DNI PZYMROZKOWE W WARSZAWIE ( ) FROST DAYS IN WARSAW ( )

Transkrypt

1 Monika LISOWSKA Zakład Klimatologii UW Warszawa DNI PZYMROZKOWE W WARSZAWIE ( ) FROST DAYS IN WARSAW ( ) Problemem występowania termicznych dni charakterystycznych w różnych częściach Polski zajmowało się wielu badaczy, m.in.: Owczarek (2000), M i ę - tus (2006), Ż mudzka (2009). Zagadnienie termicznych dni charakterystycznych w Warszawie podejmowała Kossowska-Cezak (2003). Badała przede wszystkim przebieg roczny tych dni oraz zmiany ich częstości. Dni przymrozkowe bardzo często są badane w kontekście ich niekorzystnego wpływu na rolnictwo, sadownictwo i leśnictwo: Dragań ska i in. (2004), Dudek i in. (2012). Wyraźne i niekwestionowane ocieplenie się klimatu spowodowało zmiany częstości dni przymrozkowych także na obszarach miejskich. Celem niniejszego opracowania jest poznanie liczby dni i długości okresu przymrozkowego w ostatnim 30-leciu oraz określenie zależności występowania dni przymrozkowych od cyrkulacji atmosferycznej, a także zbadanie, jak dalece te warunki zależą od położenia na terenie miasta. Materiały i metoda opracowania Dni charakterystyczne to jedna z licznych charakterystyk termicznych. Wyznaczane są na podstawie wartości temperatury maksymalnej albo minimalnej. W niniejszym opracowaniu za dzień przymrozkowy uznano taki, w którym temperatura minimalna była niższa od 0 C, a maksymalna wyższa od 0 C (Kossowska-Cezak i in., 2000; Słownik meteorologiczny, 2003). Prz. Geof. LVIII, 1 2 (2013)

2 56 M. Lisowska Do delimitacji dni przymrozkowych wykorzystano wartości dobowe temperatury maksymalnej i minimalnej z 30-lecia Pochodzą one z dwóch stacji w Warszawie peryferyjnej na Okęciu oraz śródmiejskiej na Uniwersytecie Warszawskim. Dane ze UW mogą być obciążone błędami pomiarowymi wynikającymi ze zmiennego sposobu pracy stacji w badanym okresie. Cyrkulacja atmosferyczna została opisana na podstawie Kalendarza typów cyrkulacji według Lityńskiego (1969), zmodyfikowanego przez Pianko-Kluczyń ską (2007), a także mas powietrznych sczytanych z Codziennych Biuletynów Meteorologicznych ( ). Na podstawie wartości temperatury minimalnej i maksymalnej wyznaczono dni przymrozkowe. Została określona ich liczba w każdym miesiącu oraz liczba średnia, a także daty początku i końca okresu z tymi dniami, średnie i skrajne. Ponadto wyznaczono długość okresu przymrozkowego, także średnią i skrajną. Scharakteryzowano prawdopodobieństwo wystąpienia dni przymrozkowych w makrotypach cyrkulacji według Lityńskiego oraz w poszczególnych typach mas powietrznych. Ponadto obliczono częstość warunkową przekroczenia określonych wartości temperatury minimalnej w dniach przymrozkowych. Wyniki odniesiono do wszystkich przypadków pojawienia się dnia przymrozkowego w danej masie powietrznej i przedstawiono w postaci krzywych skumulowanych prawdopodobieństwa. Wyniki W Warszawie najczęściej występującym termicznym dniem charakterystycznym jest dzień przymrozkowy (Lisowska, 2011). W latach średnio rocznie było ich ponad 70 na Okęciu i poniżej 55 w śródmieściu (tab. 1). Różnica ta wynika z położenia stacji UW w centrum miasta, gdzie silnie zaznacza się ocieplające oddziaływanie zabudowy miejskiej (Wawer, 1997, 1998; Lorenc, Mazur, 2003). Tabela. 1. Średnia miesięczna liczba dni przymrozkowych w Warszawie ( ) Table. 1. The average number of frost days in Warsaw ( ) VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI I-XII Okęcie - - 0,2 5,5 9,0 11,5 10,3 11,5 15,7 6,7 0,4-70,9 UW ,7 7,4 10,0 9,0 9,8 12,5 2, ,2 Na obu stacjach dni przymrozkowe są najczęściej w marcu. Połowa dni tego miesiąca na Okęciu odznacza się występowaniem przymrozków. W okresie od listopada do lutego 1/3 dni jest w Warszawie dniami przymrozkowymi. Na Okęciu

