by Wczoraj drugi raz zwróciłem komuś uwagę, ze używa terminu „operacja słoneczna” nieprawidłowo. Postanowiłem przyjrzeć się jak ogólnie nazywane są i definiowane w polskiej meteorologii różne pojęcia związane ilością i jakością promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi. I to co zobaczyłem przerosło moje najgorsze obawy. To naprawdę bagno.
Zacznijmy od tej nieszczęsnej operacji słonecznej. Krytykując użycie tego terminu jako jakiejś namiastki intensywności promieniowania, opierałem się o ten bardzo przydatny dokument [1], próbujący uporządkować tę terminologię. Operacja słoneczna nie jest w nim zdefiniowana, ale użyta w definicji innej wielkości, gdzie mowa o: „liczb[ie] godzin z bezpośrednio widoczną operacją słoneczną”. Czyli operacja słoneczna oznaczałaby jedynie widoczność tarczy słonecznej, wyrażoną celowo niezrozumiale, jak mają w zwyczaju przedstawiciele dziedzin nauki próbujących ukryć płytkość intelektualną skomplikowanymi terminami. Jednak grzebiąc dalej zauważyłem, że są rzeczywiście tacy, którzy uważają „operację słoneczną” za rodzaj intensywności (prawdopodobnie zmyleni tym nadętym żargonem). Są to ludzie piszący o oparzeniach słonecznych, ogólnym zdrowiu oraz hodowli roślin doniczkowych. Jeśli ktoś uważa ich za autorytety z dziedziny fizyki atmosfery to pozdrawiam serdecznie.
Teraz czas na wielkość przy definiowaniu której użyto pojęcia „operacji słonecznej”. Jest to usłonecznienie, czyli długość czasu w którym słońce oświetla powierzchnię ziemi. Jej jednostką jest zatem niewątpliwie jednostka czasu (w porządnej fizyce powinna to być sekunda ale tu zwykle stosuje się godzinę). Wydawałoby się, że to najlepiej zdefiniowana i niekontrowersyjna wielkość w tej dziedzinie. Wszystkie polskie źródła podają następującą definicję: „czas trwania operacji słonecznej z widoczną tarczą słoneczną”, najczęściej dodając, ze mierzona jest przy pomocy heliografu. Jednak i tu zaczynają się schody jak zwykle gdy fizykę próbują uprawiać nie-fizycy. Mianowicie problemem jest to od jakiej wartości progowej mierzy heliograf. Niezła dyskusja tego jest w pracy Matuszko 2010 [2], której przeczytanie skłoniło mnie do napisania tego wpisu. Okazuje się, że WMO zalecało konkretny typ heliografu (ten ze zdjęcia na górze wpisu), ale obecnie się go już rzadko stosuje, a co gorsza dokładnie nie wiadomo jaki on kiedyś miał próg czułości (podawane są wartości od mniej więcej 300 do 700 W/m2). W dodatku nowsze heliografy elektroniczne mają próg czułości 120 W/m2, a Słownik meteorologiczny z 2003 roku podaje 20 W/m2 (kolejna i nieostatnie w tym tekście wskazówka do czego nadaje się ten słownik). Jeśli to nie jest bagno, to jak wygląda bagno??? Nawiasem mówiąc sam fakt zmiany heliografów na takie z progiem czułości kilka razy niższym dyskwalifikuje wszystkie często u nas pokazywane długoletnie serie czasowe usłonecznienia. Po prostu bez skorygowania tego olbrzymiego błędu systematycznego takie serie nie mają wartości naukowej.
W porządku, ale jak się zatem nazywa wielkość, która mówi o natężeniu promieniowania słonecznego w danym momencie? To też nie jest proste. Ale po kolei. Zasadniczo wielkość ta nazywana jest po polsku „nasłonecznieniem” lub „insolacją„. Jest to strumień energii promienistej dochodzący bezpośrednio od Słońca do jednostkowej powierzchni (jednak będą schody) albo prostopadłej do promieniowania słonecznego albo poziomej. W klimatologii częściej używa się tej drugiej, w naukach technicznych (kolektory słoneczne itp.) częściej tej pierwszej więc radzę uważać. Oczywiście da się to łatwo przeliczyć, ale trzeba wiedzieć z którą definicją ma się do czynienia. W dodatku często nasłonecznieniem nazywa się całkowity strumień promieniowania krótkofalowego docierający do płaszczyzny, a nie tylko bezpośrednie promieniowanie słoneczne. Powód jest prosty: tak naprawdę łatwo mierzy się tylko całkowite promieniowanie (chociaż są przyrządy, które próbują to rozdzielić). Tak, tak, mówiłem że to bagno.
