Warunki topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego (Wyspa Króla Jerzego, Antarktyka) w sezonie letnim 2006/2007

Transkrypt

1 Warunki topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego (Wyspa Króla Jerzego, Antarktyka) w sezonie letnim 2006/2007 Marek KEJNA Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Instytut Geografii, Zakład Klimatologii, ul. Gagarina 9, Toruń <makej@geo.uni.torun.pl> Jednym z zadań badawczych projektu PBZ KBN 108/P04/2004 były porów nawcze badania topoklimatyczne w Arktyce na Spitsbergenie (Przybylak i in. 2007) oraz w Antarktyce w rejonie Stacji H. Arctowskiego. Badania te wykonywa no według tej samej metodyki. Warunki meteorologiczne na Wyspie Króla Jerzego (Szetlandy Południowe, Antarktyka) wykazują znaczne zróżnicowanie przestrzenne ze względu na duże de niwelacje terenu, ekspozycję, właściwości podłoża oraz lokalną cyrkulację atmosfe ryczną (Marsz i Rakusa Suszczewski 1987; Kejna 1999; Marsz i Styszyńska 2000; Kejna i Lagun 2004). Badania topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego prowadzono dotychczas w ograniczonym zakresie (Moczydłowski 1986; Piasecki 1988; Bintanja 1995; Kruszewski 2000; Kejna 1999, 2000; Zwolska 2001). W ramach realizacji w/w projektu w okresie od 19 grudnia 2006 r. do 17 lutego 2007 r. zainstalowano stanowiska pomiarowe w dwóch odmiennych fizjogra ficzne obszarach: na terenie oazy Point Thomas oraz na Lodowcu Ekologii i Ko pule Warszawy (Fig. 1). Przy pomiarach wykorzystano automatyczne stacje me teorologiczne firmy Davis (2 sztuki) oraz termohigrografy elektroniczne Madge Tech z rejestracją co 10 minut. Uzyskane wyniki porównano z danymi ze stacji au tomatycznej działającej na Stacji H. Arctowskiego. W analizowanym okresie na Stacji H. Arctowskiego wystąpiły bardzo zmienne warunki pogodowe (Tabela 2). Średni stopień zachmurzenia był znaczny i wyniósł 6,4 w skali od 0 8. Przeważały dni pochmurne (44 dni), w tym 16 dni z całkowitym zachmurzeniem. Ponadto wystąpiło 17 dni chmurnych i tylko 1 dzień pogodny. Wielkość usłonecznienia osiągnęła 238,4 godz., co daje przeciętnie 3,9 godziny ze słońcem na dzień. Największe usłonecznienie wystąpiło 19 stycznia 2007 r. (13,4 godz.), przeważały jednak dni z niewielkim usłonecznieniem lub też z brakiem słońca (17 dni). Przeciętny dopływ promieniowania słonecznego na Lodowcu Eko logii sięgnął 15,29 MJ/m 2 na dzień, a jego sumy dzienne wahały się od 4,3 MJ/m 2 (30.01.) do 28,8 MJ/m 2 ( ). Ciśnienie atmosferyczne charakteryzowało się znaczną zmiennością z dnia na dzień. Przy średniej wartości za cały okres pomia rowy wynoszącej 989,1 hpa, jego zakres zmieniał się od 965,4 hpa do 1006,4 hpa. Kierunek wiatru na stanowiskach HA, PT i LE1 nawiązywał do lokalnego układu rzeźby. Na stacji HA przeważały wiatry: WSW (18,8%), W (10,8%), ESE

