Dr Dariusz Baranowski z Instytutu Geofizyki PAN, laureat programu HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, wraz z międzynarodowym zespołem naukowców, zbadał i opisał meteorologiczne czynniki, które wpływają na powstawanie powodzi na Sumatrze. Do badań były wykorzystywane m.in. dane z mediów społecznościowych. Wyniki prac właśnie zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
Myśląc o rajskich wyspach, ludzie często patrzą w stronę Indonezji. Co zaskakujące dla wielu z nich, jedna z największych wysp Indonezji – Sumatra – jest często nawiedzana przez ekstremalne opady, potęgowane przez górzystą topografię jej terenu. W takich warunkach wyspa narażona jest na zagrożenia naturalne związane z opadem, takie jak powodzie i osuwiska. Zjawiska te stanowią ponad 50% wszystkich katastrof naturalnych na Sumatrze. Dlatego międzynarodowy zespół naukowców w ramach programu Years of the Maritime Continent i projektu Equatorial Line Observations postanowił przyjrzeć się temu problemowi. W pracach badawczych uczestniczyli badacze z Polski (Instytut Geofizyki PAN, Collegium Civitas), USA (Naval Research Laboratory, Scripps Institution of Oceanography) i Indonezji (Agency for Meteorology, Climatology and Geophysics of the Republic of Indonesia, Andalas University).
Gdzie jest powódź?
Pozornie naiwne pytanie staje się wyrafinowanym problemem w górzystym terenie z ograniczonym dostępem do jednorodnych danych obserwacyjnych. Takie warunki panują na Sumatrze. W badaniu do monitorowania i detekcji powodzi wykorzystano dane pochodzące od ludzi, użytkowników mediów społecznościowych (Twitter) i lokalnych gazet, aby uzupełniać informacje pochodzące z raportów rządowych. Dane z różnych źródeł były analizowane niezależnie wraz z danymi meteorologicznymi (o opadzie i wietrze) w celu identyfikacji kluczowych zjawisk pogodowych odpowiedzialnych za powstawanie powodzi. „Archipelag Malajski (Maritime Continent) jest prawdopodobnie najważniejszym obszarem dla globalnego systemu pogodowego Ziemi. Jednak nadal zbyt mało wiemy na temat wzajemnych oddziaływań atmosfery, oceanu i lądu. Nasze badania pomagają lepiej zrozumieć powstawanie katastrof naturalnych związanych z pogodą.” – powiedział dr Dariusz Baranowski, wiodący autor badania. Dr Piotr Flatau, lider projektu Equatorial Line Observations finansowanego przez National Science Foundation (US) podkreśla, że badania są wynikiem współpracy międzynarodowej w ramach programu Years of the Maritime Continent, którego celem jest lepsze zrozumienie procesów pogodotwórczych na największym archipelagu Ziemi oraz bardziej wiarygodne prognozy pogody w skali lokalnej oraz globalnej.
Jakie warunki sprzyjają ekstremalnym opadom?
Opublikowane badania koncentrują się na skalach czasowych od kilku dni do kilku tygodni o procesach fizycznych znanych z modulacji stref intensywnego deszczu na wielkich obszarach, takich jak monsun, oscylacje Maddena-Juliana (MJO) czy fale tropikalne. Wyniki przypisują pewną rolę anomaliom opadu związanym z monsunem i MJO (które jest głównym zjawiskiem pogodotwórczym w tropikach w skali czasowej kilku tygodni do kilku miesięcy) w zgodzie z dotychczasowym stanem badań. Opublikowane badania wskazują na nowy, istotny prekursor powodzi na Sumatrze – konwekcyjnie sprzężone fale Kelvina, które należą do grupy periodycznych zjawisk pogodowych zwanych falami tropikalnymi i, poruszając się na wschód wzdłuż równika, wpływają na lokalne warunki atmosferyczne. Fale Kelvina były niezależnie odpowiedzialne za prawie 30% powodzi oraz kontrybuowały do ponad 65% powodzi wraz monsunem, MJO lub obydwoma zjawiskami.
Czy powodzie mogą być lepiej prognozowane?
Pełniejsze zrozumienie roli pojawiających się okresowo układów pogodowych w powstawaniu powodzi na Sumatrze stwarza warunki dla lepszego prognozowania. W badanym okresie (2014-2018) niemal 60% powodzi na Sumatrze była związana z falami Kelvina, które istniały i były identyfikowalne w danych satelitarnych co najmniej 2 dni przed początkiem podtopień. Prognozy na dłuższy okres także są możliwe, ponieważ postęp w modelowaniu procesów fizycznych odpowiedzialnych za powstawanie i ewolucję opadu przekłada się na lepsze prognozy powstawania i ewolucji fal tropikalnych, w tym fal Kelvina. Ta przewidywalność może zostać wykorzystana w celu mitygacji części kosztów społeczno-ekonomicznych związanych z powodziami.
W skład zespołu badaczy, pod kierunkiem dr. Dariusza Baranowskiego (IGF PAN), wchodzą dr Maria K. Flatau i dr Jerome Schmidt z Naval Research Laboratory, prof. dr hab. Piotr J. Flatau of Scripps Institution of Oceanography, dr Dwikorita Karnawati, dyrektor generalna Agencji Meteorologii, Klimatologii i Geofizyki Republiki Indonezji (BMKG), Katarzyna Barabasz z Collegium Civitas, Michal Labuz, doktoranta Beata Latos (IGF PAN), Jaka A. I. Paski (BMKG) oraz dr Marzuki z Andalas University. Badania zostały sfinansowane przez National Science Foundation (USA), Fundację na rzecz Nauki Polskiej (Polska), Naval Research Laboratory (USA) oraz Agency for Meteorology, Climatology and Geophysics of the Republic of Indonesia (Indonezja).
Wyniki badań zostały opublikowane 19 maja 2020 w Nature Communications
Rysunek. Atrybucja powodzi na Sumatrze do różnych procesów pogodotwórczych jako skalowany diagram Venna, która pokazuje że fale Kelvina są odpowiedzialne za największą część powodzi. Każdy kolor reprezentuje kontrybucję od jednego z procesów analizowanych w badaniu. Całkowita powierzchnia czerwonego koła reprezentuje 95.8% powodzi związanych z konwekcyjnie sprzężonymi falami Kelvina. Całkowita powierzchnia zielonego koła reprezentuje 27.6% powodzi związanych z MJO. Całkowita powierzchnia niebieskiego koła reprezentuje 63.1% powodzi związanych z monsunem. Różowe kółko reprezentuje 1.4% powodzi, które nie były w jakikolwiek sposób związane z analizowanymi procesami.
Dr Dariusz Baranowski ukończył studia na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, tam też uzyskał doktorat z fizyki atmosfery. W czasie doktoratu odbył liczne staże naukowe w ośrodkach badawczych w Europie i USA (Scripps Institution of Oceanography, University of East Anglia, Naval Research Laboratory, Woods Hole Oceanographic Institution, Massachussetts Institute of Technology). Po doktoracie pracował w NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie (USA). W swojej pracy łączy badania teoretyczne z metodami doświadczalnymi, jak również meteorologię z oceanografią i hydrologią. Uczestniczył w międzynarodowych eksperymentach Impact of Typhoons on the Ocean in Pacific (ITOP 2010), Dynamics of the Madden-Julian Oscillations (DYNAMO, 2011), Bay of Bengal Boundary Layer Experiment (BoBBLE 2016). Obecnie jest zaangażowany w projekt International Years of the Maritime Continent 2018-2020.
Program HOMING jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R.