3 Dni przymrozkowe w Warszawie ( ) 57 nie występują tylko w 3 miesiącach w roku od czerwca do sierpnia. Na stacji uniwersyteckiej nie ma ich także w maju ani wrześniu. Na stacji peryferyjnej majowe i wrześniowe przymrozki pojawiają się sporadycznie, w badanym wieloleciu był to średnio jeden dzień w miesiącu. Bardzo zbliżone wyniki uzyskała Kossowska- -Cezak (2003), badająca częstość występowania dni przymrozkowych na Okęciu w latach Podobieństwo wyników nie świadczy jednak o takich samych warunkach termicznych; w latach występowało więcej dni mroźnych i bardzo mroźnych. Okres przymrozkowy średnio rozpoczyna się 12 października na Okęciu i o dwa tygodnie później w Śródmieściu. Najwcześniejszy przymrozek pojawił się 27 września na Okęciu (1976, 1977) i 1 października na stacji śródmiejskiej (1993). Najpóźniejsze daty rozpoczęcia okresu przymrozkowego przypadły na 11 listopada na stacji peryferyjnej w roku 1989 i 26 listopada na stacji śródmiejskiej w roku 1996 (rys. 1, rys. 2). W Warszawie okres przymrozkowy kończy się średnio 25 kwietnia na Okęciu i 13 dni wcześniej w śródmieściu. Na pierwszej ze stacji najpóźniejsze przymrozki wystąpiły 25 maja 1991, a na drugiej 28 kwietnia 1988 r. Podobnie w latach najwcześniejszy przymrozek na Okęciu pojawił się 27 września, a najpóźniejszy 25 maja (Kossowska-Cezak, 2003). Rys. 1. Daty początku i końca okresu z dniami przymrozkowymi oraz długość okresu na stacji Warszawa-Okęcie ( ) Fig. 1. Date of beginning and end of the period with frost days and the length of this period in Warsaw-Okęcie ( )

4 58 M. Lisowska Rys. 2. Daty początku i końca okresu z dniami przymrozkowymi oraz długość okresu na stacji Warszawa-Uniwersytet ( ) Fig. 2. Date of beginning and end of the period with frost days and the length of this period in Warsaw-University ( ) Okres przymrozkowy średnio trwa na Okęciu 195 dni, a na stacji uniwersyteckiej jest o ponad 25 dni krótszy. W 30-leciu najkrótszy okres wyniósł 140 dni na stacji śródmiejskiej (sezon 1983/1984) i 152 na peryferyjnej (1989/1990). Najdłuższy natomiast trwał 228 dni na Okęciu (1977/1978) i 201 dni w śródmieściu (1998/1999). Okres przymrozkowy jest zdecydowanie dłuższy na Okęciu niż w śródmieściu. Na stacji peryferyjnej przymrozki zarówno pojawiają się wcześniej, jak i też zanikają później. Daty początku i końca tego okresu są nieznacznie zmienne z sezonu na sezon, tylko w niektórych latach znacznie odbiegają od średniej wieloletniej. Na obu stacjach dni przymrozkowe najczęściej występują w sytuacji antycyklonalnej. W latach aż 45% dni przymrozkowych pojawiło się w sytuacji antycyklonalnej. Podobnie najwyższa częstość warunkowa wystąpienia dni przymrozkowych jest związana z układem antycyklonalnym. W śródmieściu wynosi ona ponad 15%, a na Okęciu jest o ok. 3% mniejsza (tab. 2). Na stacji peryferyjnej raz na 10 przypadków można spodziewać się wystąpienia przymrozków przy makrotypie zerowym, w przypadku układu cyklonalnego zaś jest ono o połowę mniejsze. Na stacji śródmiejskiej prawdopodobieństwo wystąpienia dni przymrozkowych jest podobne przy wszystkich makrotypach cyrkulacji.