2 60 Marek Kejna Tabela 1 Średnie wartości elementów meteorologicznych w rejonie Stacji H. Arctowskiego w okresie Element Stand XII XII I I I II II Zachmurzenie (0 8) HA 8,0 7,4 6,2 5,2 6,1 6,8 6,0 6,4 Usłonecznienie (godz./dzień) HA. 2,5 4,7 5,2 4,5 2,7 4,9 3,9 Promieniowanie słoneczne LE1 7,90 13,55 16,59 18,23 16,84 13,00 13,53 15,29 (MJ. m 2. dzień) UV (MED/dzień) LE1 1,02 1,78 2,18 2,00 1,95 1,39 1,29 1,74 Ciśnienie atmosferyczne (hpa) HA 986,2 986,3 986,1 984,7 999,0 987,4 991,4 989,1 HA 5,0 4,2 4,8 6,1 4,7 5,1 5,1 5,0 Prędkość wiatru PT 6,9 4,5 3,4 4,4 3,6 5,1 2,5 4,1 (m/s) LE1 4,5 4,5 4,4 6,2 4,4 4,6 5,0 4,8 Temperatura powietrza ( o C) Wilgotność względna powietrza (%) HA 1,0 1,7 2,2 2,4 3,6 2,3 3,3 2,5 WD 0,9 1,6 2,0 2,0 3,2 2,1 2,9 2,2 LEM 0,8 1,4 2,0 2,0 3,2 1,7 2,7 2,1 PT 0,1 0,7 1,0 1,2 2,7 0,8 2,3 1,4 JP 0,8 0,3 0,4 0,1 2,4 0,1 1,1 0,6 LE1 0,3 1,0 1,6 1,4 2,7 1,2 2,3 1,6 LE2 0,2 0,4 0,8 1,0 2,2 0,8 1,6 1,1 KW 1,6 1,5 1,3 1,3 0,3 1,4 0,2 1,0 HA WD LEM PT JP LE LE KW brak danych w okresie (10,9%) i SE (9,9%). Natomiast na PT najczęstsze wiatry były zgodne z przebie giem fiordu Ezcurra (SW 36,7%) oraz NW (14,2%) i NNW (14,0%). Na LE1 do minowały wiatry katabatyczne wiejące wzdłuż osi tego lodowca z Kopuły War szawy (SSW, SW i WSW w sumie 33,8%). Prędkość wiatru była również zróżni cowana ze względu na orografię, która sprzyja zwiększeniu prędkości wiatru poprzez efekty tunelowe i wiatry fenowe, ale i tworzeniu się miejsc zacisznych. Najsilniejsze wiatry wystąpiły na HA (5,1 m/s) ze względu na jej położenie u wy lotu dyszy, jaką jest fiord Ezcurra. Silne wiatry wiały również wzdłuż jęzora Lodowca Ekologii (LE1 4,8 m/s). Natomiast najsłabsze wiatry stwierdzono na PT (4,1 m/s). Najsilniejsze chwilowe prędkości wiatru wystąpiły na HA (33,3 m/s),

3 Projekt Zamawiany: PBZ KBN 108/PO4/ Fig. 1. Stanowiska meteorologiczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego w lecie roku. Fragment mapy: Admiralty Bay, King George Island (Battke 1990). Punkty pomiarowe: HA Stacja H. Arctowskiego, WD Włoska Dolinka, LEM Lod. Ekologii morena, PT Point Thomas, JP Jardine Peak, LE1 Lodowiec Ekologii 1, LE2 Lodowiec Ekologii 2, KW Kopuła Warszawy, automatyczne stacje meteorologiczne, termohigrografy elektroniczne. słabsze zaś na PT i LE1 (po 25,0 m/s). Relacje pomiędzy stanowiskami zmieniały się w zależności od kierunku wiatru. W przebiegu dobowym na wszystkich stano wiskach największe prędkości wiatru wystąpiły w godzinach okołopołudniowych, kiedy to narastają gradienty termiczno baryczne nad zróżnicowanym podłożem (lądowym, morskim i lodowcowym). Przy rozkładzie temperatury powietrza istotną rolę pełni ekspozycja danego tere nu, jego zacienienie, rodzaj i właściwości podłoża, wysokość nad poziom morza oraz lokalna cyrkulacja mas powietrza, a zwłaszcza efekty fenowe (Styszyńska 1990). Na analizowanym obszarze najwyższe temperatury wystąpiły na nizinie nadmorskiej, na której pobudowano Stację H. Arctowskiego (2,5 C). Jest to wynik korzystnej, do słonecznej ekspozycji otaczających wzniesień oraz efektów fenowych, a zwłaszcza mniejszego zachmurzenia nad stacją okno fenowe (Marsz i Styszyńska 2000). Stąd też notuje się tu najwyższe maksima dobowe temperatury powietrza. Niższe temperatury we WD (2,2 C) wynikają głównie z większego zacienienia tego rejonu. Jeszcze niższe temperatury wystąpiły w strefie marginalnej Lodowca Ekologii (LEM 2,1 C) ze względu na częsty spływ chłodnych mas powietrza z wnętrza wyspy. W terenach górskich temperatura powietrza obniżała się z wysokością: (PT 1,4 C, JP 0,6 C), jeszcze niższe temperatury występują na terenie zlodowaconym

