Projekti A - Ministarstva znanosti, obrazovanja i sporta

Oluje i prirodne katastrofe u Hrvatskoj
(004-1193086-3036)

Naziv projekta Oluje i prirodne katastrofe u Hrvatskoj
Storms and natural hazards in Croatia
Kratki opis projekta Olujni procesi u atmosferi najzamjetniji su kroz prisustvo opasnih meteoroloških pojava na tlu. Stoga je jedan od najvažnijih problema dinamičke i sinoptičke meteorologije istraživanje uvjeta pod kojima poremećaji većih ili manjih dimenzija započinju svoj nelinearni porast te prelaze u intenzivne oluje sa svim posljedicama na nekom području. Teorije razvoja najčešće su povezane s raznim vrstama nestabilnosti i izvora iz kojih atmosferski poremećaj dobija svoju kinetičku energiju. Dosadašnja istraživanja pokazala su da su makroskalna gibanja osnovna, no bit same mezoskalne pojave možemo upoznati samo ako ispitujemo uvjete pod kojima se amplituda atmosferskog poremećaja progresivno povećava. Pri tome je i dalje jedan od glavnih neriješenih problema utjecaj orografije na strujanje zraka, raspodjelu tlaka, temperature i oborina. Vremenske prilike iznad Hrvatske u velikoj su mjeri modificirane utjecajem orografije i karakteristikama podloge. Definiranje dinamičkih parametara na temelju teorijskog i numeričkog modeliranja atmosfere omogućit će bolje razumijevanje procesa koji dovode do nekontroliranog razvoja atmosferskog poremećaja, odnosno, do oluja i prirodnih katastrofa. Brojne studije ukazuju na porast šteta koje nastaju uslijed vremenskih utjecaja. Iskustvo razvijenih zemalja pokazuje da je moguće smanjiti štete ako se primijeni znanje i tehnologija za organizirane službe upozorenja i preventivne aktivnosti.
Istraživanje se sastoji od nekoliko usporednih aktivnosti: stalno praćenje i analize opasnih meteoroloških pojava, rad na numeričkom modeliranju, povezivanje radarskih i satelitskih mjerenja s olujnim procesima, definiranje kritičkih pragova i veličina radi boljeg određivanja početnog trenutka razvoja oluje, mezomodeliranje, rad na boljem razumijevanju i prediktabilnosti sustava planinskih valova, vrtloga i graničnog sloja, te razvoj i primjena novih metoda koje povećavaju korisnost i vrijednost vremenske prognoze za društvene, ekonomske i potrebe zaštite okoliša.
Posebna pažnja usmjerit će se problemu lokalnih vjetrova kao što su olujna bura i jugo te njihovim uzročnicima - prodorima hladnog zraka, pojavi mlaznih struja i zavjetrinskoj ciklogenezi. Ovim istraživanjem će se dijagnostičkim studijama i numeričkim eksperimentima pokušati stvoriti potpunija slika o nastanku Jadranske ciklone i prepoznavanju Jadrana kao ravnopravnog ciklogenetičkog područja na Sredozemlju.
Posebno će se stimulirati daljnji razvoj numeričke vremenske prognoze i njene verifikacije, kako za potrebe operativne prognoze tako i za istraživanja različitih atmosferskih pojava.
Abstract Stormy processes in the atmosphere are most noticable by dangerous manifestations above the ground, therefore one of the most important problems of dynamic and synoptic meteorology is the research of conditions necessary for disturbances to start their non-linear growth and transform into intensive storms with all its impacts to a certain region. Theories of development are usually linked to various instabilities and sources of kinetic energy, essential for any growth. All the experiences so far have shown that macroscale movements are elementary, but the essence of mesoscale occurrence can be brought closer only by analysing the conditions of its progressive amplitudal growth. Hereby one of the main unsolved problems still remains the effect orography has on pressure, temperature and precipitation. Weather conditions above Croatia are highly modified by orography and surface features. Defining dynamic parameters based on atmospheric theoretical and numerical modelling will help understanding processes that lead to uncontrolable highly non-linear disturbance developing, i.e. to storms and natural disasters.
A number of studies suggest that weather-related disasters appear to be growing more frequent. Experiences of technically developed countries show that it is possible to reduce damage if one is to apply knowledge and technology to organize warning and preventing services. Research will be based on a few parallel activities, with no time limit: constant tracking and analysing dangerous atmospheric occurrences, work on numerical programmes that enables objective interpretation of elementary meteorological fields, diagnostic and prognostic parameters, connecting results of radar and satellite measurements to storm processes, defining critical dimensions and thresholds on account of determining initial moment of storm evolution, mesomodelling of atmospheric processes, focusing on improving the understanding and predictability of the coupled mountain-wave/rotor/boundary-layer system, develop and apply new methods that enhance the utility and value of weather forecasts to society, economics and environmental stewardship.