No to na końcu dodam jeszcze, że istnieje coś takiego jak natężenie promieniowania ale w polskiej literaturze jest ono skutecznie mieszane z nasłonecznieniem, a czasem i radiacją, mimo innej jednostki. Za Matuszko (2010) dodam tylko, że nawet wspomniany już Słownik meteorologiczny z 2003 roku podaje błędną definicje natężenia promieniowania słonecznego świadcząca o tym właśnie pomieszaniu. Może trzeba było skonsultować się z optykami atmosfery czy nawet morza, którzy używają tych wielkości na co dzień?
Na koniec dodam tylko mały słowniczek, jak coś nazywa się po polsku i angielsku i jaką ma jednostkę. Nazwy angielskie można sobie wyszukać choćby w Wikipedii (polskim nie ufajcie z przyczyn wyżej wyłożonych):
operacja słoneczna [nie ma jednostki]= sun visibility
usłonecznienie [godzina] = sunshine duration
nasłonecznienie, insolation [W m-2]= irradiance
natężenie promieniowania [W sr-1] = radiant intensity / radiation intensity
radiacja (meteorolodzy chyba o niej nie słyszeli) [W m-2 sr-1] = radiance
PS. Heliograf to po angielsku sunshine recorder. Proszę uważać po angielsku z nazwą „heliograph” to tak naprawdę jest to rodzaj dawnego telegrafu optycznego. Armia brytyjska używała go w „Wojnie światów” Wellesa i wcale nie do stwierdzenia, czy świeci słońce.
[1] Piotr Sołowiej „Promieniowanie słoneczne w atmosferze”, dostępne http://www.uwm.edu.pl/kolektory/kolektory/slonce/promatmosf.html
[2] Dorota Matuszko „O terminologi dotyczącej promieniowania słonecznego”, 2010, Polska Energetyka Słoneczna, dostępne http://ptes-ises.itc.pw.edu.pl/art/2010_4.pdf
Problem ze zmianą heliografów jest dość znany. W niektórych (nie wszystkich!) przypadkach rzeczywiście skutkuje to znacznym zawyżeniem mierzonego usłonecznienia. Warto w tym momencie przyjrzeć się wartościom z Warszawy (Okęcie) na tle stacji okolicznych :)
Znany jak znany. Tobie na pewno i pewnie paru osobom. Jednak wielu naukowców używa te serie pomiarowe jakby były coś warte. Widziałem je w habilitacji, którą recenzowałem. Sam proponowałem je użyć recenzując jakąś pracy (teraz tego żałuję).
Właśnie nie jest aż taki znany, dopiero Pan tym postem mi np. rozjaśnił tą sprawę, a wiele razy zastanawiałem się z jakiej przyczyny jest taka różnica w usłonecznieniu między Warszawą, a innymi stacjami.
Edukowania ludu nigdy za wiele, dobrze takie rzeczy wiedzieć. :mrgreen:
Mam też wątpliwości co do użytego kiedyś w komentarzu synoptyka ICM terminu „czynnik solarowy” (analogicznie jak „czynnik adwekcyjny”, czy „czynnik radiacyjny”). Wg mnie, jeżeli już, to przecież w języku polskim możemy go nazywać „czynnikiem słonecznym”:-)
No i ta nieszczęsna „temperatura w Słońcu” i to używana także przez medialnych redaktorów/prezenterów/pogodynki.
Przecież można mówić/pisać: „na otwartej przestrzeni temperatura odczuwalna wyniesie/wzrośnie…” (inna kwestia, że trudno ją w ogóle zdefiniować…).
Z „temperatura w słońcu” wiąże się pomiar w słońcu :)
Ale ludzie fajne zdziwienie bierze jak się im pokaże jak dwa dobrze działające termometry się się „psują” na słońcu a potem dziwnie normalnie bez naprawy mierzą
Czynnik solarowy rzeczywiście brzmi dość okropnie. Jednak to nie tak wielki błąd jak mieszanie nazw wielkości pomiarowych (obserwabli jakby to powiedział prawdziwy fizyk).
A temperatura „w słońcu” to odwieczny problem. Laikowi nie sposób wytłumaczyć, ze czegoś takiego w ogóle nie ma bo wartość zależy od koloru, położenia (w stosunku do kierunku tarczy słonecznej) oraz nawietrzenia przedmiotu którego temperaturę may podać. Ba, on będzie miał inną temperaturę na wierzchu i inną od spodem!
A temperatura „w cieniu” to w dużym przybliżeniu temperatura powietrza. Dlatego mierzenie jej ma sens.
Najgorsze jest w tym to, że termin „temperatura w Słońcu” trafia do szeregu odbiorców nierzadko z ust pogodynek.
Warto natomiast uzmysławiać, że źródłem problemów przy adwekcjach dużego ciepła (gł. falach upału) nie jest tylko i wyłącznie temperatura powietrza w głębokim cieniu (której mierzenie ma sens…) – co bagatelizują osoby skrajnie i bezwzględnie ciepłolubne.
