Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo

Transkrypt

1 Projekt: KLIMAT Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo (zmiany, skutki i sposoby ich ograniczania, wnioski dla nauki, praktyki inżynierskiej i planowania gospodarczego) Numer Zadania: 6 Tytuł Zadania: Bałtyk jako element systemu klimatycznego i jego rola w tworzeniu się stanów zagrożenia Okres sprawozdawczy: styczeń 2011 grudzień 2011 Typ raportu: raport roczny syntetyczny Koordynator Zadania: do 31 sierpnia 2011 dr hab. Mirosław Miętus, prof.ndzw. Od 1 września mgr inż. Ewa Jakusik Warszawa Gdynia PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ Z EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

2 PODZADANIE 6.1 Wpływ zmian klimatycznych na zmiany średniego poziomu i występowania jego ekstremalnych wartości w rejonie polskiego wybrzeża Morza Bałtyckiego oraz scenariusze zmian A. W ramach statystycznego downscalingu (SD): 1. Cel badań W roku 2011 celem badań była analiza i kontrola rezultatów opracowanych scenariuszy zmian poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża Bałtyku, ze szczególnym uwzględnieniem okresów oraz Zakres wykonanych prac w roku 2011 Przygotowanie zestawień zbiorczych oraz analiza i kontrola rezultatów opracowanych scenariuszy zmian średniego, maksymalnego (kwantyl 99% i kwantyl 95%) i minimalnego (kwantyl 5%) poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża na podstawie danych z symulacji ECHAM-5 i HadCM3, scenariusz emisyjny A2, B1 i A1B, wykorzystując wyniki modelu prostej regresji Przygotowanie zestawień zbiorczych oraz analiza i kontrola rezultatów opracowanych scenariuszy zmian średniego, maksymalnego (kwantyl 99% i kwantyl 95%) i minimalnego (kwantyl 5%) poziomu morza oraz liczby dni z maksymalnym poziomem morza powyżej kwantyla 90% wzdłuż polskiego wybrzeża na podstawie danych z symulacji ECHAM-5 i HadCM3, scenariusz emisyjny A2, B1 i A1B, wykorzystując wyniki modelu downscalingowego (metoda CCA i RDA) przygotowanie plików z wynikami dotyczącymi scenariusza zmian średniego poziomu morza, maksymalnego poziomu morza (kwantyl 95%), minimalnego poziomu morza (kwantyl 5%) w skali miesięcy i roku w okresach i do wewnętrznej bazy danych wstępna analiza porównawcza wyników scenariuszy zmian charakterystyk ekstremalnych poziomu morza w skali roku i sezonów osiągniętych metodą downscalingu statystycznego i metodą prostej regresji 3. Opis metodyki badań Opracowane w 2010 roku wyniki scenariuszy zmian poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża zostały opracowane w odniesieniu do okresu referencyjnego z wykorzystaniem zidentyfikowanych metodą CCA i RDA (downscaling) oraz metodą regresji wielokrotnej w ramach prac w 2009 roku relacji między regionalnym i lokalnym polem barycznym a zmianami poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża. Informacje o przyszłych

3 zmianach cyrkulacji atmosferycznej pozyskano z dwóch symulacji globalnych: ECHAM-5 oraz HadCM3. Przyszłe zmiany poziomu morza zostały wyznaczone dla wybranych scenariuszy emisyjnych (B1, A1B, A2). Scenariusze opracowano w oparciu o zmiany regionalnego pola ciśnienia (SLP) z następujących symulacji: Model Scenariusz emisyjny B1 A1B A2 ECHAM-5 Run 1, 2, 3 Run 1, 2, 3, 4 Run 1, 2, 3 HadCM3 Run 1 Run 1 Run 1 Zmiany poziomu morza opracowano dla całego XXI wieku ze szczególnym uwzględnieniem okresu oraz Scenariusze opracowano dla wszystkich skal czasowych (rok, sezony, miesiące), z tym, że skupiono się na zmianach w skali rocznej i sezonowej. Opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na bazie modeli prostej regresji wiązało się z koniecznością wyznaczenia przyszłych zmian kierunku wiatru geostroficznego nad Południowym Bałtykiem. W tym celu dokonano interpolacji scenariuszy ciśnienia atmosferycznego w symulacji globalnych z punktów gridowych siatki do lokalizacji stacji wykorzystanych do wyliczenia składowych wiatru geostroficznego (Visby, Hel, Świnoujście). Dane po interpolacji (wartości ciśnienia dla tych stacji) wykorzystano do obliczenia przyszłych zmian składowych wiatru geostroficznego nad Południowym Bałtykiem, na podstawie których opracowano scenariusze zmian poziomu morza na polskim wybrzeżu. Ze względu na różnice między symulacją ciśnienia atmosferycznego przez modele globalne a wartościami rzeczywistymi zaistniała konieczność wprowadzenia korekty do opracowanych scenariuszy, niwelującej wpływ tych różnic na uzyskane wyniki. W tym celu pozyskano dane z symulacji kontrolnej dla XX wieku (20C3M), będącej rekonstrukcją klimatu dokonaną przez dany model globalny w warunkach zmian koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze rzeczywiście obserwowanych w ciągu XX wieku. Następnie wyznaczono w poszczególnych gridach anomalie ciśnienia atmosferycznego w symulacji 20C3M w stosunku do średnich ( ) wartości z reanalizy NCEP (danych rzeczywistych). W oparciu o tak przygotowaną serię danych dokonano rekonstrukcji zmian poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża dla okresu referencyjnego z wykorzystaniem wcześniej opracowanego modelu statystyczno-empirycznego (CCA i RDA). Wyliczone dla okresu referencyjnego średnie wartości anomalii stanowią wartość poprawki, o którą należy skorygować scenariusze w ten sposób wyeliminowano lub przynajmniej

4 ograniczono wpływ różnic w danych pochodzących z dwóch źródeł (reanaliza NCEP, model globalny), pozostawiając wpływ jedynie symulowanych zmian ciśnienia w przyszłości. Korekt dokonano wyłącznie w przypadku średnich wieloletnich wartości. Należy podkreślić fakt, iż symulacje dla wykorzystanych scenariuszy emisyjnych stanowią kontynuację symulacji 20C3M, dzięki czemu można zakładać, iż wartości wyznaczonych korekt są stałe w czasie. W celu poznania rzeczywistych zmian poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża w XXI w. oprócz wpływu czynnika cyrkulacyjnego uwzględniono również zmiany globalnego poziomu morza. Przyszłe zmiany średniego globalnego poziomu morza określono na podstawie czterech symulacji globalnych wykorzystanych przez IPCC, dla których dostępne były symulacje przedstawiające ewolucję globalnego poziomu morza w oparciu o ekspansję termiczną, dopływ wód z lądów, opady atmosferyczne, topnienie lodowców i lądolodów, zmiany zasolenia wpływające na gęstość wody (GISS-ER, MIROC3.2(medres), ECHO-G, MRI-CGCM2.3.2). Dla każdego z modeli wyliczono wartość średnią dla okresu referencyjnego z symulacji kontrolnej 20C3M, którą wykorzystano do wyznaczenia zmian poziomu morza w XXI w. Tak stworzone serie posłużyły do stworzenia ensemble a (scenariusza wiązkowego) oddzielnie dla B1, A1B, A2 (rys ). Następnie z wyników tych skorzystano do wyliczenia średniej zmiany globalnego poziomu morza dla dwóch okresów 20-letnich ( i ). Wartości te dodano do rezultatów scenariuszowych średniego poziomu morza obliczonego metodą downscalingu statystycznego tworząc tym samym rzeczywistą predykcję zmian tejże charakterystyki w XXI w. (Landerer i in. 2007).

5 zmiana poziomu morza /sea level change [cm] 35 20C3M 30 B1 A1B 25 A Rys Zmiana globalnego poziomu morza w okresie XX wieku (20C3M symulacja dla XX w.) i symulacje w XXI wieku (scenariusze wiązkowe B1, A1B, A2) w odniesieniu do średniej z okresu Dla charakterystyk dotyczących ekstremalnych poziomów morza skonstruowano równania regresji liniowej, pokazujących relacje między średnim poziomem morza a stanami ekstremalnymi (kwantyle 5%, 95% i 99%) dla odpowiednich skal czasowych (rok, sezony, miesiące) w okresie referencyjnym. Wykorzystując te relacje oraz zakładając ich stałość w czasie opracowano scenariusze zmian poziomów ekstremalnych na podstawie scenariuszy zmian poziomu średniego (uwzględniających czynnik cyrkulacyjny oraz globalną zmianę poziomu morza) (rys ).

6 minimalny poziom morza (kwantyl 5%) /minimum sea level (quantile 5th) [cm] minimalny poziom morza (kwantyl 5%) /minimum sea level (quantile 5th) [cm] minimalny poziom morza (kwantyl 5%) /minimum sea level (quantile 5th) [cm] maksymalny poziom morza (kwantyl 95%) /maximum sea level (quantile 95th) [cm] maksymalny poziom morza (kwantyl 95%) /maximum sea level (quantile 95th) [cm] maksymalny poziom morza (kwantyl 95%) /maximum sea level (quantile 95th) [cm] Kołobrzeg Łeba Gdynia y = 1,39x - 163,21 R² = 0, y = 1,21x - 82,81 R² = 0, y = 1,21x - 81,88 R² = 0, średni poziom morza /mean sea level [cm] średni poziom morza /mean sea level [cm] średni poziom morza /mean sea level [cm] y = 0,65x + 146,26 R² = 0, y = 0,80x + 79,24 R² = 0, y = 0,80x + 75,83 R² = 0, średni poziom morza /mean sea level [cm] średni poziom morza /mean sea level [cm] średni poziom morza /mean sea level [cm] Rys Relacje między średnim poziomem morza a stanami ekstremalnymi morza (kwantyl 5% poziomu minimalnego i kwantyl 95% poziomu maksymalnego) dla Kołobrzegu, Łeby i Gdyni w skali roku w wieloleciu Opracowane wyniki ostateczne czyli scenariusze wiązkowe stanowią uśrednienie wyników uzyskanych w oparciu o zmiany regionalnego pola barycznego symulowane przez dwa modele globalne: ECHAM-5 i HadCM3 z uwzględnieniem zmian globalnych. Ze względu na fakt, iż w przypadku modelu ECHAM-5 dostępnych było kilka wersji symulacji dla danego scenariusza emisyjnego (np. run 1, 2 i 3 w przypadku A2), dokonano najpierw uśrednienia wyników w obrębie danego scenariusza emisyjnego dla modelu ECHAM-5. Tak więc scenariusz wiązkowy powstał poprzez uśrednienie dwóch wartości: średniej z kilku symulacji ECHAM-5 oraz jedynej dostępnej symulacji HadCM3. Scenariusze wiązkowe zostały opracowane dla każdego z wykorzystanych scenariuszy emisyjnych dla dwóch wieloleci tj oraz