4 62 Marek Kejna (LE1 1,6 C, LE2 1,1 C i KW 1,0 C). Średni gradient pomiędzy PT i HA wy niósł 0,66 o C/100 m. Wyżej (pomiędzy JP i PT) gradient temperatury jest jeszcze większy i wynosi 0,78 C/100 m. Te podwyższone gradienty świadczą o częstych procesach fenizacyjnych, jakie zachodzą po zawietrznej stronie Wyspy Króla Jer zego. Nad obszarami zlodowaconymi największy pionowy gradient temperatury występuje na kontakcie lodowca i jego strefy marginalnej (pomiędzy LE1 i LEM 0,62 C/100 m). Różnice te zwiększają się zwłaszcza przy intensywnej insolacji, która prowadzi do silnego nagrzania powierzchni morenowej, przy niskich tempe raturach powierzchni lodowca (ablacja zachodzi przy 0 C). Wpływ promieniowa nia słonecznego na powierzchnie śnieżno lodowcowe jest ograniczony ich wyso kim albedem. Na Kopule Arctowskiego albedo sięga 81,1 86,5% (Braun i in. 2001). W wyższych partiach Lodowca Ekologii i Kopule Warszawy spadek tem peratury powietrza sięgał od 0,66 C do 0,72 C/100 m. Zbliżone wartości gra dienty (0,71 C/100 m) występują na Kopule Arctowskiego (Braun i in. 2001). W przebiegu dobowym zmieniają się relacje pomiędzy analizowanymi stano wiskami, ze względu na różne właściwości cieplne podłoża. Przy symetrycznym względem południa słonecznego rozkładzie bilansu radiacyjnego (Prosek i in. 2000) w przebiegu temperatury zaznacza się jego wyraźna asymetria, z maksimum późno popołudniowym (Kejna 1999, Marsz, Styszyńska 2000). Zjawisko to jest charakte rystyczne zwłaszcza dla wybrzeża, podczas gdy na stacjach położonych na szczy tach górskich i na obszarze zlodowconym maksimum występuje wcześniej. Minima temperatury powietrza występują w czasie wschodu Słońca. Na stanowiskach zacie nionych występuje ich wyraźne opóźnienie. W przebiegu dobowym na terenie niez lodowaconym większe różnice temperatury występują w godzinach popołudnio wych i nocnych, natomiast na przedpolu Lodowca Ekologii, różnice zwiększają się w dzień w wyniku większego nagrzewania powietrza nad morenowo sandrowym podłożem. Na Lodowcu Ekologii i Kopule Warszawy relacje pomiędzy stanowiska mi (LE1, LE2 i KW) utrzymują się na zbliżonym poziomie przez całą dobę. Ampli tudy dobowe temperatury powietrza wzrastają z wysokością oraz przed czołem lo dowca. Na terenie zlodowaconym są one wyraźnie mniejsze. Wilgotność względna powietrza w rejonie Stacji H. Arctowskiego jest wysoka ze względu na duży udział morskich mas powietrza (Marsz, Styszyńska 2000). Średnia wilgotność względna powietrza na wybrzeżu wyniosła od 77 do 80% i wzrastała wraz z wysokością nad poziom morza do 86% na JP i 97% na KW. Na przebieg wilgotności względnej istotny wpływ wywierają wiatry fenowe, w czasie których maleje ona do 40 50%. Zmniejszenie wilgotności względnej następuje również przy napływie suchszych mas powietrza kontynentalnego z sektora od E przez S do SW (Marsz, Styszyńska 2000). Przebieg dobowy wilgotności względnej jest odwrotny względem temperatury powietrza. Na terenie niezlodowaconym większe różnice w nasyceniu powietrza pomiędzy stanowiskami występują w nocy, a na lodowcach w dzień. Zróżnicowanie topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego jest uzależnione od warunków pogodowych, wzrasta przy pogodzie

