărilor periodice și neperiodice ale vremii și a fenomenelor meteorologice ce o definesc, în diferitele domenii socio-economice. Starea vremii constituie o condiție de viață și o resursă de mediu. În consecință, într-o formă sau alta, meteorologia a fost și rămâne o parte universală și permanentă a realității. (2)

Observația este prima verigă din lanțul activității de meteorologie. Într-adevăr, culegerea de observații pentru a cunoaște starea atmosferei, a stratului superficial și a stratului de zăpadă reprezintă datele de intrare primare pentru orice lucrare meteorologică sau climatică. De-a lungul secolelor, mijloacele de observație au evoluat foarte mult la fel ca și modul de organizare a observației. (3)

Prognoza meteorologică este aplicarea științei și tehnologiei pentru a prezice condițiile atmosferei pentru o anumită locație și timp. Oamenii au încercat să prezică vremea de milenii dar, în mod oficial, încă din secolul al XIX-lea. Prognozele meteorologice sunt realizate prin colectarea de date cantitative despre starea actuală a atmosferei, a pământului și a oceanului, anticipând modul în care atmosfera se va schimba într-un anumit loc. Oamenii din vechime au petrecut mult timp observând vremea, dobândind o înțelegere foarte bună a modului în care vremea se va schimba și a semnelor evenimentelor meteorologice extreme. Chiar dacă credeau că un zeu al vremii este responsabil pentru aceste schimbări, datorită a ceea ce au învățat aceștia, suntem capabili să anticipăm cu exactitate și să ne pregătim pentru evenimente meteorologice extreme.

Observații și măsurători în Antichitate

Noe (2928?-1979? Î.Hr.) poate fi considerat printre primele personaje care au avut o legătură cu meteorologia. El a ascultat de porunca lui Dumnezeu de a-și construi o arcă și a se salva împreună cu familia sa și mai multe animale din calea unor inundații devastatoare, adică în termeni moderni, a primit o prognoză meteo în care a avut încredere și a acționat în consecință.

3000 î.Hr. – Meteorologia din India poate fi urmărită în jurul anului 3000 î.Hr., în scrieri precum Upanișadele, ce conțin discuții despre procesele de formare a norilor și ploilor și ciclurile sezoniere cauzate de mișcarea pământului în jurul soarelui.[5]

~2000 î.Hr. - Regele Da Yu a fost un rege faimos din China, prima persoană cunoscută care a încercat să atenueze efectele dezastruoase ale unor situații meteorologice. Acesta a devenit popular printre oamenii săi pentru că a avut un oarecare succes în proiectul său de a controla inundațiile râului Galben. Marele Potop din jurul anului 2000 î.Hr. a rămas parte din mitologia chineză, iar cercetările geologice recente au găsit urme fizice pe care le-a lăsat în urmă.

~1550 î.Hr - Cel mai vechi raport meteorologic din lume a fost găsit în Egipt. Stela Furtunii a fost ridicată de faraonul Ahmose I la începutul dinastiei a 18- a Egiptului. Stela descrie o mare furtună care a lovit Egiptul în această perioadă, distrugând morminte, temple și piramide.

600 î.Hr. – Thales poate fi numit drept primul meteorolog grec. El emite prima prognoză a recoltei sezoniere.

400 î.Hr. – Există unele dovezi că Democrit a prezis schimbări ale vremii și că a folosit această abilitate pentru a convinge oamenii că ar putea prezice alte evenimente viitoare.[5]

400 î.Hr. – Hipocrate scrie un tratat numit Aeruri, ape și locuri, cea mai veche lucrare cunoscută care include o discuție despre vreme. Mai general, el a scris despre bolile comune care apar în anumite locuri, anotimpuri, vânturi și aer. [5]