7 4. Charakterystyka osiągniętych wyników Metoda prostej regresji Scenariusz wiązkowy opracowany z wykorzystaniem modelu prostej regresji pokazuje, iż w okresie średni roczny poziom morza wzdłuż całego wybrzeża według scenariuszy emisyjnych B1 i A1B będzie wyższy o 5,0 cm w stosunku do średniej wartości z okresu referencyjnego (tab ). Natomiast w przypadku A2 przewidywany średni roczny poziom będzie wyższy o ok. 4,5 cm. Do końca XXI wieku nastąpi znaczący wzrost średniego poziomu morza, z tym, że wielkość zmiany jest uzależniona od przyjętego scenariusza emisyjnego. Średnia dla okresu będzie wyższa w przypadku scenariusza B1 o około 23 cm, A1B cm, A cm (tab ). Największy wzrost spodziewany jest we wschodniej części wybrzeża (od Władysławowa po Gdańsk), malejąc w kierunku zachodnim o około 2 cm. Tab Przewidywane zmiany [cm] średniego (H śr ), minimalnego (H 5% ) oraz maksymalnego (H 95% ) poziomu morza na polskim wybrzeżu w skali roku w okresie dla trzech scenariuszy emisyjnych (wartości pokazują zmiany w stosunku do wartości średnich z okresu referencyjnego ) element H śr H 5% H 95% Scenariusz emisyjny Świn. Kołob. Ustka Łeba Wład. Hel Gdynia Gdańsk- Port Gdańskuj. Wisły B1 5,1 5,2 5,2 5,3 5,4 5,4 5,4 5,4 5,1 A1B 5,1 5,3 5,3 5,4 5,6 5,5 5,5 5,6 5,1 A2 4,5 4,5 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 B1 5,2 5,6 5,8 6,1 6,2 6,1 6,0 6,1 5,9 A1B 5,4 5,8 6,0 6,2 6,5 6,3 6,2 6,3 6,1 A2 4,5 4,7 4,8 5,0 4,9 4,9 4,9 4,8 4,8 B1 4,8 4,7 4,7 4,7 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 A1B 4,6 4,6 4,4 4,5 4,7 4,7 4,7 4,8 4,5 A2 4,3 4,5 4,9 4,6 3,9 4,1 4,2 3,7 4,7 Tab Przewidywane zmiany [cm] średniego (H śr ), minimalnego (H 5% ) oraz maksymalnego (H 95% ) poziomu morza na polskim wybrzeżu w skali roku w okresie dla trzech scenariuszy emisyjnych (wartości pokazują zmiany w stosunku do wartości średnich z okresu referencyjnego ) element H śr H 5% H 95% Scenariusz emisyjny Świn. Kołob. Ustka Łeba Wład. Hel Gdynia Gdańsk- Port Gdańskuj. Wisły B1 23,2 23,7 23,8 24,3 24,8 24,5 24,5 24,7 23,2 A1B 28,0 28,6 28,7 29,4 30,0 29,6 29,7 29,9 28,1 A2 30,1 30,8 30,9 31,6 32,5 32,0 32,0 32,3 30,0 B1 23,8 25,7 26,6 27,7 28,3 27,8 27,6 27,7 26,9 A1B 28,8 31,2 32,3 33,7 34,5 33,8 33,5 33,6 32,7 A2 31,1 33,8 35,0 36,6 37,7 36,9 36,5 36,7 35,5 B1 23,6 23,3 22,3 22,7 24,3 23,9 24,0 24,6 23,3 A1B 28,9 28,5 27,3 27,7 29,7 29,2 29,4 30,1 28,6 A2 30,5 30,1 28,7 29,2 31,4 30,9 31,1 31,9 30,1

8 Wzrost średniego poziomu morza w skali sezonów w okresie wyniesie od 3,5-5,5 cm, ze stosunkowo niewielkimi różnicami między poszczególnymi scenariuszami emisyjnymi. Znacznie większego wzrostu poziomu morza w stosunku do okresu referencyjnego można oczekiwać w wieloleciu Skala zmiany w tym przypadku jest ściśle uzależniona od przyjętego scenariusza emisyjnego. Najmniejszy wzrost będzie konsekwencją globalnego rozwoju wg scenariusza B1 od około 20 cm zimą do niemal 24 cm jesienią. W przypadku scenariusza A1B zmiany wyniosą około cm we wszystkich sezonach, jedynie latem będą nieco mniejsze (25-26 cm). Największe zmiany są charakterystyczne dla scenariusza A2, dla którego przekraczają jesienią 30 cm, a w pozostałych sezonach zawierają się między 27 a 29 cm. W przypadku ekstremalnie wysokiego poziomu morza (poziom maksymalny kwantyl 95%) skala przewidywanych zmian w skali rocznej i sezonowej jest bardzo zbliżona do zmian średniego poziomu morza różnice generalnie nie przekraczają 2 cm. Scenariusze wskazują, iż wyraźnie większym tempem wzrostu będzie cechował się minimalny poziom morza (kwantyl 5%) dla okresu spodziewany jest wzrost jego rocznej wartości w stosunku do okresu referencyjnego o około cm wg scenariusza B1, około 33 cm wg A1B i o około 36 cm wg A2, tj. o 4-5 cm więcej niż w przypadku poziomu średniego. Metoda downscalingu statystyczno-empirycznego Scenariusz wiązkowy średniego poziomu morza w skali roku opracowany na podstawie modelu downscalingu statystyczno-empirycznego wykazuje w okresie bardzo zbliżone wartości średnie do modelu prostej regresji we wszystkich trzech scenariuszach (różnice dziesiątych części centymetra) (por. tab i tab ). Jednakże pod koniec XXI wieku różnice między dwoma metodami są większe i wynoszą kilka centymetrów. Można zauważyć, że model downscalingowy przewiduje niższe wartości dla dwudziestolecia , przy czym w B1 i A1B wynoszą one ok. 2 cm a w A2 osiągają niekiedy 4 cm (por. tab i tab ).

9 Tab Przewidywane zmiany [cm] średniego (H śr ), minimalnego (H 5% ) oraz maksymalnego (H 95% ) poziomu morza na polskim wybrzeżu w skali roku w okresie dla trzech scenariuszy emisyjnych (wartości pokazują zmiany w stosunku do wartości średnich z okresu referencyjnego ) element H śr H 5% H 95% Scenariusz emisyjny Świn. Kołob. Ustka Łeba Wład. Hel Gdynia Gdańsk- Port Gdańskuj. Wisły B1 5,0 5,1 5,1 5,2 5,2 5,2 5,2 5,2 5,4 A1B 5,0 5,1 5,1 5,2 5,2 5,2 5,2 5,2 5,1 A2 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,8 B1 3,0 3,3 3,6 4,1 4,1 4,1 4,1 4,2 4,1 A1B 2,9 3,3 3,6 4,1 4,1 4,1 4,1 4,2 3,8 A2 2,7 2,9 3,2 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,6 B1 6,8 7,0 6,5 6,3 6,2 6,4 6,3 6,4 6,9 A1B 6,8 7,0 6,5 6,3 6,3 6,4 6,3 6,4 6,4 A2 6,2 6,3 5,8 5,6 5,6 5,7 5,6 5,7 5,9 Tab Przewidywane zmiany [cm] średniego (H śr ), minimalnego (H 5% ) oraz maksymalnego (H 95% ) poziomu morza na polskim wybrzeżu w skali roku w okresie dla trzech scenariuszy emisyjnych (wartości pokazują zmiany w stosunku do wartości średnich z okresu referencyjnego ) element H śr H 5% H 95% Scenariusz emisyjny Świn. Kołob. Ustka Łeba Wład. Hel Gdynia Gdańsk- Port Gdańskuj. Wisły B1 20,6 20,9 21,1 21,3 21,3 21,2 21,2 21,2 20,9 A1B 25,5 25,8 26,0 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2 25,4 A2 27,4 27,8 28,0 28,3 28,2 28,2 28,2 28,2 27,5 B1 12,3 13,6 15,0 17,0 16,9 17,0 17,1 17,1 16,3 A1B 15,2 16,7 18,5 20,9 20,8 21,0 21,0 21,1 19,6 A2 16,4 18,0 19,9 22,5 22,4 22,6 22,6 22,7 21,3 B1 28,5 29,1 26,8 25,9 25,6 26,2 25,8 26,3 27,1 A1B 35,1 35,8 33,0 31,8 31,6 32,3 31,8 32,4 32,7 A2 37,7 38,6 35,5 34,3 34,0 34,8 34,2 34,9 35,5 W skali sezonów scenariusze zmian średniego poziomu morza dla początku XXI w. wykazują w obrębie trzech scenariuszy wiązkowych wzrost o ok. 3-5 cm zimą i wiosną, o ok. 4-7 cm latem i jesienią. Zmiany poziomu w okresie w stosunku do lat dla B1 przewidują podobnie jak w skali roku najniższe wzrosty rzędu 20 cm we wszystkich sezonach. Scenariusz emisyjny A2 generuje najwyższe poziomy morza średnio od 26 cm jesienią do 30 cm latem. Pośrednie wyniki przedstawia A1B ok. 26 cm w każdym z sezonów. Biorąc pod uwagę charakterystyki ekstremalne poziomu morza w skali roku różnice w opracowanych scenariuszach przy użyciu modelu prostej regresji i modelu downscalingowego są wysokie. Szczególnie uwidacznia się to w przypadku kwantyla 5% minimalnego poziomu morza pod koniec XXI w. gdzie różnice te wynoszą ponad 10 cm we wszystkich scenariuszach emisyjnych. Na początku wieku różnice nie są już tak duże i wynoszą średnio 2 cm dla całego wybrzeża według trzech przyjętych ścieżek emisyjnych.

10 Różnice między dwoma metodami w przewidywanych zmianach kwantyla 5% minimalnego poziomu morza w pierwszym dwudziestoleciu wynoszą ok. 2 cm a pod koniec wieku są nieco większe i wynoszą od 3 do 7 cm. 5. Zgodność z założonymi celami Zakres wykonanych prac w okresie I.2011 XII.2011 w zadaniu jest zgodny z przyjętym harmonogramem prac i celami etapowymi w zakresie rezultatów merytorycznych. 6. Propozycje dotyczące praktycznego wykorzystania wyników badań Wyniki zmian poziomu morza mogą zostać wykorzystane do wyznaczenia terenów bezpośredniego zagrożenia powodzią przy oddziaływaniu morza i zmian klimatycznych oraz przy opracowaniu wytycznych nt. osłony hydrologicznej (monitoring i ostrzeganie) polskich obszarów przybrzeżnych. Wyniki badań kierowane są do jednostek na szczeblu centralnym, regionalnym i lokalnym w tym w szczególności odpowiadających za: bezpieczeństwo publiczne, planowanie przestrzenne, gospodarowanie zasobami naturalnymi, transport morski i wodny śródlądowy a pośrednio do podmiotów gospodarczych reprezentujących wyżej wymienione branże. Ma to na celu wskazanie wyżej wymienionym organom administracji, jakie mają przygotować strategie do adaptacji społeczeństwa i gospodarki w wyniku wzmożonej działalności zjawisk ekstremalnych (niskich i wysokich stanów wody). 7. Wykaz przygotowanych publikacji Marosz M., Wójcik R., Biernacik D., Jakusik E., Pilarski M., Owczarek M., Miętus M., 2011, Zmienność klimatu Polski od połowy XX wieku. Rezultaty projektu KLIMAT, Prace i Studia Geograficzne, T.47, s Literatura wykorzystana w opracowaniu Landerer F. W., Jungclaus J. H., Marotzke J., 2007, Regional dynamic and steric sea level change in response to the IPCC-A1B Scenario, Journal of Physical Oceanography, Vol. 37, p Miętus M., 1993, Lokalny wskaźnik cyrkulacji atmosferycznej nad południowym Bałtykiem w odniesieniu do wiatru i temperatury na polskim wybrzeżu, [w:] Kożuchowski K. (red.), Globalne ocieplenie a współczesne zmiany klimatyczne w Polsce, Materiały międzynarodowej konferencji, Szczecin, Miętus M., 1999, Rola regionalnej cyrkulacji atmosferycznej w kształtowaniu warunków klimatycznych i oceanograficznych w polskiej strefie brzegowej Morza Bałtyckiego, Materiały Badawcze IMGW, Seria Meteorologia 29, 157pp.

