Nr wniosku: 151052, nr raportu: 6722. Kierownik (z rap.): mgr

Nr wniosku: 151052, nr raportu: 6722. Kierownik (z rap.): mgr Mariusz Rafał Zieliński
W ramach realizacji projektu badawczego pt. „Turbulencyjny strumień ciepła jawnego w obszarach zurbanizowanych
na przykładzie Łodzi” przeanalizowana została 3-letnia seria pomiarów turbulencyjnego strumienia ciepła jawnego przy
wykorzystaniu scyntylometru. Strumień ciepła jawnego jest bardzo ważnym składnikiem bilansu cieplnego każdej
powierzchni, a jego wielkość informuje o ilości ciepła przenoszonej pomiędzy atmosferą a powierzchnią ziemi przez wiry
turbulencyjne istniejące w atmosferze. Pomiary przeprowadzono przy pomocy scyntylometru, który pozwala na uzyskanie
średnich wartości strumienia ciepła jawnego z obszaru o powierzchni od kilku do nawet kilkunastu kilometrów
kwadratowych. W skład owego przyrządu wchodzą nadajnik i odbiornik. Nadajnik emituję fale elektromagnetyczne o
określonej długości, które po przebyciu pewnej drogi, zwanej ścieżką optyczną, docierają do odbiornika. Na swej drodze
w atmosferze fale elektromagnetyczne natrafiają na wiry turbulencyjne, które przenosząc ciepło, wilgotność powodując
zmianę właściwości fali. W szczególności powodują one fluktuacje współczynnika załamania, co jest rejestrowane przez
odbiornik jako fluktuacje natężenia mierzonego promieniowania. Zjawisko to nasi nazwę scyntylacji i w życiu
codziennym może być obserwowane w postaci migotania gwiazd, jak również latem nad gorącym asfaltem. Scyntylację
zachodząca w danym zakresie promieniowania można opisać przy pomocy parametru struktury współczynnika załamania.
Te parametr wiąże się z kolei z parametrem struktury temperatury, na podstawie którego można numerycznie wyznaczyć
strumień ciepła jawnego, przy czym konieczne są dodatkowe pomiary np. temperatury powietrza, ciśnienia
atmosferycznego.
Metoda scyntylacyjna pomimo, iż swe początki ma w latach 70` i 80` dopiero w ostatnim czasie została zastosowana
na szeroką skalę, przy czym głównie w obszarach niezurbanizowanych. Jak do tej pory tylko w kilku miastach na świecie
prowadzono pomiary scyntylometryczne (Łódź była prawdopodobnie czwartym miastem po Tokyo, Bazylei i Marsylii, w
którym rozpoczęto owe pomiary). Wynika to z faktu, iż w obszarach miejskich pojawia się szereg problemów, które
należy rozwiązać, aby teoretyczne założenia metody zostały spełnione.
W ramach realizacji projektu badawczego przeanalizowano szereg aspektów wyznaczania turbulencyjnego strumienia
ciepła jawnego ze scyntylometru w miastach m.in. sposób wyznaczania kierunku strumienia (scyntylometr pozwala
uzyskać tylko bezwzględną wartość strumienia), sposób wyznaczania wysokości pomiarów itd. Jak do tej pory nie ma
opracowanych uniwersalnych rozwiązań, które mogłyby być stosowane w przypadku pomiarów w różnych miastach. Z
tego też powodu opracowano optymalną metodę wyznaczania owego strumienia, która przy zestawie dostępnych danych
pozwoliła na uzyskanie najbardziej wiarygodnych obliczeń. Ponadto opracowano algorytm pozwalający na wskazanie
obszaru, który w największym stopniu przyczyniał się do mierzonych wartości – tzw. obszar źródłowy.
Dane scyntylometryczne zostały poddane szczegółowej weryfikacji i kontroli jakości, która miała zapewnić
największą wiarygodność i reprezentatywność. Uzyskane wyniki zostały porównane z pomiarami prowadzonymi w Łodzi
przy wykorzystaniu metody kowariancji wirów. Ponadto dane scyntylometryczne zostały porównane z szacunkami
uzyskanymi na podstawie obrazów satelitarnych. Owe porównania wykazały dużą wiarygodność danych
scyntylometrycznych, co umożliwiło ich bardziej szczegółową analizę.
Przeanalizowano czasową zmienność strumienia ciepła jawnego w centrum Łodzi. W ramach tego dokonano analizy
średnich przebiegów dobowych owego strumienia w poszczególnych miesiącach, jak również jego zmienności rocznej.
Ponadto dokonano analizy zmienności strumienia ciepła jawnego z roku na rok w tych miesiącach, w których udało się
zebrać wystarczającą ilość danych. Dokonano również analizy wybranych przypadków dobowej zmienności tego
parametru, co pozwoliło prześledzić wpływ warunków meteorologicznych na kształtowanie się wymiany cieplnej między
miastem atmosferą. Ponadto dokonano analizy przestrzennego zróżnicowania strumienia ciepła jawnego w oparciu o pomiary
scyntylometryczne, jak również dane uzyskane z teledetekcji satelitarnej.
Dzięki uzyskanym wynikom projektu wzbogacony został stan wiedzy o czasowej i przestrzennej zmienności
turbulencyjnego strumienia ciepła jawnego w centralnych częściach miast, jak również o wykorzystaniu metody
scyntylacyjnej w obszarach zurbanizowanych. Ponadto duży nacisk położony na metodykę jego wyznaczania przy
pomocy metody scyntylacyjnej, może przyczynić się do jej upowszechniania w pomiarach wykonywanych w Polsce, a w
szczególności w miastach, gdzie ciągle brak jest pomiarów dostarczających wartości uśrednionych z większych obszarów,
np. całych dzielnic.
Ponieważ scyntylometr pozwala uzyskać strumień ciepła jawnego z relatywnie dużego obszaru wyniki projektu mogą
przyczynić się do usprawnienia numerycznych modeli prognozowania pogody, a co za tym idzie przyczynić się do
polepszenia prognoz pogody, co będzie niewątpliwą korzyścią dla społeczeństwa.