5 Dni przymrozkowe w Warszawie ( ) 59 Tabela 2. Częstość warunkowa i częstość występowania dni przymrozkowych w makrotypach cyrkulacji w Warszawie ( ) Table 2. Conditional frequency and frequency of occurrence frost days in macrotypes in Warsaw ( ) Makrotyp Macrotype Częstość warunkowa (%) Conditional frequency Częstość występowania (%) Frequency of occurence Okęcie Uniwersytet Okęcie Uniwersytet a 12,8 15,6 45,4 44,3 o 9,6 14,7 25,6 30,0 c 4,8 13,9 29,0 25,7 Częstość dni przymrozkowych nie wykazuje istotnych różnic między kierunkami adwekcji. Na obu stacjach nieznacznie większa częstość (14%) towarzyszyła napływowi powietrza z południo-zachodu (tab. 3). Tabela. 3. Częstość warunkowa i częstość występowania dni przymrozkowych w zależności od kierunku adwekcji powietrza w Warszawie ( ) Table. 3. Conditional frequency and frequency of occurrence frosty days depending on the direction of air advection in Warsaw ( ) Kierunek adwekcji Advection direction Częstość warunkowa (%) Conditional frequency Częstość występowania (%) Frequency of occurence Okęcie Uniwersytet Okęcie Uniwersytet N 9,3 16,5 13,9 14,1 NE 14,3 13,9 8,6 9,3 E 19,3 14,1 7,9 8,9 SE 17,2 18,7 9,5 11,7 S 10,3 15,0 11,3 11,7 SW 3,1 14,9 14,9 13,6 W 3,0 14,0 11,6 10,2 NW 3,3 12,6 12,6 11,4 0 11,1 14,5 9,8 9,1 Na Okęciu największa częstość warunkowa wystąpienia dni przymrozkowych jest związana z napływem powietrza z sektora wschodniego, a najmniejsza z zachodniego. Przy adwekcji z kierunku wschodniego raz na 5 przypadków zanotowano przymrozek. Na stacji śródmiejskiej natomiast prawdopodobieństwo wystąpienia dni przymrozkowych prawie równomiernie rozkłada się na wszystkie kierunki adwekcji. Najniższe, ok. 13%, jest przy napływie mas powietrza z północo-zachodu, a największe, niemal 19%, przy adwekcji z południo-wschodu.

6 60 M. Lisowska Tabela 4. Częstość warunkowa i częstość występowania dni przymrozkowych w typach cyrkulacji w Warszawie ( ) Table 4. Conditional frequency and frequency of occurrence frost days in atmospheric circulation types in Warsaw ( ) Typ cyrkulacji Atmospheric circulation type Częstość warunkowa (%) Conditional frequency Częstość występowania (%) Frequency of occurrence Okęcie Uniwersytet Okęcie Uniwersytet N c 8,7 18,7 4,7 5,3 N a 9,4 13,9 5,7 5,1 N o 10,1 17,8 3,5 3,7 NE c 12,6 13,8 2,0 2,2 NE a 13,1 12,7 4,3 4,2 NE o 18,1 16,4 2,4 2,9 E c 9,6 17,7 1,9 2,7 E a 22,3 14,3 4,2 4,8 E o 22,6 9,8 1,8 1,4 SE c 6,7 13,4 1,4 2,1 SE a 21,7 21,3 5,4 6,6 SE o 18,6 19,0 2,7 3,0 S c 4,7 12,0 3,3 3,3 S a 15,8 17,9 4,6 5,0 S o 10,5 14,9 3,4 3,3 SW c 0,7 13,8 4,6 5,0 SW a 6,8 18,7 6,3 5,6 SW o 2,3 12,0 4,0 3,0 W c 0,8 13,2 3,6 3,1 W a 5,9 13,8 5,1 4,1 W o 1,5 15,3 3,0 3,1 NW c 1,6 11,2 4,5 3,8 NW a 5,4 13,8 5,2 4,2 NW o 3,0 12,9 2,8 3,2 O c 6,2 13,1 3,0 2,5 O a 14,7 14,9 4,6 4,5 O o 9,8 15,6 2,2 2,2 Częstość warunkowa pojawienia się dni przymrozkowych na stacji UW jest również podobna przy wszystkich typach cyrkulacji. Największa występuje w typie SE a (ponad 20%), a najmniejsze w E o (poniżej 10%). Bardziej zróżnicowany rozkład