11 Pruszak Z., 2003, Akweny morskie. Zarys procesów fizycznych i inżynierii środowiska., Wydawnictwo IBW PAN, Gdańsk, 272pp 9. Wykaz głównych wykonawców wraz z krótką informacją o rodzaju wykonanych prac dr hab. Mirosław Miętus prof. nadzw. mgr Ewa Jakusik mgr Dawid Biernacik mgr Robert Wójcik mgr Michał Pilarski mgr Bartosz Czernecki Koordynator całości prac w zadaniu i podzadaniu, współautor koncepcji realizacji podzadania. Autor procedur numerycznych i programów obliczeniowych. Koordynator całości prac w zadaniu i podzadaniu, opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na podstawie modelu statystyczno-empirycznego, analiza i opracowanie wyników, opracowanie raportu sprawozdawczego Opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na podstawie modelu statystyczno-empirycznego, opracowanie wyników, Opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na podstawie modelu statystyczno-empirycznego oraz modelu prostej regresji, opracowanie poprawki na dryft ciśnienia, opracowanie wyników, opracowanie raportu sprawozdawczego Opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na podstawie modelu statystyczno-empirycznego, opracowanie zmiany globalnej poziomu morza, opracowanie wyników, opracowanie raportu sprawozdawczego Opracowanie scenariuszy zmian poziomu morza na podstawie modelu statystyczno-empirycznego, opracowanie wyników, 10. Informacja o sposobie odbioru i trybie koordynacji prac w zadaniu Prace były koordynowane przez Koordynatorów Zadania. Dnia r. w Warszawie odbyło się spotkanie koordynatorów i asystentów wszystkich zadań realizowanych w projekcie w celu omówienia postępów prac merytorycznych i ich zgodności z harmonogramem, a także omówienia strategii promocji projektu. Dodatkowo w dniu r. została zorganizowana konferencja promocyjno-informacyjna " Zmiany klimatu i ich spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej" poświęcona promocji rezultatów zrealizowanych w ramach zadania 6 skierowana w głównej mierze do decydentów z sektora administracji publicznej. Poza tym Koordynatorzy zadania konsultowali na bieżąco prace zespołu opracowującego scenariusze i spotykali się okresowo z zespołem lub jego poszczególnymi członkami w celu omówienia postępu prac, zgodności z harmonogramem. Całość dokumentacji, w tym: software, zbiory wejściowe oraz wynikowe, rysunki, znajdują się w siedzibie zespołu wykonującego zadanie (Oddział Morski IMGW w Gdyni).

12 B. Model hydrodynamiczny 1) Cel badań Celem zadania 6.1 było między innymi określenie związków pomiędzy długoletnimi zmianami poziomów morza a regionalnymi procesami atmosferycznymi oraz analiza wyników scenariuszy zmian średniego poziomu morza i ekstremalnych wartości poziomu morza do roku 2100 pod kątem wykorzystania ich do wykonania map zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego. 2) Zakres wykonywanych prac W ramach realizacji podzadania 6.1. w 2011 roku analizowano następujące zagadnienia: obliczenia zmian średnich poziomów morza dla scenariusza A1B, B1, A2 przy użyciu modelu hydrologicznego oraz analiza statystyczna wyników modelu hydrologicznego z udziałem danych scenariuszowych Opracowanie wyników scenariuszy zmian poziomów morza pod kątem wyznaczenia wartości rzędnych poziomów wody do przygotowania map terenów bezpośredniego zagrożenia powodziowego w technice GIS dla rejonu pilotażowego (Karwia) przygotowanie prezentacji na seminarium dotyczące wyników projektu Klimat w dniu 31 maja 2011 przygotowywanie publikacji dotyczącej wyników projektu 3) Opis metodyki badań Wyniki zmian poziomów morza uzyskane w wyniku wykorzystania modelu hydrologicznego zrekalibrowanego wcześniej na potrzeby obliczeń z zastosowaniem scenariuszowych zmian ciśnienia (raporty za rok 2010) zostały poddane analizie statystycznej. Przeanalizowano otrzymane z modelu wyniki średnich zmian poziomów morza z 2 okresów oraz biorąc pod uwagę wartości roczne oraz miesięczne. Porównano wyniki zmian poziomów morza uzyskane z modelu hydrologicznego z wynikami uzyskanymi z symulacji ECHAM 5 (scenariusz emisyjny A2, B1, A1B), a następnie wyznaczono rzędne terenu niezbędne do wykonania map zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego przy wykorzystaniu danych scenariuszowych. 4) Charakterystyka osiągniętych wyników Za pomocą modelu hydrologicznego wykonano obliczenia zmian średnich miesięcznych poziomów morza dla Świnoujścia, Helu i Gdyni w okresach oraz z wykorzystaniem scenariuszy zmian ciśnienia A2, B1, A1B.

13 Wyniki uzyskane z opracowania scenariusza wiązkowego wykazały bardzo małe zmiany średniego rocznego poziomu morza wzdłuż wybrzeża oraz brak wyraźnych zmian w czasie, tzn. że średnie poziomy morza wyliczone dla Gdyni, Helu oraz Świnoujścia w okresie nie wykazały rosnącego trendu w stosunku do wartości wyliczonych w okresie Na rys.6.1.1b przedstawiono wyniki obliczeń zrekalibrowanego modelu hydrologicznego z użyciem danych scenariuszowych ciśnienia A2, natomiast na rys B, rys B przedstawiono odpowiednio wyniki z użyciem scenariuszy A1B oraz B2. Prognozowane średnie poziomy morza wykazują bardzo zbliżone wartości zawarte w przedziale cm. Rys.6.1.1B Średni poziom morza wg scenariusza A2 - obliczenia wykonane przy pomocy zrekalibrowanego modelu hydrologicznego. Rys.6.1.2B Średni poziom morza wg scenariusza A1B - obliczenia wykonane przy pomocy zrekalibrowanego modelu hydrologicznego.

14 Rys B Średni poziom morza wg scenariusza A1B - obliczenia wykonane przy pomocy zrekalibrowanego modelu hydrologicznego Następnie w oparciu o wyniki zmian poziomów morza uzyskane z modelu ECHAM 5 ze scenariuszy A1B, A2, B1 obliczono rzędne poziomów wody do przygotowania map terenów bezpośredniego zagrożenia powodziowego w technice GIS dla rejonu pilotażowego. Szczegółowy opis przygotowania map zawarto w raporcie z zadania 6.4. Wnioski Wstępne wyniki testowania modelu hydrodynamicznego pod kątem przystosowania go do modelowania zmian poziomów morza wymuszonych zmianami klimatycznymi wykazały przydatność modelu do celów badań klimatycznych w zakresie średniego poziomu morza, jednak dokładna analiza wykazała, że należy stwierdzić ograniczoną przydatność wspomnianego modelu do oceny prognozowanych w przyszłości zmian poziomów morza wzdłuż wybrzeża. 5) Analiza zgodności z założonymi celami oraz informację o ewentualnych opóźnieniach wraz z wyjaśnieniem ich przyczyn Prace wykonane w ramach realizacji podzadania pozostawały w zgodności z założonymi celami oraz harmonogramem prac. Nie występowały opóźnienia. 6) Propozycje dotyczące praktycznego wykorzystania wyników badań, Wyniki badań znalazły zastosowanie przede wszystkim przy wykonywaniu map zagrożenia powodziowego dla pilotażowego obszaru Karwi (podzadnie 6.4).Ponadto doświadczenia zdobyte podczas realizacji zadania w okresie I-XII.2011 zostaną wykorzystane do lepszej oceny zagrożeń spowodowanych występowaniem ekstremalnie niskich i wysokich stanów wody.

15 7) Wykaz przygotowanych publikacji Stanisławczyk I Storm Surge Indicator for the Polish Baltic Sea. In Miscceneous Problems in Maritime Navigation. Transport and shipping. CRC Press Balkema, Taylor & Francis Group, Londyn, Nowy Jork, Leiden , (Konferencja w Akademii Morskiej w Gdyni) Prezentacje: Kowalska B, Opracowanie wytycznych dotyczących sposobów i ochrony polskich obszarów przybrzeżnych przed występowaniem ekstremalnych zagrożeń powodziowych, Konferencja Zmiany klimatu i jego spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej Gdynia Sztobryn M. Występowanie ekstremalnych wartości poziomu morza w rejonie polskiego wybrzeża Morza Bałtyckiego Konferencja Zmiany klimatu i jego spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej Gdynia ) Literatura wykorzystana w opracowaniu B. Letkiewicz, M. Sztobryn, M. Mykita, B. Kowalska, Metodyka obliczania maksymalnych poziomów wody o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla wybrzeża oraz ujściowych odcinków rzek będących pod wpływem oddziaływania morza, zatwierdzona przez KZGW. Sztobryn M., Stigge H.J (2005), Wezbrania sztormowe wzdłuż południowego Bałtyku Raporty roczne merytoryczne z zadania 6 Bałtyk jako element systemu klimatycznego i jego rola w tworzeniu się stanów zagrożenia z lat 2009 i ) Wykaz głównych wykonawców wraz z krótką informacją o rodzaju wykonywanych prac dr inż. Marzenna Sztobryn mgr inż. Beata Kowalska Koncepcja pracy w zakresie wykorzystania modelu hydrologicznego do obliczeń zmian poziomów morza wymuszonych zmianami klimatycznymi wg przygotowywanych scenariuszy klimatycznych oraz nadzór nad prowadzonymi pracami rekalibracja modelu i obliczenia za pomocą modelu hydrologicznego poziomów morza wymuszonych czynnikami klimatycznymi, przygotowanie i analiza statystyczna wyników modelu hydrologicznego z udziałem danych scenariuszowych, przygotowanie zbiorów wejściowych do wykonania map zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego i

16 mgr Alicja Kańska mgr Katarzyna Krzysztofik mgr Ida Stanisławczyk analiza wyników Przygotowanie danych hydrologicznych do wykonania map zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego oraz analiza wyników Przygotowanie danych hydrologicznych do wykonania map zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego przygotowanie i analiza statystyczna wyników modelu hydrologicznego z udziałem danych scenariuszowych, 10) Informacje o sposobie odbioru zadań składowych i trybie koordynacji prac. Prace były koordynowane przez Koordynatorów Zadania. Dnia r. w Warszawie odbyło się spotkanie koordynatorów i asystentów wszystkich zadań realizowanych w projekcie w celu omówienia postępów prac merytorycznych i ich zgodności z harmonogramem, a także omówienia strategii promocji projektu. Dodatkowo w dniu r. została zorganizowana konferencja promocyjno-informacyjna " Zmiany klimatu i ich spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej" poświęcona promocji rezultatów zrealizowanych w ramach zadania 6 skierowana w głównej mierze do decydentów z sektora administracji publicznej. Poza tym Koordynatorzy zadania konsultowali na bieżąco prace zespołu opracowującego scenariusze i spotykali się okresowo z zespołem lub jego poszczególnymi członkami w celu omówienia postępu prac, zgodności z harmonogramem. Całość dokumentacji, w tym: software, zbiory wejściowe oraz wynikowe, rysunki, znajdują się w siedzibie zespołu wykonującego zadanie (Oddział Morski IMGW w Gdyni).

17 PODZADANIE 6.2 Wpływ zmian klimatycznych na przyszłe warunki występowania zlodzenia Bałtyku 1. Cel badań W roku 2011 celem badań było opracowanie scenariuszy zmian występowania zlodzenia w XXI wieku oraz analiza dotychczas osiągniętych rezultatów. 2. Zakres wykonanych prac w roku 2011 Opracowanie statystyczno-empirycznych scenariuszy zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu oraz wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku dla okresów i na podstawie danych z symulacji globalnych ECHAM-5 i HadCM3, predyktory: regionalna cyrkulacja atmosferyczna, temperatura powietrza z poziomu 2 m n.p.g. oraz 700 hpa Analiza wyników weryfikacji statystyczno-empirycznych modeli w zakresie liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu oraz wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku Analiza rezultatów scenariuszy zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu oraz zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku opracowanych metodą statystycznego downscalingu wyniki dla okresu i Opis metodyki badań Scenariusze zmian zlodzenia na Bałtyku zostały opracowane w odniesieniu do okresu referencyjnego z wykorzystaniem zidentyfikowanych metodą statystycznego downscalingu (w ramach prac w 2009 roku) relacji między regionalnym polem wymuszenia (ciśnienie atmosferyczne, temperatura powietrza z poziomu 2 m n.p.g., temperatura powietrza z poziomu 700 hpa) a zlodzeniem Bałtyku. Informacje o przyszłych zmianach pola wymuszenia pozyskano z dwóch symulacji globalnych: ECHAM-5 oraz HadCM3. Przyszłe zmiany zlodzenia na Bałtyku zostały wyznaczone dla wybranych scenariuszy emisyjnych (B1, A1B, A2). Scenariusze opracowano w oparciu o zmiany pola regionalnego z następujących symulacji: Scenariusz emisyjny Model B1 A1B A2 ECHAM-5 Run 1, 2, 3 Run 1, 2, 3, 4 Run 1, 2, 3 HadCM3 Run 1 Run 1 Run 1

18 Ze względu na różnice między symulacją regionalnego pola wymuszenia z modeli globalnych a wartościami rzeczywistymi (reanaliza NCEP) zaistniała konieczność wprowadzenia korekty do opracowanych scenariuszy, niwelującej wpływ tych różnic na uzyskane wyniki. W tym celu pozyskano dane z symulacji kontrolnej dla XX wieku (20C3M), będącej rekonstrukcją klimatu dokonaną przez wykorzystane modele globalne (ECHAM-5, HadCM3) w warunkach zmian koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze rzeczywiście obserwowanych w ciągu XX wieku. Następnie wyznaczono w poszczególnych gridach przyjętej domeny przestrzennej anomalie pola regionalnego z symulacji 20C3M w stosunku do średnich ( ) wartości z reanalizy NCEP. W oparciu o tak przygotowaną serię danych dokonano rekonstrukcji zmian elementu lokalnego dla okresu referencyjnego z wykorzystaniem wcześniej opracowanego modelu statystyczno-empirycznego. Wyliczone dla okresu referencyjnego średnie wartości anomalii stanowią wartość poprawki, o którą należy skorygować scenariusze w ten sposób wyeliminowano lub przynajmniej ograniczono wpływ różnic w danych pochodzących z dwóch źródeł (reanalizy NCEP, modelu globalnego), pozostawiając wpływ jedynie symulowanych przyszłych zmian wartości pola wymuszenia. Należy podkreślić fakt, iż symulacje dla wykorzystanych scenariuszy emisyjnych stanowią kontynuację symulacji 20C3M, dzięki czemu można zakładać, iż wartości wyznaczonych korekt są stałe w czasie. Innymi słowy przyjęto stosowaną w przypadku modeli globalnych metodę wyznaczania przyszłych zmian rozpatrywanych elementów w stosunku do symulacji obecnego klimatu, a nie w odniesieniu do rzeczywistych obserwacji. W ten sposób następuje wzajemna eliminacja błędów symulacji obecnego i przyszłego klimatu (Räisänen, 2007). 4. Charakterystyka osiągniętych wyników a. Analiza wyników weryfikacji modeli statystyczno-empirycznych Oceny reprezentatywności modeli statystyczno-empirycznych dokonano poprzez porównanie serii obserwacyjnych z seriami zrekonstruowanymi na podstawie zidentyfikowanych metodą kanonicznych korelacji (CCA) relacji liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu z regionalnym polem wymuszenia. Za miarę zgodności porównywanych serii przyjęto współczynnik korelacji między serią obserwacyjną i zrekonstruowaną. Weryfikację przeprowadzono dla okresu kalibracji modelu (okres zależny ) oraz na całym dostępnym materiale niezależnym ( łącznie z ). Sprawdzono ponadto, w jakim stopniu zidentyfikowane relacje są w stanie odtworzyć rzeczywiście zachodzące zmiany liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie

19 Podsumowując rezultaty weryfikacji można stwierdzić, iż niezależnie od predyktora opracowane modele stosunkowo dobrze odzwierciedlają rzeczywiste wahania liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu z sezonu na sezon, czego dowodem są wysokie wartości współczynnika korelacji. Najlepsze wyniki uzyskano w przypadku modelu, w którym predyktorem jest pole średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. Istotnym w kontekście opracowania scenariuszy zmian klimatu jest informacja, że zidentyfikowane relacje liczby dni ze zlodzeniem i pola wymuszenia w przypadku każdego modelu można uznać za stosunkowo stałe w czasie. Jedynie w przypadku Ustki i Helu, a więc stacji, na których zlodzenie pojawia się najrzadziej, wyniki weryfikacji wypadły słabiej. Również długookresowe zmiany liczby dni ze zlodzeniem ( ) są dość wiernie rekonstruowane przez opracowane modele statystyczno-empiryczne dla wszystkich stacji występuje zgodność co do znaku zmiany oraz stosunkowo zbliżona skala zmian (choć mniejsza niż w rzeczywistości). Trudno w tym przypadku wskazać najlepszy predyktor. Zaznacza się jednak pewna prawidłowość dla większości stacji rezultaty bardziej zgodne ze zmianami rzeczywistymi uzyskano w przypadku uwzględnienia zmian warunków termicznych (model T2), z kolei dla Świnoujścia wyraźnie lepsze wyniki osiągnięto przy wykorzystaniu czynnika dynamicznego (zmiany regionalnej cyrkulacji atmosferycznej). Także w przypadku wskaźnika surowości zlodzenia (Sztobryn i in., 2008) na wybranych akwenach Bałtyku wyniki weryfikacji wskazują, iż opracowane modele statystyczno-empiryczne, niezależnie od predyktora, cechują się dużą wiarygodnością w zakresie rekonstrukcji zmian wskaźnika z roku na rok. Wskazują na to stosunkowo wysokie wartości współczynnika korelacji między serią zrekonstruowaną i rzeczywistą. Podobnie jak w przypadku liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu wyraźnie najlepsze rezultaty weryfikacji cechują model bazujący na zmianach średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2) w przypadku okresu niezależnego dla większości akwenów uzyskano korelacje rzędu nawet 0,8-0,9. W przypadku każdej wersji modelu statystycznego (niezależnie od predyktora) zaznaczają się wyraźnie gorsze wyniki weryfikacji dla peryferyjnie położonych akwenów tj. Bałtyku Zachodniego i Zatoki Botnickiej. W przypadku zmian długookresowych każda wersja modelu, dla wszystkich akwenów wiernie odtwarza rzeczywisty kierunek zmian wartości wskaźnika surowości zlodzenia. Najlepiej z rekonstrukcją wieloletnich zmian zlodzenia radzą sobie modele bazujące na zmianach warunków termicznych w rejonie basenu Morza Bałtyckiego (T2, T700). W przypadku modelu SLP zaznacza się dość znaczne przeszacowanie zmian w stosunku do serii

20 obserwacyjnej. Co ciekawe w przypadku każdego predyktora następuje dość wyraźne niedoszacowanie zmian wskaźnika zachodzących na Bałtyku Południowym. b. Scenariusze zmian występowania zlodzenia Liczba dni ze zlodzeniem okres Scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu opracowane z wykorzystaniem modelu bazującego na zmianach regionalnego pola barycznego (SLP) przedstawiają bardzo zróżnicowany obraz zmian w zależności od symulacji (run 1-4), zarówno pod względem wartości, jak i znaku zmiany. W przypadku scenariuszy wyznaczonych na podstawie zmian ciśnienia atmosferycznego symulowanych przez model globalny ECHAM-5 zaznacza się pewna prawidłowość charakterystyczna dla wszystkich scenariuszy emisyjnych. Pierwsza symulacja (run 1) wskazuje na ogólny wzrost liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu o wartościach jednak bardzo zróżnicowanych w zależności od stacji. W przypadku scenariusza emisyjnego B1 wzrost liczby dni może wynieść od około 13% w Gdyni do niemal 50% w Helu, jedynie w Świnoujściu może wystąpić bardzo nieznaczny ich spadek. Zbliżoną skalę zmian wskazuje scenariusz A1B od niespełna 5% w Świnoujściu do ponad 40% w Helu. Wyraźnie największy wzrost liczby dni ze zlodzeniem jest przewidywany w przypadku scenariusza A2, dla którego wartości zmiany dla większości stacji osiągają lub nawet przekraczają 50%, z maksimum w Helu (około 77%). Zupełnie inny obraz zmian wyłania się z symulacji run 2, w przypadku której dla wszystkich scenariuszy emisyjnych przewiduje się spadek liczby dni ze zlodzeniem, największy dla B1 (rzędu 30-40% na całym wybrzeżu), a najmniejszy w przypadku A2 (poniżej 25%). Symulacja run 3 w przypadku scenariuszy B1 i A2 przedstawia stosunkowo najmniejsze i zróżnicowane pod względem znaku zmiany analizowanego elementu relatywnie niewielki wzrost w Ustce i Helu oraz spadek na pozostałych stacjach. Scenariusz A1B z kolei wskazuje na ogólny wzrost liczby dni ze zlodzeniem rzędu 15-25% dla run 3 oraz zbliżony spadek dla run 4. Zróżnicowane wartości zmian zaznaczają się również w rezultatach scenariuszy opracowanych na podstawie symulacji modelu HadCM3. W przypadku scenariusza emisyjnego B1 przewiduje się wzrost liczby dni ze zlodzeniem wzdłuż całego wybrzeża o od 1% (Świnoujście) do niemal 20% (Hel). Ogólny wzrost cechuje także scenariusz A2, choć w tym przypadku największych zmian można spodziewać się w zachodniej części wybrzeża (15-20%). Scenariusz A1B z kolei, w przeciwieństwie do rezultatów bazujących na wynikach modelu ECHAM-5, przewiduje spadek liczby dni ze lodzeniem o około 15-25%, jedynie w Świnoujściu o niespełna 5%.

21 Uśrednione wyniki poszczególnych symulacji (scenariusz wiązkowy) wskazują, iż w przypadku scenariusza emisyjnego B1 zmiany będą stosunkowo niewielkie, a ich kierunek będzie zróżnicowany na polskim wybrzeżu (tab ). Spodziewany jest relatywnie niewielki wzrost liczby dni ze zlodzeniem w Ustce, Helu i Gdańsku oraz spadek w Świnoujściu, Kołobrzegu i Gdyni. Spójne dla wszystkich stacji pod względem znaku zmiany prezentują scenariusze A1B i A2. W przypadku A1B rezultaty wskazują na spadek liczby dni ze zlodzeniem o około 5-10% z wartościami rosnącymi w kierunku wschodnim. Natomiast w przypadku scenariusza A2 spodziewany jest ogólny wzrost liczby dni ze zlodzeniem, stosunkowo wyrównany na całym wybrzeżu (o około 10-15%). Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola barycznego (SLP). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -1,0-0,1 0,4 0,3-0,5 0,2 % -6,4-0,5 4,9 14,4-4,3 2,8 A1B l.d. -0,7-0,9-0,8-0,2-1,2-0,9 % -4,3-9,4-9,2-9,6-10,7-11,6 A2 l.d. 1,9 1,2 1,3 0,3 1,0 0,8 % 11,9 13,0 14,7 15,1 8,7 10,1 Scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu bazującego na zmianach średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2) w zdecydowanej większości przypadków przewidują w okresie spadek liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w odniesieniu do okresu referencyjnego W przypadku symulacji run 1 modelu ECHAM-5 największe zmiany prezentuje scenariusz B1 spadek na wszystkich stacjach o około 20%, największy we wschodniej części wybrzeża. Nieco mniejsze zmiany są przewidywane w przypadku scenariusza A1B, dla którego przewiduje się spadek rzędu 10-20%, jedynie w Helu zmiany nie przekroczą 2%. Scenariusz emisyjny A2 z kolei prezentuje dość znaczny wzrost liczby dni ze zlodzeniem wzdłuż całego wybrzeża w zakresie od 11% (Świnoujście) do około 36% (Hel). Rezultaty dla symulacji run 2 w przypadku wszystkich analizowanych scenariuszy emisyjnych świadczą o znacznym spadku liczby dni, przekraczającym 60% (A2), a nawet 80-90% (B1, A1B). W przypadku symulacji run 3 przewiduje się, że średnia liczba dni ze zlodzeniem będzie około dwukrotnie mniejsza niż w okresie referencyjnym (B1, A2). Jedynie scenariusz A1B pokazuje w tym przypadku stosunkowo niewielki spadek (do 15%), a w Świnoujściu nawet nieznaczny wzrost. Bardzo wyraźny spadek liczby dni w przypadku scenariusza A1B prezentuje z kolei symulacja run 4.

22 W przypadku scenariuszy opracowanych z wykorzystaniem zmian pola średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. symulowanych przez model globalny HadCM3 wszystkie scenariusze emisyjne wskazują na bardzo wyraźny spadek liczby dni ze zlodzeniem w stosunku do okresu referencyjnego ( ). Wartość zmiany będzie zróżnicowana w zależności od scenariusza emisyjnego i wyniesie około 55-60% (B1), 60-70% (A1B) lub około 50% (A2). Jedynie w Świnoujściu w każdym przypadku można spodziewać się mniejszych zmian rzędu 40-45%. Uśrednione wyniki (scenariusz wiązkowy) niezależnie od przyjętego scenariusza emisyjnego wskazują na znaczący spadek liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu (tab ). W przypadku scenariuszy B1 i A1B zmiany mogą osiągnąć 55-60%, tak więc spodziewana liczba dni ze zlodzeniem w okresie będzie ponad dwukrotnie mniejsza niż w okresie referencyjnym Jedynie w Świnoujściu zmiany będą nieco mniejsze i wyniosą około 45%. W przypadku scenariusza emisyjnego A2 z kolei można spodziewać się spadku liczby dni o około 40% wzdłuż całego wybrzeża. Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -7,9-5,3-4,8-1,3-6,2-4,3 % -47,9-55,3-55,1-54,5-56,2-56,0 A1B l.d. -6,9-5,3-5,1-1,4-6,2-4,6 % -42,3-56,3-58,8-60,5-55,4-60,1 A2 l.d. -6,3-4,0-3,5-0,9-4,9-3,2 % -38,7-42,6-40,2-37,4-44,2-41,7 Scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu bazującego na zmianach średniej temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700) w zdecydowanej większości przypadków, podobnie jak w przypadku modelu T2, pokazują spadek liczby dni ze zlodzeniem, choć o nieco mniejszych wartościach. W przypadku symulacji run 1 modelu ECHAM-5 zaznacza się znaczne zróżnicowanie rezultatów w zależności od scenariusza emisyjnego. W przypadku scenariusza B1 spodziewany jest spadek liczby dni ze zlodzeniem o około 15-30%. Spadek jest przewidywany również w przypadku scenariusza A2, choć skala zmian jest wyraźnie mniejsza (od około 1% do około 17%), a w Helu zaznacza się nawet kilkuprocentowy wzrost liczby dni ze zlodzeniem. Z kolei w przypadku scenariusza A1B można spodziewać się większej niż w okresie referencyjnym liczby dni ze zlodzeniem, a wartość zmiany może

23 osiągać 30% (Gdynia) do 60% (Hel), jedynie w Świnoujściu tylko około 10%. Wyniki dla symulacji run 2 w przypadku każdego scenariusza emisyjnego przedstawiają bardzo duży spadek liczby dni około 60-70% (B1), ponad 80% (A1B) i ponad 50% (A2). W przypadku run 3, podobnie jak dla run 2, scenariusze B1 i A2 sugerują wyraźny spadek liczby dni, a scenariusz A1B wzrost. Zgodnie z ostatnią symulacją (run 4) dla A1B w okresie można spodziewać się spadku liczby dni ze zlodzeniem o około 60-65% w stosunku do okresu referencyjnego. Również w przypadku scenariuszy opracowanych z wykorzystaniem zmian pola średniej temperatury powietrza z poziomu 700 hpa symulowanych przez model globalny HadCM3 zaznacza się podobieństwo z wynikami modelu T2 wszystkie scenariusze emisyjne wskazują na spadek liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu. W przypadku scenariusza B1 spadek może wynieść od około 45% (Świnoujście) do niemal 60% (Hel, Ustka, Gdańsk), a w przypadku A1B na wszystkich, z wyjątkiem Świnoujścia, analizowanych stacjach zbliży się do lub osiągnie 80%. Jedynie w przypadku scenariusza A2 spodziewane zmiany będą znacznie mniejsze i na żadnej stacji nie przekroczą 25%. Wyniki uśrednione niezależnie od przyjętego scenariusza emisyjnego wskazują, podobnie jak w przypadku modelu bazującego na zmianach temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g., na znaczący spadek liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu (tab ). W przypadku scenariuszy emisyjnych B1 i A1B liczba dni ze zlodnieniem w okresie wzdłuż całego wybrzeża może zmniejszyć się niemal o połowę w stosunku do wartości z okresu referencyjnego. Wyraźnie mniejsze zmiany przewidywane są w przypadku scenariusza emisyjnego A2 od około 13% w Helu do ponad 30% w Świnoujściu. Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -7,4-4,4-4,0-1,0-5,2-3,6 % -45,2-46,7-45,7-44,8-47,3-46,8 A1B l.d. -8,3-4,6-3,9-1,0-5,7-3,7 % -50,6-48,3-45,4-43,5-51,2-47,9 A2 l.d. -5,2-2,3-1,6-0,3-3,1-1,6 % -31,7-23,8-18,2-12,7-27,9-21,4 Liczba dni ze zlodzeniem okres W ostatnim dwudziestoleciu XXI wieku, zgodnie ze wskazaniami scenariuszy opracowanych na podstawie zmian pola barycznego na obszarze Europy i północnego

24 Atlantyku (SLP) symulowanych przez model ECHAM-5, należy oczekiwać zmniejszenia liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu. Jedynie w przypadku symulacji run 1 niezależnie od scenariusza emisyjnego przewidywany jest wzrost liczby dni ze zlodzeniem, lecz z wyjątkiem Świnoujścia (A1B i A2) i Gdyni (A2). Największa zmiana może wystąpić w Helu (o niemal 40%), pozostałych stacjach wzrost nie przekroczy 25% (B1, A1B) lub 15% (A2). Wszystkie pozostałe symulacje (run 2-4) wskazują na zmniejszenie liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu. Maksymalne wartości zmian w przypadku scenariusza B1 przekraczają 40% (run 3), w przypadku A1B 20-30% (run 3 i 4), a w przypadku A2 nawet 60-70%. Scenariusze opracowane na podstawie zmian SLP przewidywanych przez model HadCM3, w odróżnieniu od powyżej zaprezentowanych wyników bazujących na rezultatach modelu ECHAM-5, przedstawiają jednoznaczny kierunek zmian analizowanego elementu. Wszystkie dostępne dla tego modelu symulacje wskazują na znaczny spadek liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu. Zmiany w stosunku do okresu referencyjnego mogą przekroczyć 50% w przypadku scenariuszy B1 i A1B oraz 40% w przypadku A2. Scenariusze uśrednione na podstawie wszystkich dostępnych symulacji z dwóch modeli globalnych wskazują na możliwość znacznego zmniejszenia się liczby dni ze zlodzeniem wzdłuż całego wybrzeża. W stosunku do wartości średniej z okresu referencyjnego liczba dni może zmniejszyć się o około 30% w przypadku scenariusza B1, o 35% w przypadku A1B i około 40% w przypadku A2 (tab ). Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola barycznego (SLP). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -3,7-2,9-2,7-0,7-3,4-2,5 % -22,5-30,9-31,2-29,0-30,6-32,2 A1B l.d. -6,4-3,5-2,8-0,5-4,4-2,5 % -38,9-37,3-32,1-21,6-39,4-32,7 A2 l.d. -7,1-3,9-3,2-0,7-4,6-2,8 % -43,3-40,6-37,0-28,6-41,6-36,6 Scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu bazującego na zmianach średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2) w sposób jednoznaczny wskazują, iż w okresie niezależnie od scenariusza emisyjnego można spodziewać się praktycznie całkowitego zaniku występowania zlodzenia na polskim wybrzeżu (na otwartym morzu). Zgodne pod tym względem są scenariusze opracowane na podstawie obu modeli globalnych

25 ECHAM-5 i HadCM3. Jedynie symulacja run 1 w przypadku scenariusza B1 (ECHAM-5) pokazuje, iż zlodzenie na polskim wybrzeżu może jeszcze występować, jednak liczba dni z tym zjawiskiem ulegnie zmniejszeniu w stosunku do okresu referencyjnego o około 90%. Oczywiście również scenariusze uśrednione przedstawiają sytuację, w której wzdłuż polskiego wybrzeża nie będzie występowało zlodzenie Bałtyku (tab ). Jedynie w przypadku scenariusza emisyjnego B1 istnieje możliwość pojawienia się zlodzenia, jednak długotrwałość jego występowania ulegnie dramatycznemu zmniejszeniu o około 95-98% w stosunku do okresu odniesienia. Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -15,4-9,4-8,6-2,3-10,8-7,5 % -94,0-98,4-98,4-98,2-97,6-98,4 A1B l.d. -16,4-9,5-8,7-2,3-11,1-7,7 % -100,0-100,0-100,0-99,9-100,0-100,0 A2 l.d. -16,4-9,5-8,7-2,3-11,1-7,7 % -99,8-100,0-100,0-100,0-100,0-100,0 Również scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu bazującego na zmianach średniej temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700) przedstawiają możliwość całkowitego zaniku zjawisk lodowych na polskim wybrzeżu Bałtyku. Zgodność pod tym względem zaznacza się w przypadku wszystkich scenariuszy emisyjnych oraz wyników bazujących na symulacjach pochodzących z dwóch różnych modeli globalnych (ECHAM-5, HadCM3). Jedynie symulacja run 3 w przypadku scenariusza A1B pozostawia możliwość wystąpienia zlodzenia Bałtyku w rejonie większości spośród wziętych pod uwagę stacji, choć o bardzo ograniczonej trwałości. Scenariusze uśrednione, co zrozumiałe, nie odbiegają w takiej sytuacji od zmian przewidywanych przez poszczególne symulacje i wskazują na całkowity (B1, A2) lub niemal całkowity (A1B) zanik zlodzenia wzdłuż całego polskiego wybrzeża Bałtyku w latach (tab ).