Large contribution to understanding mesoscale lee cyclogenesis dynamics, strong winds (bora, jugo) and convective storms above our region is expected, as well as causal correlation of certain local and mesoscale phenomena. This research will, by using diagnostic studies and numerical experiments, try to produce a clearer image of genesis of the Adriatic cyclone and help recognize the Adriatic to be on an equal importance with other cyclogenetic areas of Mediterranean. Development of numerical mesomodelling will be initiated with a purpose of its further use in other specialized models, particularly those involved with concentration evaluation, remote transfering and depositing contamination. Further development of numerical weather forecast and its verification in Croatia, in order to use results, as in operational forecast, so in research of different atmospheric phenomena, will be stimulated. At the same time "nowcasting" methods, based on combining satellite and radar data with the results of prognostic products of mesomodels will be developed. For all that, there must be an adequate data base necessary for atmospheric mesoscale modelling and verification.
Cilj projekta Svrha istraživanja oluja i prirodnih katastrofa je razvoj lokalne i vrlo kratkoročne prognoze vremena za našu državnu meteorološku službu te usklađivanje rada hrvatskih meteorologa s radom svjetskih znanstvenika u skladu s međunarodnim obvezama Hrvatske u međunarodnim projektima MAP, MEDEX, HyMeX i EUMETrain projekt.
Opći cilj je unapređivanje znanja na području meteorologije radi iskorištavanja prirodnih resursa (kopna, voda i atmosfere). Trajno praćenje oluja i prirodnih katastrofa je i obveza Hrvatske u skladu s preporukama UN.
Rezultati projekta 2007-2012. Uz nedvosmislenu potvrdu klimatskih promjena koje za posljedicu imaju i pojavu sve češćih i intenzivnijih vremenskih događaja, ovim istraživanjem nastoji se stvoriti potpunija slika o nastanku olujnih procesa, koji nerijetko imaju katastrofalne posljedice. Ovo istraživanje temelji se na rezultatima numeričkog modeliranja mezomodelima ALADIN/HR, MM5 i COAMPS, a vezano je uz međunarodne projekte MAP, MEDEX, HyMeX, EUMETrain i UKF WINDEX. Posebna pažnja posvećena je nastanku Jadranske ciklone i prepoznavanju Jadrana kao ravnopravnog ciklogenetičkog područja na Sredozemlju. Kao posljedica nastanka ovih vrtloga osim vrlo jakih vjetrova (bura i jugo) dolazi i do velikih količina oborina, koje su ponekad povezane s dubokom konvekcijom. U radu Horvath, Lin i Ivančan-Picek (2008) pokazano je da se nad područjem Jadrana mogu razlikovati četiri osnovna tipa ciklogeneze što predstavlja doprinos poboljšanju klimatologije putanja ciklona nad Jadranom. Ta će klimatologija u budućem radu poslužiti kao temelj uvida u vezu između tipova vremena i pojedinih ciklona u našem području (npr. raspodjela oborine vezana za pojedini tip ciklone), što će povećati točnost operativne prognoze vremena u Hrvatskoj. Promjenom početnih uvjeta, koristeći postupak inverzije potencijalne vrtložnosti, dobivena su različita konačna rješenja intenziteta i putanja simulirane ciklone (disertacija Horvath, 2008; Horvath i Ivančan-Picek, 2008). Ovaj novi pristup omogućuje kvalitativnu i kvantitativnu analizu utjecaja visinske troposfere na stvaranje i produbljivanje zavjetrinskih ciklona, te njihovih putanja kroz Sredozemlje. On je i doprinos procjeni utjecaja uvijek postojećih nesigurnosti u početnim uvjetima na nastanak i intenzitet zavjetrinskih ciklona. Probabilistički pristup proučavanju olujnih pojava dan je i u radovima Branković i dr. (2008), te Matjačić (2008). Postignuti su i rezultati poboljšanja dijagnoze i prognoze nastanka i jakosti olujnih vjetrova na našem području (npr. Ivatek-Šahdan, 2007; Horvath i dr., 2007; Ivančan-Picek i dr., 2007; Bajić i dr., 2009). Različite verzije modela ALADIN upotrebljene su na različitim domenama i rezolucijama. Polja prizemnog vjetra na mreži od 8 km, dinamički su adaptirana visini terena s korakom mreže od 2 km, te su oba rezultata uspoređivana s rezultatima mjerenja. Ova