~340 î.Hr., Filozoful grec Aristotel a scris Meteorologica, un tratat de filosofie naturală. Această lucrare a reprezentat suma cunoștințelor vremii despre științe naturale, inclusiv vreme și climă. (În ciuda titlului, a atins și probleme de astronomie, geologie și geografie). La acea vreme, orice cădea din cer (inclusiv ploaia și zăpada) și orice era pe cer (inclusiv norii) era numit meteor, din cuvântul grecesc meteoros, care înseamnă „înalt pe cer”. De la meteoros vine termenul nostru de meteorologie. În Meteorologica, Aristotel a stabilit patru „contrarii” (cald, rece, umed și uscat) și patru elemente (foc, aer, apă și pământ) și le-a folosit pentru a explica fenomene meteorologice precum vânturile, norii, ploaia, zăpada, grindina, roua, fulgerele, halourile și curcubeiele. De asemenea, el a numit și caracterizat zece tipuri de vânturi, pe baza direcțiilor lor. (6)

La câțiva ani după scrierea Meteorologica, Theophrastus din Lesbos (372? - 287? î.Hr.), un elev al lui Aristotel, a compilat o carte despre prognoza meteorologică, numită Cartea Semnelor. Această carte a prezentat modalități de a prezice vremea prin diverși indicatori legați de vreme, cum ar fi un inel în jurul Lunii (care este adesea urmat de ploaie) și include un număr mare de reguli empirice care leagă anumite condiții de vremea așteptată. De exemplu, un inel în jurul Lunii era un semn de posibilă ploaie. Un alt semn de ploaie a fost „dacă Soarele, când răsare, are o urmă neagră sau dacă răsare din nori”. Lucrările lui Aristotel și Teofrast în meteorologie au avut o asemenea autoritate, încât a rămas influența dominantă în studiul vremii și al prognozei vremii timp de aproape 2000 de ani.

Arhimede (287? - 212? î.Hr.) a fost un om de știință grec care a studiat (printre multe alte lucruri) flotabilitatea și principiul hidrostatic, ambele fiind concepte importante în meteorologie.

Ovidiu (Publius Ovidius Nasso) (43 î.Hr. - 17 d.Hr.), poet latin exilat în Tomis, azi Constanța, descrie vremea de la Marea Neagră, mai ales pe timp de iarnă. În Tristele, Ovidiu face multe observații legate de vremea pe care a întâlnit-o pe aceste meleaguri, cum ar fi: pătura continuă de zăpadă care iarna era transformată în gheață de vânt și, ulterior, rămânea impermeabilă la soare și la ploaie; nu exista nici o perioadă de dezgheț între ninsori, iar în unele locuri zăpada putea rămâne pe pământ timp de doi ani; vântul putea face ca turnurile și casele să se prăbușească la pământ; oamenii purtau piei și pantaloni pentru a se apăra de frig, având doar fețele la vedere, iar bărbile bărbaților străluceau de gheața de pe ele;

Observații în Evul Mediu

1441 – Fiul regelui Sejong, prințul Munjong, a inventat primul pluviometru standardizat. Acestea au fost trimise pe tot parcursul dinastiei Joseon din Coreea ca instrument oficial pentru a evalua impozitele pe teren în funcție de recolta potențială a fermierilor.

1450 – Leone Battista Alberti a dezvoltat un anemometru cu plăci oscilante, care este cunoscut drept primul anemometru. (8)

Nicolas Cryfts, (Nicolas of Cusa), a descris primul higrometru de păr care măsoară umiditatea. Designul a fost desenat de Leonardo da Vinci, făcând referire la designul Cryfts din Codex Atlanticus al lui da Vinci.[8]

Secolul 17

1607 – Galileo Galilei construiește un termoscop. Acest dispozitiv nu numai că a măsurat temperatura, dar a reprezentat o schimbare de paradigmă. Până în acel moment, se credea că frigul și căldura sunt calități ale elementelor lui Aristotel (foc, apă, aer și pământ).

