Kategorie
Publicystyka Zrób to sam

Śnieżka, Kasprowy i Wyspy Tonga

W sobotę 15 stycznia 2022 na południowym Pacyfiku miała miejsce potężna erupcja wulkanu Hunga Tonga. Fala uderzeniowa miała tak dużą siłę, że nawet w Polsce odnotowano skok ciśnienia atmosferycznego. W jednej ze stacji telewizyjnych trafiłem na wypowiedź eksperta, który zastanawiał się, czemu stacje meteo na Śnieżce i Kasprowym Wierchu zarejestrowały to zdarzenie niemal w tej samej chwili. Wydało mu się to trudne do wytłumaczenia z powodu dużej odległości dzielącej te obserwatoria.

Ja z kolei zdziwiłem się, że ekspert się zdziwił, ale potem nabrałem wątpliwości, czy moja intuicja była zgodna rzeczywistością. W niniejszej blogonotce pokazuję, jak szybko i prosto przygotować w języku R ilustracje i obliczenia pozwalające sprawdzić, skąd i z jaką prędkością dobiegło do nas odległe echo wybuchu.

Najpierw zbierzmy dane z Wikipedii. Współrzędne wulkanicznej wyspy Hunga Tonga to 20.536°S 175.382°W (ułamki dziesiętnie). Kasprowy Wierch49.231°N, 19.981°E. Śnieżka50.735°N, 15.739°E. Teraz wprowadźmy te dane do skryptu języka R. Do wyliczania odległości użyjemy funkcji distVincentyEllipsoid z biblioteki geosphere. Choć Ziemia jest geoidą, to jej kształt dobrze przybliża elipsoida – gdy użyjemy współrzędnych z trzema miejscami dziesiętnymi, nasze obliczenia korzystające z układu odniesienia WGS 84 będą miały dokładność około 0.1 km.

Wypróbujmy tę funkcję na Śnieżce i Kasprowym:

Plain Text

Wyliczona odległość to 347.1 km. Szybka weryfikacja – Google Earth podaje…

… praktycznie tę samą wartość. Metoda działa.

Policzmy wobec tego odległości obu szczytów do wulkanu Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai (jego współrzędne są ujemne, bo Tonga leży na półkuli zachodniej / południowej)

Plain Text

Odległości te różnią się o… niecałe 28 kilometrów? Jak to możliwe? Otóż – najkrótsza trasa łącząca Polskę i Wyspy Tonga nie wygląda tak, jak na obrazku poniżej.

Do takiej mapy świata przyzwyczaiła nas szkoła, ale wyznaczanie trasy na mapie „od linijki” sprawdza się tylko przy mapach dużej skali, pokazujących niewielki obszar. Wiemy, że coś nie gra. Gdyby fala uderzeniowa faktycznie dobiegła do Polski od strony Morza Czarnego / Indii / Indonezji – spodziewalibyśmy się sporego opóźnienia między Kasprowym Wierchem a Śnieżką.

Tymczasem na Kasprowym była to 20:23 czasu lokalnego:

a na Śnieżce… też około 20:20 (uwaga, na obrazku skala czasu w UTC)

Rozwiążmy tę zagadkę. Gdy odległości rosną na tyle, by znaczenie miała krzywizna Ziemi, musimy wyliczać ortodromę stanowiącą najkrótszą trasę między dwoma punktami. I tu niespodzianka – grzmot doleciał do nas od… północnego wschodu, wcześniej mijając Finlandię, Nową Ziemię i Kamczatkę! Narysujmy to sobie w R, przy użyciu biblioteki maps.

Plain Text

Ponownie do weryfikacji wykorzystamy Google Earth – tu nie ma już wątpliwości, że patrzymy na wycinek koła wielkiego.

Jak szybko przemieszczała się fala uderzeniowa?

Erupcja miała miejsce o godzinie 4:14:45 UTC. Na Kasprowym skok ciśnienia odnotowano o 19:23 UTC. Odstęp czasowy to

> period_to_seconds( lubridate::hm("19:23") - lubridate::hm("4:14") ) / 60
[1] 909

… 909 minut, podczas których fala uderzeniowa pokonała 16543 km, co daje średnią prędkość 1092 km/h.

Możemy stąd wyliczyć, że na Śnieżce pomiar musiał mieć miejsce…

24 km / 1092 km/h = 1.3 min

… niecałe półtorej minuty wcześniej (pamiętacie WolframAlpha? do takich obliczeń jest najlepszy!) Teraz rozumiemy już zdziwienie eksperta z telewizji – gdyby dźwięk doleciał od strony Morza Czarnego, różnica czasu, tym razem na korzyść Kasprowego, wynosiłaby 19 minut.

Podsumowanie

Odbiegliśmy dziś nieco od głównej tematyki bloga, by zademonstrować elastyczność i uniwersalność zastosowań języka R. Przydaje się on nie tylko wtedy, gdy na świecie wybucha jakiś wulkan – pośród 18748 gotowych do użycia pakietów znajdziemy coś na każdą okazję. Wkrótce przeprowadzę szkolenie pokazujące możliwości tego języka i środowiska R Studio – zapisz się na newsletter aby nie przegapić zapisów.

PS: tak naprawdę do narysowania ilustracji wykorzystałem funkcję plot_my_connection naprawiającą usterkę poleceń gcIntermediate i lines, źródło: R Graph Gallery, autor: Yan Holtz.



O autorze: zawodowy programista od 2003 roku, pasjonat bezpieczeństwa informatycznego. Rozwijał systemy finansowe dla NBP, tworzył i weryfikował zabezpieczenia bankowych aplikacji mobilnych, brał udział w pracach nad grą Angry Birds i wyszukiwarką internetową Microsoft Bing.

11 odpowiedzi na “Śnieżka, Kasprowy i Wyspy Tonga”

Smutne jest to, że ktoś kogo takie rzeczy dziwią jest nazywany „ekspertem” w telewizji 🙁

Sam schemat wyliczeń jest prawidłowy. Wyniki jednak są niedokładne. Brak uwzględnienia kierunku wiatrów, siły wiatrów, wysokości npm, ciśnienia powietrza, ukształtowania terenu itp. Nie da się wykluczyć, że ekspert miał prawo być zdziwionym mając więcej dostępnych danych (pomijając już kwestię szkalowania go, że nie wie o krzywiźnie Ziemi).

To co piszesz miałoby znaczenie tylko w obrębie Polski, w okolicy szczytów.
Do Polski fala dociera w konkretnym czasie i tylko musi trochę „rozbiec się” w kierunku obu szczytów. A przy takich małych odległościach w stosunku do przebytych wczesnej 16500 km ciśnienie czy przeszkody po drodze będą miały minimalne znaczenie

Po czym poznać informatyka?
Po tym, że w Wolframie wpisał 1024 jako prędkość dźwięku.
🙂

Skąd się wzięły 24 km w ostatnich obliczeniach, tych dotyczących Śnieżki ? Świetny wpis, fajna zabawa, dziekuję !

Sądzę, że w pytaniu jest mowa o 24km z ostatniego wzoru, gdy powyżej różnica odległości dla obu stacji od wulkanu wynosi okolo 28km.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.