Regiony termiczne Europy

Transkrypt

1 K. Piotrowicz, R. Twardosz (red.) Wahania klimatu w różnych skalach przestrzennych i czasowych Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytet Jagielloński Kraków, 2007, Regiony termiczne Europy Thermal regions in Europe Anna Smolec 1 Zarys treści: Na podstawie średnich wieloletnich miesięcznych i sezonowych wartości temperatury powietrza z lat , pochodzących z 805 stacji meteorologicznych, opracowano regionalizację termiczną Europy. W opracowaniu wykorzystano powszechnie stosowaną obiektywną metodę badawczą, którą stanowi analiza skupień. Na podstawie metody k-średnich oraz znajomości zróżnicowania klimatycznego Europy wydzielono 5 regionów termicznych w roku, chłodnej porze roku (listopad-marzec) oraz w okresie wegetacyjnym (kwiecień-październik). Słowa kluczowe: regionalizacja klimatu, temperatura powietrza, analiza skupień, Europa Key words: climate regionalization, air temperature, cluster analysis, Europe Wstęp Temperatura powietrza stanowi najczęściej stosowany element do klasyfikacji klimatu, mimo że jest jednym z wielu jego składników. Dzieje się tak przeważnie dlatego, że jest ona łatwo mierzalna i w związku z tym znajduje się w bazach danych. Jednocześnie temperatura powietrza, jak pisze Z. Ustrnul (2004), uważana jest za przewodni element klimatu, którego zróżnicowanie jest najlepiej rozpoznane zarówno pod względem metodycznym, jak i poznawczym. Jedna z najczęściej stosowanych klasyfikacji klimatów świata klasyfikacja W. Köppena (1900), opiera się m.in. na rocznym przebiegu średniej miesięcznej temperatury powietrza i jej oddziaływaniu na świat roślinny. Na rozkład temperatury powietrza w Europie wpływa wiele czynników; najważniejsze z nich to: usłonecznienie, sąsiedztwo mórz i prądów morskich, napływ mas powietrza o zróżnicowanych cechach termicznych, urozmaicona rzeźba oraz wysokość nad poziomem morza. Zagadnieniem podziałów klimatu, w różnej skali przestrzennej globu, kontynentu czy kraju, zajmowało się stosunkowo wielu autorów. Szerszą popularność wśród podzia- 1 Katedra Klimatologii, Uniwersytet Śląski, ul. Będzińska 60, Sosnowiec, annasmolec@poczta.fm