7 Dni przymrozkowe w Warszawie ( ) 61 częstości zaobserwowano na Okęciu. Na tej stacji raz na pięć przypadków przymrozki występują w typach E a, E o i SE a (tab. 4). Niewielkie prawdopodobieństwo (poniżej 1%) towarzyszy typom cyrkulacji SW c, a także W c. Na Okęciu zaobserwowano wyraźną zależność wystąpienia dnia przymrozkowego od cyrkulacji atmosferycznej. Jednoznacznie można stwierdzić, przy których typach cyrkulacji częstość warunkowa wystąpienia przymrozków jest największa, a przy których pojawiają się one sporadycznie. W przypadku stacji UW częstość warunkowa oraz częstość występowania dni przymrozkowych są zbliżone przy wszystkich typach cyrkulacji oraz kierunkach adwekcji. W związku z tym można stwierdzić, że na tej stacji warunki lokalne modyfikują znacząco wpływ cyrkulacji na pojawianie się przymrozków. Badania klimatu Warszawy potwierdziły znaczny stopień deformacji naturalnych warunków termicznych (Kossowska-Cezak, 2002; Wawer, 1997), wilgotnościowych (Adamczyk, 2011) i aerologicznych (Kossowska- -Cezak, Bareja, 1999) w centrum miasta w stosunku do obszarów peryferyjnych. Dodatkowo specyficzne położenie stacji UW na dziedzińcu Kampusu w bliskim sąsiedztwie kilkukondygnacyjnej zabudowy może ograniczać pojawianie się przymrozków na tym obszarze. Najczęstsze występowanie dni przymrozkowych (ponad 50%) jest związane z adwekcją powietrza polarnego morskiego. Tak wysoka częstość przymrozków w tej masie powietrznej spowodowana jest tym, że w latach powietrze polarne morskie napływało przez 67% dni do Warszawy (Lisowska, 2011). Około 30% przymrozków wystąpiło przy adwekcji powietrza arktycznego (tab. 5). Na obu stacjach nie ma dni przymrozkowych przy napływie powietrza zwrotnikowego i sporadycznie pojawiają się w dniach z nieokreślonymi masami powietrznymi (poniżej 1%). Najwyższa częstość warunkowa wystąpienia dni przymrozkowych jest związana z adwekcją powietrza arktycznego. Na Okęciu wynosi ono ok. 29%, a w śródmieściu jest o 5% mniejsza. Także dosyć często (raz na 5 przypadków) przymrozki występują w masie powietrza polarnego kontynentalnego. Tabela 5. Częstość warunkowa i częstość występowania dni przymrozkowych w masach powietrza w Warszawie w latach Table 5. Conditional frequency and frequency of occurrence frost days in air masses in Warsaw ( ) Masa powietrza (Air mass) Częstość warunkowa (%) Conditional frequency Częstość występowania (%) Conditional frequency Okęcie Uniwersytet Okęcie Uniwersytet PA 28,5 24,0 31,1 32,2 PPm 14,7 11,0 56,3 52,3 PPk 20,5 19,4 11,8 14,0 PZ X 15,2 15,2 0,8 1,0

8 62 M. Lisowska Rys. 3. Krzywe prawdopodobieństwa wystąpienia temperatury minimalnej powietrza poniżej określonych wartości w czasie dni przymrozkowych w różnych masach powietrznych w Warszawie ( ) Fig. 3. Cumulative distribution function for minimum air temperature below certain values during the frost days in different air masses in Warsaw ( ) Najniższe wartości temperatury minimalnej w dniach przymrozkowych występują w powietrzu polarnym kontynentalnym i arktycznym. Podczas adwekcji tych mas powietrznych z ok. 25% prawdopodobieństwem można stwierdzić, że temperatura minimalna spadnie poniżej -5 C. W powietrzu polarnym morskim prawdopodobieństwo wystąpienia takiej temperatury jest o ponad połowę mniejsze (rys. 3). W latach krotnie w czasie dnia przymrozkowego temperatura minimalna spadła poniżej -10 C. Oznacza to, że dzień przymrozkowy był jednocześnie dniem bardzo mroźnym. Najczęściej zachodziło to przy typie E a, N a oraz 0 a. W trzech przypadkach temperatura minimalna spadła poniżej -15 C, osiągając wartość -16 C. Sytuacja taka wystąpiła: 9 II 1976 (w PPk i typie cyrkulacji 0 a ), 30 I 1980 (w PA i typie 0 a ) i 6 I 1982 (w PA i typie NE c ). Tak niskie wartości temperatury minimalnej przy temperaturze maksymalnej powyżej 0 C związane są z przejściem frontu atmosferycznego przez Warszawę, co spowodowało zaburzenie normalnego dobowego przebiegu temperatury powietrza.

9 Dni przymrozkowe w Warszawie ( ) 63 Podsumowanie i wnioski Dni przymrozkowe, z dodatnią temperaturą powietrza w ciągu dnia i ujemną w nocy, najwcześniej pojawiają się 27 września na Okęciu i 1 października na stacji położonej w śródmieściu (Uniwersytet Warszawski). Najpóźniej okres przymrozkowy rozpoczyna się 11 listopada na pierwszej stacji i 26 listopada na drugiej. Średnio rozpoczyna się on 12 października na Okęciu i o dwa tygodnie później w śródmieściu. Okres przymrozkowy średnio kończy się 25 kwietnia na pierwszej stacji i 13 dni wcześniej na drugiej. Najpóźniejsze przymrozki na Okęciu wystąpiły 25 maja, a na stacji UW 28 kwietnia. Okres przymrozkowy średnio trwa na Okęciu 195 dni, a na stacji uniwersyteckiej jest o ponad 25 dni krótszy. Dni przymrozkowe w ciągu roku najczęściej są w marcu. Średnio połowa dni tego miesiąca odznacza się występowaniem przymrozków. Najrzadziej występują w październiku i kwietniu. Na Okęciu sporadycznie pojawiają się w maju i wrześniu. Na obu warszawskich stacjach prawdopodobieństwo wystąpienia dni przymrozkowych jest związane z napływem zimnych mas powietrznych, arktycznej oraz polarnej kontynentalnej, z których adwekcją w chłodnej porze roku jest związany spadek temperatury powietrza. W śródmieściu rozkład prawdopodobieństwa przymrozków w makrotypach oraz w zależności od kierunku adwekcji powietrza jest równomierny, podczas gdy na Okęciu największe prawdopodobieństwo ich wystąpienia towarzyszy układowi cyklonalnemu i adwekcji z sektora wschodniego. Na Okęciu zaobserwowano wyraźną zależność wystąpienia dnia przymrozkowego od cyrkulacji atmosferycznej. Na stacji UW natomiast warunki lokalne znacząco modyfikują wpływ cyrkulacji na pojawianie się przymrozków. Wynika to ze specyficznego położenia stacji uniwersyteckiej w centrum Warszawy, które charakteryzuje się powolnym tempem nagrzewania i wychładzania w odróżnieniu od obszarów peryferyjnych (Stopa-Boryczka i in., 2011). Materiały wpłynęły do redakcji 15 V Literatura Adamczyk A, 2011, Warunki termiczne i wilgotnościowe Aglomeracji Warszawskiej. Prace i Studia Geogr., 47, Codzienny Biuletyn Meteorologiczny, , IMGW, Warszawa. Dudek S., Żarski J., Kuśmierek-Tomaszewska R., 2012, Tendencja zmian występowania przymrozków przygruntowych w rejonie Bydgoszczy. Woda Środowisko Obszary wiejskie, 12, 2, Dragańska E., Rynkiewicz I., Panfil M., 2004, Częstotliwość i intensywność występowania przymrozków w Polsce północno-wschodniej w latach Acta Agrophysica, 3(1), Kossowska-Cezak U., 2002, Zmiany różnicy temperatury powietrza między śródmieściem a peryferiami Warszawy od 1933 do 2000 roku. Prz. Geof., 47, 3-4, Kossowska-Cezak U., 2003, Współczesne ocieplenie a częstość dni charakterystycznych. Balneologia Polska, 45, 1-2,