26 Tab Uśrednione scenariusze zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w liczbie dni (l.d.) i w ujęciu procentowym (%). Scenariusz emisyjny Świnoujście Kołobrzeg Ustka Hel Gdynia Gdańsk B1 l.d. -16,3-9,5-8,7-2,3-11,1-7,7 % -99,2-100,0-100,0-100,0-100,0-100,0 A1B l.d. -16,4-9,5-8,7-2,3-11,1-7,6 % -100,0-99,8-99,7-99,5-99,8-99,7 A2 l.d. -16,4-9,5-8,7-2,3-11,1-7,7 % -100,0-100,0-100,0-100,0-100,0-100,0 Wskaźnik surowości zlodzenia okres Scenariusze wyznaczone na podstawie modelu bazującego na zmianach pola barycznego w rejonie północnego Atlantyku i Europy przedstawiają zróżnicowany kierunek i skalę zmian wskaźnika surowości zlodzenia na poszczególnych akwenach Bałtyku w okresie Rezultaty opracowane z wykorzystaniem wyników modelu ECHAM-5 wskazują dla symulacji run 1 na stosunkowo niewielkie, nieprzekraczające 7% zmiany wartości wskaźnika o zróżnicowanym kierunku, z wyjątkiem Bałtyku Zachodniego, gdzie można spodziewać się wzrostu o około 20-30%. Jedynie w przypadku scenariusza emisyjnego A2 na niemal wszystkich akwenach spodziewany jest wzrost surowości zlodzenia, osiągający około 25% na Bałtyku Południowym i Morzu Alandzkim oraz ponad 70% na Bałtyku Zachodnim. Wyniki dla run 2 niezależnie od scenariusza emisyjnego wskazują na ogólny spadek wartości wskaźnika, przy czym największe zmiany mają wystąpić na Bałtyku Zachodnim i Południowym (około 20-30%), malejąc generalnie w kierunku północnym. Scenariusze dla run 3 również wskazują na złagodzenie zlodzenia na Bałtyku, choć w tym przypadku największe zmiany (na Morzu Alandzkim) jednak nie przekroczą kilkunastu %. Ostatnia symulacja w przypadku scenariusza A1B (run 4) przedstawia dość wyraźny spadek wartości wskaźnika na wszystkich akwenach, jedynie w północnej części Bałtyku nieprzekraczające 10%. Rezultaty dla jedynej dostępnej symulacji modelu HadCM3 również nie są jednoznaczne co do kierunku ewolucji występowania zlodzenia, zaznacza się jednak dość wyraźna przewaga wskazań na spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego Na spadek wartości wskaźnika na praktycznie całym Bałtyku wskazują rezultaty uzyskane w przypadku scenariuszy B1 i A1B. Wyraźnie mniejsze i zróżnicowane pod względem znaku zmiany przewiduje scenariusz emisyjny A2.

27 Na podstawie wszystkich dostępnych symulacji opracowano uśredniony scenariusz zmian wskaźnika surowości zlodzenia dla analizowanych akwenów Morza Bałtyckiego, pozwalający, zwłaszcza w obliczu bardzo zróżnicowanych rezultatów dla poszczególnych symulacji, na wskazanie dominującego kierunku ewolucji zlodzenia na Bałtyku. W przypadku scenariuszy emisyjnych B1 i A1B w okresie można spodziewać się złagodzenia surowości zlodzenia na wszystkich akwenach, stosunkowo największego na Morzu Alandzkim (B1) oraz Bałtyku Zachodnim i Południowym (A1B) (tab ). Na tych akwenach zmiany w stosunku do okresu referencyjnego mogą osiągnąć 15-20%, podczas gdy w północnej części Bałtyku (Norra Kvarken, Zatoka Botnicka) nie powinny przekroczyć 5%. Rezultaty opracowane dla scenariusza A2 wskazują na bardzo nieznaczne i zróżnicowane co do kierunku zmiany wskaźnika surowości zlodzenia. Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola barycznego (SLP). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (WB Bałtyk Zachodni, SB Bałtyk Południowy, GF Zatoka Fińska, AL Morze Alandzkie, SoB Morze Botnickie, NK Norra Kvarken, BoB Zatoka Botnicka). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -0,1-0,2-0,3-0,4-0,4-0,3-0,1 % -4,0-11,2-8,1-15,1-9,5-4,5-1,2 A1B wsl -0,2-0,3-0,3-0,4-0,3-0,2 0,0 % -18,1-16,3-6,2-15,1-6,8-3,0-0,3 A2 wsl 0,1 0,0-0,1-0,1 0,1 0,2 0,3 % 8,0-1,8-3,1-3,8 2,6 3,2 3,7 Scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu wykorzystującego zmiany pola średniej temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. w rejonie basenu Morza Bałtyckiego przedstawiają dość spójną wizję zmian wskaźnika surowości zlodzenia w okresie na analizowanych akwenach niezależnie od scenariusza emisyjnego i modelu globalnego (ECHAM-5, HadCM3) zdecydowana większość symulacji wskazuje na dość wyraźne ograniczenie surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego. Tym niemniej dość zaskakujące rezultaty otrzymano dla symulacji run 1 i run 3 modelu ECHAM-5 w przypadku scenariusza emisyjnego B1. Zaznacza się bardzo duży spadek wartości wskaźnika na Bałtyku Zachodnim (rzędu 80-90%) oraz na Bałtyku Południowym i Morzu Alandzkim (rzędu 40-60%), podczas gdy na pozostałych akwenach przewidywany jest jego wzrost o około 30%, a w przypadku Norra Kvarken i Zatoki Botnickiej nawet ponad 50%. Warto także zwrócić uwagę na symulację run 1 w przypadku scenariusza A2, zgodnie z którą wartość wskaźnika na Bałtyku Zachodnim może wzrosnąć o niemal 60%. Wszystkie pozostałe symulacje wskazują na zdecydowany spadek wartości analizowanego elementu na wszystkich

28 akwenach, największy w przypadku run 2 i run 4 (o kilkadziesiąt %). W ujęciu przestrzennym największego złagodzenia surowości zlodzenia można spodziewać się na Bałtyku Zachodnim i Południowym oraz Morzu Alandzkim, wartości zmiany wyraźnie zmniejszają się kierunku północnym z minimum w Zatoce Botnickiej. Scenariusze opracowane na podstawie symulacji zmian pola temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. pozyskanych z modelu globalnego HadCM3 nie pozostawiają wątpliwości co do kierunku ewolucji występowania zlodzenia na Bałtyku. W przypadku wszystkich scenariuszy emisyjnych dla wszystkich analizowanych akwenów przewidywany jest w okresie wyraźny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego Rezultaty bazujące na wynikach modelu HadCM3 cechują się ponadto mniejszym zróżnicowaniem przestrzennym spodziewanych zmian (w ujęciu procentowym) w porównaniu do scenariuszy opracowanych na podstawie modelu ECHAM-5. W przypadku scenariusza B1 i A1B wartości wskaźnika surowości zlodzenia ulegną zmniejszeniu o około 30-45%, jedynie w Zatoce Botnickiej zmiany mogą być wyraźnie mniejsze. Generalnie mniejszy spadek, zwłaszcza na Bałtyku Zachodnim (niespełna 5%) przewiduje scenariusz A2. Scenariusze uśrednione potwierdzają, że najbardziej prawdopodobnym kierunkiem zmian będzie spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia na całym Bałtyku (tab ). W przypadku scenariusza B1 zmiany mogą przekroczyć 50% na Bałtyku Zachodnim i Południowym oraz Morzu Alandzkim, podczas gdy w Zatoce Botnickiej surowość zlodzenia może nieznacznie wzrosnąć. W przypadku scenariusza A1B spadek wartości na większości akwenów może wynieść 35-45%, a w przypadku A %. Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (oznaczenia akwenów jak w tab ). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -0,7-1,0-0,6-1,2-0,7 0,0 0,7 % -55,0-50,5-14,4-51,9-16,6-0,1 9,2 A1B wsl -0,4-0,8-1,5-1,0-1,6-1,6-1,1 % -35,1-42,2-35,3-43,6-39,2-26,5-13,8 A2 wsl -0,1-0,5-1,1-0,7-1,2-1,2-0,8 % -10,4-26,6-26,0-29,1-28,9-20,0-10,4 Scenariusze opracowane z wykorzystaniem modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola średniej temperatury powietrza z poziomu 700 hpa wskazują w większości przypadków na złagodzenie surowości zlodzenia na Bałtyku. Rezultaty bazujące na wynikach

29 modelu ECHAM-5 dla symulacji run 1 przedstawiają stosunkowo niewielkie zmiany wskaźnika surowości zlodzenia, nieprzekraczające na większości akwenów 10%. Jedynie w przypadku Bałtyku Zachodniego zaznacza się dość wyraźny wzrost, wynoszący od kilkunastu (B1, A2) do około 30% w stosunku do okresu referencyjnego. W przypadku symulacji run 2 wszystkie rozpatrywane scenariusze emisyjne pokazują znaczne złagodzenie warunków na całym Bałtyku, na Morzu Alandzkim i Morzu Botnickim średnie wartości wskaźnika w okresie mogą być niższe o około 40% w porównaniu do okresu odniesienia (B1, A1B). Podobne wyniki uzyskano dla run 4 (A1B). Wyraźny wzrost surowości zlodzenia w południowej części Bałtyku i nieznaczny jej spadek w części północnej pokazuje z kolei symulacja run 3 w przypadku scenariusza B1 i A1B. W przypadku scenariusza A2 z kolei przewiduje się istotny spadek wartości wskaźnika na wszystkich rozpatrywanych akwenach. Scenariusze wyznaczone z wykorzystaniem symulacji zmian pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa modelu HadcM3 wskazują na stosunkowo znaczny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego Największe zmiany przewidywane są na Morzu Alandzkim i Morzu Botnickim oraz, w odróżnieniu od wyników modelu ECHAM-5, na Bałtyku Zachodnim i Południowym. Na tych akwenach średnia wartość wskaźnika w okresie może spaść o 30-40% (B1, A1B). Wyraźnie mniejsza skala zmian spodziewana jest w północnej części Bałtyku tj. Norra Kvarken i Zatoce Botnickiej, gdzie wyniesie kilka-kilkanaście procent. Jedynie scenariusz emisyjny A2 przedstawia znacznie mniejsze spadki wartości wskaźnika w stosunku do okresu referencyjnego, rzędu 5-15%. W przypadku tego scenariusza zaznacza się również nieznaczny wzrost surowości zlodzenia na Bałtyku Zachodnim. Scenariusze uśrednione (tab ) przedstawiają bardzo zbliżony rozkład przestrzenny i skalę zmian w przypadku scenariuszy emisyjnych B1 i A1B. Największe zmiany, rzędu 20-25% spodziewane są na Morzu Alandzkim, Morzu Botnickim oraz Bałtyku Południowym, malejąc do poniżej 10% w Zatoce Botnickiej. Inny obraz zmian wyłania się w rezultatów opracowanych dla scenariusza A2. W tym przypadku spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia nie przekroczy 16%, a na Bałtyku Zachodnim wartość w okresie będzie niemal identyczna w porównaniu do okresu referencyjnego.