2 Anna Smolec łów klimatów świata uzyskały, obok wymienionej klasyfikacji W. Köppena (1900), podział klimatów E. de Martonne a (1942, 1948), podział klimatyczny L.S. Berga (1925, 1938), klasyfikacja genetyczna opracowana przez P.B. Alisowa (1936), regionalizacja klimatów świata H. von Wissmanna (1939), C.W. Thornthwaite a (1931), G.T. Trewartha y (1954) czy podział C. Trolla (1947). Klasyfikacjami w skali globu zajmowali się także polscy klimatolodzy, np. S. Pietkiewicz (1946); W. Gorczyński (1948), który wprowadził tzw. system dziesiętny klimatów; W. Okołowicz (1969). Autorami regionalizacji klimatycznych w skali Polski byli m.in.: E. Romer (1912, 1947, 1949), R. Merecki (1914), R. Gumiński (1948), W. Okołowicz (1973), W. Wiszniewski i W. Chełchowski (1975, 1987), W. Okołowicz i D. Martyn (1979) oraz A. Woś (1993). Regionalizacją klimatyczną Polski zajęli się też: A. Schmuck (1961), Z. Kaczorowska (1962), M. Sadowski (1983) oraz J. Chrzanowski (1988, 1991). Autorzy ci do analizy wykorzystali temperaturę powietrza oraz opady atmosferyczne. Większość wymienionych i znanych klasyfikacji powstała w pierwszej połowie XX w., dlatego trudno też uznać je za współczesne. Ostatnie lata, dzięki rozwojowi metod numerycznych, nowych możliwości obliczeniowych oraz dostępowi do bogatych baz danych klimatycznych, stwarzają zupełnie nowe możliwości powstawanie i wykorzystywanie w klimatologii nowych ujęć ilościowych. Ustalenie regionalizacji klimatycznej nie jest rzeczą łatwą, głównie z uwagi na brak jednej uniwersalnej metody podziału. Na przeszkodzie stoi brak, jak podkreśla A. Schmuck (1961), właściwie wypracowanej metody klimatologicznej. Klasyfikacje klimatów różnią się od siebie m. in. w zakresie stosowanej metodyki, a także samej liczby wydzielanych jednostek. Na przykład E. Romer w 1949 r. opublikował regionalizację klimatu Polski opartą na analizie wartości liczbowych 30 wskaźników. Wykorzystał w tym celu m.in. mapy izoterm i średniej miesięcznej temperatury powietrza miesięcy nieparzystych, dat początku, końca i czasu trwania termicznych pór roku i okresu wegetacyjnego oraz rocznych sum opadu. Na podstawie mapy izogradientów, gdzie przez termin izogradient rozumie się sumę zmienności elementów meteorologicznych na danym obszarze, autor wyróżnił 7 typów klimatu. Z kolei R. Gumiński (1948) przedstawił propozycję regionalizacji klimatu Polski z punktu widzenia potrzeb rolnictwa. Uwzględniono w nim wskaźniki związane z podstawowymi czynnikami rozwoju świata roślinnego i niektóre wskaźniki fenologiczne. Na podstawie występujących różnic przede wszystkim w warunkach termicznych i opadowych na obszarze Polski wyróżnił 21 dzielnic klimatycznych. A. Schmuck (1961) natomiast w swoim podziale opartym na tzw. stopniodniach, wydzielił 7 regionów głównych od A do G, które połączył w 3 strefy termiczne. Cel i zakres pracy Celem niniejszej pracy jest wydzielenie regionów termicznych w Europie. Podział ten jest oparty na średnich miesięcznych wartościach temperatury powietrza pochodzących z 805 stacji meteorologicznych z obszaru Europy z okresu Dane zostały zaczerpnięte z bazy internetowej National Oceanic and Atmospheric Administration 176

3 Regiony termiczne Europy (NOAA). Bardzo duża liczba stacji oraz ich stosunkowo równomierne rozmieszczenie pozwalają na analizę warunków termicznych badanego obszaru. Największą trudność, jak zwykle przy regionalizacji, stanowiło określenie kryteriów wydzielenia poszczególnych jednostek. Zastosowana metoda badawcza Współczesna nauka, w tym klimatologia, odchodzi od metod opisowych i jakościowych, skupiając się coraz częściej na metodach obiektywnych ilościowych. Dlatego też w niniejszej pracy wydzielenie regionów termicznych w Europie zostało oparte na metodzie analizy skupień. Analiza skupień, jak pisze A. Bokwa (2004), jest używana m.in. w geografii do grupowania danych, tak obiektów, jak też zmiennych. Jest jedną z metod klasyfikacji, która polega na organizowaniu danych pomiarowych w sensowne struktury lub grupy poprzez analizę podobieństwa elementów poddanych badaniu, według założonego kryterium (Dobosz 2001). Grupowania obiektów dokonuje się w ten sposób, by obiekty wewnątrz jednej grupy wykazywały możliwie małe różnice oraz by różnice między grupami były możliwie duże (Bahrenberg, Giese 1975). Metody klasyfikacji można podzielić na hierarchiczne i niehierarchiczne. W metodzie grupowania niehierarchicznego metodą k-średnich, którą zastosowano w niniejszym opracowaniu, elementy grupowane są wokół centrów i przyporządkowywane do każdego ze skupień tak, aby skupienia te były możliwie różne od siebie. Przy analizie k-średnich z góry należy założyć, na ile skupień chcemy podzielić badany zbiór danych. W niniejszej pracy przyjęto takie liczby skupień, które gwarantowały największe odległości między nimi oraz odpowiednią liczebność obserwacji w poszczególnych skupieniach. Ostateczną liczbę regionów wydzielono po wielu podejściach uwzględniających różną liczbę skupień. Okazało się, że optymalna liczba skupień oparta na rocznym przebiegu temperatury powietrza wynosi około 5. Przy tej założonej liczbie wydzielenie poszczególnych regionów budzi najmniejsze wątpliwości, a rozkład regionów wydaje się zgodny z powszechnie znanym zróżnicowaniem termicznym i klimatycznym kontynentu. Wydzielone skupienia, zobrazowane przez przebieg roczny temperatury powietrza, prezentuje rycina 1. Jak widać, każdy region cechuje się wyraźnie odmiennym reżimem termicznym wraz z jego bezwzględnymi wartościami. Ryc. 1. Przebieg roczny temperatury powietrza w wyznaczonych regionach w Europie (objaśnienia w tekście) Fig. 1. Course of the annual air temperature in the distinguished regions in Europe (for explanations see text) 177