se metoda pokazala vrlo uspješnom za područja s najjačom burom. Proučavana je i prostorna promjenljivost i vertikalna struktura bure. Ujedno je pokazana i različita struktura strujanja za vrijeme pojave znatno više proučavane bure na sjevernom od one manje poznate na južnom Jadranu (Horvath i dr., 2009). Utjecaj orografije na strujanje dan je u radu Grubišić i Stiperski (2009), gdje je dokazana uloga uzvodnih i nizvodnih lanaca na zarobljene valove, prizemno strujanje i rotore. Procesi prizemnog graničnog sloja su vrlo važni u generiranju olujnih procesa i predmet su proučavanja ovog projekta (Jeričević i Večenaj, 2009; Jeričević, 2009). Radi se i na razvoju sustava vrlo kratkoročne i neposredne prognoze vremena (nowcasting), što će omogućiti učinkovitiji sustav upozorenja na opasne vremenske pojave. U radu Strelec Mahović i dr. (2007) numeričkom simulacijom jednog slučaja konvektivne linije nestabilnosti, koja je uzrokovala ogromne materijalne štete u Hrvatskoj i Mađarskoj, pokazano je da je čak i ovako male atmosferske poremećaje moguće uspješno prognozirati pomoću nehidrostatičkog modela i početnih podataka iz modela ECMWF. Radi se i na primjeni multispektralne analize satelitskih podataka (praćenje konvekcije, šumskih požara, magle). Utjecaj atmosfere na more pokazan je u radu Belušić i Strelec (2009), gdje je dokazan utjecaj konvektivne oluje na pojavu meteotsunamija na Jadranu. U okviru ovih istraživanja započela je i suradnja na razvoju "coupling" modela atmosfera - more (vezano uz inicijativu HyMeX projekta - http://www.hymex.hr). Ona je vidljiva i preko Virtualnog laboratorija (http://www.izor.hr/web/guest/virtual-laboratory) u suradnji s Institutom za oceanografiju i ribarstvo. U okviru ovog projekta do sada su obranjena 4 magistarska rada i 5 disertacija ("Dinamički procesi u gornjoj troposferi i zavjetrinska ciklogeneza u zapadnom Sredozemlju"- Horvath; "Parametrizacija vertikalne difuzije" - Jeričević; "Valna rezonancija i prizemno strujanje u zavjetrini kompleksne orografije" - Stiperski; "Prepoznavanje konvektivnih oblaka, magle i niskih oblaka te lociranje šumskih požara multispektralnom analizom satelitskih slika" - Strelec Mahović; te "Prostorna raspodjela očekivanih maksimalnih brzina vjetra na složenom terenu Hrvatske kao podloga za ocjenu opterećenja vjetrom"- Bajić). Znanstveni novak Horvath bio je voditelj UKF projekta WINDEX (http://www.windex.hr) čiji je cilj procjena prostorne razdiobe energetskog potencijala vjetra na području Hrvatske za primjenu u energetici. Osobita briga na projektu se posvećuje znanstvenim novacima. Od tri znanstvena novaka na projektu dvoje je doktoriralo i jedan je magistrirao.
Završno izvješće o radu na projektu 2007-2014. Olujni procesi u atmosferi najzamjetniji su kroz prisustvo opasnih meteoroloških pojava na tlu. Stoga je jedan od najvažnijih problema dinamičke i sinoptičke meteorologije istraživanje uvjeta pod kojima poremećaji većih ili manjih dimenzija započinju svoj nelinearni porast te prelaze u intenzivne oluje sa svim posljedicama na nekom području. Teorije razvoja najčešće su povezane s raznim vrstama nestabilnosti i izvora iz kojih atmosferski poremećaj dobija svoju kinetičku energiju. Dosadašnja istraživanja pokazala su da su makroskalna gibanja osnovna, no bit same mezoskalne pojave možemo upoznati samo ako ispitujemo uvjete pod kojima se amplituda atmosferskog poremećaja progresivno povećava. Pri tome je i dalje jedan od glavnih neriješenih problema utjecaj orografije na strujanje zraka, raspodjelu tlaka, temperature i oborina. U Europi, istraživanja su ponajviše vezana na alpsko područje (s obzirom na smještaj i veličinu planinskog lanca u odnosu na najveću koncentraciju stanovništva), a u Hrvatskoj, iz sličnih razloga, intenzivno se proučava utjecaj Dinarskog gorja na vremenske prilike. Za razliku od atmosferskih poremećaja većih dimenzija, proučavanje poremećaja na manjoj skali zahtijeva organizaciju posebnih mjerenja koja su puno gušća i u prostoru i u vremenu od onih koja se svakodnevno vrše u okviru meteorološke službe.