30 Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (oznaczenia akwenów jak w tab ). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -0,2-0,4-0,7-0,6-1,0-0,9-0,5 % -16,9-23,3-16,7-26,8-24,7-14,1-6,5 A1B wsl -0,2-0,4-0,5-0,5-0,9-0,8-0,6 % -12,5-18,2-11,6-22,0-22,9-13,3-7,2 A2 wsl 0,0-0,2-0,5-0,4-0,7-0,6-0,4 % 1,0-12,7-10,6-16,0-16,1-9,4-4,6 Wskaźnik surowości zlodzenia okres Scenariusze dla okresu opracowane na podstawie przewidywanych zmian cyrkulacji atmosferycznej nad północnym Atlantykiem i Europą wskazują generalnie na spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego W przypadku przewidywań bazujących na rezultatach symulacji modelu ECHAM-5 jedynie dla scenariusza emisyjnego B1 można spodziewać się nieznacznego wzrostu surowości zlodzenia w niektórych częściach Bałtyku (run 1). Taka sytuacja może mieć miejsce na wszystkich analizowanych akwenach z wyjątkiem Zatoki Fińskiej, szczególnie wyraźny wzrost spodziewany jest na Bałtyku Zachodnim i Południowym oraz Morzu Alandzkim. Symulacja run 3 z kolei wskazuje na spadek wartości wskaźnika o 15-25% na wszystkich akwenach. W przypadku scenariuszy emisyjnych A1B i A2 zmiany regionalnego pola barycznego spowodują znaczne złagodzenie zlodzenia na Bałtyku. Skala zmian jest dość znacząco zróżnicowana w zależności od symulacji i waha się od kliku procent (A1B run 1) do 50-65% na niektórych akwenach (A2 run 2), przy czym największe zmiany zazwyczaj cechują Bałtyk Zachodni i Południowy oraz Morze Alandzkie. Tym niemniej w przypadku Bałtyku Zachodniego według symulacji run 1 możliwy jest wzrost surowości zlodzenia. Scenariusze opracowane na podstawie wyników symulacji modelu HadCM3 niezależnie od scenariusza emisyjnego przedstawiają bardzo wyraźny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w wieloleciu w stosunku do okresu referencyjnego Podobnie jak w przypadku wyników dla modelu ECHAM-5 największe zmiany przewidywane są na Bałtyku Zachodnim i Południowym oraz Morzu Alandzkim, gdzie mogą osiągnąć 50-60%, a najmniejsze, nieprzekraczające kilku % - w Zatoce Botnickiej. Scenariusze uśrednione (tab ) na podstawie symulacji modeli globalnych ECHAM-5 i HadCM3 wskazują oczywiście na istotny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego niezależenie od scenariusza emisyjnego,

31 świadcząc o ograniczeniu występowania zlodzenia na całym Bałtyku. Największe zmiany są przewidywane w przypadku Bałtyku Zachodniego i Południowego oraz na Morzu Alandzkim. Na tych akwenach wartość wskaźnika może ule zmniejszeniu o około 30-40%. Skala zmian ulega wyraźnej redukcji w północnej części Bałtyku tj. Norra Kvarken i Zatoce Botnickiej, gdzie wyniesie odpowiednio około 10-15% i około 5%. Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola barycznego (SLP). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (oznaczenia akwenów jak w tab ). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -0,4-0,5-0,7-0,7-0,7-0,5-0,2 % -29,8-27,4-16,8-30,0-16,7-8,6-2,3 A1B wsl -0,4-0,7-1,0-0,9-1,1-0,9-0,4 % -33,9-37,2-23,2-39,6-26,3-14,5-5,1 A2 wsl -0,5-0,7-1,1-0,9-1,1-0,9-0,4 % -36,3-37,1-25,2-40,6-27,9-15,2-5,3 Znacznie większe zmiany wskaźnika surowości zlodzenia przewidywane są w przypadku scenariuszy opracowanych na podstawie zmian temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. w rejonie Morza Bałtyckiego. Wyniki bazujące na rezultatach modelu ECHAM-5 w przypadku niektórych symulacji wskazują na całkowity zanik zlodzenia na Bałtyku z wyjątkiem jego północnej części (Norra Kvarken, Zatoka Botnicka). Co ciekawe, w przypadku scenariusza emisyjnego B1, całkowitemu lub niemal całkowitemu zanikowi zlodzenia na Bałtyku Zachodnim i Południowym oraz Morzu Alandzkim może towarzyszyć istotny wzrost surowości zlodzenia w Norra Kvarken (run 1) i Zatoce Botnickiej (run 1, run 3). Spośród wszystkich akwenów wyraźnie najmniejsze zmiany wskaźnika spodziewane są w Zatoce Botnickiej, gdzie nie osiągną 50%, podczas gdy na wszystkich innych mogą przekroczyć 90%. Również w przypadku scenariuszy opracowanych na podstawie symulacji zmian temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. dokonanych przez model HadCM3 zaznacza się bardzo wyraźny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego , świadczące o bardzo znacznym ograniczeniu występowania zlodzenia. Skala zmian będzie uzależniona od scenariusza emisyjnego i wyniesie od około 70-85% w przypadku B1 do % w przypadku A2. Jedynie w Zatoce Botnickiej spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia nie powinien przekroczyć 60%. Scenariusze uśrednione (tab ) wskazują na bardzo znaczny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia w stosunku do okresu referencyjnego W

32 przypadku scenariuszy emisyjnych A1B i A2 dla niemal wszystkich akwenów zmiany przekroczą 90%. Jedynie w Zatoce Botnickiej spodziewane zmiany nie przekroczą 50%. Nieco mniejsze zmiany mogą wystąpić w przypadku scenariusza B1, zwłaszcza w Norra Kvarken (około 45%) i Zatoce Botnickiej (około 15%). Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 2 m n.p.g. (T2). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (oznaczenia akwenów jak w tab ). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -1,1-1,7-3,0-2,1-3,1-2,9-1,2 % -85,1-89,0-69,1-91,2-75,4-46,6-15,5 A1B wsl -1,2-1,8-4,1-2,3-4,0-5,4-3,6 % -92,7-95,9-95,2-97,0-96,9-86,5-45,7 A2 wsl -1,2-1,9-4,2-2,3-4,1-5,7-3,9 % -94,7-97,4-98,2-98,6-98,6-91,3-49,6 Bardzo wyraźny spadek wartości wskaźnika surowości zlodzenia przewidują również scenariusze opracowane na podstawie symulowanych przez modele globalne (ECHAM-5, HadCM3) zmian pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa. Wszystkie dostępne symulacje niezależnie od scenariusza emisyjnego wskazują na złagodzenie zlodzenia na wszystkich analizowanych akwenach. Największe spadki wskaźnika są spodziewane na Morzu Alandzkim i Morzu Botnickim, gdzie może nawet dojść do całkowitego zaniku zlodzenia (ECHAM-5, A2 run 2). Wyraźnie mniejsze zmiany charakteryzują Zatokę Botnicką, gdzie wartość wskaźnika surowości zlodzenia może ulec zmniejszeniu o około 25-40% w stosunku do okresu referencyjnego. Uśrednione scenariusze opracowane na podstawie zmian średniej temperatury powietrza z poziomu 700 hpa w sposób jednoznaczny wskazują na istotne złagodzenie warunków lodowych w okresie (tab ). Największe zmiany są przewidywane na Morzu Alandzkim i Morzu Botnickim, gdzie mogą osiągnąć 80% w przypadku scenariusza emisyjnego B1 i przekroczyć 90% w przypadku A1B i A2. Stosunkowo najmniejsze zmiany wystąpią na Zatoce Botnickiej rzędu 25-35%. Zaznacza się zróżnicowanie skali zmian w zależności od scenariusza emisyjnego, najmniejsze są przewidywane w przypadku scenariusza B1, a największe w przypadku A2.

33 Tab Uśrednione scenariusze zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku w okresie opracowane na podstawie modelu wykorzystującego zmiany regionalnego pola temperatury powietrza z poziomu 700 hpa (T700). Wartości przedstawiają spodziewane zmiany w stosunku do okresu referencyjnego wyrażone w wartości wskaźnika (wsl) i w ujęciu procentowym (%) (oznaczenia akwenów jak w tab ). Scenariusz emisyjny WB SB GF AL SoB NK BoB B1 wsl -0,8-1,3-2,5-1,8-3,3-3,2-1,9 % -59,8-68,7-58,8-78,7-80,3-51,7-24,6 A1B wsl -1,0-1,6-3,4-2,2-3,9-4,5-2,7 % -76,4-84,6-77,7-93,3-95,0-72,6-34,7 A2 wsl -1,1-1,7-3,6-2,2-4,0-4,8-2,9 % -83,8-89,3-84,2-95,7-96,6-77,4-37,0 5. Analiza zgodności z założonymi celami oraz informacja o ewentualnych opóźnieniach wraz z wyjaśnieniem ich przyczyn Osiągnięte w okresie I.2011-XII.2011 rezultaty są zgodne z harmonogramem prac zawartym we wniosku i planowanymi do osiągnięcia celami etapowymi. 6. Propozycje praktycznego wykorzystania wyników badań Opracowane scenariusze zmian występowania zlodzenia na polskim wybrzeżu oraz na wybranych akwenach Bałtyku mogą zostać wykorzystane do opracowania strategii adaptacji do przewidywanych zmian klimatu w rejonie Morza Bałtyckiego (np. oszacowania intensywności prac lodołamaczy) oraz oceny ich skutków ekonomicznych. 7. Wykaz przygotowanych publikacji Sztobryn M., Wójcik R., 2010, Impact of climate change on the Baltic Sea ice conditions, 20th IAHR International Ice Symposium (płyta CD) oraz w przygotowaniu do druku w Report Series in Geophysics, University of Helsinki Marosz M., Wójcik R., Biernacik D., Jakusik E., Pilarski M., Owczarek M., Miętus M., 2011, Zmienność klimatu Polski od połowy XX wieku. Rezultaty projektu KLIMAT., Prace i Studia Geograficzne, T. 47, Literatura wykorzystana w opracowaniu Räisänen J., 2007, How reliable are climate models?, Tellus, 59A, 2-29 Sztobryn M., Schmelzer N., Vainio J., Eriksson P.B., 2008, Sea Ice Index, Proc. Baltic Sea Ice Climate Workshop 2008

34 9. Wykaz głównych wykonawców wraz z krótką informacją o rodzaju wykonywanych prac dr hab. Mirosław Miętus prof. ndzw. Koordynator całości prac w zadaniu i podzadaniu, współautor koncepcji realizacji podzadania. Współudział w interpretacji i analizie rezultatów obliczeń. mgr Robert Wójcik Opracowanie scenariuszy zmian liczby dni ze zlodzeniem na polskim wybrzeżu oraz zmian wskaźnika surowości zlodzenia na Bałtyku. Analiza wyników w zakresie weryfikacji modeli statystyczno-empirycznych oraz rezultatów scenariuszy. dr Michał Marosz Przygotowanie plików wsadowych wykorzystanych w przygotowaniu scenariuszy zmienności zlodzenia - temperatura powietrza (700 hpa, 2 m) z modeli ECHAM- 5 i HadCM3 10. Informacje o sposobie odbioru zadań składowych i trybie koordynacji prac Prace były koordynowane przez Koordynatorów Zadania. Dnia r. w Warszawie odbyło się spotkanie koordynatorów i asystentów wszystkich zadań realizowanych w projekcie w celu omówienia postępów prac merytorycznych i ich zgodności z harmonogramem, a także omówienia strategii promocji projektu. Dodatkowo w dniu r. została zorganizowana konferencja promocyjno-informacyjna " Zmiany klimatu i ich spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej" poświęcona promocji rezultatów zrealizowanych w ramach zadania 6 skierowana w głównej mierze do decydentów z sektora administracji publicznej. Poza tym Koordynatorzy zadania konsultowali na bieżąco prace zespołu opracowującego scenariusze i spotykali się okresowo z zespołem lub jego poszczególnymi członkami w celu omówienia postępu prac, zgodności z harmonogramem. Całość dokumentacji, w tym: software, zbiory wejściowe oraz wynikowe, rysunki, znajdują się w siedzibie zespołu wykonującego zadanie (Oddział Morski IMGW w Gdyni).