To prawda. Ważna jest jeszcze wilgotność (o czym dyskutowaliśmy), ale także strumienie ciepła wyczuwalnego i potencjalnego, promieniowania krótko- i długofalowego oraz siła wiatru. Jak pisałem temistowi jest wiele indeksów które obejmują część z tych parametrów. Z tym, że jeśli ich się lokalnie nie mierzy to nie ma lokalnej wartości indeksu. Dlatego proste rozwiązania oparte na temperaturze i wilgotności, coś w stylu zwilżonego termometru ale tak przerobione aby pokazywały większą wartość niż sama temperatura (czynnik odstraszający!) są chyba najlepsze.
A „temperatury w słońcu”w ogóle nie ma więc do niczego się ona nie nadaje.
Tylko ze temperatura na Okęciu latem nijak się ma do temperatury w miedzy budynkami w Warszawie. Większość osób w Polsce mieszka jednak w miastach i dla nas na przykład ważna bylaby informacja jaka temperaturę odczuwa człowiek idący po chodniku w pełnym słońcu np o 15 gdy oficjalnie jest 30 stopni.
Tu trochę pomagają te wszystkie „temperatury wyczuwalne”, łączące kilka czynników środowiskowych. Ale tak naprawdę żaden meteorolog nie powie Ci jaką temperaturę odczuwasz siedząc akurat na tej ławce pięć metrów od drzewa na wschodzie od Ciebie, 20 metrów od 33 metrowego budynku o kolorze szaro-niebieskim na zachód od Ciebie i ulicy z ruchem 2500 samochodów na godzinę 6 metrów na północ od Ciebie. Do tego trzeba by jakiegoś modelu o stali metrów w pionie i w poziomie. A co jak przesiądziesz się parę metrów dalej gdzie jest „przeciąg” między dwoma domami?
Widzę, że niektóre poruszane kwestie przez użytkowników bloga stają się dla pana „inspiracją” do napisania artykułów, które doprecyzowują pewne zagadnienia meteorologiczne. Ciekawy artykuł :)
To oczywiście do Arctic Haze.
Dokładnie tak jest. Może dlatego, ze nie chce mi się robić dłuższego wpisu o czymś co już 100 razy tłumaczyłem (pewnie powinienem ale to mało produktywne). Wole zrobić wpis o czymś co mnie ruszyło i zmusiło do przejrzenia literatury. W tym wypadku literatury na temat polskiej terminologii meteorologicznej w dziedzinie dość mi bliskiej (w sumie z czegoś pokrewnego pisałem doktorat).
Zastanawiam się, czy skoro już chcemy mierzyć usłonecznienie za pomocą chwilowego nasłonecznienia i progu, to nie byłoby poprawniej metodologicznie wyznaczać ten próg dynamicznie uwzględniając wysokość słońca i masy optycznej atmosfery (pośrednio związanej z tą wysokością)?
Nie, bo to zupełnie inna para kaloszy. Nasłonecznienie mierzy się bezpośrednio, a to „uwzględnia” słoneczny kąt zenitalny (wolę ten nowocześniejszy termin od masy optycznej) i grubość optyczną atmosfery . Po prostu wpływają one na wynik pomiaru. Natomiast usłonecznienie to po prostu czas w jakim heliograf widzi słońce (zależny niestety od typu heliografu). I jak rozumiem mówimy tu o nasłonecznieniu (irradiacji) na płaszczyznę prostopadłą do promieni słonecznych, a nie na poziomą (przynajmniej dla heliografu ze zdjęcia we wpisie widać to z samej zasady jego budowy). Ta wielkość nic nie mówi o strumieniu energii, a tylko o tym czy przekracza on wielkość… Czytaj więcej »
Tak to jest jak nie rozumie się o cho chodzi a próbuje wprowadzać terminologię. 90% polskich meteorologów i klimatologów ma poważne braki w podstawach fizyki i mamy to co mamy. Jako anegdotę przytoczę zdanie jakie usłyszałem od uznanej polskiej pani klimatolog zajmującej się usłonecznieniem (personalia pominę) „My … (przyp mój: geografowie) jesteśmy od porządkowania wiedzy a nie od rozumienia.”
Byłoby śmieszne gdyby nie było straszne.
Na temat sprzed lat:
http://takiklimat.blox.pl/2010/03/Czy-leci-z-nami-meteorolog.html
i nieco nowsze:
http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/czy-leci-z-nami-klimatolog-98
Bardzo ciekawy artykuł.
Literówka się wkradła: „radiative intensity”, w Wikipedii jest „radiant intensity”, ale mniemam że to to samo.
Poza tym zamiast radiation, nie powinno być: radiance (radiancja)?
Masz rację. Pod koniec pisałem z pamięci i rąbnąłem się w nazwach które wiele razy sam używałem w pracach naukowych (właśnie dlatego nie sprawdzałem).
Dzięki!
ja zauważyłem literóweczkę też „sunshine recorder”.
Też dziękuję. Widać niestety chyba, że pod koniec się spieszyłem.