Vremenske prilike iznad Hrvatske u velikoj su mjeri modificirane utjecajem orografije i karakteristikama podloge. Definiranje dinamičkih parametara na temelju teorijskog i numeričkog modeliranja atmosfere omogućuje bolje razumijevanje procesa koji dovode do nekontroliranog razvoja atmosferskog poremećaja, odnosno, do oluja i prirodnih katastrofa.
Brojne studije ukazuju na porast šteta koje nastaju uslijed vremenskih utjecaja. Iskustvo pokazuje da je moguće smanjiti štete ako se primijeni znanje i tehnologija za organizirane službe upozorenja i preventivne aktivnosti.

Uz nedvosmislenu potvrdu klimatskih promjena koje za posljedicu imaju i pojavu sve češćih i intenzivnijih vremenskih događaja, ovim istraživanjem nastojala se stvoriti potpunija slika o nastanku olujnih procesa, koji nerijetko imaju katastrofalne posljedice. Ovo istraživanje temeljilo se na rezultatima numeričkog modeliranja mezomodelima ALADIN/HR, MM5 i COAMPS, a vezano je uz međunarodne projekte MAP, MEDEX, HyMeX, EUMETrain i UKF WINDEX.
Posebna pažnja posvećena je nastanku Jadranske ciklone i prepoznavanju Jadrana kao ravnopravnog ciklogenetičkog područja na Sredozemlju. Kao posljedica nastanka ovih vrtloga osim vrlo jakih vjetrova (bura i jugo) dolazi i do velikih količina oborina, koje su ponekad povezane s dubokom konvekcijom. Istraživanja su pokazala da se nad područjem Jadrana mogu razlikovati četiri osnovna tipa ciklogeneze što predstavlja doprinos poboljšanju klimatologije putanja ciklona nad Jadranom. Ta će klimatologija u budućem radu poslužiti kao temelj uvida u vezu između tipova vremena i pojedinih ciklona u našem području (npr. raspodjela oborine vezana za pojedini tip ciklone), što će povećati točnost operativne prognoze vremena u Hrvatskoj. Promjenom početnih uvjeta, koristeći postupak inverzije potencijalne vrtložnosti, dobivena su različita konačna rješenja intenziteta i putanja simulirane ciklone. Ovaj novi pristup omogućuje kvalitativnu i kvantitativnu analizu utjecaja visinske troposfere na stvaranje i produbljivanje zavjetrinskih ciklona, te njihovih putanja kroz Sredozemlje. On je i doprinos procjeni utjecaja uvijek postojećih nesigurnosti u početnim uvjetima na nastanak i intenzitet zavjetrinskih ciklona.
Dan je i doprinos probabilističkom pristupu proučavanja olujnih pojava. Postignuti su i rezultati poboljšanja dijagnoze i prognoze nastanka i jakosti olujnih vjetrova i obilnih oborina na našem području. Različite verzije modela ALADIN upotrebljene su na različitim domenama i rezolucijama. Polja prizemnog vjetra na mreži od 8 km, dinamički su adaptirana visini terena s korakom mreže od 2 km, te su oba rezultata uspoređivana s rezultatima mjerenja. Ova se metoda pokazala vrlo uspješnom za područja s najjačom burom. Proučavana je i prostorna promjenljivost i vertikalna struktura bure iznimno važna u zrakoplovstvu. Ujedno je pokazana i različita struktura strujanja za vrijeme pojave znatno više proučavane bure na sjevernom od one manje poznate na južnom Jadranu.
Radilo se i na razvoju sustava vrlo kratkoročne i neposredne prognoze vremena (nowcasting), što je doprinos razvoju učinkovitijem sustavu upozorenja na opasne vremenske pojave. Primjenom multispektralne analize satelitskih podataka dan je značajan doprinos u praćenju i ranom otkrivanju konvekcije, šumskih požara i magle.
Dio istraživanja bavio se i utjecajem atmosfere na more, gdje je dokazan utjecaj konvektivne oluje na pojavu meteotsunamija na Jadranu. U okviru ovih istraživanja započela je i suradnja na razvoju "coupling" modela atmosfera - more (vezano uz inicijativu HyMeX projekta - http://www.hymex.org). Ona je vidljiva i preko Virtualnog laboratorija (http://www.izor.hr/web/guest/virtual-laboratory) u suradnji s Institutom za oceanografiju i ribarstvo.