5 Projekt Zamawiany: PBZ KBN 108/PO4/ insolacyjno radiacyjnej, maleje zaś przy dużym zachmurzeniu. Znaczny wpływ wy wiera również kierunek wiatru i lokalna cyrkulacja atmosferycznej. Zróżnicowanie topo i mikroklimatyczne istotnie wpływa na funkcjonowanie geoekosystemu w rejonie Zatoki Admiralicji (Tatur 1996, Rakusa Suszczewski 2003). Badania tego geoekosystemu są szczególnie istotne w warunkach znaczne go wzrostu temperatury powietrza w tym rejonie (King 1994; Kejna 2003). Literatura cytowana BINTANJA R The local energy balance of the Ecology Glacier, King George Island Antarctica: Measurements and modelling. Antarctic Science 7 (3): BATTKE Z Admiralty Bay, King George Island (1:50 000). Institute of Geodesy and Cartogra phy, Warszawa. BRAUN M., SAURER H., VOGT S., SIMOES J.C. i GROSSMANN H The influence of large scale atmospheric circulation on the surface energy balance of the King George Island ice cap. Inter national Journal of Climatology 21: KEJNA M Air temperature in the Admiralty Bay region (King George Island, Antarctica), in the period according to meteorological data from the Arctowski Station. Wyd. Uniw. M. Kopernika, Toruń: 128 stron. KEJNA M Warunki meteorologiczne na obszarze SSSI nr 8 (Wyspa Króla Jerzego, Antarktyka) w 1996 r. Acta Univ. N. Copernici, Geografia 31: KEJNA M Trends of air temperature of the Antarctic during the period Polish Po lar Research 24 (2): KING J.C Recent climate variablity in the vicinity of the Antarctic Peninsula. International Journal of Climatology 14: KRUSZEWSKI G Inwersje temperatury powietrza. W: A.A. Marsz i A. Styszyńska (red.) Główne cechy klimatu rejonu Polskiej Stacji Antarktycznej im. H. Arctowskiego. Wyższa Szkoła Morska, Gdynia: MARSZ A.A. i RAKUSA SUSZCZEWSKI S Charakterystyka ekologiczna rejonu Zatoki Admira licji (King George Island, South Shetland Islands). 1. Klimat i obszary wolne od lodu. Kosmos 36 (1): MARSZ A.A. i STYSZYŃSKA A. (red.) Główne cechy klimatu rejonu Polskiej Stacji Antark tycznej im. H. Arctowskiego. Wyższa Szkoła Morska, Gdynia; 264 stron. MOCZYDŁOWSKI E Microclimate of the nest sites of pygscelid penguins (Admiralty Bay, South Shetland Island). Polish Polar Research 7 (4): PIASECKI J Wybrane problemy przebiegu elementów meteorologicznych w rejonie lodowca Sphinx podczas lata antarktycznego 1978/79 r. (Zatoka Admiralicji, Wyspa Króla Jerzego). Acta Univ. Wratislav. 738: PRZYBYLAK R., KEJNA M., ARAŹNY A. i GŁOWACKI P. (red.) (w druku). Abiotyczne środo wisko Spitsbergenu w latach w warunkach globalnego ocieplenia. Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. RAKUSA SUSZCZEWSKI S Functioning of the geoecosystem for the west side of Admiralty Bay (King George Island, Antarctica): Outline of research at Arctowski Station. Ocean and Po lar Research 25 (4): STYSZYŃSKA A The effect of wind direction and orography on air temperature at the Arctowski Station. Polish Polar Research 11 (1 2): TATUR A Reakcja ekosystemu Antarktyki na zmiany klimatu. Problemy Klimatologii Polarnej 5: Toruń. ZWOLSKA I Spatial differentiation of ground surface temperature in the region of Admiralty Bay in 1998 (King George Island, South Shetlands). Folia Fac. Sci. Nat. Univ. Masarysk. Brunen., Geographia 25: