XIV. PROGNOZY ZMIAN KLIMATU WARSZAWY

Transkrypt

1 JERZY BORYZKA MARIA STOPA BORYZKA HALINA LOREN BOŻENA KIIŃSKA ELŻBIETA BŁAŻEK JAN SKRZYPZUK XIV. PROGNOZY ZMIAN KLIMATU WARSZAWY atlas WSPÓŁZALEŻNOŚI PARAMETRÓW METEOROLOGIZNYH I GEOGRAFIZNYH W POLSE Warszawa

2 XIII. NOWE PROGNOZY ZMIAN TEMPERATURY POWIETRZA W WARSZAWIE W XXI WIEKU WEDŁUG POMIARÓW Z LAT Prgnzy tendencji temperatury pwietrza w Warszawie na lata według danych z lat (Obserwatrium Astrnmiczne ) pracwan p raz pierwszy na pdstawie tzw. mdelu reknstrukcyjn-prgnstyczneg wielletnich zmian temperatury pwietrza (Bryczka 1984, wzór 133).W mdelu tym, prócz interferencji 6 cykli długściach 1=1 rk, 2 =11.2 lat, 3 =22 lat, 4 =18.6 lat, 5 = 90 lat, 6 = 220 lat, uwzględnin ddatkw mdulację cyklu rczneg częstści 1=2 przez cykle częstściach mniejszych. Prgnzy przebiegu rczneg temperatury pwietrza w Warszawie w latach wg mdelu reknstrukcyjn-prgnstyczneg zweryfikwan w 30-leciu Zweryfikwan także prgnzy przebiegu rczneg temperatury pwietrza w Warszawie w latach (w miesiącach, seznach i rku) w 25-leciu ). Na gół, wiarygdne są prgnzy zmian temperatury pwietrza w Warszawie na lata pracwane na pdstawie danych z Obserwatrium Astrnmiczneg z lat (Bryczka i in., 2000; wzry s , wykresy s ). Prównan średnie wartści temperatury pwietrza w różnych przedziałach czasu (miesiące, pry rku, rk) zmierzne w Warszawie na Okęciu (T) z prgnzwanymi f(t) na lata Funkcje trendów czaswych temperatury pwietrza T = f(t), gdy at= 0 i T= F(t) ze składnikiem liniwym at wzięt z Atlasu, t. XIV. Pnadt zweryfikwan prgnzy zmian temperatury pwietrza d rku 2100 w różnych miejscach Eurpy, dtyczących zimy i lata, miesięcy styczeń i lipiec raz średniej rcznej, publikwanych w trzech tmach czaspisma Atlas współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce (rzdz. IX): Zima i lat (Bryczka i in., 2003, t. XVII, rzdz. V Zmiany temperatury pwietrza w Eurpie w XVIII-XX wieku. Prgnzy p rk 2100, s ) Styczeń i lipiec (Bryczka i in., 2005, t. XIX, rzdz. IV. Ochłdzenia i cieplenia klimatu Eurpy w statnich stuleciach, s Rk (Stpa-Bryczka i in., 2007, t. XX-XXI, rzdz. III. Ochłdzenia i cieplenia klimatu Eurpy w XIX-XXI wieku, s Zweryfikwan prgnzy zmian temperatury pwietrza (d rku 2100) w 10 miastach wybranych spśród 40 miejsc Eurpy: Anglia śrdkwa ( ), Greenwich ( ), Paryż ( ), Berlin ( ), Warszawa ( i ), Mskwa ( ), Sztkhlm ( ),, Zurych ( ), Rzym ( ).,Wiedeń ( ) i Kijów ( ) (rzdz. IX, rys.1). Nwe prgnzy zmian temperatury pwietrza w Warszawie w latach pracwan na pdstawie danych z lat Utwrzn nwą serię średnich miesięcznych wartści temperatury pwietrza dliczebnści n = 237 lat, łącząc dane z lat (Warszawa-Obserwatrium, seria hmgeniczna, H. Lrenc) i (Warszawa-Okęcie). Prgnzy pracwan dla pszczególnych miesięcy, pór rku i rku, uwzględniając kresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w latach , gdzie ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera-Snedecra (tab. 1-17, rys. 1-51). Okresy Θ t minima lkalne zamieszcznych widm temperatury pwietrza w przedziale 2.1 Θ 250 lat z dstępem Θ c 0,1 rku. Na gół, spadki wariancji resztkwej ε 2 przy Θ 250 lat świadczą, że istnieją cykle długie, które nie są becne w widmach temperatury, lecz występują w widmach danych dendrlgicznych. Dlateg też w prgnzach uwzględnin ddatkw cykl 179 lat (astrnmiczny). 305

3 Reknstrukcję temperatury pwietrza w latach i prgnzę jej zmian w latach przeprwadzn według dwóch rdzajów wypadkwych interferencji cykl : 1. ze składnikiem liniwym F(t) = a + a t + (tab. 1-17) 2. bez składnika liniweg f(t), (at =0). Dkładnść aprksymacji wyników pmiarów charakteryzują współczynniki krelacji wielkrtnej R Nwe prgnzy zmian temperatury pwietrza w Warszawie w klejnych miesiącach w latach STYZEŃ 12,2 ε 2 STYZEŃ ( ) 12,0 11,8 11,6 11, Θ Rys. 1. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w styczniu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 1. Spectrum f air temperature in Warsaw in January in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 1. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w styczniu, w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 1. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in January in years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + ; R= Θ b c ε 2 R F bl 3,3 0, , ,658 0,186 4,245 7,8 0, , ,723 0,171 3,564 9,2 0, , ,618 0,195 4,668 11,5 0, , ,891 0,124 1,840 22,4 0, , ,892 0,123 1,830 27,0 0, , ,001 0,079 0,737 41,6 0, , ,940 0,106 1,346 69,7 0, , ,871 0,130 2, ,6 0, , ,599 0,199 4, ,0 0, , ,979 0,089 0,

4 A F(t) T STYZEŃ 3,0 1,0-1,0-3,0-5,0-7,0-9,0-11,0-13,0-15, B F(t) Ti I 3,0 0,0-3,0-6,0-9,0-12,0-15, Rys. 2. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w styczniu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 2. Air temperature changes in Warsaw in January in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 307

5 A f(t) T STYZEŃ 3,0 0,0-3,0-6,0-9,0-12,0-15, B f(t) Ti I 3,0 0,0-3,0-6,0-9,0-12,0-15, Rys. 3 Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w styczniu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 3. Air temperature changes in Warsaw in January in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 308

6 LUTY 10,8 10,7 ε 2 LUTY ( ) 10,6 10,5 10,4 10,3 10, Θ Rys. 4. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w lutymw latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 4. Spectrum f air temperature in Warsaw in February in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 2. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w lutym, w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 2. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in February in years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + ; R= Θ b c ε 2 R F bl 3,8 0, , ,452 0,154 2,880 5,2 0, , ,403 0,168 3,451 8,3 0, , ,287 0,198 4,826 14,0 0, , ,341 0,185 4,182 15,2 0, , ,545 0,123 1,809 18,1 0, , ,528 0,129 2,003 22,3 0, , ,586 0,106 1,343 29,6 0, , ,596 0,101 1, ,9 0, , ,453 0,154 2, ,0 0, , ,702 0,019 0,

7 5,0 A F(t) T LUTY 0,0-5,0-10,0-15, ,0 B F(t) T II 0,0-5,0-10,0-15, Rys. 5. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lutym w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 5. Air temperature changes in Warsaw in February in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 310

8 5,0 A f(t) T LUTY 0,0-5,0-10,0-15, B f(t) T II 5,0 0,0-5,0-10,0-15, Rys. 6. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lutym w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 6. Air temperature changes in Warsaw in February in the years ft) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 311

9 MARZE 6,9 ε 2 MARZE ( ) 6,8 6,7 6,6 6,5 6,4 6, Θ Rys. 7. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w marcu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 7. Spectrum f air temperature in Warsaw in March in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 3. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w marcu, w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 3. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in March in years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =-13, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 4,0 0, , ,622 0,188 4,338 7,8 0, , ,553 0,213 5,631 11,1 0, , ,598 0,197 4,785 19,7 0, , ,689 0,160 3,107 24,0 0, , ,784 0,108 1,404 37,3 0, , ,761 0,123 1,812 47,8 0, , ,769 0,118 1,670 82,5 0, , ,519 0,224 6, ,0 0, , ,680 0,164 3, ,0 0, , ,843 0,056 0,

10 A F(t) T MARZE 7,0 2,0-3,0-8, B F(t) T III 7,0 2,0-3,0-8, Rys. 8. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w marcu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 8. Air temperature changes in Warsaw in March in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 313

11 A f(t) T MARZE 7,0 2,0-3,0-8, B f(t) T III 7,0 2,0-3,0-8, Rys. 9. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w marcu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 9. Air temperature changes in Warsaw in March in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 314

12 KWIEIEŃ 3,9 ε 2 KWIEIEŃ ( ) 3,8 3,7 3,6 3, Θ Rys. 10. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w kwietniu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 10. Spectrum f air temperature in Warsaw in April in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 4. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w kwietniu, w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 4. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in April in years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =-5, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 5,3 0, , ,798 0,156 2,956 8,1 0, , ,821 0,136 2,225 9,5 0, , ,821 0,136 2,225 15,1 0, , ,816 0,140 2,383 23,7 0, , ,618 0,266 8,998 30,0 0, , ,755 0,188 4,346 41,7 0, , ,816 0,140 2,383 58,6 0, , ,804 0,151 2, ,6 0, , ,845 0,111 1, ,0 0, , ,847 0,108 1,

13 A F(t) T KWIEIEN 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2, ,0 B F(t) T IV 10,0 8,0 6,0 4,0 2, Rys. 11. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w kwietniu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 11. Air temperature changes in Warsaw in April in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 316

14 12,0 A f(t) T KWIEIEŃ 10,0 8,0 6,0 4,0 2, B f(t) T IV 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2, Rys. 12. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w kwietniu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 12. Air temperature changes in Warsaw in April in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 317

15 MAJ 3,5 ε 2 MAJ ( ) 3,4 3,3 3, Θ Rys. 13. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w maju w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 13. Spectrum f air temperature in Warsaw in Mayin the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 5. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w maju w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 5. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in May in years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = 5, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 5,9 0, , ,331 0,146 2,598 8,2 0, , ,356 0,119 1,696 10,1 0, , ,34 0,137 2,272 12,7 0, , ,316 0,161 3,146 21,3 0, , ,353 0,122 1,803 29,6 0, , ,372 0,097 1,125 50,2 0, , ,348 0,128 1,983 72,1 0, , ,338 0,139 2, ,7 0, , ,382 0,080 0, ,0 0, , ,284 0,188 4,

16 A F(t) T MAJ 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8, ,0 B F(t) T V 16,0 14,0 12,0 10,0 8, Rys. 14. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w maju w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 14. Air temperature changes in Warsaw in May in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 319

17 A f(t) T MAJ 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8, ,0 B f(t) T V 16,0 14,0 12,0 10,0 8, Rys. 15. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w maju w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 15. Air temperature changes in Warsaw in May in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 320

18 ZERWIE ε 2 ZERWIE ( ) 2,10 2,07 2,04 2,01 1, Θ Rys. 16. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w czerwcu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 16. Spectrum f air temperature in Warsaw in June in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 5. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w czerwcu w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 5. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in June i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = 13, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 4,1 0, , ,057 0,147 2,621 7,1 0, , ,051 0,157 2,975 10,2 0, , ,069 0,126 1,919 15,3 0, , ,056 0,149 2,680 19,8 0, , ,052 0,155 2,916 30,3 0, , ,056 0,149 2,680 44,4 0, , ,082 0,099 1,167 56,8 0, , ,077 0,110 1,455 85,5 0, , ,009 0,211 5, ,0 0, , ,079 0,106 1,

19 A F(t) T ZERWIE 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12, B F(t) Ti VI 20,0 18,0 16,0 14, Rys. 17. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w czerwcu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 17. Air temperature changes in Warsaw in June in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 322

20 A f(t) T ZERWIE 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12, B f(t) Ti VI 20,0 18,0 16,0 14, Rys. 18. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w czerwcu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 18. Air temperature changes in Warsaw in June in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 323

21 LIPIE 2,20 ε 2 LIPIE ( ) 2,16 2,12 2,08 2,04 2, Θ Rys. 19. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w lipcu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 19. Spectrum f air temperature in Warsaw in July the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 7. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w lipcu w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 7. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in July i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =13, , t + ;R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 3,9 0, , ,049 0,254 8,178 5,1 0, , ,095 0,209 5,396 7,1 0, , ,130 0,166 3,360 11,9 0, , ,165 0,108 1,390 16,3 0, , ,169 0,099 1,169 22,0 0, , ,168 0,101 1,224 36,2 0, , ,162 0,114 1,557 70,5 0, , ,020 0,279 9, ,3 0, , ,168 0,101 1, ,0 0, , ,167 0,103 1,

22 A F(t) T LIPIE 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12, ,0 B F(t) Ti VII 22,0 20,0 18,0 16,0 14, Rys. 20. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lipcu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 20. Air temperature changes in Warsaw in July the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 325

23 f(t) T LIPIE 22,0 A 20,0 18,0 16,0 14,0 12, B f(t) Ti VII 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14, Rys. 21 Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lipcu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 21. Air temperature changes in Warsaw in July the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 326

24 SIERPIEŃ 2,40 2,35 ε 2 SIERPIEŃ ( ) 2,30 2,25 2,20 2,15 2, Θ Rys. 22. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w sierpniu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 22. Spectrum f air temperature in Warsaw in August in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 8. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w sierpniu w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 8. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in August i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =15, , t + R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 3,9 0, , ,286 0,180 3,959 5,7 0, , ,300 0,162 3,213 10,2 0, , ,300 0,162 3,213 15,8 0, , ,281 0,186 4,227 23,4 0, , ,307 0,153 2,844 32,2 0, , ,340 0,097 1,133 52,1 0, , ,305 0,156 2,949 72,4 0, , ,219 0,246 7, ,4 0, , ,351 0,069 0, ,0 0, , ,196 0,265 8,

25 A F(t) T SIERPIEŃ 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12, ,0 B F(t) Ti VIII 22,0 20,0 18,0 16,0 14, Rys. 23. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w sierpniu w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 23. Air temperature changes in Warsaw in August the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 328

26 A f(t) T SIERPIEŃ 21,0 18,0 15,0 12, B f(t) Ti VIII Rys. 24. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w sierpniu w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 24. Air temperature changes in Warsaw in August the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 329

27 WRZESIEŃ 2,04 ε 2 WRZESIEŃ ( )` 2,02 2,00 1,98 1,96 1, Θ Rys. 25. Widm temperatury pwietrza w Warszawie we wrześniu latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 25. Spectrum f air temperature in Warsaw in September in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 9. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie we wrześniu w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 9. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in September i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =11, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 4,3 0, , ,996 0,131 2,056 5,7 0, , ,976 0,164 3,276 8,0 0, , ,971 0,171 3,585 9,2 0, , ,992 0,138 2,298 20,4 0, , ,952 0,197 4,773 28,7 0, , ,988 0,145 2,541 44,9 0, , ,002 0,119 1,694 56,9 0, , ,985 0,150 2,724 76,7 0, , ,965 0,180 3, ,0 0, , ,005 0,112 1,

28 17,0 A F(t) T WRZESIEŃ 15,0 13,0 11,0 9, B F(t) Ti IX Rys. 26. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie we wrześniu w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 26. Air temperature changes in Warsaw in September the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 331

29 17,0 A f(t) T WRZESIEN 15,0 13,0 11,0 9, B f(t) Ti IX 17,0 15,0 13,0 11,0 9, Rys. 27. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie we wrześniu w latach , ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 27. Air temperature changes in Warsaw in September the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 332

30 PAŹDZIERNIK 2,98 ε 2 PAŹDZIERNIK ( )` 2,94 2,90 2,86 2,82 2, Θ Rys. 28. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w październiku w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 28. Spectrum f air temperature in Warsaw in Octber in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 10. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w październiku w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 10. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in Octber i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) =2, , t + R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 4,7 0, , ,790 0,248 7,738 8,1 0, , ,928 0,122 1,788 12,0 0, , ,902 0,154 2,866 15,9 0, , ,911 0,143 2,490 23,3 0, , ,913 0,141 2,407 34,0 0, , ,852 0,201 4,993 51,0 0, , ,938 0,107 1,378 77,5 0, , ,946 0,094 1, ,9 0, , ,938 0,107 1, ,0 0, , ,962 0,059 0,

31 A F(t) T PAŹDZIERNIK 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, B F(t) Ti X 11,0 9,0 7,0 5, Rys. 29. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w październiku w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 29. Air temperature changes in Warsaw in Octber in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 334

32 12,0 A f(t) T PAŹDZIERNIK 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, B f(t) Ti X 11,0 9,0 7,0 5, Rys. 30. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w październiku w latach , ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 30. Air temperature changes in Warsaw in Octber in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 335

33 LISTOPAD 4,4 ε 2 LISTOPAD ( ) 4,3 4,2 4,1 4,0 3,9 3, Θ Rys. 31 Widm temperatury pwietrza w Warszawie w listpadzie w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 31. Spectrum f air temperature in Warsaw in Nvember in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 11. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w listpadzie w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera-Snedecra Table 11. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in Nvember i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = -13, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 4,4 0, , ,187 0,197 4,771 6,5 0, , ,206 0,185 4,214 10,6 0, , ,230 0,170 3,518 12,5 0, , ,246 0,159 3,058 26,9 0, , ,207 0,185 4,185 38,7 0, , ,251 0,155 2,915 47,1 0, , ,319 0,092 1,003 62,1 0, , ,256 0,151 2,772 90,9 0, , ,335 0,069 0, ,0 0, , ,226 0,172 3,

34 A F(t) T LISTOPAD 7,0 5,0 3,0 1,0-1,0-3,0-5, B F(t) Ti XI 7,0 5,0 3,0 1,0-1,0-3, Rys. 32. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w listpadzie w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 32. Air temperature changes in Warsaw in Nvember in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 337

35 7,0 A f(t) T LISTOPAD` 5,0 3,0 1,0-1,0-3,0-5, B f(t) Ti XI 7,0 5,0 3,0 1,0-1,0-3, Rys. 33. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w listpadzie w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 33 Air temperature changes in Warsaw in Nvember in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 338

36 GRUDZIEŃ 9,6 ε 2 GRUDZIEŃ ( ) 9,4 9,2 9,0 8,8 8, Θ Rys. 34. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w grudniu w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 34. Spectrum f air temperature in Warsaw in December in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 12. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w grudniu w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 12. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in December i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = -23, , t + ; R= 0, Θ b c ε 2 R F bl 5,2 0, , ,114 0,187 4,282 8,2 0, , ,055 0,203 5,082 10,1 0, , ,225 0,152 2,805 15,0 0, , ,133 0,181 4,026 18,0 0, , ,191 0,163 3,253 20,3 0, , ,29 0,127 1,956 35,5 0, , ,311 0,118 1,684 78,8 0, , ,283 0,130 2, ,9 0, , ,395 0,072 0, ,0 0, , ,332 0,109 1,

37 A F(t) T GRUDZIEŃ 3,0 0,0-3,0-6,0-9,0-12,0-15, B F(t) Ti XII 4,0 2,0 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10, Rys. 35. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w grudniu w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 35. Air temperature changes in Warsaw in December in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 340

38 A f(t) T GRUDAIEŃ 3,0 0,0-3,0-6,0-9,0-12,0-15, B f(t) Ti XII 4,0 2,0 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10, Rys. 36. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w grudniu w latach , ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 36. Air temperature changes in Warsaw in Decemberin the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 341

39 13.2. Nwe prgnzy zmian temperatury pwietrza w Warszawie w prach rku i rku w latach WIOSNA (III-V) 2,2 2,2 ε 2 WIOSNA ( ) 2,1 2,1 2,0 2,0 1,9 1, Θ Rys. 37. Widm temperatury pwietrza w Warszawie wisną w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 37. Spectrum f air temperature in Warsaw in spring in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 13. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie wisną w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 13. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in spring i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + ; R= Θ b c ε 2 R F bl 4,0 0, , ,105 0,169 3,478 7,8 0, , ,107 0,166 3,362 12,8 0, , ,096 0,181 4,002 19,3 0, , ,128 0,134 2,160 23,9 0, , ,076 0,205 5,182 29,9 0, , ,114 0,156 2,959 58,0 0, , ,140 0,111 1,483 83,2 0, , ,090 0,188 4, ,6 0, , ,113 0,158 3, ,0 0, , ,125 0,139 2,

40 A F(t) T WIOSNA 10,0 8,0 6,0 4,0 2, B F(t) Ti III-V 10,0 8,0 6,0 4, Rys. 38. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie wisną w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 38. Air temperature changes in Warsaw in spring in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 343

41 A f(t) T WIOSNA 10,0 8,0 6,0 4,0 2, B f(t) Ti III-V 10,0 8,0 6,0 4, Rys. 39. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie wisną w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 39. Air temperature changes in Warsaw in spring in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 344

42 LATO (VI-VIII) 1,14 1,12 1,10 1,08 1,06 1,04 ε 2 LATO ` 1,02 1, Θ Rys. 40. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w lecie w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 40. Spectrum f air temperature in Warsaw in summer in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 14. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w lecie w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 14. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in summer i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + R= Θ b c ε 2 R F bl 3,9 0, , ,052 0,252 8,065 7,1 0, , ,076 0,206 5,242 15,6 0, , ,090 0,173 3,653 19,1 0, , ,103 0,135 2,213 30,9 0, , ,107 0,122 1,777 37,2 0, , ,105 0,129 1,995 54,6 0, , ,096 0,157 2,984 73,8 0, , ,012 0,315 13, ,3 0, , ,117 0,077 0, ,0 0, , ,069 0,220 6,

43 A F(t) T LATO 21,0 19,0 17,0 15, ,0 B F(t) Ti VI-VIII 19,0 17,0 15, Rys. 41. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lecie w latach , Ft) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 41. Air temperature changes in Warsaw in summer in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 346

44 A f(t) T LATO 21,0 19,0 17,0 15, B f(t) Ti VI-VIII 21,0 19,0 17,0 15, Rys. 42. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w lecie w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 42. Air temperature changes in Warsaw in summer in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 347

45 JESIEŃ 1,29 ε 2 JESIEŃ ( ) 1,27 1,25 1,23 1,21 1,19 1,17 1, Θ Rys. 43. Widm temperatury pwietrza w Warszawie jesienią w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 43. Spectrum f air temperature in Warsaw in autumn in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 15. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie jesienią w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 15. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in autumn n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + R= Θ b c ε 2 R F bl 4,7 0, , ,211 0,227 6,449 6,4 0, , ,234 0,183 4,120 10,6 0, , ,257 0,125 1,876 15,6 0, , ,248 0,150 2,744 23,3 0, , ,242 0,165 3,330 37,0 0, , ,242 0,165 3,330 59,9 0, , ,242 0,165 3,330 84,0 0, , ,275 0,039 0, ,2 0, , ,274 0,048 0, ,0 0, , ,243 0,163 3,

46 A F(t) T JESIEŃ 10,0 8,0 6,0 4, B F(t) Ti IX-XI 11,0 9,0 7,0 5, Rys. 44. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie jesienią w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 44. Air temperature changes in Warsaw in autumn in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 349

47 A f(t) T JESIEŃ 10,0 8,0 6,0 4, B f(t) Ti IX-XI 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5, Rys. 45. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie jesienią w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 45. Air temperature changes in Warsaw in autumn in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 350

48 ZIMA (XII-II) 5,70 ε 2 ZIMA ( ) 5,60 5,50 5,40 5,30 5,20 5, Θ Rys. 46. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w zimie w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 46. Spectrum f air temperature in Warsaw in winter in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 16. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w zimie w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 16. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in winter i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + R= Θ b c ε 2 R F bl 3,3 0, , ,450 0,172 3,629 5,2 0, , ,409 0,192 4,555 8,3 0, , ,280 0,245 7,561 15,3 0, , ,493 0,149 2,673 18,1 0, , ,490 0,150 2,739 22,3 0, , ,566 0,095 1,084 41,6 0, , ,561 0,100 1,191 77,4 0, , ,499 0,145 2, ,5 0, , ,427 0,184 4, ,0 0, , ,561 0,100 1,

49 A F(t) T ZIMA 2,0 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10, B F(t) Ti XII-II ` Rys. 47. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w zimie w latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 47. Air temperature changes in Warsaw in winter in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 352

50 A f(t) T ZIMA 2,0 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10, ,0 B f(t) Ti XII-II 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10, Rys. 48. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w zimie w latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 48. Air temperature changes in Warsaw in winter in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 353

51 ROK (I-XII) ε 2 ROK ( ) 0,98 0,95 0,92 0,89 0,86 0,83 0, Θ Rys. 49. Widm temperatury pwietrza w Warszawie w rku w latach (w paśmie 2,0-250 lat, = 0,1 rku) Fig. 49. Spectrum f air temperature in Warsaw in year in the years (in the strip 2,0-250 years, = 0,1 year) Tabela 17. Okresy Θ, amplitudy b i fazy c cykli temperatury pwietrza w Warszawie w rku w latach , ε 2 wariancja resztkwa, R- współczynnik krelacji wielkrtnej, F bl test Fishera- Snedecra Table 17. Perids, amplitudes b and phases c f air temperature in Warsaw in year i n years , (ε 2 rest variance, R multiple crrelatin cefficient, F bl. F-test) F(t) = t + ; R= Θ b c ε 2 R F bl 5,5 0, , ,969 0,146 2,571 7,8 0, , ,947 0,208 5,384 12,9 0, , ,961 0,171 3,579 23,9 0, , ,975 0,123 1,826 30,4 0, , ,983 0,084 0,847 45,3 0, , ,982 0,090 0,968 57,1 0, , ,972 0,135 2,197 78,1 0, , ,967 0,153 2, ,7 0, , ,950 0,201 4, ,0 0, , ,961 0,171 3,

52 A F(t) T ROK 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4, B F(t) Ti I-XII 10,5 9,5 8,5 7,5 6,5 5, Rys. 50. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w rkuw latach , F(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 50. Air temperature changes in Warsaw in year in the years F(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie ( ) 355

53 À f(t) T ROK 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4, B f(t) Ti I-XII 9,5 8,5 7,5 6,5 5, Rys. 51. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie w rkuw latach , f(t) wartści bliczne (z prgnzą na lata ); A) T wartści zmierzne ( ). B) Ti zmierzne na Okęciu ( ) Fig. 51. Air temperature changes in Warsaw in year in the years f(t) calculated values (with a frecast fr the years ); A) T values measured ( ), B) Ti values measured in Okęcie (

54 XIV. YKLIZNE WAHANIA TEMPERATURY I OPADÓW W POLSE W XIX-XXI WIEKU* Jerzy Bryczka, Maria Stpa-Bryczka S t r e s z c z e n i e. elem pracy jest kreślenie zakresu zmian temperatury pwietrza i padów atmsferycznych w Warszawie i Krakwie w statnich dwóch stuleciach. Jest nim też wykazanie synchrnicznści cyklicznych wahań klimatu w Plsce na przykładzie tych miast raz prgnza zmian temperatury i padów w XXI wieku. Z dtychczaswych badań długich ciągów pmiarów wynika, że w Warszawie ( ) i Krakwie ( ) występuje kilka cykli temperatury pwietrza znaczących amplitudach. Są t cykle kł 3-5, 7-8, 10-13, lat i cykl planetarny 178,9 lat. Widma i cykle temperatury pwietrza, padów atmsferycznych, wskaźnika NAO i aktywnści Słńca wyznaczn metdą sinusid regresji. Interesujące są wykresy czaswych zmian: aktywnści Słńca i wskaźnika Oscylacji Półncneg Atlantyku NAO wraz z prgnzami sięgającymi p rk 2100.Reknstrukcje i prgnzy trzyman na pdstawie interferencji wykrytych cykli: liczb Wlfa prgnzami wskaźnika NAO. iągi czaswe temperatury pwietrza w statnich stuleciach w Eurpie świadczą, że współczesne cieplenie klimatu mże w dużym stpniu wynikać z przyczyn naturalnych. Nie bez znaczenia są prawie przystające prste regresji standaryzwanych wartści aktywnści Słńca i temperatury pwietrza w Warszawie w latach S ł w a k l u c z we : temperatura, aktywnść Słńca, widm, wskaźnik NAO, prgnza WSTĘP elem pracy jest kreślenie zakresu zmian temperatury pwietrza i padów atmsferycznych w Warszawie i Krakwie w statnich dwóch stuleciach. Jest nim też wykazanie synchrnicznści cyklicznych wahań klimatu w Plsce na przykładzie tych miast raz prgnza zmian temperatury i padów w XXI wieku. Z dtychczaswych badań długich ciągów pmiarów wynika, że w Warszawie, pdbnie jak w innych miastach Plski (Kraków ), Wrcław ) i Eurpy (Anglia , Praga , Genewa , Zurych , Pczdam ) występuje kilka cykli temperatury pwietrza znaczących amplitudach. Są t cykle kł 3-5, 7-8, 10-13, lat i cykl planetarny 178,9 lat [1,2,9,15,16]. Ich becnść prawie we wszystkich ciągach chrnlgicznych (miesięcznych nych i seznwych wartści) świadczy, Ŝe cyklicznść ta jest cechą pla temperatur pwietrza w Eurpie i Plsce. Widma i cykle temperatury pwietrza, padów atmsferycznych, wskaźnika NAO i aktywnści Słńca wyznaczn metdą sinusid regresji : gdzie: kres, b amplituda, c przesunięcie fazwe, t czas, zmieniając kres sinusidy c 0,1 rku iąg wartści wariancji resztkwej 2, dpwiadających zadawanym kresm t widm zmiennej y. Okresy t minima lkalne wariancji resztkwej 2 (1) *) Bryczka J., Stpa-Bryczka M., 2004, ykliczne wahania temperatury i padów w Plsce w xix-xxi wieku, [w:] Acta Agrphysica,, vl.3 (1), PAN, Kraków 2004, s

55 358 SYNHRONIZNOŚĆ YKLI TEMPERATURY POWIETRZA, OPADÓW, YRKULAJI ATMOSFERYZNEJ I AKTYWNOŚI SŁOŃA W POLSE W badaniach współczesnych zmian klimatu ważnym prblemem jest wykrycie prawdziwych, naturalnych kresów klimatycznych, astrnmicznych i gelgicznych. Analgiczna kreswść skutków i dmniemanych przyczyn umżliwia identyfikację naturalnych czynników wywłujących przy udziale składnika lsweg(cyrkulacji atmsferycznej) główne chłdzenia i cieplenia klimatu Ziemi. iągi czaswe temperatury pwietrza w Eurpie cechują się kreswścią kł 4-letnią zakresie zmian T = 2b (tab.1): Tabela 1. ykle kł 4-letnie temperatury pwietrza w Eurpie Table 1. The clse-t-4-year cycles f air temperature in Eurpe Stacjer Statins Zima Winter Wisna Spring Lat Summer Jesień Autumn Rk Yea T T T T T Warszawa 3,5 1,18 4,0 0,75 3,9 0,78 4,7 0,66 4,7 0,51 Kraków 3,3 0,28 4,0 0,32 3,9 0,50 4,1 0,34 4,5 0,25 Praga 3,5 1,21 4,4 0,55 3,9 0,61 4,7 0,66 4,7 0,41 Genewa 3,8 0,65 3,9 0,48 3,9 0,53 3,7 0,47 3,9 0,29 Anglia Śr 3,8 0,48 3,7 0,29 3,1 0,36 4,3 0,29 5,2 0,21 Analgiczna kreswść 3,0-4,8-letnia występuje w seriach seznwych i rcznych sum padów atmsferycznych (tab. 2): Tabela 2. ykle kł 4-letnie padów atmsferycznych w Plsce Table 2. The clse-t-4-year cycles f precipitatin in Pland Stacjer Statins Zima Winter Wisna Spring Lat Summer Jesień Autumn T T T T T Warszawa 4,8 21,0 3,6 25,0 3,4 40,0 2,6 21,8 3,6 68,6 Kraków 4,0 16,4 3,5 35,0 2,9 54,8 3,4 36,4 3,4 61,2 Wrcław 3,5 15,8 3,0 24,0 3,2 38,0 3,7 27,4 3,3 65,6 ` Zakres zmian w stsunku d sum seznwych np. w Warszawie wynsi: zima P = 98 mm, P/P = 21,4%, lat P = 216 mm, P/P = 11,6%. Taką samą kreswść ma cyrkulacja atmsferyczna: makrtyp E, płudnikwa(wg klasyfikacji Wangenheima-Girsa, ) i cyklnalna (wg Osuchwskiej Klein, ). Pdbna kreswść 3,1 i 5,5-letnia amplitudzie h = 2,2 i 2,9 cm występuje w ciągach czaswych średnieg pzimu Mrza Bałtyckieg, a cykl 3,1-letni maksymalnych rcznych pzimów ma największą amplitudę h max = 12,6 cm [1]. Trzeba zaznaczyć, że przyczyną tych kł 4-letnich kresów jest prawdpdbnie najsilniejszy kres 4,0-letni (R = 0,37) planetarnych sił pływwych na Ziemi w latach , które sumują się ze znacznie większymi siłami pływwymi Księżyca i Słńca. W Eurpie (i w Plsce) dminują kł 8-letnie kresy temperatury pwietrza dużych amplitudach T = T max T mi n (tab. 3): Rk Yea

56 Tabela 3. ykle kł 8-letnie temperatury pwietrza w Eurpie Table 3. The clse-t-8-year cycles f air temperature in Eurpe Stacje Statins Zima Winter Wisna Spring Lat Summer Jesień Autumn Rk Yea T T T T T Warszawa 8,3 1,52 7,8 0,81 7,1 0,57 6,5 0,62 7,7 0,59 Kraków 8,3 1,50 7,9 0,42 7,8 0,30 7,9 0,30 8,3 0,46 Praga 7,7 1,23 6,9 0,71 8,4 0,45 7,5 0,43 7,8 0,48 Genewa 8,5 0,68 7,8 0,53 7,8 0,41 6,8 0,47 7,4 0,40 Anglia Śr 7,7 0,49 6,9 0,31 8,3 0,29 7,3 0,36 7,4 0,26 Zakres wahań temperatury pwietrza np. w Warszawie w zimie w cyklu 8,3-letnim wynsi T = 1,5, a średniej rcznej (kres 7,7 lat) 0,6. ykle 7,7-8,3-letnie temperatury pwietrza w Eurpie (w zimie) są kształtwane głównie zbliżną cyklicznścią 7,4-letnią typów cyklnalnych (r = 0,41) i 7,8-letnią cyrkulacji płudnikwej (r = 0,32). W ciągach czaswych liczb Wlfa w latach i występują kresy: 8,1 i 8,5 lat, amplitudzie W = 2b = 21,2 i 23,5. Wskaźnik zawartści pyłu wulkaniczneg w atmsferze (DVI) ma kres 7,9 lat. Taki sam kres stwierdzn w zmiennści parametrów Układu Słneczneg w latach przyspieszenie Słńca 7,8 lat raz planetarnych sił pływwych na Słńcu. Isttny wpływ na cyrkulację atmsferyczną mże mieć 8,84-letni kres biegu p rbicie Księżyca linii perygeum-apgeum. Składwa pzima wypadkwej sił pływwych Księżyca i Słńca jest znacząca i prawdpdbnie pwduje cyklicznść kł 8-letnią cyrkulacji atmsfery. ykl kł 8-letni temperatury pwietrza (cyrkulacji atmsfery) dminuje dlateg, że nakładają się efekty planetarnych sił pływwych na Słńcu (pprzez zmiennść aktywnści Słńca stałej słnecznej) ze znacznie większymi siłami pływwymi Księżyca i Słńca. Pływy atmsfery ziemskiej są dtychczas mał znane ze względu na złżny ruch Księżyca (jeg zmienną rbitę). Składwa pinwa sił pływwych księżycwsłnecznych jest mała w prównaniu z przyspieszeniem ziemskim i pwduje niewielkie zmiany grubści atmsfery (rzciąganie). Natmiast składwa pzima działająca przez dłuższy czas, dgrywa prawdpdbnie znaczną rlę w cyrkulacji wód ceanicznych (prądów mrskich, w tym El Niñ) i przemieszczaniu się wyżów i niżów (Bryczka 1998). Od dawna znana jest cyklicznść kł 11-letnia temperatury pwietrza, wiązana z cyklem 11-letnim plam słnecznych. Okresy letnie temperatury pwietrza i amplitudy (w ) w wybranych miejscwściach, w pszczególnych seznach i w rku zestawin pniżej (tab. 4): 359

57 Tabela 4. ykle kł 11-letnie temperatury pwietrza w Eurpie Table 4. The clse-t-11-year cycles f air temperature in Eurpe Stacjer Statins Zima Winter Wisna Spring Lat Summer Jesień Autumn Rk Yea T T T T T Warszawa 11,9 0,5 11,2 0,7 11,3 0,3 11,4 0,2 11,1 0,3 Kraków 11,3 0,7 11,2 0,7 11,4 0,3 10,8 1,0 11,3 0,3 Praga 11,8 0,5 11,2 0,6 11,7 0,2 11,1 0,2 11,4 0,2 Genewa 11,1 0,4 11,2 0,4 11,3 0,4 11,2 0,1 11,1 0,2 Anglia Śr 11,1 0,4 11,2 0,4 11,3 0,4 11,2 0,1 11,1 0,2 Zakres wahań temperatury pwietrza w tym kł 11-letnim cyklu jest na gół pnad dwukrtnie większy w zimie (0,4-1,0 ) niż w lecie (0,1-0,4 ). Okazał się, że isttna statystycznie jest również kreswść kł 11-letnia seznwych sum padów atmsferycznych w Plsce (tab. 5): Tabela 5. ykle kł 11-letnie padów atmsferycznych w Plsce Table 5. The clse-t-11-year cycles f precipitatin in Pland Stacjer Statins Zima Winter Wisna Spring Lat Summer Jesień Autumn Rk Yea Warszawa 10,1 25,9 12,0 23,7 11,2 13,8 10,2 10,6 11,3 9,5 Kraków 9,8 12,3 10,2 18,7 10,3 12,9 10,9 17,1 9,8 5,4 Wrcław 9,9 17,4 10,2 27,4 9,7 16,7 9,9 13,2 9,8 13,9 Zakres zmiennści seznwych sum padów atmsferycznych w cyklach 9,8-12,0 lat w stsunku d średnich wartści z lat (P) jest większy w zimie niż w lecie (przekracza ¼ części sumy P). Amplitudy względne (P max P min )P -1 na gół są większe w zimie niż w lecie, w przypadku sum rcznych zawierają sięw przedziale 5,4-13,9%. Przyczyną kresów kł 11-letnich temperatury pwietrza i padów atmsferycznych jest niewątpliwie 11-letni cykl aktywnści Słńca (i stałej słnecznej):ot równanie cyklu 11-letnieg (średnieg w latach ) stałej słnecznej minimalnej wariancji resztkwej 2 = 7, i współczynniku krelacji r = 0,609. s = 1, , sin(2πt/11,1 1,9549) Tabela 6. ykle kł 11-letnie liczb Wlfa i stałej słnecznej Table 6. The clse-t-11-year cycles f Wlf s numbers and slar cnstant Liczby Wlfa Wlf s numbers `10,0 10,5 Stała słneczna Slar cnstant W s/s % 48,3 10,1 0,35 10,5 0,51 11,0 60,1 11,1 0,94 12,0 32,2 11,9 0,29 360

58 Zakres zmian stałej słnecznej w cyklu 11-letnim stanwi prawie 1% średniej wartści 1,94 cal cm-2 min-1 w latach W pjedynczych 11-letnich cyklach plam słnecznych stała słneczna zmienia się maksymalnie 2,5% [10]. yklicznść 9-14-letnia aktywnści Słńca jest prawdpdbnie związana z kresami biegu czterech największych planet dkła Słńca. Okres 11,86 lat biegu Jwisza dminuje w ciągach czaswych: wypadkwej siły grawitacyjneg ddziaływania planet na Słńce (11,8 lat, r = 0,40), całkwiteg mmentu pędu planet (11,9 lat, r = 0,75) i dyspersji masy planet w Układzie Słnecznym (11,9 lat, r = 0,58). Należy też pdkreślić, że kreswść kł 11-letnia jest becna w ciągach czaswych ( ) erupcji wulkanicznych: wskaźnika zawartści pyłu wulkaniczneg w atmsferze (lg DVI) = 11,4 lat, r = 0,31; aktywnści wulkanicznej (lg DVI/ t), = 11,7 lat, r = 0,29 i dstępem czasu t między klejnymi erupcjami eksplzywnymi = 12,1, r = 0,21. Analgiczna kreswść zmiennych gelgicznych, astrnmicznych i klimatlgicznych świadczy grawitacyjnych uwarunkwaniach kreswści. WPŁYW OSYLAJI PÓŁNONEGO ATLANTYKU (NAO) NA KLIMAT WARSZAWY I KRAKOWA Na klimat śrdkwej Eurpy (i Plski) dminujący wpływ mają dwa główne centra pla ciśnienia atmsferyczneg: Wyż Azrski i Niż Islandzki. Te dwa centra ciśnienia związane z różnicą temperatury między wdą Atlantyku Półncneg i lądem są ze sbą ujemnie skrelwane. Jeżeli ciśnienie w Wyżu Azrskim rśnie, t ciśnienie w Niżu Islandzkim maleje i przeciwnie. Jest t tzw. Oscylacja Półncne-g Atlantyku (Nrth Atlantic Oscillatin, NAO). Przy dużej płudnikwej różnicy ciśnienia, tj. dużym gradiencie ciśnienia skierwanym na półnc, pwietrze znad Atlantyku przemieszcza się wzdłuż równleżników z zachdu na wschód nad bszar Plski. Natmiast pdczas spadku ciśnienia w Wyżu Azrskim (i jedncześnie wzrście ciśnienia w Niżu Islandzkim) pzimy gradient ciśnienia mże być skierwany na wschód lub zachód. Wtedy pwietrze przemieszcza się wzdłuż płudników (cyrkulacja płudnikwa) na płudnie lub półnc. Wówczas nad bszar Plski napływa pwietrze z półncy lub płudnia. Kierunek, i prędkść ruchu pwietrza wynika z równważenia się: siły gradientu ciśnienia, siły rilisa i siły dśrdkwej (raz siły tarcia pdłże i lepkść turbulencyjnej w pbliżu pwierzchni Ziemi). Na większych wyskściach kierunek wiatru gradientweg jest defrmwany przez ple temperatury pwietrza pzimym gradiencie skierwanym ku biegunwi półncnemu przez wiatr tzw. termiczny(wiejący także z zachdu na wschód). W badaniach psłużn się wskaźnikiem NAO, zdefiniwanym przez P. D. Jnesa i in. [7] jak standaryzwaną różnicę ciśnienia na pzimie mrza między Gibraltarem i płudniw-zachdnią Islandią. W widmie wskaźnika NAO w latach są becne następujące kresy (R współczynnik krelacji) (tab. 7): 361

59 Tabela 7. Okresy wskaźnika Oscylacji Półncnatlantyckiej NAO w latach Table 7. The perids f Nrth Atlantic Oscillatin (index NAO) in years `Zima Winter Wisna Spring Lat Summer `Jesień Autumn R R R R 6,5 0,22 7,8 0,17 7,3 0,22 7,8 0,27 11,1 0,13 10,3 0,20 8,8 0,17 8,3 0,24 13,4 0,21 11,1 0,09 0,09 16,6 0,24 11,3 23,9 0,19 13,8 0,14 24,2 0,20 15,5 0,17 45,5 0,16 39,5 0,14 29,9 0,20 37,1 0,16 106,3 0,09 83,2 0,17 75,3 0,16 105,1 0,17 W widmie wskaźnika NAO w zimie pdbnie jak w widmach temperatury pwietrza w Warszawie ( ) i Krakwie ( ) dminuje cykl kł 8-letni. Jest t jedncześnie cykl aktywnści Słńca (8,1 lat) i przyspieszenia Słńca (7,75 lat). Maksima tych kł 8-letnich cykli przypadają w przybliżeniu na te same lata. PROGNOZY ZMIAN KLIMATU WARSZAWY I KRAKOWA W XXI WIEKU W badaniach zmian klimatu i ich przyczyn ważnym prblemem jest wykrycie synchrnicznych cykli: temperatury pwietrza, padów atmsferycznych i cyrkulacji strefwej (wskaźnika Oscylacji Półncneg Atlantyku NAO), warunkującej adwekcję mas pwietrza znad Oceanu Atlantyckieg. ykle t składniki deterministyczne w seriach pmiarwych, umżliwiające prgnzwanie zmian klimatu w najbliższych latach. Nie są jeszcze pznane mechanizmy przenszenia zmian w Układzie Słnecznym d układu Ziemia-atmsfera (pza stałą słneczną). Mim t wykryta kreswść zmiennych klimatlgicznych także kł 100 i 200-letnie mże być wykrzystana d reknstrukcji klimatu w statnich stuleciach raz w prgnzach na XXI wiek. Interesujące są wykresy czaswych zmian: aktywnści Słńca (liczb Wlfa, rys. 1) i wskaźnika Oscylacji Półncneg Atlantyku NAO (rys. 2) wraz z prgnzami sięgającymi p rk Reknstrukcje i prgnzy trzyman na pdstawie interferencji wykrytych cykli: liczb Wlfa i wskaźnika NAO: (2) gdzie: j, b j, c j t parametry isttnych statystycznie cykli (na pzimie isttnści 0,05). 362

60 190 W = 0,0987 t -132, Liczby Wlfa - Wlf number Lata - Years Rys. 1. Zmiany czaswe liczb Wlfa w latach według interferencji cykli (linia pgrubina wartści z bserwacji) Fig. 1. hanges f Wlf numbers in the years as per interferences f cycles (bld line bserved values ) 4 3 NAO Zma-Winter Prgnza - Frecast Lata - Years Rys. 2. Zmiany wskaźnika Oscylacji Półncnatlantyckiej (NAO) w latach według interferencji cykli (linia pgrubina wartści zmierzne) Fig. 2. hanges f Nrth Atlantic Oscillatin index (NAO) in the years as per interferences f cycles (bld line bserved values Analgicznie pracwan prgnzy temperatury pwietrza pdczas zimy w Warszawie i Krakwie (rys. 3) raz zimwych sum padów atmsferycznych w Warszawie i Krakwie (rys. 4). 363

61 1,0 0,0 Warszawa Kraków Zima- Winter -1,0-2,0-3,0-4,0-5,0 Prgnza - Frecast Rys. 3. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie i Krakwie. Prgnzy d rku 2075 (wg interferencji) Zima Fig. 3. hanges f air temperature in Warsaw and racw. Frecast until 2075 (as per interferences) Winter 1,0 0,0 Warszawa Kraków Zima- Winter -1,0-2,0-3,0-4,0 Wartści zmierzne (T 11 ) -5, Rys. 3a. Zmiany temperatury pwietrza w Warszawie i Krakwie. (wartści zmierzne średnie knsekutywne 11-letnie) Zima* Fig. 3a. hanges f air temperature in Warsaw and racw (measured values, 11-year mving average) Winter *) Rys. 3a (wstawin ddatkw ) 364

62 mm Warszawa Kraków Zima - Winter Prgnza - Frecast Rys. 4. Zmiany zimwych sum padów atmsferycznych w Warszawie i Krakwie. Prgnzy d rku 2075 (wg interferencji) Fig. 4. hanges f Winter precipitatin sums in Warsaw and racw. Frecast until 2075 (as per interferences W prgnzach przyjęt załżenie, że ekstrema wyznacznych cykli dść dużych amplitudach (isttnych) będą się pwtarzać nadal, tak jak w XVIII-XX wieku. D takieg załżenia upważnia 178,9-letni cykl planetarny. P upływie 178,9 lat pwtarzają się wartści parametrów Układu Słneczneg (dległści śrdka masy US d Słńca, przyspieszenia Słńca, wypadkwej siły grawitacji planet). Wykresy zmian liczb Wlfa (i stałej słnecznej) w latach i p upływie 179 lat są prawie przystające. Odstęp czasu między maksimami abslutnymi liczb Wlfa (1778, 1957) wynsi 179 lat. Jest t w przybliżeniu kreswść w sensie matematycznym f (t + 178,9) = f (t). Przebieg czaswy liczb Wlfa w latach (maksima główne w latach 1778 i 1957) mna trzymać uwzględniając mmenty mas 4 największych planet (Jwisz, Saturn, Uran, Neptun) mdulację mmentów mas bliższych planet przez dalsze. Mżna sądzić, e aktywnść Słńca (stała słneczna) jest kształtwana przez pla grawitacyjne tych planet. ykl kł 180-letni jest becny w najdłuższych seriach pmiarwych temperatury pwietrza i padów atmsferycznych. ykl 180-letni wielkrtnie pwtarza się w ciągach chrnlgicznych paletemperatury sadów jezirnych sprzed kilkunastu tysięcy lat. Prgnzę Oscylacji Półncneg Atlantyku (NAO) w zimie w XXI wieku trzyman na pdstawie wyznacznych kresów w latach : 2,4; 5,0; 5,8; 7,8; 8,3; 15,5; 21,5; 37,1; 71,5; 105,1 lat. Z nakładania się tych cykli wynika, e pdczas zim mna czekiwać spadku wskaźnika NAO, tj. zmniejszenia cyrkulacji strefwej, a więc słabienia cieplająceg ddziaływania Oceanu Atlantyckieg w zimie na klimat Eurpy (i Plski). Prgnzy wskaźnika NAO w XXI wieku ju przeknują zbliżającym się naturalnym chłdzeniu klimatu Eurpy. 365

63 Isttnym elementem wyników badań jest lgiczna zbieżnść prgnzwanych w XXI wieku tendencji spadkwych: aktywnści Słńca (stałej słnecznej), wskaźnika NAO, warunkująceg łagdnść czy te mrźnść zim w Plsce, z prgnzą samej temperatury pwietrza (chłdzenia w XXI wieku). Najmrźniejsze zimy w Warszawie i Krakwie (średnie knsekutywne 11-letnie wartści temperatury kł 4 ) wystąpią kł rku Będą ne niec łagdniejsze ni na pczątku XIX wieku, ze względu na craz większy udział czynników antrpgenicznych. Natmiast lata chłdniejsze (średnie knsekutywne 11-letnie kł 17,5-18,0 ) wystąpią wcześniej, w drugiej dekadzie XXI wieku. Zimwe sumy padów atmsferycznych w Warszawie i Krakwie będą w pierwszej płwie XXI wieku scylwać wkół średniej wiekwej. Natmiast letnie sumy padów w Warszawie będą zbliżne d sumy średniej, a w Krakwie znacznie większe. Metdy prgnzwania sprawdzn te na przykładzie krótkiej, 30-letniej serii pmiarów w Zamściu z lat [4]. Ekstraplwanie wartści trendu czasweg wypadkwej cykli: 3,25; 7,75; 12,6 lat w latach (pza przedział aprksymacji ) są zbliżne d wyników pmiarów temperatury pwietrza w dziesięcileciu Na uwagę zasługuje synchrnicznść ekstremów wyrównanej temperatury pwietrza w Zamściu z minimami i maksymami aktywnści Słńca w cyklu 11-letnim. Maksima temperatury pwietrza przypadają na daty maksimów plam słnecznych: 1957, 1968, 1979, iągi czaswe temperatury pwietrza w statnich stuleciach w Eurpie świadczą, e współczesne cieplenie klimatu mże w dużym stpniu wynikać z przyczyn naturalnych. Nie bez znaczenia są prawie przystające prste regresji standaryzwanych wartści aktywnści Słńca i temperatury pwietrza w Warszawie w latach : W = 0,0037t 6,956, T = 0,0047t 8,940 (rys. 5).. 4,0 W' T' 3,0 2,0 W '= 0,0037t-6,956 T ' = 0,0047t-8,940 1,0 0,0-1,0-2,0 Lata - Years -3, Rys. 5. Zbliżne równania prstych regresji liczb Wlfa i temperatury pwietrza w Warszawie w latach (standaryzwanych średnich rcznych wartści) Fig. 5. ngenial regressin lines fr straights f Wlf numbers and air temperature in Warsaw in the years (f the standardized annual average values) 366

64 Tendencja rsnąca temperatury pwietrza, zwłaszcza zimą, jest p prstu wypadkwą nakładania się cykli naturalnych. Na przykład craz cieplejsze zimy w Warszawie 1,03/100 lat w latach są efektem nałżenia się kilku kresów: 3,5; 5,5; 8,3; 12,9; 18,0; 38,3; 66,7; 113,1; 218,3 lat. Ich wypadkwa (prsta regresji) wyjaśnia wzrst temperatury pwietrza pdczas zim 0,93 /100 lat. Na zmiennść antrpgeniczną przypada zaledwie 0,1/100 lat. Analgiczne craz cieplejsze zimy w Genewie 0,05/100 lat, Pradze 0,25/100 lat są efektem nakładania się cyklicznych wahań temperatury pwietrza PIŚMIENNITWO 1. Bryczka J.: Zmiany klimatu Ziemi. Wyd. Akademickie Dialg, Warszawa, Bryczka J., Stpa-Bryczka M., Kicińska B., śmudzka E.: Atlas współzalenści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce. Zmiany wiekwe klimatu Plski, cz.vii, Warszawa, Bryczka J., Stpa-Bryczka M., Błaek E., Skrzypczuk J.: Atlas współzalenści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce. ykliczne zmiany klimatu miast w Eurpie. cz. XIII, Warszawa, Bryczka J., Stpa-Bryczka M., Błaek E., Skrzypczuk J.: Atlas współzalenści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce. Prgnza zmian klimatu Warszawy w XXI wieku, cz. XIV. Wyd. UW, Warszawa, Brückner E.: Klimaschwankungen seit 1700, nebst Bemerkungen uber die Klimaschankungen der diluvialzeit, Gegr. Abhandl, IV, Wien, Gutry-Krycka M., Bryczka J.: Lng-term fluctuatin f hydrclimate elements in Nrth- Eastern Eurpe. Glbal hange reginal Research entres: Scienttific Prblem and ncept Develpments. September 25-29, Warszawa, Jnes P. D., Jnssn T., Wheeler D.: Extensin t the Nrth Atlantic Oscillatin using early instrumental pressure bservatins frm Giblartar and Suth-West Iceland. Int. J. limatl., 17, , Jkiel P., Kuchwski K.: Zmiany wybranych charakterystyk hydrlgicznych Plski w bieżącymstuleciu. Dk. Gegr., 6, Kaczrwska Z.: Opady w Plsce w przekrju wielletnim. Prace Gegr. PAN, Nr 33, Kndratiew K. J., Niklski G. A.: Slar radiatin and slar activity. Quart. J. Ry. Meter. Sc., 96, Kżuchwski K.: Tendencje i wahania kreswe zldzenia Bałtyku ( ), [W:] Współczsne zmiany klimatyczne. Klimat Plski i reginu Mrza Bałtyckieg na tle zmian glbalnych. Rzprawyi Studia Uniw. Szczecin, (226) 152, Kżuchwski K., Bryczka J.: ykliczne wahania i trendy czaswe zmian pzimu mrza w Świnujściu ( ). Przegl. Gefiz., XLII, z. 1, Malcher J., Schönwiese H. D.: Hmgenity, spatial crrelatin and spectra variance analysis f lng Eurpean and Nrth American air temperature recrds. Ther. Appl. limat., 38, Marsz A. A. (red.): Wpływ stanu termiczneg pwierzchni ceanu na mdyfikacje cyrkulacji atmsferycznej w wymiarze klimatlgicznym. Materiały knferencji, Gdynia 6.V.1999, Michalska A.: Długkreswe zmiany padów atmsferycznych w Plsce w latach Zakład Klimatlgii Uniwersytetu Warszawskieg, maszynpis pracy dktrskiej, Żmudzka E.: ykliczne zmiany temperatury pwietrza w Plsce. Zakład Klimatlgii Uniwersytetu warszawskieg, maszynpis pracy dktrskiej,

65 YLI TEMPERATURE AND PREIPITATION FLUTUATIONS IN POLAND IN 19th-21st ENTURY Jerzy Bryczka, Maria Stpa-Bryczka Institute f limatlgy, Uniwersity f Warsaw ul. Krakwskie Przedmieście 30, Warszawa klimat@wgsr.uw.edu.pl A b s t r a c t. The aim f this research is t determine the range f air temperature and precipitatin fluctuatins in Warsaw and Krakw, in the last tw enturies. This research is t shw the synchrnizatin f cyclic climate fluctuatins in Pland n the example f the abve cities, and als t frecast the temperature and precipitatin variatins in the 21st entury. Past analyses f lng-term surveys (Warsaw , and Krakw ) suggest several air temperature cycles f significant amplitudes. They are ca. 3-5, 7-8, and years lng, and the planetary cycle lasts fr years. Spectres and cycles f air temperatures, precipitatins, NAO indicatr, and sun activity were calculated based n the regressin sine methd. Interesting are the graphs f tempral changes in sun activity, and the Nrth Atlantic Oscillatin (NAO) indicatr with frecast until Recnstructins and frecasts were arrived at based n interferences f the detected cycles: Wlf numbers and NAO indicatr. Tempral air temperature curses in Eurpe in the last centuries evidence that cntemprary climate warming in a large degree may have resulted frm natural causes. Nt withut any meaning are almst cngruent regressin straights f standardized values f sun activity and air temperature in Warsaw between K e y w r d s : air temperature, Sun activity, Nrth Atlantic Oscillatin, spectrum, frecast 368

66 XV. PROBLEMY BADAŃ WSPÓŁZESNYH ZMIAN KLIMATU ZIEMI Zmiany wiekwe klimatu Eurpy z uwzględnieniem prgnz w XXI wieku i ich weryfikacja elem badań przedstawinych w tmie 33 Atlasu jest kreślenie zmian wiekwych klimatu Eurpy, prgnzy i ich sprawdzalnść, ze szczególnym uwzględnieniem Plski (Warszawy): Bryczka J., Stpa-Bryczka M., 2015, Atlas współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce, t. XXXIII. Zmiany wiekwe klimatu Eurpy z uwzględnieniem prgnz w XXI wieku i ich weryfikacja (red.: K. Błażejczyk, M. Stpa-Bryczka, J. Bryczka,.J. Wawer, W. Żakwski), Wyd. UW, Warszawa, ss Współczesne zmiany klimatu są jednym z ważniejszych prblemów badawczych nauk przyrdniczych i spłeczn-eknmicznych. Isttne znaczenie dla chrny życia na Ziemi ma znajmść tendencji zarówn naturalnych, jak też antrpgenicznych zmian klimatu. Na naturalną zmiennść klimatu, wynikającą z przyczyn zewnętrznych (astrnmicznych) i wewnętrznych (gelgicznych) systemu Ziemia- atmsfera, nakładają się efekty ddziaływań antrpgenicznych. Pstępującemu glbalnemu ciepleniu klimatu przypisywany jest zwykle wzrst efektu cieplarnianeg, wywłaneg przez gazy szklarniwe głównie dwutlenek węgla (O 2 ). W mdelach wg scenariuszy 2xO 2 cenia się, że p pdwjeniu stężenia O 2 w atmsferze (względem stanu pczątkweg 280 ppm) nastąpi wzrst temperatury pwietrza 0,1-4,0, w zależnści d szerkści gegraficznej. Według scenariusza emisji IP (1990) przewiduje sic wzrst średniej glbalnej temperatury pwietrza d 2100 r. blisk 6. P uwzględnieniu chładzająceg działania aerzli siarczanwych prgnzwany jest mniejszy wzrst temperatury pwietrza 1-2 w stsunku d 1990 r. O istnieniu efektu cieplarnianeg w atmsferze (wywłaneg głównie przez parę wdną i O 2 ) świadczy równanie bilansu prmieniwania słneczneg padająceg na świetlną pwierzchnię Ziemi ( R 2 ) i długfalweg Ziemi (4 R 2 ): 0,25(1-A)s = at 4, gdzie s stała słneczna, A albed Ziemi, a stała Stefana-Bltzmana. Temperatura planetarna Ziemi T = 254 K jest znacznie mniejsza ( 2-4 ) d średniej temperatury wynikającej z pmiarów. Ze względu na sprzężenie zwrtne miedzy efektem cieplarnianym pary wdnej i temperatury pwietrza wzrst stałej słnecznej pwduje dwukrtny przyrst temperatury (Wetherald i Manabe 1975). Zmiany ilści energii słnecznej dchdzącej d pwierzchni Ziemi wynikają zarówn z długkreswych zmian parametrów rbity Ziemi (Milankvič 1938), jak też zmiennej aktywnści Słńca (Kndratiev i Niklski 1974). Interesujące są wyniki badań stężenia O 2 i temperatury (wg iztpu deuteru) w ciągu statnich lat na pdstawie rdzeni ldwych na stacji Vstk (WMO 1990, rys. 1). Zgdnść dat dwóch głównych maksimów stężenia O 2 i temperatury (współczesnych i dległych lat temu) świadczy, że zawartść dwutlenku węgla w atmsferze mże wynikać ze wzrstu temperatury pwietrza. Ocieplenie klimatu lat temu był prawdpdbnie spwdwane znacznym wzrstem prmieniwania słneczneg (maksimum krzywej Milankviča k

67 lat temu). Tak wiec był t naturalne cieplenie, wynikające z nałżenia się trzech kresów zmian parametrów rbity Ziemi (90 000, , lat). Regulatrem zawartści O 2 w atmsferze (skrelwanej z temperatura pwietrza) są prawdpdbnie wdy ceanów.wzrstwi temperatury pwietrza na Ziemi na gól przypisywane jest pdnszenie się pzimu ceanów średni cm w ciągu statnieg stulecia. Pzim Mrza Bałtyckieg w latach (w Świnujściu) wzrasta średni 5,7 cm/100 lat (najszybciej jesienią 6,8 cm i zimą 5,7 cm/100 lat). W prgnzach przewidywany jest dalszy wzrst pzimu ceanów ekspansja ceanów (bjętści wód) ze wzrstem temperatury i tpnienie ldwców. Według scenariusza emisji (IP 1995) pzim ceanów w rku 2100 pdniesie się prawie 50 cm (wg prgnz IP 1990 pnad 65 cm). Prgnzuje się, że pzim ceanów pdniesie się w rku cm przy minimalnej emisji O 2 i 95 cm przy emisji maksymalnej. Rys. 1. Zmiany stężenia O 2 w atmsferze (krzywa górna) i paletemperatury (iztpu tlenu 18 O, krzywa dlna) w ciągu statnich lat na pdstawie rdzeni ldwych na stacji Vstk (WMO, 1990) Fig. 1. hanges f O 2 cncentratin in the atmsphere (upper curve) and f the palaetemperature (xygen istpe 18 O, lwer curve) during the last 160,000 years n the basis f the ice cres frm the Wstk statin (WMO, 1990) Istnieje też ujemne sprzężenie zwrtne wywłane wzrstem zawartści O 2 w atmsferze (efektem cieplarnianym). Ze wzrstem temperatury pwietrza wzrasta parwanie wód ceanów, pwdując większe zachmurzenie. Zachmurzenie granicza dpływ prmieniwania słneczneg (bezpśrednieg) d pwierzchni Ziemi, przeciwdziałając glbalnemu ciepleniu. Dpływ prmieniwania słneczneg (bezpśrednieg) d pwierzchni Ziemi graniczają pyły emitwane d atmsfery pchdzenia antrpgeniczneg i naturalneg (z erupcji wulkanicznych). Pyły zmieniają isttnie bilans radiacyjny, pwdując lkalne bniżenia temperatury pwietrza. Niepkjące jest systematyczne cieplenie klimatu Ziemi w statnich dwóch stuleciach. Średnia glbalna temperatura pwietrza w dwudziestym wieku wzrsła 0,3-0,6. Na przykład w Eurpie przede wszystkim zimy są craz cieplejsze: w Warszawie ( ) c 1 /100 lat, Pradze ( ) c 0,25 /l00 lat, Genewie ( ) c 0,5 /100 lat, Anglii śrdkwej ( ) c 0,3 /100 lat. Tendencja rsnąca temperatury pwietrza w XIX-XX wieku mże częściw wynikać z tzw. miejskich wysp ciepła z craz większej akumulacji ciepła przez zabudwę i inne pwierzchnie sztuczne małym albed. P prstu szare miasta pchłaniają więcej 370

68 energii słnecznej w dzień niż ich tczenie (szczególnie w zimie). Miasta, w których znajdują się stacje meterlgiczne, są znacznie cieplejsze (przede wszystkim w ncy) d taczających terenów. Na przykład różnica temperatury pwietrza miedzy śródmieściem Warszawy i peryferiami mże siągać nawet 9,1 ( jak i r.). iągi czaswe temperatury pwietrza w statnich stuleciach w Eurpie świadczą, że współczesne cieplenie klimatu mże w dużym stpniu wynikać z przyczyn naturalnych. Tendencja rsnąca temperatury pwietrza zwłaszcza zimą jest p prstu wypadkwą nakładających się cykli naturalnych. Na przykład craz cieplejsze zimy w Warszawie 1,03 /100 lat w latach są efektem nałżenia się kilku kresów: 3,5; 5,5; 8,3; 12,9; 18,0; 38,3; 66,7; 113,1; 218,3 lat (rys. 3-4). Ich wypadkwa (prsta regresji) wyjaśnia wzrst temperatury pwietrza pdczas zim 0,93 /100 lat. Na zmiennść antrpgeniczną przypada zaledwie 0,1 /100 lat. Analgicznie, craz cieplejsze zimy w Genewie 0,5 /100 lat, Pradze 0,25 /100 lat są efektem nakładania się cyklicznych wahań temperatury pwietrza. Glbalne cieplenie klimatu (w Warszawie w latach średni 0,67 /100 lat) mże być wywłane wzrstem aktywnści Słńca. Aktywnść Słńca (liczby Wlfa) w latach wzrasta średni 17,2/ 100 lat (rys. 5-7). Wzrsła na w statnich dwóch stuleciach średni 34,5, tj. pnad 50% w stsunku d średniej wartści liczb Wlfa. Okreswe wahania klimatu (cieplenia i chłdzenia) są analgiczne d kresów zmian aktywnści Słńca zbliżnych d kresów planetarnych P. (biegu czterech największych planet i ich wzajemneg płżenia): 11,7; 1,8; 13,8; 19,9; 29,5; 35,9; 45,4; 84,0; 164,0; 171,4 lat. Interesujący jest eksperyment plegający na wyznaczeniu trendu czasweg liczb Wlfa przy załżeniu kreswści planetarnej P j, z uwzględnieniem mdulacji najkrótszeg kresu 11,7 lat przez kresy najdłuższe 84 lat i 171,4 lat. Wypadkwa kresów planetarnych dbrze pisuje zmiennść aktywnści Słńca (wyniki bserwacji) w latach (współczynnik krelacji R = 0,8). Okreswe wahania temperatury pwietrza skrelwane z kresami aktywnści Słńca i kresami planetarnymi implikują tezę chłdzeniu klimatu w przyszłym XXI stuleciu. Wypadkwa kresów temperatury pwietrza w Warszawie pdczas zim (rys. 2.) cechuje się głębkim minimum w latach , kiedy t prgnzwane jest klejne wiekwe minimum aktywnści Słńca. Ochłdzenia klimatu wystąpiły pdczas wiekwych minimów plam słnecznych: Maundera ( ) i Daltna ( ). Zauważn (harvatva, Jestlik 1996), pdczas minimów wiekwych aktywnści Słńca (c 179 lat) ruch śrdka masy Układu Słneczneg dbywa się p innych rbitach (chatycznych) niż pdczas maksimów (p rbitach uprządkwanych). Pdbne minimum wiekwe aktywnści Słńca (i chłdzenie klimatu) autrzy prgnzują w płwie przyszłeg stulecia. Pdbnie Sezanw i Malkentin (1996) sugerują, ze anmalne cieple zimy są wywłane specyficznym układem największych planet (Saturn, Neptun, Uran, które znajdują się w kniunkcji ze Słńcem i Ziemią) defrmujących helisferę własnymi plami grawitacyjnymi. Naturalne wahania klimatu są wywłane głównie zmiennścią stałej słnecznej. Zmienia się na w ciągu rku ± 3,3% w wyniku różnej dległści Ziemi d Słńca: styczeń (147 mm km) 2,01 cal cm -2 min -1, lipiec (152 mm km) 1,94 cal cm -2 min -1. Stała słneczna zależy d aktywnści Słńca. Maksymalna jej wartść przypada na 371

69 przedział liczb Wlfa (Kndratiev 1965). Z wzru K. Kndratieva i G. Niklskieg (1970): s = 1, ,011W 0, ,0006W, cal cm -2 min wynika, iż w cyklu 11- letnim stała słneczna waha się 2,5%. iąg czaswy stałej słnecznej w latach (trzymany wg pwyższeg wzru) cechuje się średnią kreswścią: 11,1; 34,2; 102,0; 187,8 lat (minima wariancji resztkwej, metda sinusid regresji). Tendencja stałej słnecznej w latach jest rsnąca i mże być przyczyna pstępująceg cieplenia klimatu Ziemi. Zmiany zachdzące na Słńcu są przenszne na Ziemię nie tylk pprzez stałą słneczną, ale także przez jnsferę (cyrkulację atmsferyczną). Znamienne jest, że minimum abslutne trendu czasweg temperatury pwietrza w Eurpie w statnich dwóch stuleciach ( ) przypada na minimum abslutne aktywnści Słńca (na najsłabszy cykl 13-letni plam słnecznych ) i jednczenie na maksimum wiekwe aktywnści wulkanicznej. Na pczątku XIX w. wystąpiły wybuchy wulkanów największym wskaźniku zapylenia atmsfery DVI (dust veil index H. Lamba, 1974): Tambra DVI =3000 w 1815 r., seguina DVI = 4000 w 1835 r. Pstępujące glbalne cieplenie mże też wynikać z tendencji malejącej wskaźnika DVI w latach i z większych dstępów czasu miedzy klejnymi wybuchami wulkanów. Na stałą słneczną ma niewątpliwie wpływ drbny pył, pzstający w stratsferze przez wiele lat. Okreswść zbliżną d wiekwej (120 lat) i dwuwiekwej (190 lat), która najbardziej kształtuje współczesne wahania klimatu, występuje również w ciągach czaswych substancji rganicznych zdepnwanych w sadach jezirnych sprzed lat (w hlcenie). Te długie kresy: temperatury; aktywnści Słńca i erupcji wulkanicznych (wiekwy i dwuwiekwy) pwtarzają się wielkrtnie w przypadku akumulacji substancji rganicznych. W prgnzach zmian klimatu w XXI wieku mżna pminąć bardz pwlne zmiany, spwdwane długimi kresami wahań parametrów rbity Ziemi (90 000, , lat; Milankvić, 1938). Mżna również pminąć najdłuższe hlceńskie cykle klimatu (pwyżej 1000 lat), wykryte w ciągach czaswych zdepnwanych substancji rganicznych w sadach jezir Wikaryjskie, Gściąż, Święte (Bryczka, Wicik 1994). Ich ekstrema (chłdzenia i cieplenia) prawdpdbnie będą się pwtarzać, gdyż analgicznej kreswści ulegają parametry Układu Słneczneg. W prgnzach nie mżna jednak zaniechać paruset letnich hlceńskich kresów, które kształtwały klimat Ziemi w statnich tysiącleciach. Być mże, że współczesne cieplenie jest efektem nałżenia się bardz długieg hlceńskieg cyklu klimatu (jeg fazy rsnącej) i zmiennści antrpgenicznej. Prgnzy zmian klimatu i ich sprawdzalnść Prblemem badań rzwiązywanym nadal jest weryfikacja prgnz zmian klimatu Ziemi, które pwstały w Zakładzie Klimatlgii UW, pdejmwane kilkakrtnie (przez J. Bryczkę ze współautrami) na pdstawie najdłuższej w danym czasie serii bserwacyjnych temperatury pwietrza z Warszawy (Okęcie), tj. d 1779 rku i padów atmsferycznych d 1813 d rku Zweryfikwan najwcześniejsze prgnzy zmian wartści średnich miesięcznych, seznwych lub rcznych temperatury pwietrza 372

70 w Warszawie (Bryczka, 1984, Bryczka i in., 1992) i (Bryczka i in., 2000) Weryfikacja tych prgnz plega zatem na zbadaniu synchrnicznści przebiegów (kincydencji ekstremów) wartści temperatury zmierznych (T) i prgnzwanych (f(t)), z zastswaniem dpwiednich testów statystycznych.. Prównan zmierzne wartści temperatury pwietrza w Warszawie-Okęciu w latach z prgnzwanymi z wyprzedzeniem 31 lat i 20 lat. Dbrą sprawdzalnścią cechują się prgnzy temperatury pwietrza w Warszawie na lata i z 1984 i 2000 rku, według cykli wykrytych metdą sinusid regresji w seriach wyników pmiarów w Warszawie-Obserwatrium Astrnmiczne w latach Prównan też zmierzne sumy padów atmsferycznych w Warszawie (Okęcie) w latach z prgnzwanymi z wyprzedzeniem 31 lat i 20 lat. Dbrą sprawdzalnścią cechują się prgnzy padów w Warszawie na lata i z 1993 i 2000 rku, według cykli wykrytych metdą sinusid regresji w seriach wyników pmiarów. Zweryfikwan również prgnzy zmian temperatury pwietrza w innych miejscach Eurpy, wybierając niektóre spśród 40 miast Eurpy, publikwane w 3 tmach Atlasu współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce: zima i lat (Bryczka i in., 2003), styczeń i lipiec (Bryczka i in., 2005) raz rk (Stpa- Bryczka i in., 2007). D wybranych miejsc należą: śrdkwa Anglia ( ), Greenwich ( ), Paryż ( ), Berlin ( ), Mskwa ( ), Sztkhlm ( ) i Rzym ( ). Szczególną uwagę zwrócn na prgnzy zmian temperatury pwietrza w zimie i styczniu, ze względu na pstępujące cieplenie klimatu Eurpy. D weryfikacji wykrzystan późniejsze wyniki pmiarów na stacjach: Warszawa (Okęcie, ), Lndyn (Gatwick, ), Paryż (Mntsuris, ), Berlin ( ), Mskwa ( ), Sztkhlm ( ) i Rzym ( ). Ta pzytywna cena prgnz wynika z synchrnicznych przebiegów wielletnich zmierznych i blicznych wartści temperatury (wypadkwa interferencji cykli), a także z isttnych statystycznie związków krelacyjnych (na pzimie ufnści 95%). 373

71 I. WPROWADZENIE Prezentwany Tm XXXIII Atlasu współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce pt. Zmiany wiekwe klimatu Eurpy z uwzględnieniem prgnz w XXI wieku i ich weryfikacja stanwi pdsumwanie ważniejszych wyników badań w zakresie naturalnych i antrpgenicznych zmian klimatu Eurpy. Szczególne znaczenie mają cykliczne zmiany klimatu i ich przyczyny, tendencje wiekwe, reknstrukcja i prgnza zmian w XXI wieku raz ich sprawdzalnść (weryfikacja). W rzdziale II pt. Prblemy badań współczesnych zmian klimatu Ziemi zwrócn uwagę na naturalną zmiennść klimatu, wynikającą z przyczyn zewnętrznych (astrnmicznych) i wewnętrznych (gelgicznych) systemu Ziemia-atmsfera, na które nakładają się efekty ddziaływań antrpgenicznych. Ten prblemwy przegląd literatury stanwi gólne tł d aktualnych własnych badań naturalnych i antrpgenicznych zmian klimatu Eurpy (i Plski). W rzdziale III pt. Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Eurpy z wydrębnieniem Plski (ważniejsze wyniki badań) przedstawin niektóre wyniki badań zawarte w tmach VII i IX-XV Atlasu współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce: Tm VII. Zmiany wiekwe klimatu Plski, 1992 Tm IX. Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Warszawy, 1995 Tm X. ykliczne zmiany aktywnści Słńca i cyrkulacji atmsferycznej w Eurpie, 1997 Tm XI. Tendencje wiekwe klimatu miast w Eurpie, 1998 Tm XII. Ochłdzenia i cieplenia klimatu miast w Eurpie, 1999 Tm XIII. ykliczne zmiany klimatu miast w Eurpie, 1999 Tm XIV. Prgnza zmian klimatu Warszawy w XXI wieku, 2000 Tm XV. Prgnzy zmian klimatu miast Eurpy, 2001 Na przykład celem tmu X Atlasu jest kreślenie cyklicznści i tendencji klimatu Eurpy i ich naturalnych przyczyn wpływu aktywnści Słńca i erupcji wulkanów. Z klei tm XI jest znacznym rzszerzeniem badań pdjętych w tmie VII, dtyczącym wiekwej tendencji klimatu Warszawy (Bryczka, Stpa-Bryczka i in., 1992). Rzwiązan w nim prblemy Naturalnych i antrpgenicznych zmian klimatu miast Eurpy w XVI-XXI wieku, zawarte w tmie IX Atlasu (1995). Przedstawin więcej dwdów dtyczących naturalnych przyczyn glbalneg cieplenia niż w książce pt. Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Ziemi w XVII-XXI wieku (Bryczka 1993). Isttne znaczenie pznawcze mają wyniki badań w zakresie cyklicznści i tendencji zmian klimatu Eurpy przedstawine w 7 klejnych tmach Atlasu IX-XV publikwanych w latach Rzdział IV pt. Pstęp badań naturalnych zmian klimatu w pierwszej dekadzie XX wieku w dniesieniu d statniej dekady XX wieku zawiera infrmacje aktualnie rzwiązywanych prblemach badawczych, a świadectwem teg są tmy XVII, XIX, XX-XXI i XXV Atlasu współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce publikwane w latach : Tm XVII. Mrźne zimy i upalne lata w Plsce, 2003 Tm XIX. echy termiczne klimatu Eurpy, 2005 Tm XX-XXI. ykliczne zmiany klimatu Eurpy w statnim tysiącleciu według danych dendrlgicznych, 2007 Tm XXV. Zmiany klimatu Warszawy i innych miast Eurpy w XVII-XXI wieku,

72 W tmach XVII, XIX i XX-XXI przedstawin wykresy zmian temperatury pwietrza w XVIII-XXI wieku w 40 miejscwściach eurpejskich pdczas zimy i lata (XVII), w styczniu i lipcu (XIX) raz rku (XX-XXI). Szczególne znaczenie mają prgnzy klimatu d rku 2100 na pdstawie interferencji silniejszych cykli zawartych w widmach temperatury pwietrza w wybranych 9 miejscwściach. Prgnzy wskazują na naturalne chłdzenie klimatu Eurpy (i Plski) w płwie XXI wieku, które częściw mże być złagdzne przez czynniki antrpgeniczne (efekt cieplarniany i miejskie wyspy ciepła). Dużą rlę w kształtwaniu klimatu dgrywają długie cykle: 102- i 187-letnie aktywnści Słńca, które są becne w widmach temperatury pwietrza. Nwść stanwią cykle klimatu kreślne pśredni na pdstawie danych dendrlgicznych z Eurpy (i Plski) w statnim 1000-leciu raz prgnzy p rk iągi chrnlgiczne szerkści pierścieni drzew: ssny, świerka i mdrzewia w Eurpie cechują się również pdbnymi kresami kł 100- i 180-letnim. Na uwagę zasługują prgnzy p rk 2100 przyrstów rcznych 30 drzew, rsnących w Eurpie. Przebiegi czaswe ich rcznych przyrstów cechują się głównymi minimami w płwie XXI wieku. Słje np. świerka Picea abies z Falkenstein ( ) cechują się silnymi cyklami: 110, 189 i 429 lat. Tm XXV pt. Zmiany klimatu Warszawy i innych miast Eurpy w XVII-XXI wieku zawiera ryginalne wyniki badań studenckich, przedstawine w rzdziale Współczesne zmiany klimatu miast Eurpy w pracach magisterskich Zakładu Klimatlgii Uniwersytetu Warszawskieg. Z kilkunastu prac magisterskich dtyczących wiekwych zmian klimatu Eurpy Zachdniej, Śrdkwej i Wschdniej (cyklicznści, tendencji i prgnz klimatu) pdan najważniejsze wyniki badań w dniesieniu d literatury klimatlgicznej. Każdy prblem badawczy scharakteryzwan wybierając 1 lub 3 prace magisterskie. W rzdziale V. Z badań zmian klimatu miast Eurpy w XXI wieku sprawdzn prgnzy klimatu pwstałe w Zakładzie Klimatlgii UW, na pdstawie najdłuższych w danym czasie serii bserwacyjnych w Eurpie: Anglia śrdkwa, Paryż, Genewa, Berlin, Warszawa, Praga, Rzym, Sztkhlm i Mskwa. Prównan zmierzne wartści temperatury pwietrza (T) w latach z prgnzwanymi f(t) z wyprzedzeniem wielletnim (w Warszawie 35 lat, ). W rzdziale VI. Fale ciepła i chłdu w przebiegu rcznym temperatury pwietrza w Warszawie ( ) zbadan zależnść cyklu rczneg temperatury pwietrza w Warszawie (Okęcie) d cyklu rczneg aktywnści Słńca, wynikająceg z ruchu brtweg Słńca (25-31 dni) wkół jeg si, nachylnej pd kątem d ekliptyki. Fale chłdu (ΔT < 0 ) i ciepła (ΔT 0} zdefiniwan jak dchylenia ΔT średnich dbwych zmierznych wartści temperatury (T) d sinusidy regresji f (t) kresie 365,25 dni. W rzdziale VII. Reknstrukcja i prgnza zmian klimatu Ziemi w czasie d BP d AD przedstawin zmiany wiekwe klimatu Ziemi według zmian prmieniwania słneczneg na równleżniku φ= 65, iztpu tlenu δ 18 O w rdzeniu ldwych wyspy Devn (d BP d AD) i zawartści substancji rganicznych (%) w Jez. Gściąż. (d BP d AD). D statnich rzdziałów należą: VIII. Zakńczenie i IX. Literatura raz Załącznik 1 i Załącznik

73 UNIWESYTET WARSZAWSKI WYDZIAŁ GEOGRAFII I STUDIÓW ERGIONALNYH JERZY BORYZKA, MARIA STOPA-BORYZKA XXXIII. ZMIANY WIEKOWE KLIMATU EUROPY Z UGLĘDNIENIEM PROGNOZ W XXI WIEKU I IH WERYFIKAJA atlas WSPÓŁZALEŻNOŚI PARAMETRÓW METEOROLOGIZNYH I GEOGRAFIZNYH W POLSE Warszawa

74 SPIS TREŚI (33) I. WPROWADZENIE 5 II. PROBLEMY BADAN WSPÓŁZESNYH ZMIAN KLIMATU ZIEMI 7 III. NATURALNE I ANTROPOGENIZNE ZMIANY KLIMATU EUROPY Z WYODRĘBNIENIEM POLSKI (WAŻNIEJSZE WYNIKI BADAŃ) Zmiany wiekwe klimatu Plski Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Warszawy ykliczne zmiany aktywnści Słńca i cyrkulacji atmsferycznej w Eurpie Tendencje wiekwe klimatu miast w Eurpie Ochłdzenia i cieplenia klimatu miast w Eurpy Tendencje temperatury pwietrza miast w Eurpie w XVII-XX wieku yklicznść jak cecha pla temperatury pwietrza w Eurpie ykliczne zmiany klimatu miast w Eurpie Synchrnicznść krótkich cykli klimatu miast w Eurpie Prgnza zmian klimatu Warszawy w XXI wieku Ochłdzenia i cieplenia klimatu Warszawy i ich uwarunkwania Okreswa zmiennść padów atmsferycznych w Warszawie Tendencje zmian klimatu Warszawy Prgnza zmian klimatu Warszawy w XXI wieku Prgnzy zmian klimatu miast Eurpy Wpływ cyrkulacji atmsferycznej na klimat Eurpy Wpływ Oscylacji Półncnatlantyckiej na klimat Plski Ochłdzenie i cieplenie klimatu Eurpy Śrdkwej kształtwane przez Niż Islandzki i Wyż Azrski Prgnzy temperatury pwietrza w miastach Eurpy Śrdkwej (Warszawa, Kraków, Praga, Genewa) w XXI wieku 163 IV. POSTĘP BADAŃ NATURALNYH ZMIAN KLIMATU EUROPY W PIERWSZEJ DEKADZIE XXI WIEKU W ODNIESIENIU DO DRUGIEJ POŁOWY XX WIEKU Mrźne zimy i upalne lata w Plsce Przeszłść i teraźniejszść klimatu Ziemi Rla cyrkulacji atmsferycznej w kształtwaniu klimatu Eurpy Mrźne zimy i upalne lata w Eurpie w XVIII-XXI wieku ze szczególnym uwzględnieniem Plski Widma temperatury pwietrza w Eurpie Zmiany temperatury pwietrza w Eurpie w XVIII-XX wieku. Reknstrukcja i prgnza p rk echy termiczne klimatu Eurpy Okreswe zmiany temperatury pwietrza w Eurpie Zmiany temperatury pwietrza w Eurpie w XVIII-XXI wieku. Prgnzy p rk ykliczne zmiany klimatu Eurpy w statnim tysiącleciu według danych dendrlgicznych Wpływ Oscylacji Półncnatlantyckiej (NAO) na temperaturę pwietrza w Eurpie Synchrnicznść cykli klimatycznych i dendrlgicznych w Eurpie Prgnzy zmian klimatu Eurpy w XXI wieku według szerkści słjów drzew Zmiany klimatu Warszawy i innych miast Eurpy w XVII-XXI wieku Wiekwe zmiany klimatu miast nizinnych Eurpy (Lndyn, Warszawa, Mskwa) Wiekwe zmiany klimatu miast górskich Eurpy (Genewa, Zurych, Saentis, Snnblick) Slarne i cyrkulacyjne uwarunkwania klimatu miast Eurpy (liczby Wlfa, NAO, typy Wangenheima i Osuchwskiej-Klein) Wpływ Oscylacji Półncnatlantyckiej na zróżnicwanie cech termicznych klimatu miast Eurpy (Paryż, Marsylia, Wrcław, Kraków, Warszawa) Wpływ NAO na zróżnicwanie cech padwych klimatu miast śrdkwej Eurpy (Wrcław, Warszawa)

75 Badanie cyklicznści i tendencji zmian temperatury pwietrza w Eurpie na prfilach : płudnikwym (Sztkhlm, Warszawa, Ateny) i równleżnikwym (Paryż, Warszawa, Mskwa) Badanie cyklicznści i tendencji zmian temperatury pwietrza w Eurpie (Szwecja) na pdstawie danych dendrlgicznych 306 V. Z BADAŃ ZMIAN KLIMATU MIAST EUROPY W XXI WIEKU Weryfikacja prgnz kreswych zmian temperatury pwietrza w Eurpie w XX- XXI wieku(bryczka J.,.Stpa-Bryczka M., Ksswska-ezak U., Wawer J.) Prgnzy zmian temperatury pwietrza w Warszawie ( z 1984 r. i inne) Prgnzy zmian temperatury pwietrza w innych miastach Eurpy Weryfikacja prgnz kreswych zmian padów atmsferycznych w Plsce w latach (Bryczka J.,.Stpa-Bryczka M., Ksswska-ezak U., Wawer J.) Wpływ aktywnści Słńca na pady atmsferyczne Sprawdzalnść prgnz padów atmsferycznych we Wrcławiu według pmiarów w latach Sprawdzalnść prgnz padów atmsferycznych w Warszawie według pmiarów w latach i VI. FALE IEPŁA I HŁODU W PRZEBIEGU ROZNYM TEMPERATURY POWIE- TRZA W WARSZAWIE ( ) Zależnść przebiegu rczneg temperatury pwietrza d aktywnści Słńca (na przykładzie Warszawy, ) (Bryczka J.,.Stpa-Bryczka M., Ksswska- ezak U., Wawer J.) Fale chłdu i ciepła w cyklu rcznym temperatury pwietrza yrkulacyjne uwarunkwania fal chłdu i ciepła Wpływ aktywnści Słńca na fale chłdu i ciepła The dependency between annual air temperature and slar activity. A case study f Warsaw in (Bryczka J.,.Stpa-Bryczka M., Ksswska-ezak U., Wawer J.) Annual prfiles f air temperature in cld and ht waves The impact f circulatin n warm and cl waves The influence f slar activity n warm and cl waves 382 VII. REKONSTRUKJA I PROGNOZA ZMIAN KLIMATU ZIEMI W ZASIE OD BP DO AD Zmiany klimatu Ziemi (d BP d AD) według prmieniwania słneczneg na równleżniku = 65 N Zmiany klimatu Ziemi (d BP d AD) według iztpu tlenu δ 18 O w rdzeniu ldwym wyspy Devn (Arktyka Kanadyjska) Zmiany klimatu Ziemi (d BP d AD) według substancji rganicznych zdepnwanych w sadach jezira Gściąż Zależnść aktywnść Słńca i erupcji wulkanów d kncentracji masy planet w Układzie Słnecznym 400 VIII. ZAKOŃZENIE 403 IX. LITERATURA 409 ZAŁĄZNIK 1. SPIS PUBLIKAJI ( ) Maria Stpa-Bryczka 417 ZAŁĄZNIK 2. SPIS PUBLIKAJI ( ) Jerzy Bryczka

76 15.2. Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Warszawy elem badań jest kreślenie zakresu ddziaływania czynników naturalnych i sztucznych na ple temperatury pwietrza w Plsce ze szczególnym uwzględnieniem Warszawy: Stpa-Bryczka M, Bryczka J., Błażek E., Skrzypczuk J., 1995, Atlas współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce, t. IX. Naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu Warszawy (red. M. Stpa-Bryczka), Wyd. UW, ss. 322 Badania przeprwadzn pd kątem wpływu czynników gegraficznych i antrpgenicznych na ple temperatury pwietrza w różnych skalach przestrzennych i czaswych. Najpierw pisan empirycznymi wzrami rzkłady temperatury pwietrza w Eurpie w trzydziestleciu , ptem w Plsce w dziesięcileciu W ten spsób zbadan zależnści temperatury pwietrza d szerkści i długści gegraficznej raz wyskści nad pzimem mrza. Empiryczne wzry (tab. 1, rys ) t wielmiany ą stpnia, które umżliwiły wyznaczenie średnich gradientów w prfilach płudnikwym, równleżnikwym i hipsmetrycznym (rys. 1-24). Dynamikę zmian (tendencję czaswą) pla temperatury pwietrza wskazuj różnice między średnimi z pszczególnych punktów (32 miast) i całej Plski bliczne dla pszczególnych miesięcy w dziesięcileciach i Intensywnść prcesów cieplnych zachdzących w różnych prach dby i rku w pbliżu pwierzchni Ziemi w wybranych miejscwściach Plski dzwierciedlaj pdstawwe charakterystyki temperatury pwietrza: średnia dbwa (T), maksymalna (T max ), minimalna (T min ) i dbwa amplituda temperatury (A). Wpływ czynników lkalnych na ple temperatury pwietrza w Plsce brazują przebiegi rczne różnic zmierznych i wyznacznych z równań sinusid aprksymujących dane z pszczególnych stacji płżnych w pbliżu większych miast. Szczegółwe badania pd kątem wpływu czynników antrpgenicznych na klimat lkalny przeprwadzn na przykładzie Warszawy, miasta nizinneg ( m n.p.m.), płżneg średni na równleżniku φ= 52 N, umiarkwanej dległści (λ = 21 E) d Oceanu Atlantyckieg. Miarami ddziaływania miasta na klimat lkalny są różnice między wartściami temperatury zmierznymi w mieście i pza miastem raz ich zależnści d stanu atmsfery. Różnice takie wyznaczn w dniesieniu d całeg miasta i wybranych fragmentów ze szczególnym uwzględnieniem Śródmieścia. Isttne znaczenie pznawcze ma kreślenie tempa nagrzewania i wychładzania terenów zabudwanych raz terminów pjawiania i zanikania miejskiej wyspy ciepła. Ważne s także wartści prgwe takich elementów, jak temperatura pwietrza, zachmurzenie i prędkść wiatru, przy których defrmacja pla temperatury pwietrza jest największa. Wpływ miasta na ple temperatury pwietrza zależy głównie d pry dby i pry rku. Opisują g przebiegi dbwe i rczne raz sinusidy regresji wyznaczne z danych wszystkich stacji meterlgicznych całeg miasta, fragmentów miasta zabudwie zwartej i luźnej raz terenów zieleni parkwej w latach Najwięcej przykładów pchdzi z 1992 r., a dtyczą ne zmian dbwych intensywnści śródmiejskiej wyspy ciepła alb inaczej warunków meterlgicznych sprzyjających pwstawaniu miejskiej wyspy ciepła w śródmieściu Warszawy. Materiałami źródłwymi w przypadku badań klimatu Warszawy są dane nie tylk ze stacji Instytutu Meterlgii i Gspdarki Wdnej, lecz takie wyniki pmiarów prwadznych przez Zakład Klima- 379

77 tlgii Uniwersytetu Warszawskieg w latach , 1969 i Pznane prawidłwści ddziaływania czynników gegraficznych i antrpgenicznych na ple temperatury pwietrza w Plsce raz próba ich ddzielenia mają isttne znaczenie w mdelwaniu i prgnzach przestrzenn-czaswych zmian warunków termicznych. Innym isttnym prblemem jest identyfikacji a przyczyn naturalnych zmian klimatu, przedstawina w rzdziale pt.,,naturalne i antrpgeniczne zmiany klimatu miast w Eurpie w XVII-XXI wieku. W tym celu prównan tzw. gęste widma scylacji zmiennych astrnmicznych (parametrów Układu Słneczneg, aktywnści Słńca), zmiennych gelgicznych (erupcji wulkanów) i zmiennych klimatlgicznych (cyrkulacji atmsferycznej, temp eratury pwietrza, padów atmsferycznych, dpływów rzek). W identyfikacji przyjęt zasadę, że widma scylacji (rzeczywiste kresy) przyczyn i skutków pwinny by zbliżne. Stwierdzn dwjakieg rdzaju wpływ parametrów Układu Słneczneg na klimat Ziemi: 1. parametry US aktywn Słńca cyrkulacja atmsferyczna, 2. parametry US erupcje wulkanów prmieniwanie. Wydrębnin także składniki antrpgeniczne (liniwe) trendów czas wych: temperatury pwietrza, padów atmsferycznych, ddzielając zmiennść naturalną (kresów). Dknan teg na pdstawie dstatecznie długich ciągów chrnlgicznych ( letnich). Nwścią są dwjakieg rdzaju prgnzy tendencji zmian klimatu w XXI wieku: klimatlgiczne na pdstawie gęstych widm scylacji i astrnmiczne wg zmian wiekwych parametrów Układu Słneczneg. Obliczenia kmputerwe były wyknane w entrum Infrmatycznym Uniwersytetu Warszawskieg na maszynie elektrnicznej IBM-3090 przez zespół pracwników: mgr Annę Góraj, mgr Teresę Desperat i mgr Grażynę Wźniakwską pd kierunkiem mgr Hanny Złmaniec. Autrzy serdecznie dziękują za mdyfikację prgramów i pprawne wyknanie wszystkich bliczeń. 380

78 381

79 SPIS TREŚI (9) PRZEDMOWA 5 I. WSTĘP 9 II. ZASTOSOWANE METODY BADAŃ KLIMATU MIAST Badanie zależnści miejskiej wyspy ciepła d stanu atmsfery Ekstrema rczne miejskiej wyspy ciepła i daty ich występwania Oddzielenie defrmacji pla temperatury pwietrza przez ukształtwanie pwierzchni Ziemi i miasta 16 III. WPLYW ZYNNIKÓW GEOGRAFIZNYH NA POLE TEMPERATURY POWIETRZA Prfile temperatury pwietrza w Eurpie Prfile temperatury pwietrza w Plsce 20 IV EHY TERMIZNE KLIMATU MIAST W POLSE Zmiany rczne temperatury pwietrza w latach Przestrzenne zróżnicwanie temperatury pwietrza w Plsce 50 V. DEFORMAJA POLA TEMPERATURY POWIETRZA PRZEZ MIASTO Wpływ zabudwy na różnice temperatury pwietrza między miastem i tczeniem Zależnść różnic temperatury pwietrza d stanu atmsfery Wpływ miejskiej wyspy ciepła na prcesy przewietrzania Warszawy 110 VI ZMIANY DOBOWE MIEJSKIEJ WYSPY IEPŁA W WARSZAWIE Terminy pwstawania i zaniku miejskiej wyspy ciepła Intensywnść miejskiej wyspy ciepła w gdzinach wieczrnych i ncnych Warunki meterlgiczne sprzyjające pwstawaniu miejskiej wyspy ciepła 170 VII NATURALNE I ANTROPOGENIZNE ZMIANY KLIMATU MIAST W EUROPIE W XVII-XXI WIEKU Metdy identyfikacji przyczyn zmian klimatu Wpływ parametrów Układu Słneczneg na aktywnść Słńca, erupcje wulkanów i klimat Ziemi Antrpgeniczne zmiany klimatu w XVII-XXI wieku 282 VIII ZAKOŃZENIE 301 LITERATURA 309 SUMMARY 313 Ważniejsze wyniki badań Głównym celem pracy jest kreślenie zakresu defrmacji pla temperatury pwietrza w Plsce przez miasta. Prpzycję rzwiązania teg prblemu przedstawin na przykładzie Warszawy miasta nizinneg, płżneg w śrdkwej Eurpie na Nizinie Mazwieckiej (φ = 52, 1, λ = 21,0 0, H = 110 m n.p.m.). 1. Najpierw dknan ceny wpływu płżenia gegraficzneg na cechy termiczne miast w Eurpie ze szczególnym uwzględnieniem Plski. Z mdeli statystycznych różnskalwych: wielkskalwych (Eurpa) i średniskalwych (Plska) wynika, że w kształtwaniu klimatu miast (także największych) dminują czynniki naturalne: szerkść gegraficzna warunkująca strefwść klimatu, dległść d Oceanu Atlantyckieg (cieplający wpływ w zimie mas pwietrza plarnmrskieg) i wyskść n.p.m. Strefwść klimatu jest głównie defrmwana przez Ocean Atlantycki i góry. W miastach,,nizinnych Eurpy Zachdniej dminuje ddziaływanie Oceanu Atlantyckieg na ple temperatury pwietrza, a w Eurpie Wschdniej wpływ lądu Azji. Ple temperatury pwietrza w miastach płżnych na płudnie i półnc d nizin eurpejskich jest głów- 382

80 nie zdefrmwane przez wyskść n.p.m. Najbardziej g defrmują ktliny śródgórskie w Alpach, Karpatach, Sudetach. Z mdeli symulujących zmiennść przestrzenną temperatury pwietrza w Eurpie wynika też znaczny udział czynników antrpgenicznych w kształtwaniu klimatu miast. Różnice temperatury pwietrza między zmierznymi i blicznymi z wielmianów regresji 4. stpnia względem czynników gegraficznych T = f(φ, λ, H) świadczą dść dużej rli pwierzchni sztucznych głównie w dużych miastach. W przypadku Warszawy ta różnica jest rzędu 1, mim że wyróżnia się jak cieplejsza Nizina Mazwiecka. 2. Warszawa na tle tczenia wyróżnia się przede wszystkim wyższą temperaturą minimalną (w ncy jest znacznie cieplejsza); dłuższym kresem bezprzymrzkwym i wegetacyjnym, mniejszą wilgtnścią względną i większym niedsytem wilgtnści pwietrza, większym zachmurzeniem nieba i mniejszą liczbą dni pgdnych, większymi sumami padów atmsferycznych, mniejszą liczbą dni z mgłą (mniej inwersji termicznych) raz znacznie mniejszą prędkścią wiatru, mniejszą liczbą dni z wiatrem silnym, większą liczbą dni z wiatrem bardz słabym i większym udziałem dni bezwietrznych (Stpa-Bryczka 1992). Pmiary elementów meterlgicznych w brębie miasta (w kilku punktach) i na jeg peryferiach umżliwiły kreślenie zmian rcznych i dbwych miejskiej wyspy ciepła w Warszawie. Określn defrmację pla temperatury pwietrza w skali całeg miasta jak też jeg fragmentów: zabudwie zwartej, luźnej i zieleni parkwej. Spr miejsca w pracy pświęcn więc zróżnicwaniu cech termicznych klimatu w skali lkalnej wpływwi rdzaju zabudwy, knfiguracji budynków, terenów zielnych na miejską wyspę ciepła. Nvum w literaturze stanwi wszechstrnna charakterystyka zmian dbwych miejskiej wyspy ciepła w Warszawie przedstawina na przykładzie anmalneg upalneg rku Isttne znaczenie pznawcze mają terminy pjawiania się i zaniku miejskiej wyspy ciepła, jak również jej intensywnść zależnie d warunków pgdwych. Interesujące jest kreślenie przy jakiej cyrkulacji pwietrza, różnice temperatury pwietrza między miastem i tczeniem są największe np. > 3. P prstu stwierdzn jakie sytuacje pgdwe sprzyjają dużej intensywnści miejskiej wyspy ciepła. Dni maksymalnej różnicy temperatury pwietrza (ΔT max ) między śródmieściem Warszawy i peryferiami w rku 1992 i ich charakterystykę meterlgiczną zestawin w tabeli, gdzie pdan: gdziny wystąpienia maksymalnej różnicy temperatury pwietrza (ΔT max ), typ cyrkulacji wg Lityńskieg, temperaturę pwietrza na Okęciu (T), zachmurzenie (N), prędk wiatru (v) i jeg kierunek. Interesujące jest, że miejska wyspa ciepła w Warszawie maksymalnej intensywnści (największej różnicy ddatniej temperatury pwietrza miedzy centrum miasta i peryferiami) wystąpiła w dniach cyrkulacji antycyklnalnej (wyżwej) przy największej inslacji. Największe różnice temperatury pwietrza ΔT = 9, 1 zantwan w dniach 30 VII. i 17 VIII 1992 r. przy typie cyrkulacji SW A. Kntrast termiczny między miastem i jeg klicami szczególnie nasila się przy frntach chłdnych w gdzinach, późnwieczrnych i ncnych (tab. 1). 383

81 Tabela 1. Dni maksymalnej różnicy temperatury pwietrza (ΔT max) między śródmieściem Warszawy i jej peryferiami Table 1. Days with highest air temperature differences (ΔT max) between dwntwn Warsaw and its peripheries Gdz, ΔT max yrkulacja T N v [m/s] Kierunek ,8 OA W ,4 OA -1,1 2 1 S ,4 WA -1, IV 6 6,0 O -2,0 5 1 W 16 V 5 7,8 NA 5,8 1 1 SW 27 VI 5 8,5 OA 9,4 3 1 W 30 VII 1 9,1 SWA 9, VIII 6 9,1 SWA 8,1 2 2 S 10 IX 6 6,4 SWA 4,5 0 1 W 21 X 6 4,6 NW -2,3 4 1 S 9 XI 20 5,1 OA -3,8 0 1 S 26 XI 21 4,9 NA -11,3 0 1 NW Dzienna wyspa ciepła jest najintensywniejsza w zimie w śródmieściu (w zabudwie zwartej i zieleni parkwej). W ncy miast wychładza się mniej niż jeg tczenie. Wskazują na t różnice temperatury pwietrza (styczeń, kwiecień, lipiec, październik 1992). Miast w ncy jest znacznie cieplejsze d tczenia średni temperatura minimalna jest d 2 większa. Miejska wyspa ciepła w zimie występuje prawie przez całą dbę. Natmiast w lecie nasila sic na d wieczra d rana. W gdzinach kłpłudniwych różnice temperatury pwietrza między śródmieściem Warszawy i peryferiami są niewielkie (wyrównanie temperatury pwietrza). 3. Różnice temperatury pwietrza między miastem i tczeniem: średniej dbwej ΔT, maksymalnej ΔT max, minimalnej ΔT min i dbwej amplitudy ΔA zależnie d rdzaju pwierzchni zestawin w tabeli 2. W mieście wahania dbwe temperatury pwietrza są mniejsze niż pza miastem. Różnice dbwej amplitudy zmieniają się w ciągu rku d ΔA = - 0,6 w styczniu d ΔA = -2,1 w lipcu i sierpniu. Zabudwa luźna mniej zniekształca dbwe wahania temperatury pwietrza: różnica ΔA zmienia się d -0,4 d -1,2 (w tych samych miesiącach). Najmniejsze jednak dbwe wahania temperatury pwietrza ΔA występują w zieleni parkwej: d -0,2 w lutym d -0,9 w sierpniu i wrześniu. Tabela 2. Różnice temperatury pwietrza między miastem i tczeniem dla różneg rdzaju pwierzchni Table 2. Temperature difference measurement fr varius kinds f surface Pwierzchnia Ekstrema ΔT ΔT max ΔT mjn ΔA Miast max 1 VII 0,2 II 2 VII -2 VII miii 1 I -0,1 I 1 I -0 II Zabudwa max 1 VII, VIII 0,3 II 2 VII, VIII -0 VII, VIII zwarta miii 1,II -0,2 VIII 1 I -1 I Zabudwa max 1 VIII, IX 0,1, VI, V 1 VII -1 VII, VIII luźna mm 0 III -0,1 X 1 I -0-0,4(I) Zieleń Max 1 VI, V1I 0,6 IV 1 VII -1 VIII, IX parkwa mm 1 XII 0,3 IX 1 I -0 II 384 Sinusidy pisujące zmiany rczne różnic temperatury pwietrza (

82 ΔT = a 0 + b sin ( między zabudwą zwartą, luźną, zielenią parkwą i tczeniem świadczą zależnści amplitudy miejskiej wyspy ciepła d rdzaju pwierzchni czynnej. Temperatura pwietrza w zabudwie zwartej i kmpleksach zieleni parkwej w śródmieściu najbardziej dbiega d średnich warunków termicznych Warszawy. Zabudwa zwarta cechuje się najwyższą temperaturą minimalną (różnice ΔT d 1,9 ) i najmniejszą dbwą amplitudą ΔA (d 2,1 ) względem tczenia. Z klei zieleń miejska wyróżnia się najwyższą temperaturą maksymalną różnice ΔT max sięgają 0,6 i największą amplitudą d 0, 9 względem tczenia. Z przeprwadznej analizy wynika, że zabudwa zwarta w śródmieściu Warszawy najbardziej defrmuje ple temperatury pwietrza, pdwyższając średnią temperaturę pwietrza, zwłaszcza minimalną, w 5-leciu d 1,9, w pszczególnych latach d 2,6, a w pjedynczych dniach d 9, zmniejszając dbwe wahania temperatury pwietrza d -2, 1. Pdczas upalneg lata 1992 r. średnie miesięczne różnice siągały skrajne wartści d -4,1 w sierpniu d -0,4 w lipcu. 4. Isttny wpływ na pinwy i pzimy ruch pwietrza w mieście ma stratyfikacja atmsfery. Nierównmierne grzewanie sic miasta w ciągu dnia (zwłaszcza słneczneg) tj. silne nagrzewanie się świetlnych ścian budynków, a pwlne terenów zacieninych i zieleni parkwej sprzyja pwstawaniu równwagi chwiejnej pwietrza. Równwaga chwiejna pwietrza przy kntrastach termicznych pdłża sprzyja rzwjwi prądów knwekcyjnych i turbulencji wzmaga pinwą wymianę pwietrza. Jest t prces samczyszczania się miasta dprwadzania pyłów i innych substancji gazwych na większe wyskści. Innym mechanizmem samczyszczenia się miasta z pyłów przemysłwych jest pzimy ruch pwietrza, wynikający z różnicy temperatury pwietrza między centrum i peryferiami. Odgrywa n dużą rlę przy słabych wiatrach i ciszach (bryza miejska). Na peryferiach miasta przy małych prędkściach wiatru i czystym niebie częst występują inwersje temperatury pwietrza (w ncy przy równwadze stałej pwietrza), pwdujące stagnację chłdneg pwietrza przy gruncie. Miejska wyspa ciepła nie sprzyja inwersjm temperatury pwietrza, którym twarzyszą mgły duża kncentracja aerzli. Miejska wyspa ciepła wzmaga pinwą turbulencyjną dyfuzję zanieczyszczenia pwietrza, zmniejszając zawartść aerzli w przyziemnej warstwie atmsfery (Stpa-Bryczka, 1992). W aspekcie zanieczyszczeń pwietrza, najbardziej niekrzystne są warunki równwagi stałej pwietrza silne inwersje temperatury pwietrza. Hamują ne knwekcję i pinwy turbulencyjny ruch pwietrza. Z radisndaży atmsfery, wyknanych w Leginwie w latach wynika, że średni w rku jest 265 dni z inwersją temperatury pwietrza, w tym jest 156 dni z inwersją przyziemną i 109 dni z inwersją w swbdnej atmsferze, kiedy t temperatura wzrasta ku górze d pewneg pzimu (Nwsielski 1959). Liczba dni z inwersją zależy d pry rku: Inwersje Wisna Lat Jesień Zima Przyziemne 39,2 51,2 38,4 27,2 Wyskie 28,4 13,2 26,8 40,6 zęstść inwersji przyziemnych (pchdzenia radiacyjneg) jest największa w lecie, a inwersji wyskich (pchdzenia frntweg) w zimie. 385

83 Inwersje przyziemne i wyskie występują przeważnie w masach pwietrza kntynentalneg (PPk). Pnadt 50% inwersji przyziemnych jest bserwwanych przy niebie bezchmurnym, a płwa z nich pdczas pchmurneg nieba. Prawdpdbieństw inwersji w ciągu ncy bezchmurnej jest bliskie 100%, a w dni zachmurzeniu knwekcyjnym zanikającym wieczrem lub przy chmurach wyskich, które nie hamują wyprmieniwania Ziemi pnad 50%. Należy pdkreślić, że inwersjm temperatury pwietrza twarzyszą zwykle małe prędkści wiatru lub cisze, przy których pzimy i pinwy turbulencyjny ruch pwietrza jest niewielki. Sprzyjają ne więc dużej kncentracji pyłów i SO 2 w przyziemnej warstwie pwietrza (aerzli). Na przykład dwutlenek siarki SO 2 łącząc się z krpelkami mgły twrzy kwas siarkawy H 2 SO 3, a w tkankach rślin kwas siarkwy H 2 S0 4. Spadek częstści inwersji przyziemnych w miastach należy zatem d pzytywnych skutków miejskiej wyspy ciepła. Na wyższych pzimach nad miastem mgą być dmienne dbwe i rczne zmiany wyspy ciepła. W gdzinach ppłudniwych, pwietrze nad miastem grzewa się szybciej niż w jeg tczeniu. Wywłane jest t intensywniejszym dprwadzeniem ciepła d góry drgą wzmżnej knwekcji i turbulencji. Stwierdzne prawidłwści ddziaływania pwierzchni sztucznych (miasta) na stan atmsfery w ciągu dby czy też rku mżna wykrzystać w prgnzach antrpgenicznych zmian klimatu. Przy rzbudwie miast np. w prjektwaniu nwych siedli mieszkaniwych. Na pdstawie empirycznych wzrów równań prstych, parabl, sinusid i hiperpłaszczyzn regresji mżna ekstraplwać defrmację pla temperatury pwietrza przez miast. Mżna szacwać różnice temperatury pwietrza między miastem i tczeniem wstawiając dpwiednie wartści zmiennych meterlgicznych. Istnieje więc mżliwść prgnzwania np. temperatury pwietrza w dzielnicach miasta przy prjektwaniu nwej zabudwy. Mżna szacwać temperaturę pwietrza tam, gdzie nigdy nie prwadzn żadnych pmiarów meterlgicznych. Przykładem mże być pracwanie prgnzy prjektwaneg siedla mieszkaniweg w Białłęce Dwrskiej pracy wyknanej w ramach tematu rządweg (Stpa-Bryczka 1992). Teg rdzaju empiryczne wzry wyznaczne dla różneg typu zabudwy i zieleni miejskiej częściw już wykrzystan w interplacji przy knstrukcji izarytm w terenie zabudwanym Warszawy (Stpa- Bryczka, 1992). 5. Innym rzwiązywanym prblemem są naturalne zmiany klimatu i identyfikacja ich przyczyn. Uzasadnin tezę, że współczesne wahania klimatu są wypadkwą: aktywnści Słńca (mającej wpływ na cyrkulację atmsferyczną) i erupcji wulkanów (absrpcji prmieniwania słneczneg przez pyl wulkaniczny). Wskazan dwa rdzaje pśrednieg ddziaływania Układu Słneczneg na klimat Ziemi: parametry US aktywnsc Słńca cyrkulacja atmsferyczna parametry US erupcje wulkanów prmieniwanie słneczne Wykazan, że erupcje wulkanów pdbnie d aktywnści Słńca są zjawiskiem peridycznym, kształtwanym przez zmiany parametrów Układu Słneczneg. Takimi parametrami m.in. są przyspieszenie Słńca względem śrdka masy US i wypadkwa sil przypływwych na Słńcu, wywłanych przyciąganiem grawitacyjnym największych planet (lbrzymów). Identyfikacji przyczyn naturalnych zmian klimatu dknan zgdnie z zasadą,,widma scylacji cykle zmian przyczyn i skutków są zbliżne. Pstępu w identy- 386

84 fikacji przyczyn naturalnych zmian klimatu dknan dzięki nwej metdzie badań kreswści, tj. metdzie sinusid regresji J. Bryczki. Okazał się, że widma scylacji: temperatury pwietrza, padów atmsferycznych, dpływów rzek Eurpy, cyrkulacji atmsferycznej są zbliżne, a także d widm scylacji parametrów Układu Słneczneg (tab. 3). We wszystkich widmach scylacji dminują kresy biegu dkła Słńca największych planet (Jwisz, Saturn, Uran, Neptun) i kresy ich wzajemneg takieg sameg płżenia (wyrażne w latach kalendarzwych): Table 3. Okresy wzajemneg płżenia największych planet (lat) Table 3. Perids f mutual identical psitins f the giants (years) Planety Jwisz Saturn Uran Neptun Jwisz 11,862 Saturn 19,858 29,458 Uran 13,812 45,364 84,015 Neptun 12,782 35,87 171,4 164,7 Znamienne jest, że kresy te są becne w widmach scylacji temperatury pwietrza w Warszawie w latach (średnie knsekutywne 12 miesięczne), aktywnści Słńca w latach (liczb Wlfa) i erupcji wulkanów w latach : wskaźnika zapylenia wulkaniczneg lg DVI (Dust Veil Index), wskaźnika aktywnści wulkanicznej, gdzie Δt jest dstępem czasu między klejnymi erupcjami. Ot najsilniejsze cykle ( największych amplitudach) widm scylacji (R współczynnik krelacji wielkrtnej)(tab. 4): Tabela 4, ykle najsilniejsze w ciągach czaswych temperatury pwietrza, liczb Wlfa i erupcji wulkanów Table 4, The strngest cycles in the time series f air temperature, Wlf number and vlcanic eruptins Temperatura Liczby Wlfa Erupcje wulkanów lg DVI lg I Okres R Okres R Okres R Okres R 12,1 0,10 12,1 0,27 11,4 0,31 11,7 0,29 12,8 0,16 12,8 0,17 13,3 0,28 12,7 0,26 14,0 0,14 13,8 0,09 13,9 0,18 15,2 0,29 17,7 0,14 21,4 0,11 19,8 0,25 21,2 0,32 29,8 0,05 28,5 0,12 30,4 0,19 28,4 0,28 34,7 0,04 36,9 0,08 38,6 0,22 40,8 0,24 42,2 0,10 45,5 0,14 52,2 0, ,33 103,8 0,09 98,3 0,33 791,8 0,34 90,5 0,25 220,7 0,43 187,1 0,20 223,8 0,23 221,5 0,35 Istnieje też zbieżnść krótszych silnych cykli (tab. 5) 387

85 Tabela 5, harakterystyka krótkich cykli Table 5, haracteristics f shrt strng cycles Okres R Okres R Okres R Temperatura pwietrza 4,16 0,17 7,75 0,23 11,17 0,10 Aktywnść Słńca - - 7,4 0,10 0,10 0,32 Aktywnść wulkaniczna (lg DVI) 4,0 0,33 7,9 0,23 11,4 0,31 Aktywnść wulkaniczna (lg l) 3,9 0,29 8,0 0,32 11,2 0,22 Przyspieszenie Słńca 3,9 0,28 7,8 0, Nie czekiwan tak dużeg pdbieństwa między maksymami lkalnymi gęstych widm scylacji (cyklami): temperatury pwietrza, aktywnści Słńca, erupcji wulkanów i parametrów Układu Słneczneg ze względu na prcesy deterministycznstchastyczne zachdzące na Słńcu i Ziemi (w atmsferze). W statnich dwóch stuleciach ( ), temperatura pwietrza Warszawie wzrastała średni 0, 6 /100 lat: T= 6,93 + 0, t, R= 0,42 Ta tendencja wzrstwa temperatury pwietrza jest wypadkwą nakładania się dwóch naturalnych cykli: 103,8 lat i 220,7 lat (na pdstawie ciągu chrnlgiczneg trzyman trchę krótsze cykle: 89,7 lat i 195,2 lat, pzstałe takie same). Pdczas maksimów aktywnści Słńca bserwuje się wyższą temperaturę pwietrza niż w latach spkjneg Słńca. Minimum wiekwe temperatury pwietrza przypada na najsłabszy cykl 11- letni aktywnści Słńca ( ). Natmiast maksimum krzywej trendu czasweg temperatury przypada w pbliżu maksimum abslutneg aktywnści Słńca (1957 r.). Minimum wiekwe temperatury pwietrza wystąpił pdczas wzmżnej aktywnści wulkanicznej Ziemi: 1815 wybuch wulkanu Tambra (Indnezja) DVI = 3000, 1835 seguina (Nicaragua) DVI = Najdłuższe cykle temperatury pwietrza: 103,8 i 220,7 lat są zbliżne d najdłuższych cykli aktywnści Słńca: 96,3 i 187,1 lat raz erupcji wulkanów: 1gDVI 91,8 i 223,8 lat, lg I 90,5 i 221,5 lat. T cieplanie się klimatu w statnich dwóch stuleciach 0, 6 /100 lat jest wywłane głównie wzrstem aktywnści Słńca i spadkiem aktywnści wulkanicznej. Aktywnść Słńca w latach wzrastała średni 9,5/100 lat: W= 34,73 + 0,0948 t, R = 0,20 Pnadt tendencja wiekwych zmian erupcji wulkanów w latach jest malejąca zarówn wskaźnika Dust Veil Index, jak też wskaźnika aktywnści wulkanicznej DVI I. Natmiast średni birąc, wzrastają dstępy czasu między erupcjami t wulkanów Δt. Miarą antrpgenicznych zmian temperatury pwietrza w statnich dwóch stuleciach jest składnik liniwy ΔT = at trendu czasweg temperatury pwietrza część która pzstaje p eliminacji kilkunastu naturalnych cykli (rytmów) temperatury. Składnik antrpgenicznych zmian temperatury pwietrza w Warszawie w latach wynsi a = 0, 15 /100 lat. Wynika n głównie z rzbudwy miasta z miejskiej wyspy ciepła (większa akumulacja ciepła przez zabudwę, pyły przemysłwe i O 2 ). O właściwej identyfikacji przyczyn naturalnych zmian klimatu świadczy zgdnść prgnz klimatlgicznych i astrnmicznych na XXI wiek. W prgnzach 388

86 klimatlgicznych T = f(t) nałżn na siebie 15 cykli temperatury pwietrza największych amplitudach becnych w widmie scylacji. Natmiast w prgnzach astrnmicznych rzwinięt ciąg chrnlgiczny w szereg Taylra (wg najmniejszych kwadratów) względem czterech parametrów Układu Słneczneg T = f(g, cs γ, z, Z). Obydwie krzywe wiekwych zmian temperatury pwietrza w Warszawie w stuleciu XXI znajdują się pniżej średniej z lat W płwie teg wieku XXI mżna czekiwać pewneg chłdzenia klimatu. Nie będzie n jednak zbyt duże (takie, jak na przełmie XVIII-XIX wieku) ze względu na składnik antrpgeniczny wskazujący wzrst temperatury 0,15 /100 lat. Wykresy (rys.2-15) Rys. 2 Gęste widma scylacji temperatury pwietrza w Warszawie, Krakwie, Wrcławiu, Pradze, Zurychu, Anglii śrdkwej i lmb w paśmie 0, lat Fig. 2. Dense spectra f scillatin f the air temperature in Warszaw, racw, Wrclaw, Praque, Zurich, England and lmb in the strip years 389

87 390 Rys. 3. Gęste widma scylacji padów atmsferycznych w Warszawie, Krakwie, Wrcławiu, lmb i Nauru w paśmie 0, lat Fig. 3. Dense spectra f scillatin f the precipitatin in Warsaw, racw, Wrclaw, lmb and Nauru in the strip years

88 Rys. 4. Gęste widma scylacji cyrkulacji atmsferycznej: wschdniej, zachdniej, płudnikwej, cyklnalnej i strefwej w paśmie 0, lat Fig. 4. Dense spectra f scillatin f the circulatin eastern, western, meridinal, cyclnal and snal in the strip years 391

89 392 Rys. 5. Okresy biegu planet i ich płżenia, parametrów Układu Słneczneg, aktywnści Słńca (liczb Wlfa W i A p) i erupcji wulkanów (DVI Dust Veil Index) Fig. 5. The perids f planets and their psitin, the parameters f Slar System, the slar activity (Wlf numbers W and A p) and vlcanic eruptin (DVI Dust Veil Index)

90 Rys. 6. Gęste widma scylacji aktywnści Słńca, aktywnści gemagnetycznej, i erupcji wulkanów wskaźnika zapylenia wulkaniczneg Dust Veil Index (DVI), dstępów czasu między klejnymi erupcjami (Δt) i aktywnści wulkanicznej I= DVI/ Δt w paśmie 2,1-250 lat Fig. 6. Dense spectra f slar activity, gemagnetic activity and vlcanic eruptin ( Dust Veil Index DVI), the time interval between vlcanic eruptins (Δt) and vlcanic activity I= DVI/ Δt in the strip years 393

91 394 Rys. 7. Okresy rzeczywiste Θ: temperatury pwietrza, padów atmsferycznych, cyrkulacji atmsferycznej i dpływów rzek (Göta-Alv, Niemen) w paśmie 0, lat Fig. 7. True perids Θ f the air temperature, precipitatin, atmspheric circulatin and rives (Göta-Alv, Niemen) in the strip years

92 Rys. 8. Gęste widma scylacji aktywnści Słńca, erupcji wulkanów (Dust Veil Index) i temperatury pwietrza w Warszawie ( ) w paśmie lat Fig. 8. Dense spectra f slar activity, vlcanic eruptin ( Dust Veil Index) and the air temperature in Warsaw ( ) in the strip years 395

93 396 Rys. 9. Gęste widma scylacji: wypadkwej siły grawitacji planet (G s) (składwej w kierunku śrdka masy), liczb Wlfa (W), erupcji wulkanów (DVI) i temperatury pwietrza w Warszawie ( ) w paśmie lat Fig. 9. Dense spectra f the resultant gravitatin frce f planets nt Sun (G s cmpnent int centre f mass) the Wlf numbers (W), vlcanic eruptin ( DVI) and the air temperature in Warsaw ( )

94 Rys. 10. Naturalne zmiany temperatury pwietrza w Warszawie ( ): cykl 89,7 lat, cykl 195,2 lat, ich wypadkwa (linia ciągła), prsta regresji nachyleniu 0,6 /100lat Fig. 10. Natural changes f the air temperature in Warsaw ( ): cycle 89,7 years, cycle 195,2 years, its resultant (slid line) and line f regressin with a slpe f curve = 0,6 /100 years 397

95 398 Rys. 11. Zmiany wiekwe aktywnści Słńca jej wzrst 9,5/100 lat i wybuchów wulkanów wskaźnika Dust Veil Index i dstępów czasu między klejnymi erupcjami (Δt) Fig. 11. Secular chan ges f slar activity (increase f 9.5?100 years), eruptin f vlcans (Dust Veil Index), and time interval between eruptins (Δt)

96 Rys. 12. Tendencja wiekwych zmian erupcji wulkanów: wskaźnika Dust Veil Index, dstępów czasu między erupcjami (Δt) i wskaźnika aktywnści wulkanicznej I= DVI/ Δt w latach Fig. 12. Secular tendency f changes f vlcanic activity Dust Veil Index, time interval between eruptins (Δt) and index f vlcanic activity I= DVI/ Δt in the years

97 400 Rys. 13. Ekstrema wiekwe erupcji wulkanów na Ziemi w latach , wskaźnika DVI, dstępów czasu Δt i aktywnści wulkanicznej I= DVI/ Δt Fig. 13. Secular extremes f vlcanic eruptins in the years , the time interval (Δt) and vlcanic activity (I= DVI/ Δt)

98 Rys. 14. Zmiany wiekwe temperatury pwietrza w Warszawie w latach : A prgnza wg naturalnych cykli T = f(t), B prgnza wg zmian parametrów Układu słneczneg T = f(g, csг, z, Z). wypadkwy (naturalny i antrpgeniczny) wzrst temperatury A = 0,6 /100 lat. Skladnik antrpgeniczny a = 0,15 /100 lat Fig. 14. Secular chan ges f the air temperature in Warsaw in years :A frecast accrding t natural cycles T = f(t), B frecast accrding t changes parameters f Slar System T = f(g, csг, z, Z. Resultant (natural and anthrpgenic) icrease f the air temperature when. A = 0,6 /100 years. Antrpgenic kmpnent a = 0,15 /100 years Rys. 15. Zmiany wiekwe kncentracji O 2 w atmsferze w latach (wg empiryczneg wzru H. Oeschgera i U. Siegenthalera, 1987) Fig. 15. Secular chan ges f carbn (O 2) in the atmsphere in the years (accrding t H. Oeschgera s i U. Siegenthalera s frmula, 1987) 401

99 Summary The primary bjective f the vlume is t determine the scpe f defrmatin f the air temperature field in Pland caused by twns. The prpsal f a slutin t this prblem is presented n the example f Warsaw, a lwland twn, lcated in central Eurpe within the Masvian Lwland ( φ= 52.1, λ = , H = 110 m a.s.l.). 1. First, the assessment was made f the influence exerted by gegraphical lcatin n the thermal features f twns in Eurpe, with special cnsideratin f Pland. The statistical mdels f varius scales: large scale (fr Eurpe) and messcale (fr Pland) give the results indicating that the natural factrs dminate in frmatin f climate f twns. These factrs are: latitude decisive fr the znal nature f climate, distance frm the Atlantic Ocean (the warming influence f masses f plar-maritime air in winter), and the height abve the sea level. The znal setting f climates is mainly being defrmed by the Atlantic Ocean and the muntains. In the lwland twns f western Eurpe the influence f Atlantic Ocean n the field f air temperature dminates, while in eastern Eurpe the influence f the Asian cntinent. The field f air temperature in twns lcated t the Suth and t the Nrth f the belt f Eurpean plains is primarily defrmed by their height a.s.l. It is mst defrmed in the intermntane valleys and dales in the Alps, arpathians and Sudetes. The mdels simulating the spatial variability f air temperature in Eurpe indicate als an imprtant cntributin f the anthrpgenic factrs in shaping f the climate f twns. The differences between air temperatures measured and calculated frm the furth rder regressin plynmials with respect t gegraphic factrs, T = f(φ, λ H), witness t quite imprtant rle f the artificial surfaces, mainly in large twns. In the case f Warsaw this difference is f the rder f 1, in spite f the fact that Masvian Lwland distinguishes itself as a warmer area. 2. Warsaw can be distinguished frm the thermal backgrund mainly thrugh: higher minimum temperatures (the twn being significantly warmer during the night), lnger frst-free and grwing seasn, lwer relative humidity and greater air humidity deficiency, greater cludiness and lwer number f gd weather days, higher ttal precipitatin, lwer number f fggy days (fewer thermal inversins) and much lwer wind velcity (fewer days with strng winds, and mre days with very weak winds and n wind at all), see Stpa-Bryczka (1992). The measurements f the meterlgical elements within the cnfines f twn (in a cuple f pints) and in its peripheries made it pssible t determine the annual and daily 313 changes f the urban heat island in Warsaw. The defrmatins f the air temperature field n the scale f the whle twn, as well as fr the fragments f cmpact and dispersed buildings, and greenery, were determined. Thus, quite a lt f space in the vlume is devted t differentiatin f the thermal features n the lcal scale the influence exerted by the nature f buildings, their dispsitin in space, and by green areas n the urban island f heat. A nvelty in the literature is cnstituted by the cmprehensive characterizatin f daily changes in the urban heat island in Warsaw, presented n the example f the anmalus ht year f An imprtant cgnitive significance must be attributed t the dates f appearance and disappearance f the urban heat island, as well as t its intensity, depending upn the weather cnditins. It is interesting t knw under what circulatin f the air the differences f air temperature between the twn and its surrundings are the biggest, e.g. > 3. It was namely simply stated what kind f weather situatins are cnducive t high intensity f the urban heat island. The days with the maximum difference f air temperature (T max ) between dwntwn Warsaw and the twn s peripheries in 1992 and their meterlgical characteristics are given in Table 1. It is interesting t nte that the mst prnunced urban heat island in Warsaw (i.e. the biggest psitive difference f air temperature between dwntwn and peripheries) appeared n the days with anticyclnic (high pressure) circulatin and the highest inslatin. The biggest air temperature difference, ΔT= 9.1, ccurred n the days f July 30 th and August 17 th, 1992, with the type f circulatin SWA. The thermal cntrast between the twn and its surrundings intensifies particularly in the presence f cld frnts in late evening and night hurs. 402

100 Table 1. Days with highest air temperature differences between dwntwn Warsaw and its peripheries Gdz. ΔT max yrkulacja T N v [m/s] Kierunek OA W OA S WA IV O W 16 V NA SW 27 VI OA W 30 VII SWA VIII SWA S 10 IX SWA W 21 X NW S 9 XI OA S 26 XI NA NW The table gives the hurs f appearance f the maximum air temperature difference (ΔT max ), circulatin type accrding t Osuchwska-Klein, air temperature in Okçcie quarter (T), cludiness (N), wind velcity (v) and its directin. The daily heat island is mst intensive in winter in dwntwn Warsaw (in cmpactly built up areas and parks). During the night the twn cls dwn less than the surrunding areas. This is indicated by the differences in air temperature (January, April, July, Octber 1992). During the night the twn is much warmer than its peripheries the temperature. is n the average higher by up t 2. The urban heat island persists in winter during almst the whle day. In summer, n the ther hand, it intensifies frm evening till mrning. In the hurs arund nn the differences between air temperatures in dwntwn Warsaw and in peripheries are very small (evening up f air temperature). 3. Varius measurement f difference f air temperature, nted between the twn and its surrundings, namely daily average, T, maximum, ΔT max, minimum, ΔT min and daily amplitude,.δa, depending upn the nature f surface, are presented in Table 2, tgether with mnths f ccurrence f their extremal values (minimum and maximum), given in brackets. Table 2. Temperature difference measurement fr varius kinds f surface Pwierzchnia Ekstrema ΔT ΔT max ΔT mjn ΔA Miast max 1 VII 0.2 II 2 VII -2 VII min 1 I -0.1 I 1 I -0 II Zabudwa max 1 VII. VIII 0.3 II 2 VII. VIII -0 VII. VIII zwarta min 1.II -0.2 VIII 1 I -1 I Zabudwa max 1 VIII. IX 0.1 VI. V 1 VII -1 VII. VIII luźna min 0 III -0.1 X 1 I (I) Zieleń Max 1 VI. V1I 0.6 IV 1 VII -1 VIII. IX parkwa min 1 XII 0.3 IX 1 I -0 II As can be easily seen frm Table 2, daily scillatins f temperature are smaller in twn than utside f it. The differences f the daily amplitudes change during the year frm ΔA= -0.6 in January t ΔA = -2.1 in July and August. Sparse cnfiguratin f buildings defrms less the daily fluctuatins f air temperature: the difference ΔA changes in the interval f -0.4 t -1.2 (in the same mnths as befre). The lwest differences f the daily air temperature amplitudes are 403

101 bserved, thugh, fr the park areas, where they range frm -0.2 in February t -0.9 in August and September. The sinusid mdel, describing the annual changes f air temperature differences, namely ( ΔT = a 0 + b sin ( established fr cmpactly built up areas, sparsely built up areas and parks, indicates the dependence f the amplitude f the urban heat island upn the nature f active surface. Air temperatures in the cmpactly built up areas and in parks f dwntwn Warsaw diverge the mst frm the average thermal cnditins f the twn. The cmpactly built up areas are characterized by the highest minimum temperatures (the differences ΔT mjn reaching up t 1.9 ), and the lwest daily amplitude ΔA (dwn t -2.1 ), in relatin t the surrundings. On the ther hand, urban green areas feature the highest maximum temperatures, the differences ΔT max reaching 0.6, and the highest amplitude difference up t -0.9 with respect t the surrunding areas. It can be cncluded frm the analysis perfrmed that the cmpactly built up area in dwntwn Warsaw defrms the mst the air temperature field, pushing up the average air temperature, and especially the minimum temperatures, ver the five-year perid by 1.9 (in particular years by up t 2.6, and n individual days even by 9 ), and decreasing the daily temperature fluctuatins by 2.1. During the ht summer f 1992 the average mnthly differences attained the extremum values f -4.1 in August and -0.4 in July. 4. An essential influence upn the vertical and hrizntal mvements f air masses in twn is exerted by stratificatin f the atmsphere. The uneven warming f the twn during the day (especially during the sunny days), namely strng temperature increase f the inslated walls f buildings, and much smaller increase f temperature f the shaded areas and parks is altgether cnducive t appearance f the unstable equilibrium f the air. The unstable equilibrium f the air, given the thermal cntrasts f the surface, gives rise t the develpment f cnvectin currents and turbulences the vertical air exchange. This cnstitutes the prcess f self-purificatin f the twn s atmsphere carrying away f gaseus substances t greater heights. Anther mechanism f self-purificatin f the twn frm the industrial dust is prvided by the hrizntal mvement f air masses, resulting frm the difference f temperatures between the centre and the peripheries. This latter mechanism plays an imprtant rle in perids f weak winds and calms (twn breeze). Within the peripheries f twns when wind velcities are lw and sky is clean there ften appear the inversins f air temperature (during the night in cnditins f a stable equilibrium f the air masses), entailing stagnatin f cl air near t the grund. The urban heat island hampers the ccurrence f air temperature inversins, accmpanied by fgs, i.e. high cncentratins f aersls. The urban heat island intensifies the vertical, turbulent diffusin f air pllutin, thereby decreasing the cntent f aersls in the grund adjacent layer f the atmsphere (Stpa-Bryczka, 1992). In terms f air pllutin the mst disadvantageus are the cnditins f stable equilibrium f the air masses strng inversins f air temperature. They slw dwn the cnvectin and the vertical turbulent mvement f the air. Accrding t the radi prbing f the atmsphere, carried ut in Leginw near Warsaw in the years there have been n the average 265 days in a year with inversins f air temperature. This includes 156 days with the grund-adjacent inversins and 109 days with inversins in free atmsphere, when temperature increases alng with height starting with a certain level (Nwsielski, 1959). Numbers f days with inversins depend upn the seasn: Spring Summer Autumn Winter Grund-adjacent: 404

102 ` Spring Summer Autumn Winter Grund-adjacent High The frequence f the grund-adjacent inversins (f radiatin rigin) is the greatest in summer, while that f high inversins (f weather frnt rigin) in winter. Bth kinds f inversins appear mst ften in the masses f cntinental air (PPK). Besides this, 50% f the grund-adjacent inversins are bserved in cnditins f cludless sky, and a half f them when the sky is cluded. The prbability f inversin taking place during a cludless night is clse t 100%, while n the days with cnvective cluds disappearing in the evening, r with tall cluds, which d nt stand in the way f radiatin f the earth mre than 50%. It shuld be emphasized that inversins f air temperature are usually accmpanied by lw velcities f wind r by calms, when the hrizntal and vertical turbulent mvement f the air is very limited. They are cnducive, therefre, t high cncentratins f dusts and SO2 in the grund-adjacent layer f the air (aersls). Thus, fr instance, the sulphur dixide SO2, assciating with the drplets f fg frms the suiphurus acid H2S03, and in the plant tissues the sulphuric acid H 2 S0 4. The decrease f frequence f the grund-adjacent inversins in twns is, therefre, a psitive effect f the urban heat island. At the higher levels abve twn there may exist different daily and annual changes f the heat island. In the afternn hurs the air abve twn warms up quicker than in its surrundings. This is caused by the mre intensive carrying away f the heat upwards thrugh intensified cnvectin and turbulence. The established regularities regarding the influences exerted by the artificial surfaces (twn) n the state f the atmsphere during a day r a year can be made use f in the frecasts f anthrpgenic climate changes. In the case f expansin f twns they can be used in designing new husing estates. On the basis f empirical frmulae equatins f straight lines, parables, sinusids and hyperplanes f regressin the defrmatin f the field f air temperature by a twn can be extraplated. The differences f air temperature between the twn and the surrunding areas can be estimated by substitutin f apprpriate values f meterlgical variable. Thus, there exists a pssibility f frecasting, e.g., the air temperature in the newly designed and cnstructed parts f twn. Air temperature can be frecasted in places, where n meterlgical measurements have been made befre. An example can be prvided by the elabratin f the frecast fr the design f a husing estate in Bialłęka Dwrska by Warsaw, elabrated within the framewrk f the respective gvernmental prgram (Stpa-Bryczka, 1992). The empirical frmulae f this kind, determined fr varius types f built up and green areas, were already partly applied in interplatin, fr cnstructin f istherms within the built up area f Warsaw (Stpa-Bryczka, 1992). 5. Anther prblem slved is cnstituted by the natural climate changes and identificatin f their causes. The prpsitin was prved stipulating that the mdern fluctuatins f the climate are the resultant f the slar activity (influencing atmspheric circulatin) and the vlcanic eruptins (absrptin f slar radiatin by vlcanic dust). Tw kinds f indirect influence f the Slar System (SS) n the earth s climate are indicated: the parameters f the SS slar activity atmspheric circulatin; the parameters f the SS. vlcanic eruptins slar radiatin. It was als demnstrated that vlcanic eruptins similarly as slar activity are peridic phenmena, shaped by the changes in the parameters f the slar system. The parameters in questin are, in particular, acceleratin f the sun with respect t the center f gravity f the SS and the resultant f the tidal frces n the sun, brught abut by the gravitatinal attractin f the greatest planets (the giants). Identificatin f the natural causes f climate changes was perfrmed accrding t the principle: the spectra f scillatins the true cycles f causes and effects are similar. An advance 405

103 in identificatin f the causes f natural climate changes was made pssible due t the new methd f J.Bryczka f determining the dense spectra f scillatins the true cycles. It turned ut that the spectra f scillatins f air temperature, precipitatin, utflw f Eurpean rivers and atmspheric circulatin are alike, as are the spectra f scillatins f the parameters f the slar system. All these spectra are dminated by the perids f rtatin f the biggest planets (Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune) arund the sun and the perids f their mutual identical psitins (expressed in years), see Table 3. Table 3. Perids f mutual identical psitins f the giants (years) Planets Jupiter Saturn Uranus Neptune Jupiter Saturn Uranus Neptune It is quite telling that these perids are present in the spectra f scillatins f the air temperature in Warsaw in the years (12-mnthly mving averages), f the slar activity in the years (Wlf numbers), and f vlcanic eruptins in the years : the indicatr f vlcanic dust, lg DVI (Dust Veil Index), alng with the vlcanic activity indicatr, where Δt is the time interval between tw cnsecutive eruptins. Table 4 presents the strngest cycles (i.e. thse with the greatest amplitudes) f the spectra f scillatins (R multiple crrelatin cefficient value). Table 4.. The strngest cycles in the time series f air temperature, Wlf number and vlcanic eruptins Temperature Wlf numbers Vlcanic eruptins lg DVI lg I Perid R Perid R Perid R Perid R One can als bserve similarity f the shrter strng cycles, as shwn in Table 5 belw. Table 5, haracteristics f shrt strng cycles Perid R Perid R Perid R Air temperature Slar activity Vlcanic activity (1gDVI) Vlcanic activity (lgi) Acceleratin f the Sun

104 The thus imprtant similarity between the lcal maxima f the dense spectra f scillatins (the true cycles) f air temperature, slar activity, vlcanic eruptins and the parameters f the Slar System was nt expected, in view f the deterministic stchastic prcesses taking place in the sun and n the earth (in the atmsphere). 318 During the last tw centuries ( ) air temperature in Warsaw has been increa sing by 0.6 in 100 years n the average, i.e. T= t, R= 0.42 The upward tendency f the air temperature is the resultant f the verlapping f tw natural cycles: years and years (n the basis f the chrnlgical series fr smewhat shrter cycles were btained: 89.7 years and years, with the remaining nes being the same). During the maxima f slar activity higher temperature f the air is bserved than in the years f calm sun. The secular minimum f air temperature cincides with the weakest 11-year cycle f slar activity ( ). On the ther hand, the maximum f the tempral trend curve f air temperature can be lcated sme place near the abslute maximum f slar activity (1957). The secular minimum f air temperature ccurred during the intensified vlcanic activity f the earth: 1815 eruptin f Tambra vlcan (Indnesia) f DVI 3, 000, 1835 seguina (Nicaragua), with DVI = 4, 000. The lngest cycles f air temperature: an years, are similar t the lngest cycles f slar activity: 96.3 and years, and f vlcanic eruptins: lg DVI 91.8 and years, lg I 90.5 and years. This warming f climate during the last tw centuries by 0.6 per 100 years is mainly caused by the increase f slar activity and the decrease f vlcanic activity. Slar activity has been increasing in the years by 9.5 per each 100 years: W= t, R = 0.20 Besides this, there is a dwnward tendency in the secular trend f vlcanic eruptins, bth in terms f the Dust Veil Index and f the vlcanic activity indicatr. Simultaneusly there has been, n the average, an increase f the time intervals, t, between cnsecutive vlcanic eruptins (see the parable f regressin in Fig. 205). The measure f antrpgenic changes f air temperature during the last tw centuries is cnstituted by the linear cmpnent f ΔT = at f the tempral trend f air temper ature the part which remains after eliminatin f a dzen natural cycles (rhythms) f temperature. The anthrpgenic cmpnent f temperature changes ni Warsaw in the years amunted t a = 0.15 per 100 years. This results primarily frm the expansin and grwth f the twn and the related increase f the heat island (bigger accumulatin f heat by the buildings, industrial dusts and 0 2 ). The crrectness f identificatin f the natural causes f climate changes was cnfirmed by the agreement between the climatlgical and astrnmic frecasts fr the 21st century. In the climatlgical frecast 15 true cycles f air temperature, having the highest amplitudes, cntained in the dense spectrum f scillatins T= f (t), were cmbined. In the astrnmical frecasts, n the ther hand, Taylr expansin f the chrnlgical series was btained accrding t the least squares with respect t fur parameters f the Slar System, T = f(g, cs γ, z, Z). Bth these curves f secular changes f air temperature in Warsaw in the 21st century are belw the average fr Thus, in the 21 st century ne can expect a certain cling dwn f climate. It will nt be t big, thugh (like at the turn f 19 th century), due t the presence f the anthrpgenic cmpnent, which frces the increase f temperature by 0.15 per 100 years. 407

105 15.3. Studies n the climate f Warsaw Za syntezę badań klimatu Warszawy i innych miast Plski mżna uznać pracwanie zespłwe p.t. Studies n the climate f Warsaw (Editr: Maria Stpa-Bryczka, 2003). Spis treści (ONTENTS) infrmuje rzwiązywanych prblemach badawczych. 408

106 ONTENTS Maria STOPA-BORYZKA, Studies n the climate f Warsaw in the secnd half f the 20th century 7 Urszula KOSSOWSKA-EZAK, Jlanta WAWER, The cntributin f the Department f limatlgy t the study f the climate f Warsaw 13 Jerzy BORYZKA hanges in the climate f Warsaw frm 18th t 21th century 25 Maria STOPA-BORYZKA, Jerzy BORYZKA, The cyclic changes f the climate f Warsaw and their cnditining 35 Urszula KOSSOWSKA-EZAK, The abrupt temperature increases and decreases in Warsaw in the secnd half f the 20th century 51 Elwira ŻMUDZKA, The variability f the grwing seasn in Warsaw in the secnd half f the 20th century 61 Katarzyna GRABOWSKA, Strms in Warsaw against the backgrund f ther Plish twns 73 Jlanta WAWER, Dependence f the urban heat island n the atmspheric circulatin types 91 Maria STOPA-BORYZKA, Jerzy BORYZKA, The influence f the manmade factrs n the lcal climate f Warsaw 95 Maria KOPAZ-LEMBOWIZ, Urszula KOSSOWSKA-EZAK Danuta MARTYN, Krzysztf OLSZEWSKI, The influence f urban greenery n lcal climate 111 Bżena KIIOSKA The aersanitary cnditins in the twns f Pland 131 Krzysztf OLSZEWSKI The acidity f precipitatin in Warsaw 147 Magdalena KUHIK The influence f aersanitary and bi-meterlgical cnditins n the health and mrtality f the inhabitants f Warsaw 155 Maria STOPA-BORYZKA, Maria KOPAZ-LEMBOWIZ, Jlanta WAWER The findings f the research n the climate f Warsaw cnducted at the Department f limatlgy f Warsaw University 167 Maria KOPAZ-LEMBOWIZ The applicatin-riented character f the reprts elabrated at the Department f limatlgy cncerning urban climate. 177 The list f publicatins f the Department f limatlgy cncerning the climate f Warsaw 187 The list f Ph.D. dissertatins and M.A. theses cncerning the climate f Warsaw

107 Directins f research f the Department f limatlgy f the Warsaw University Summary The fundamental research cnducted within the Department f limatlgy f the Faculty f Gegraphy and Reginal Studies (previusly Institute f Gegraphy) at the Warsaw University cncerns primarily the climate f Pland. This theme is cntained in the research plans f the department since The theme wuld nly underg mdificatins as t its mre precise frmulatin, referring frequently t the fresh currents in climatlgy. The research in the dmain f climate f Pland was initiated by Prfessr Rmuald Gumiński, the first head f the Department f limatlgy f the Institute f Gegraphy at the Warsaw University ( ). The main research directins taken up at the Department f limatlgy under the leadership f Prfessr Wincenty Okłwicz (the head f the Department in the years ), with cnsiderable assistance frm Ass. Prfessr Zfia Kaczrwska (wh wrked at the Department between 1951 and 1972), include: The structure and reginalisatin f the climate f Pland, The climate f the nrth-eastern Pland, The climate and bi-climate f twns. The primary bject f research at the Department is nwadays cnstituted by the prblem f natural and anthrpgenic changes in the climate f Eurpe, with special cnsideratin f Pland. Within this dmain attentin shuld be paid t such subjects Empirical mdels f spatial and tempral variability f climate, Peridical changes f climate and their causes, Secular trends in climate changes, Anthrpgenic climate changes, Frecasts f changes in the climate f Pland in the 21st century. All f these research prblems are being apprached thrugh bth individual and team prjects. The mst imprtant results f the teamwrk include, first f all, the 14 vlumes f the Atlas f interdependencies f the meterlgical and gegraphic parameters in Pland (in Plish), published in the years A sui generis synthesis f the individual wrk n the climate f Pland is cnstituted by the tw issues f Prace i Sudia Gegraficzne, published (in Plish) under the titles f New methds f inquiry int the climate f Pland (1997) and Frm the study f the climate f Pland (1998). The first f these issues was published n the ccasin f the 45th anniversary f the establishment f the Department, while the secnd t cmmemrate the 100th anniversary f birth f Prfessr Rmuald Gumiński. Amng significant advances in the cmparative study f natural and anthrpgenic changes in Pland s climate in the first decade f the 21st century and the secnd half f the 20th century, are the pstdctral dissertatin f E. Żmudzka (2007), Zmiennść zachmurzenia w Plsce i jej uwarunkwania cyrkulacyjne ( ) [lud cver variability and circulatin factrs in Pland ( )] and the dctral dissertatin f K. Grabwska (2002), Burze w Plsce i ich uwarunkwania ( ) [Thunderstrms and their precnditins in Pland ( )]. Substantial cntributins t knwledge have als been madę by studies whse results are presented in the fllwing 6 vlumes f Atlas współzależnści parametrów meterlgicznych i gegraficznych w Plsce [Meterlgical and Gegraphical Parameter Interdependence in Pland: an Atlas], published in Vlumes and 22 are f particular imprtance. 410

108 15.4. Klimat wielkiej Warszawy w pracach magisterskich Zakładu Klimatlgii w latach Wyniki badań z niektórych prac magisterskich, w tym z 5 dtyczących siedli, zamieszczn już we wcześniejszej publikacji p.t. Klimat Wielkiej Warszawy w pracach magisterskich Zakładu Klimatlgii w latach (2008). UNIWERSYTET WARSZAWSKI Wydział Gegrafii i Studiów Reginalnych Zakład Klimatlgii KLIMAT WIELKIEJ WARSZAWY W PRAAH MAGISTERSKIH ZAKŁADU KLIMATOLOGII W LATAH Warszawa