1643 – Evangelista Torricelli inventează barometrul cu mercur.[8]

1648 – Blaise Pascal redescoperă că presiunea atmosferică scade odată cu înălțimea și deduce că există un vid deasupra atmosferei.[9]

1654 – Ferdinando al II-lea de Medici sponsorizează prima rețea de observare a vremii, care a constat din stații meteorologice din Florența, Cutigliano, Vallombrosa, Bologna, Parma, Milano, Innsbruck, Osnabrück, Paris și Varșovia. Datele colectate au fost trimise central la Accademia del Cimento din Florența la intervale regulate de timp.[10]

1662 – Sir Christopher Wren a inventat pluviometrul cu găleată mecanică, cu golire automată și basculante.[11]

1667 – Robert Hooke construiește un alt tip de anemometru, numit placă de presiune. Se stabilește că încălzirea solară are drept cauză mișcările atmosferice.[8]

1686 – Edmund Halley prezintă un studiu sistematic al alizeelor și musonilor și demonstrează relația dintre presiunea barometrică și înălțimea deasupra nivelului mării.[12]

Secolul 18

1716 – Edmund Halley sugerează că aurorele sunt cauzate de „efluviile magnetice” care se deplasează de-a lungul liniilor câmpului magnetic al Pământului.

Circulația globală așa cum este descrisă de Hadley.

1724 – Gabriel Fahrenheit creează o scară fiabilă pentru măsurarea temperaturii cu un termometru de tip mercur.[13]

1735 – Prima explicație ideală a circulației globale a fost studiul alizeelor de către George Hadley.[14]

1738 – Daniel Bernoulli publică Hidrodinamica, inițiind teoria cinetică a gazelor. El a stabilit o ecuație de stare, dar și legile de bază pentru teoria gazelor.[15]

1742 – Anders Celsius, un astronom suedez, a propus scala de temperatură Celsius care a condus la scara actuală Celsius.[16]

1743 – Benjamin Franklin este împiedicat să vadă o eclipsă de Lună [16] de către un uragan, el decide că ciclonii se mișcă într-o manieră contrară vântului de la periferia lor.[17]

1761 – Joseph Black descoperă că gheața absoarbe căldură fără a-și schimba temperatura atunci când se topește.

1772 – Elevul lui Black, Daniel Rutherford, descoperă azotul, pe care el îl numește aer flogistic. Cei doi explică rezultatele în termenii teoriei flogistului.[18]

1774 – Louis Cotte este pus la conducerea unei rețele „medico-meteorologice” de medici veterinari francezi și medici de la țară pentru a investiga relația dintre ciumă și vreme. Proiectul a continuat până în 1794.[19]

1774 - Societatea Regală începe observații de două ori pe zi compilate de Samuel Horsley care testează influența vântului și a lunii asupra citirilor barometrului.[20]

1780 – Charles Theodor creează prima rețea internațională de observatori meteorologici cunoscută sub numele de „Societas Meteorologica Palatina”. Proiectul se prăbușește în 1795.[20]

1780 – James Six inventează termometrul celor șase, un termometru care înregistrează temperaturile minime și maxime. Vezi (termometrul lui Six)

Primul higrometru cu păr inventat de Horace-Bénédict de Saussure.

Secolul 19

Se stabilesc și denumesc principalele tipuri de nori. Se fixează scala Beaufort pentru intensitatea vânturilor. Sunt publicate primele hărți sinoptice (1820, de Heinrich Wilhelm Brandes), apar primele Servicii Meteorologice (1870 - Statele Unite, 1872 -Argentina, 1875 – India, 1881 – Finlanda etc.). În 1873, se fondează la Viena Societatea Internațională de Meteorologie.

Secolul 20 

Se dezvoltă metodele numerice și modelele globale. Se implementează stațiile meteorologice automate, apar măsurătorile radar și observațiile satelitare.