4 Anna Smolec Do określenia liczby skupień wykorzystano również analizę map rozkładu przestrzennego temperatury powietrza w Europie w roku i badanych okresów roku, wykonanych na podstawie tych samych danych, które zostały użyte do wydzielenia regionów termicznych. Regiony termiczne Europy Po wykonaniu wielu prób i analiz uznano, że wydzielenie 5 regionów termicznych w Europie będzie rozwiązaniem optymalnym. Nazewnictwo poszczególnych regionów nawiązuje do terminów stosowanych przez J. Chrzanowskiego (1991) w pracy poświęconej regionalizacji termicznej Polski. Obszar Alp i Karpat oraz innych masywów górskich nie został tutaj zaklasyfikowany jako odrębny region, lecz włączony do strefy D dość chłodnej. Charakterystyka wydzielonych regionów termicznych przedstawia się następująco (ryc. 2): Ryc. 2. Regiony termiczne w Europie w roku (wyznaczone na podstawie średnich rocznych wartości temperatury powietrza) Fig. 2. Thermal regions in Europe in year (based on the mean annual temperature) 178

5 Regiony termiczne Europy region A najcieplejszy, ze średnią temperaturą od 9 o C w styczniu do blisko 26 o C w sierpniu. Obejmuje południe i wschód Półwyspu Iberyjskiego, Baleary, Korsykę, Sardynię, Półwysep Apeniński wraz z Sycylią, Peloponez oraz Kretę; region B ciepły, średnia temperatura od 3 o C w styczniu do 21 o C w sierpniu; region ten obejmuje m.in.: Wyspy Brytyjskie, północną część Półwyspu Iberyjskiego, Nizinę Francuską, Masyw Centralny, Wielką Nizinę Węgierską, Nizinę Rumuńską i Półwysep Bałkański; region C umiarkowanie ciepły, średnia temperatura najchłodniejszego miesiąca -1 o C, najcieplejszego blisko 18,5 o C; rozciąga się równoleżnikowo od Renu aż po Morze Kaspijskie; region D dość chłodny, średnia temperatura od około -4 o C w styczniu do 16 o C w lipcu; obejmuje m.in.: Islandię, południową i zachodnią część Półwyspu Skandynawskiego, Pojezierze Fińskie, Wyżynę Środkowo-Rosyjską oraz Alpy i Karpaty; region E chłodny, z średnią temperaturą od -9,5 o C w styczniu i lutym do 13 o C w lipcu; należą do niego: północna część Półwyspu Skandynawskiego, Wyżyna Lapońska oraz północna część Niziny Wschodnioeuropejskiej. Regiony termiczne okresu wegetacyjnego Okres wegetacyjny jest to część roku, w której średnia dobowa temperatura powietrza utrzymuje się powyżej 5 o C. Określenie długości okresu wegetacyjnego jest ważne dla różnych dziedzin gospodarki, w tym przede wszystkim rolnictwa. Region najcieplejszy to obszar ze średnią wieloletnią temperaturą powietrza od 14 o C w kwietniu do 26 o C w sierpniu (region A). Region ciepły, o średniej temperaturze kwietnia 11 o C i lipca 22 o C (region B). Region umiarkowanie ciepły temperatura powietrza między 8 o C w kwietniu a 18 o C w lipcu (region C). Region dość chłodny (D) średnia temperatura od 4 o C (kwiecień) do 16 o C (lipiec). Region chłodny (E) obejmuje obszar o średniej temperaturze od -1 o C w kwietniu do 12 o C w lipcu (ryc. 3). Regiony termiczne chłodnej pory roku Chłodna pora roku jest to część roku, w której średnia dobowa temperatura powietrza utrzymuje się poniżej 5 o C. Znajomość długości tego okresu jest ważna m.in. dla komunikacji. W odniesieniu do chłodnej pory roku wydzielono następujące regiony (ryc. 4): A obszar najcieplejszy, o średniej temperaturze najchłodniejszego miesiąca 10 o C (styczeń), a najcieplejszego 14 o C (listopad), B obszar ciepły, o średniej temperaturze rozpatrywanych miesięcy od 5 do 8 o C, C obszar umiarkowanie ciepły temperatura zawarta między 0 o C w styczniu a 5 o C w listopadzie, D obszar dość chłodny, o średniej temperaturze od -3,5 o C w styczniu do 1 o C w listopadzie, E obszar chłodny, o średniej temperaturze w styczniu -9 o C, w listopadzie -4 o C. 179

6 Anna Smolec Ryc. 3. Regiony termiczne w Europie w okresie wegetacyjnym Fig. 3. Thermal regions in Europe in the vegetation period Ogólnie na podstawie rocznego przebiegu średniej temperatury można wyróżnić na kontynencie europejskim 3 strefy termiczne, przebiegających równoleżnikowo, które wyraźnie nawiązują do rozkładu całkowitego promieniowania słonecznego: strefę północną, z regionami termicznymi D i E, największą strefę środkową, z regionami termicznymi roku B i C, strefę południową region A, obejmującą skrajne obszary kontynentu, będące pod wpływem oddziaływania suchego i gorącego klimatu Afryki. Kiedy przeanalizujemy rozkład regionów w chłodnej porze roku (ryc. 4), możemy zauważyć wyraźnie słabnący wpływ oceanu i jednocześnie rosnący wpływ kontynentu w miarę przemieszczania się w kierunku północno-wschodnim. Zarysowują się tutaj wyraźnie następujące strefy: strefa obejmująca zachodnią i południową część Europy, gdzie zima należy do łagodnych, strefa, do której należy środkowa, wschodnia oraz północna część Europy; średnia temperatura w miarę oddalania się od oceanu jest coraz niższa, spadając znacznie poniżej -8 o C w części północno-wschodniej kontynentu. 180

7 Regiony termiczne Europy Ryc. 4. Regiony termiczne w Europie w chłodnej porze roku Fig. 4. Thermal regions in Europe in the cold season Rozmieszczenie wymienionych regionów termicznych na obszarze Europy w znacznym stopniu nawiązuje do rozkładu stref i typów klimatycznych, jaki jest w podziale W. Okołowicza (1969). Podsumowanie Na podstawie przedstawionej analizy można sformułować następujące wnioski: 1. Na badanym obszarze można wyróżnić 5 regionów termicznych w roku, chłodnej porze roku (listopad-marzec) oraz w okresie wegetacyjnym (kwiecień-październik) na podstawie obiektywnych metod ilościowych, jak również znajomości zróżnicowania klimatycznego Europy. 2. Wydaje się, że wykorzystanie danych 11-letnich, pochodzących z 805 stacji, jest wystarczające do przeprowadzenia regionalizacji klimatycznej w makroskali. 3. Analiza skupień, w tym procedura k-średnich, jest metodą przydatną do opracowywania klasyfikacji klimatu i mimo swej prostoty obliczeniowej jest niezwykle skuteczna i efektywna. 181