Rezultati ovog projekta objavljeni su u 75 znanstvena rada od kojih je 48 u CC. U okviru ovog projekta obranjena su 4 magistarska rada i 5 disertacija ("Dinamički procesi u gornjoj troposferi i zavjetrinska ciklogeneza u zapadnom Sredozemlju"- Kristian Horvath; "Parametrizacija vertikalne difuzije"- Amela Jeričević; "Valna rezonancija i prizemno strujanje u zavjetrini kompleksne orografije"- Ivana Stiperski; "Prepoznavanje konvektivnih oblaka, magle i niskih oblaka te lociranje šumskih požara multispektralnom analizom satelitskih slika"- Nataša Strelec Mahović; te "Prostorna raspodjela očekivanih maksimalnih brzina vjetra na složenom terenu Hrvatske kao podloga za ocjenu opterećenja vjetrom"- Alica Bajić).
Osobita briga na projektu dana je znanstvenim novacima. Od 4 znanstvena novaka na projektu dvoje je doktoriralo i jedan je magistrirao, a očekuje se da će do kraja 2015. doktorirati i četvrti znanstveni novak. Znanstveni novak Horvath bio je voditelj UKF projekta WINDEX (www.windex.hr) čiji je cilj procjena prostorne razdiobe energetskog potencijala vjetra na području Hrvatske za primjenu u energetici.
Ova istraživanja znatno su doprinijela prepoznatljivosti hrvatske meteorologije. Kao jedan od partnera sudjelujemo u pripremi projekta za natječaj HORIZON2020 vezan uz proučavanje ekstremnih vremenskih i hidroloških prilika na Sredozemlju. Prepoznatljivost i izvrsnost naših istraživanja, osobito mladih istraživača, rezultirala je i dobivanjem dva IPA projekta "WILL4WIND - Weather Intelligence for Wind Energy" (http://www.will4wind.hr) i "ENHEMS Buildings - Enchancement of Research, development and Technology Transfer Capacities in Energy Management Systems for Buildings" (http://www.enhems-buildings.fer.hr). Ovi projekti imaju za cilj razvoj točnije i detaljnije prognoze lokalnog vjetra za potrebe vjetroelektrana i ostalih parametara za potrebe zgradarstva.
Svi postignuti rezultati na ovom projektu nalaze primjenu u poboljšanju operativne prognoze vremena na DHMZ-u, osobito kod izdavanja pravovremenih i što je moguće točnijih vremenskih prognoza i upozorenja (www.meteoalarm.eu).

Popis objavljenih radova u okviru projekta 004-1193086-3036 može se naći u Hrvatskoj znanstvenoj bibliografiji (CROSBI) koristeći poveznicu: http://bib.irb.hr/lista-radova?sif_proj=004-1193086-3036&period=2007
Ključne riječi oluje, bura, jugo, ciklogeneza, numeričko mezomodeliranje, prirodne katastrofe
Storms, bora, jugo, cyclogenesis, numerical mezomodelling, natural hazards
Odgovorna osoba dr.sc. Branka Ivančan-Picek, tel. +385 1 45 65 678, e-mail: branka.ivancan-picek(at)cirus.dhz.hr
Suradnici na projektu Suradnici iz DHMZ-a: dr.sc. Alica Bajić, dr.sc. Kristian Horvath, mr.sc. Stjepan Ivatek Šahdan, dr.sc. Ivana Stiperski - znanstvena novakinja, dr.sc. Amela Jeričević, Petra Mikuš - znanstvena novakinja, dr.sc. Nataša Strelec-Mahović, mr.sc. Kornelija Špoler Čanić, mr.sc. Martina Tudor, dr.sc. Vlasta Tutiš
Stranci suradnici: Dr. Vanda Grubišić, Desert Research Institute, USA
Dr. Romualdo Romero March, Universitat de les Illes Balears, Spain
Trajanje 2007-2013.
Suradne institucije/projekti Prirodoslovno-matematički fakultet/ program: "Svojstva i međudjelovanje atmosfere, hidrosfere i geosfere u području Hrvatske" (šifra: 1193086), voditelj: prof.dr.sc. Mirko Orlić

Web stranica projekta: http://bib.irb.hr/lista-radova?sif_proj=004-1193086-3036&period=2007