10 64 M. Lisowska Kossowska-Cezak U., Bareja P., 1999, Wpływ zabudowy miejskiej Warszawy na kierunek i prędkość wiatru. Acta Univ. Lodz., Folia Geogr. Physica, 3, Kossowska-Cezak U., Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M., 2000, Meteorologia i klimatologia: pomiary, obserwacje, opracowania. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa. Lisowska M., 2011, Wpływ cyrkulacji atmosferycznej na termiczne dni charakterystyczne w Warszawie w latach Praca magisterska, Zakład Klimatologii, WGSiR UW, Warszawa. Lityński J., 1969, Liczbowa klasyfikacja typów cyrkulacji i typów pogody dla Polski. Prace PIHM, 97, Lorenc H., Mazur A., 2003, Współczesne problemy klimatu Warszawy. IMGW, Warszawa. Miętus M. (red.), 2006, Klimat rynny Jezior Raduńskich. IMGW, Warszawa. Owczarek M., 2000, Charakterystyka elementów klimatu Gdyni w latach Wiad. IMGW, 23(44), 1, Pianko-Kluczyńska K., 2007, Nowy kalendarz typów cyrkulacji wg J. Lityńskiego. Wiad. Met., Hydr., Gosp. Wod., I, 4, Słownik meteorologiczny, 2003, red. T. Niedźwiedź, PTGeof. / IMGW, Warszawa. Stopa-Boryczka M., Boryczka J., Wawer J., Grabowska K., 2011, Cykliczne zmiany miejskiej wyspy ciepła w Warszawie i ich przyczyny. Prace i Studia Geogr., 47, Wawer J., 1997, Miejska wyspa ciepła w Warszawie. Prace i Studia Geogr., 20, Wawer J., 1998, Częstość miejskiej wyspy ciepła w Warszawie. Acta Univ. Lodz., Folia Geogr. Physica, 3, Żmudzka E., 2009, Changes of thermal conditions in the Polish Tatra Mountains. Landform Analysis, 10, Streszczenie Na podstawie wartości temperatury maksymalnej i minimalnej z trzydziestolecia , z dwóch stacji meteorologicznych w Warszawie peryferyjnej na Okęciu i śródmiejskiej na Uniwersytecie Warszawskim obliczono średnią miesięczną liczbę dni przymrozkowych (z temperaturą minimalną poniżej 0 C i maksymalną powyżej 0 C), a także wyznaczono okres ich występowania w ciągu roku. Na podstawie zmodyfikowanego Kalendarza typów cyrkulacji według Lityńskiego i danych o masach powietrznych określono prawdopodobieństwo pojawiania się przymrozków podczas dni o określonych typach cyrkulacji i adwekcji poszczególnych mas powietrznych. Dni przymrozkowe występują od października do kwietnia, a sporadycznie także we wrześniu i maju. Są najczęstszymi dniami charakterystycznymi w Warszawie, najwięcej jest ich w marcu, a najmniej w październiku i kwietniu. Długość okresu przymrozkowego jest o ponad 25 dni dłuższa na stacji peryferyjnej niż na śródmiejskiej. Największe prawdopodobieństwo wystąpienia przymrozków jest związane z adwekcją powietrza arktycznego oraz polarnego kontynentalnego. Na Okęciu zaobserwowano wyraźną zależność występowania dni przymrozkowych od typu cyrkulacji. Na stacji śródmiejskiej warunki lokalne modyfikują znacząco wpływ cyrkulacji na pojawianie się przymrozków. S ł owa kluczowe: dzień przymrozkowy, cyrkulacja atmosferyczna, masy powietrzne, Warszawa

11 Dni przymrozkowe w Warszawie ( ) 65 Summary On the basis on daily values of maximum and minimum temperature from years of the two weather stations in Warsaw Okęcie and the University calculated average monthly number of frost days (with a minimum temperature below 0 C and maximum over 0 C) and determination the periods of their occurrence during the year. Atmospheric circulation was characterized by using modified Calendar of circulation types after Lityński and air masses. Then was determined its influence on occurrence of frost days. In addition has been calculated probability of exceeded certain values of minimum air temperature during the frost days in each air mass. The results are presented as a cumulative distribution function. Frost days during the year are most common in March. Approximately half days in this month is frostiness. Frost days are related with anticyclonic types and airflow from eastern sector. The highest probability of their occurrence is in arctic and continental polar air masses. Key words: frost day, atmospheric circulation, air masses, Warsaw