Secolul 21

Se dezvoltă și se perfecționează tehnicile de măsurători radar și satelitare. Se organizează structuri comune de lucru și de afișare a informațiilor meteorologice

Observații și măsurători în România – scurt istoric

În cele ce urmează sunt trecute în revistă câteva repere istorice semnificative pentru meteorologia românească. (21)

Primele observații meteorologice instrumentale au fost consemnate încă din secolul XVIII, la Iași (încă din 1770), la București (începând cu 1773), la Sibiu (începând din 1789), la Cluj (începând cu 1833), la Sulina (începând cu 1857). Chiar dacă aceste stații au funcționat mai mult sau mai puțin sistematic, iar observațiile sunt puține atât cantitativ cât și calitativ și instrumentele utilizate nu erau foarte precise, ele au stat la baza dezvoltării ulterioare a rețelei meteorologice românești.

Sunt date în funcțiune trei stații meteorologice automate construite în cadrul Institutul Meteorologic, amplasate pe Vârful Cozia (1677 m), Parângul Mic (2075 m) și Pietrosul Rodnei (2305 m).

În anii care au urmat, rețeaua de stații meteorologice a suferit modificări, atât din punctul de vedere al numărului de stații componente, al locației și funcționării acestora, al tipului de activitate desfășurată în cadrul lor, dar mai ales al tehnologiei utilizate. Astfel, începând din anul 2000, s-a demarat o amplă acțiune de inovare a stațiilor meteorologice cu aparatură automată. Acest fapt a determinat o creștere a preciziei și fiabilității măsurătorilor, o omogenitate a datelor provenite din întreaga rețea de stații meteorologice datorită standardizării tehnicilor de măsurare, dar și o frecvență mai mare a transmiterii datelor meteorologice. Însă dezvoltarea și actualizarea rețelei meteorologice nu s-a oprit aici. În prezent, în cadrul Administrație Naționale de Meteorologice (ANM) este în desfășurare proiectul de „Dezvoltarea sistemului național de monitorizare și avertizare a fenomenelor meteorologice periculoase pentru asigurarea protecției vieții și a bunurilor materiale”.

Fig. Rețeaua naționala de stații meteorologice

Actualmente, rețeaua națională de observații și măsurători meteorologice este formată din: (22)

Pe lângă datele meteorologice provenite de la rețeaua proprie, în urma unui acord încheiat cu Administrația Națională „Apele Române”, ANM-ul beneficiază și de date provenite din rețeaua pluviometrică proprie.

Stația meteorologică Păltiniş, jud. Sibiu (arhivă personală Gabriel Beleţ)

Organizarea unei stații meteorologice

Stațiile meteorologice reprezintă spațiul special amenajat unde se efectuează observațiile meteorologice. Spațial, stațiile meteorologice sunt prezente în toate regiunile istorice și administrative (stații județene în fiecare reședință de județ), fiind amplasate în toate formele de relief, cu o pondere mai mare însă în regiunile de deal și șes corespunzător concentrării populației și activităților economice. Altitudinal, se găsesc stațiile meteorologice începând de la nivelul mării (Constanța, Sfântu Gheorghe) până în zona montană înaltă (Vârfu Omu, Bâlea Lac, Țarcu etc.).

Ce observații se fac. Evoluția măsurătorilor

Observația meteorologică reprezintă măsurarea valorilor numerice ale elementelor meteorologice, a variației lor, precum și aprecierea caracteristicilor calitative ale acestora, la stațiile meteorologice. Observațiile meteorologice se efectuează simultan la orele standard sinoptice.

Pentru a asigura o compatibilitate a datelor meteorologice, observațiile și măsurătorile sunt făcute după metodologii stabilite de Organizația Meteorologică Mondială (OMM), a cărei membră fondatoare este și România, și adaptate specificului fiecărui stat în parte, cu aparate și instrumente similare. Datorită statutului de țară membră, România are obligația de a participa în schimbul internațional de date meteorologice cu 23 de stații în rețeaua sinoptică de bază și cu 14 stații meteorologice în rețeaua climatologică de bază.

Efectuarea observațiilor și măsurătorilor meteorologice se desfășoară în mod continuu sau la anumite termene de observații în 24 de ore, utilizând atât aparatură automată prezentă la toate stațiile meteorologice din rețea, cât și alte echipamente și aparate specializate. Pentru a se obține o imagine integrală asupra stării timpului, observația meteorologică se efectuează simultan la toate stațiile dintr-o regiune dată, la orele oficiale standard. Acestea poartă numele de ore sinoptice, exprimate în timp universal Greenwich - UTC.

Activitatea de observații și măsurători privind parametrii atmosferei joase și a suprafeței solului, desfășurată la toate stațiile meteorologice cuprinde urmărirea evoluției următoarelor elemente meteorologice: temperatura aerului, presiunea atmosferică, direcția și viteza vântului, umezeala aerului, temperatura suprafeței solului, precipitațiile, nebulozitatea, vizibilitatea orizontală, depuneri solide, grosimea, densitatea și echivalentul în apă al stratului de zăpadă, durata de strălucire a soarelui, fenomenele meteorologice ce s-au produs în zona stației, precum și emiterea unor avertizări în condițiile producerii fenomenelor meteorologice severe. (23)

Schiță de stație meteorologică automată

În funcție de tipul stației meteorologice, acestea sunt dotate și cu alte echipamente automate specializate, cum ar fi: traductori pentru temperatura solului (la suprafață și adâncimi în sol de 5, 10, 20, 50 și 100 cm), traductori pentru determinarea umezelii solului la adâncimile de 0-20 cm, 0-50 cm și 0-100 cm, traductori pentru măsurarea radiației solare globale, nete și difuze, traductori pentru măsurarea duratei de strălucire a Soarelui, traductori pentru temperatura apei mării, precum și informații referitoare la înălțimea și frecvența valurilor (de la stațiile meteo situate în zona litoralului) etc.

Fig. Stația meteorologică Boița, jud.l Sibiu (https://mapio.net/pic/p-24339400/)

Observațiile meteorologice se realizează pe două căi: vizual și instrumental

A. Observațiile vizuale se efectuează cu ochiul liber, asupra Soarelui și a diferitelor fenomene atmosferice cum sunt:

Pentru fiecare fenomen se utilizează anumite semne convenționale consacrate, înscrise în aceleași instrucțiuni de la stațiile meteorologice. Se notează pentru fiecare fenomen observat ora de început și ora de sfârșit, iar pentru unele intensitatea lor, sub forma unor indici exponențiali.

B. Observațiile instrumentale se efectuează cu ajutorul instrumentelor sau aparatelor de măsură, care pot fi cu citire directă și înregistratoare.

Atât observațiile instrumentale, cât și cele vizuale se efectuează la termene standard, conform programelor meteorologice mondiale și anume: la orele 0, 6, 12, 18 UTC în cazul Programului climatologic și din oră în oră în cazul Programului sinoptic.

Din cauza volumului mare de informații de natură meteorologică obținute în cadrul stațiilor ca urmare a desfășurărilor programului permanent de supraveghere a atmosferei și pentru a facilita transmiterea acestora, a fost necesară dezvoltarea unui cod alfanumeric, cunoscut în activitatea operativă sub denumirea de „Codul SYNOP”. Mesajul meteorologic codificat conține pe lângă datele de natură meteorologică și metadate referitoare la amplasamentul stației meteorologice, modul de funcționare al acesteia precum și alte date de natură tehnică. (23)

Exemplu de mesaj meteorologic codificat cu ajutorul Codului Synop

Informațiile meteorologice sunt transmise de către stațiile automate, fiind recepționate la nivelul stațiilor meteorologice de către aplicații software tip consolă, apoi la nivelul Centrelor Meteorologice Regionale de către aplicația software RFC, iar, în cele din urmă, la nivel național de către aplicația software COF. Prin intermediul aceluiași sistem meteorologic de telecomunicații sunt transmise și datele de la radarele amplasate în diferite puncte pe teritoriul țării.