8 Anna Smolec 4. Dla celów bardziej szczegółowych analiz, uwzględniając możliwości obliczeniowe oraz dostępność danych, należałoby wykorzystać dane z rozdzielczością dobową. Literatura Alisow B.P., 1936, Gieograficzeskije tipy klimatow, Meteor. i Gidroł., 6, Bahrenberg G., Giese E., 1975, Statistische Methoden und ihre Anwendung in der Geographie, B.G. Teubner, Stuttgart. Berg L.S., 1925, Klimaticzeskije pojasa ziemli, Izwiestia Gieograficzeskogo Instituta 5. Berg L.S., 1938, Osnowy klimatołogii, Leningrad. Bokwa A., 2004, Wykorzystanie analizy skupień do typologii dziennego przebiegu pionowych gradientów temperatury powietrza w przygruntowej warstwie powietrza na Pogórzu Wielickim, [w:] Zastosowanie wybranych metod statystycznych w klimatologii, A. Bokwa, Z. Ustrnul (red.), Inst. Geogr. i Gosp. Przestrz. UJ, Kraków, Chrzanowski J., 1988, Regionalizacja i klasyfikacja dobowych wartości opadów w Polsce, Wiad. IMGW, 1-2, Chrzanowski J., 1991, Regiony termiczne Polski, Wiad. IMGW, 1-4, Dobosz M., 2001, Wspomagana komputerowa statystyczna analiza wyników badań, Akad. Oficyna Wyd. EXIT, Warszawa. Gorczyński W., 1948, System dziesiętny klimatów świata, Prz. Met. i Hydr., 1, Gumiński R., 1948, Próba wydzielenia dzielnic rolniczo-klimatycznych w Polsce, Prz. Met. i Hydr., 1, Kaczorowska Z., 1962, Opady w Polsce w przekroju wieloletnim, Prace Geogr., 33, Inst. Geogr. PAN, Köppen W., 1900, Versuch der Klassifikation der Klimate vorzugsweise nach ihren Beziehungen zur Pflanzenwelt, Geogr. Z., 6, , Martonne E. de, 1942, Nouvelle carte mondiale de l idice d aridité, Annales de Géographie, 51, Martonne E. de, 1948, Le climat, [w:] Traite Géographie Physique, 1, Paris. Merecki R., 1914, Klimatologia ziem polskich, Księgarnia Gebethnera i Wolffa, Warszawa. Okołowicz W., 1969, Klimatologia ogólna, PWN, Warszawa. Okołowicz W., 1973, Regiony klimatyczne Polski, [w:] Narodowy Atlas Polski, PPWK, Warszawa. Okołowicz W., Martyn D., 1979, Regiony klimatyczne Polski, [w:] Atlas geograficzny Polski, PPWK, Warszawa. Pietkiewicz S., 1946, Klimaty kuli ziemskiej, Państ. Zakł. Wyd. Szkolnych, Warszawa. Romer E., 1912, Klimat ziem polskich, Encyklopedia Polska, t. 1, dział 1 i 2. Romer E., 1947, Rozmyślania klimatyczne, Czas. Geogr., 17, 3-4 oraz Dzieła wybrane, 1962, 3. Romer E., 1949, Regiony klimatyczne Polski, Prace Wroc. Tow. Nauk., Ser. B, 16, Sadowski M., 1983, Temperatura powietrza, IMGW, Warszawa. Schmuck A., 1961, Regiony termiczne Polski, Czas. Geogr., 32, 1, Thornthwaite C.W., 1931, The climates of North America according to a new classification, Geogr. 182

9 Regiony termiczne Europy Rev., 21, Trewartha G.T., 1954, An Introduction to Climate, Mc Graw-Hill, New York-London. Troll C., 1947, Der assymetrische Aufbau der Vegetationsszonen und Vegetationsstufen auf der Nordand Südhalbkugel, Ber. ü.d. Geobotan. Forsch.-Inst. Rübel i. Zürich. f.d., Zürich, Ustrnul Z., 2004, Metody analizy przestrzennej w badaniach klimatologicznych, [w:], Zastosowanie wybranych metod statystycznych w klimatologii, A. Bokwa, Z. Ustrnul (red.), Inst. Geogr. i Gosp. Przestrz. UJ, Kraków, Wissmann H. v., 1939, Die Klima- und Vegetationsgebiete Eurasiens, Z. Ges. Erdk, Berlin, Wiszniewski W., Chełchowski W., 1975, Charakterystyka klimatu i regionalizacja klimatyczna Polski, WKiŁ, Warszawa. Wiszniewski W., Chełchowski W., 1987, Regiony klimatyczne, [w:] Atlas hydrologiczny Polski, Wyd. Geol., Warszawa. Woś A., 1993, Klimat Polski, PWN, Warszawa. Summary This paper presents a thermal regionalisation of Europe. This classification was based on the monthly air temperature values ( ) originating from 805 meteorological stations. The k-means method (cluster method analysis) was applied in order to identify the regions. The k-means method produces exactly k different clusters of the greatest possible distinction. In total 5 thermal regions have been identified using this method based on the year (Fig. 2) and cold season (November-March) (Fig. 3) and the vegetation period (April-October) (Fig. 4). 183

10