Activitatea de observații și măsurători desfășurate depinde de tipul de program al stațiilor meteorologice:

Pe lângă aceste date, de la stațiile meteorologice se emit mesaje de tip ALERT (avertizare, agravare, meteor roșu, ameliorare, iar la stația automată sunt elaborate mesaje de alertare pe praguri) în condițiile producerii fenomenelor meteorologice severe (vânt, vizibilitate orizontală, oraje, grindină, cantități de precipitații etc.).

Proiectul WeaMyL este finanțat prin mecanismul Granturilor Norvegiene, cu numărul RO-NO-2019-0133, contract 26/2020 (eng. The research leading to these results has received funding from the NO Grants 2014-2021, under Project contract no. 26/2020)

Bibiliografie

  1. https://www.rasfoiesc.com/educatie/geografie/meteorologie/ORGANIZAREA-OBSERVATIILOR-METE97.php

  2. https://www.meteoromania.ro/despre-noi/istoric

  3. https://meteofrance.com/magazine/meteo-histoire/observation/une-breve-histoire-de-lobservation

  4. „History of Meteorological Services in India”. India Meteorological Department. August 10, 2020. Archived from the original on February 19, 2016. Retrieved August 10, 2020.

  5. Ancient and pre-Renaissance Contributors to Meteorology National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

  6. Aristotle (2004) [350 BCE]. Meteorology. Translated by E. W. Webster. eBooks @Adelaide. Archived from the original on February 17, 2007.

  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_meteorology

  8. Jacobson, Mark Z. (June 2005). Fundamentals of Atmospheric Modeling (2nd ed.). New York: Cambridge University Press. p. 828. ISBN 978-0-521-54865-6.

  9. Florin to Pascal, September 1647, Œuves completes de Pascal, 2:682.

  10.  Raymond S. Bradley, Philip D. Jones (1992) Climate Since A.D. 1500, Routledge, ISBN 0-415-07593-9, p.144

  11.  Thomas Birch’s History of the Royal Society is one of the most important sources of our knowledge not only of the origins of the Society, but also the day to day running of the Society. It is in these records that the majority of Wren’s scientific works are recorded.

  12. Cook, Alan H. (1998) Edmond Halley: Charting the Heavens and the Seas, Oxford: Clarendon Press, ISBN 0198500319.

  13. Grigull, U., Fahrenheit, a Pioneer of Exact Thermometry Archived January 25, 2005, at the Wayback Machine. Heat Transfer, 1966, The Proceedings of the 8th International Heat Transfer Conference, San Francisco, 1966, Vol. 1.

  14. George Hadley (1735). "Concerning the cause of the general trade winds". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 39 (436–444): 58–62.

  15. O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Timeline of meteorology", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews

  16. Olof Beckman (2001) History of the Celsius temperature scale., translated, Anders Celsius (Elementa, 84:4).

  17. Dorst, Neal, FAQ: Hurricanes, Typhoons, and Tropical Cyclones: Hurricane Timeline, Hurricane Research Division, Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory, NOAA, January 2006.

  18. Biographical note at “Lectures and Papers of Professor Daniel Rutherford (1749–1819), and Diary of Mrs Harriet Rutherford”. londonmet.ac.uk

  19. Gaston R. Demarée: The Ancien Régime instrumental meteorological observations in Belgium or the physician with lancet and thermometer in the wake of Hippocrates. Ghent University.

  20. J.L. Heilbron et al.: "The Quantifying Spirit in the 18th Century". Publishing.cdlib.org. Retrieved on November 6, 2013.

  21. https://www.meteoromania.ro/despre-noi/istoric/,

  22. https://www.meteoromania.ro/wp-content/uploads/centre/descriereCMR.pdf

  23. Instrucțiuni meteorologice. Efectuarea măsurătorilor și observaților meteorologice, codificarea datelor meteorologice, Vol. I, Administrația națională de meteorologie, București, 2017.