35 PODZADANIE 6.3 Wpływ zmian klimatu na falowanie na obszarze Bałtyku 1. Cel badań Określenie za pomocą modeli statystyczno-empirycznych (statystyczny downscaling) relacji pomiędzy wielkoskalowym polem wymuszenia a wysokością fali całkowitej na obszarze południowego Bałtyku oraz wykorzystanie zdefiniowanych relacji do opracowania scenariuszy zmian wysokości falowania w XXI wieku. 2. Zakres wykonanych prac w roku 2011 Opracowanie scenariuszy anomalii parametrów a, k rozkładu Weibulla wysokości falowania całkowitego w latach oraz dla modelu ECHAM-5 wg scenariuszy emisyjnych (SRES): B1 run 2 i A1B run 3 w analizowanych sezonach (IV-VIII, IX-III, I-XII); zastosowane metody statystyczno-empirycznego downscalingu: analiza kanonicznych korelacji (CCA) analiza redundacyjna (RDA) Obliczenie wartości współczynnika trendu liniowego wysokości fali całkowitej dla kwantyla 0,50 i 0,95 na podstawie serii obserwacyjnej i rekonstruowanej w latach Wykonanie map współczynnika trendu liniowego wysokości fali całkowitej dla analizowanych wartości prawdopodobieństwa na Bałtyku Południowym w latach Opracowanie scenariusza anomalii średnich (kwantyl 0.50) i maksymalnych (kwantyle: 0.95, 0.99) wysokości falowania na Bałtyku Południowym w latach i dla modelu ECHAM-5 wg scenariuszy: 1%CO2 (run 1, 2, 3), A1B (run: 1, 2, 3, 4), A2 (run 1, 2, 3), B1 (run 1, 2, 3) oraz dla modelu HadCM-3 wg scenariuszy A1B run 1, A2 run 1 i B1 run1 Obliczenie wartości poprawkowych dla uzyskanych scenariuszy poprzez rekonstrukcję serii parametrów rozkładu Weibulla w oparciu o różnice wartości ciśnienia reanalizy NCEP/NCAR oraz modeli ECHAM5 i HadCM3 w latach , w analizowanych sezonach. Obliczenie wartości bezwzględnych wysokości falowania dla lat i wg analizowanych scenariuszy modeli ECHAM5 i HadCM3 dla okresu

36 sztormowego, bezsztormowego i rocznego dla kwantyli 0.50, 0.95 i 0.99, uwzględniając uzyskane poprawki ( dryft modelu); wykonanie map weryfikacyjnych dla uzyskanych wyników Obliczenie wartości wiązkowych analizowanych scenariuszy emisyjnych dla wartości kwantyli 0.50, 0.95 i 0.99 wysokości falowania całkowitego na Bałtyku Południowym w okresie referencyjnym oraz w latach i Obliczenie wartości scenariuszowych w regularnej siatce gridowej oraz jako średniej obszarowej; Obliczenie wartości anomalii dla kwantyli 0.50, 0.95 i 0.99 wysokości falowania całkowitego na Bałtyku Południowym w latach i wg scenariuszy modelu ECHAM-5 Opracowanie map anomalii wysokości falowania całkowitego dla kwantyli: 0.50, 0.95 i 0.99 w latach i wg wartości scenariuszowych modelu ECHAM-5 Obliczenie średnich wartości bezwzględnych parametrów rozkładu Weibulla dla falowania w latach dla sezonów: sztormowego, bezsztormowego i rocznego oraz ich wizualizacja Wykonanie map współczynnika korelacji serii obserwowanej i rekonstruowanej w analizowanych przedziałach czasu dla parametru wysokości fali całkowitej na Bałtyku Południowym (kwantyle 0.50 i 0.95) 3. Opis metodyki badań Do opracowania charakterystyk falowania wykorzystano dane z symulacji hybrydowego, dwuwymiarowego modelu płytkiej wody HYPAS, rozwijanego w GKSS Forschungzentrum w Geesthacht k. Hamburga (Jakusik i in., 2010, Lampe, 1998, Gayer i in., 1995). W opracowaniu zestawiono wartości miesięczne estymowanych parametrów rozkładu Weibulla opisujących zmienność wysokości fali w 293. punktach gridowych na Bałtyku Południowym. Wspomniany hindcast modelu HYPAS przeprowadzono dla okresu od lutego 1988 do marca 1993 roku (Jakusik i in. 2011), co pozwala na wyznaczenie wieloletnich statystyk opisujących pole falowania, zgodnie z wytycznymi przyjętymi przez Marine Climatological Summary Scheme (MCSS, WMO-No.558 i WMO-No.781, Jakusik, 1996), natomiast rozdzielczość czasowa objęła oddzielnie dane dla sezonu sztormowego (IX-III), bezsztormowego (IV-VIII) oraz roczne serie danych (Miętus, von Storch, 1997).

37 Metoda statystycznego downscalingu przyjęta w dalszym postępowaniu badawczym składa się z dwóch etapów. W pierwszej kolejności określana jest statystyczna zależność między zmiennymi lokalnego klimatu, w tym przypadku reprezentowanego przez parametry rozkładu Weibulla wysokości falowania całkowitego, a wielkoskalowym polem wymuszenia, reprezentowanym przez pole zredukowanego ciśnienia atmosferycznego (SLP), które pobrano z reanalizy NCEP/NCAR (Kalnay i in., 1996). Przyjęty obszar pola regionalnego objął swoim zasięgiem rejon Północnego Atlantyku i Europy pomiędzy 50ºW a 40ºE i 35ºN a 75ºN z rozdzielczością przestrzenną danych 2.5º x 2.5º. Przeprowadzana analiza zmienności czasowo-przestrzennej obu pól została wykonana przy zastosowaniu techniki empirycznych funkcji własnych (empirical orthogonal function, EOF), na podstawie których utworzono model statystyczno-empirycznych funkcji przejścia między polem regionalnym i lokalnym wykorzystując do tego celu metodę kanonicznych korelacji (canonical correlation analysis, CCA). Szczegółowy opis zastosowanego aparatu matematycznego metody oraz dyskusję poświęconą interpretacji wyników można znaleźć m.in. w pracach von Storcha i Zwiersa (2001), Miętusa i Filipiaka (2002) oraz w pracy Wilksa (2006). Jakość utworzonego modelu kanonicznych korelacji (CCA) określono poprzez wykonanie rekonstrukcji dla serii danych pola lokalnego w latach Porównanie otrzymanej serii z wartościami rzeczywistymi pozwoliło na wyznaczenie wartości współczynnika korelacji oraz wariancji pomiędzy obiema seriami danych w poszczególnych punktach gridowych. Dodatkowo, dla wszystkich analizowanych punktów w serii rzeczywistej i rekonstruowanej wyznaczone zostały wartości współczynników kierunkowych krzywej regresji w celu określenia stopnia zbieżności pomiędzy kierunkami ewentualnych zmian występujących w serii modelowej i rzeczywistej. Zdefiniowane relacje pomiędzy polem wymuszenia a polem lokalnym w modelu kanonicznych korelacji (CCA) wykorzystano następnie do konstrukcji wartości scenariuszowych wysokości falowania kwantyla 0,50 i 0,95 w latach oraz Jako pole regionalne wykorzystano wartości scenariuszowe zredukowanego pola ciśnienia (SLP) pozyskanego z globalnego modelu cyrkulacji atmosfery ECHAM-5 (Roeckner i in., 2003). Uzyskane wartości scenariuszowe skorygowano na podstawie dodatkowego modelu kanonicznych korelacji (CCA) stworzonego dla okresu , gdzie jako pole wymuszenia wykorzystano dane z symulacji kontrolnej modelu ECHAM-5 dla XX w. Różnice pomiędzy wartościami rzeczywistymi a modelowymi zostały uwzględnione jako wartości poprawkowe (tzw. dryft modelu dynamicznego) dla obliczonych

38 wartości scenariuszowych w obu analizowanych okresach XXI wieku uzyskując ostateczny obraz spodziewanych zmian klimatu Bałtyku Południowego. 4. Charakterystyka osiągniętych wyników Weryfikacja utworzonych modeli Jakość utworzonych modeli statystycznego downscalingu określono poprzez wyznaczenie wartości współczynników korelacji pomiędzy serią rzeczywistą reprezentowaną przez parametry rozkładu Weibulla wysokości falowania uzyskanymi z modelu HYPAS oraz serią rekonstruowaną modelem kanonicznych korelacji (CCA) w okresie Uzyskane wyniki weryfikacji dla okresu zależnego świadczą o wysokiej jakości rekonstrukcji serii zwłaszcza dla parametru kształtu (k) we wszystkich analizowanych sezonach. Najniższe wartości uzyskano w przypadku serii rocznej (rys ) w rejonie Bornholmu oraz w Zatoce Pomorskiej (poniżej 0,4). W pozostałych regionach Bałtyku Południowego wartości współczynnika korelacji zawierały się zwykle w przedziale 0,45-0,60 przy jednocześnie najlepszej jakości modelu u wybrzeży Półwyspu Skandynawskiego (powyżej 0,6). Lepsza jakość modelu dla parametru odzwierciedlającego zakres zmienności wysokości falowania jest charakterystyczna w ujęciu sezonowym, zwłaszcza dla sezonu bezsztormowego (IV-VIII) kiedy to na większości obszaru analizy seria rekonstruowana była skorelowana w stosunku do pierwowzoru na poziomie 0,6-0,7. W polskiej strefie brzegowej najlepsza jakość modelu dla parametru kształtu rozkładu Weibulla w sezonie sztormowym (IX-III) jak i bezsztormowym występuje w środkowej części Wybrzeża z wartościami współczynnika korelacji powyżej 0,6. W przypadku parametru skali (a) najlepszą jakość modelu w ujęcia sezonowym uzyskano dla okresu sztormowego, choć należy zwrócić uwagę na problemy modelu z rekonstrukcją wysokości fali w rejonie Zatok: Pomorskiej i Gdańskiej (lokalnie r<0,35), co silnie kontrastuje z wysokimi wartościami współczynnika korelacji w północnej części obszaru analizy (r>0,6). Duży wpływ sezonu bezsztormowego na wartości rekonstruowane w cyklu rocznym widoczny jest zarówno w przebiegu uzyskanych izolinii oraz ich wartości, które wykazują duży stopień podobieństwa. Z kolei w sezonie bezsztormowym dla parametru skali (a) zróżnicowanie przestrzenne nie jest już tak wyraźne i poza obszarem Zatoki Gdańskiej oraz Cieśnin Duńskich (r<0,4) wartości współczynnika korelacji zawierają się w przedziale 0,45-0,55.

39 k CISZA (IVVIII) SZTORM ROK (I-XII) (IX-III) a Rys Wartość współczynnika korelacji między serią obserwacyjną i zrekonstruowaną w okresie dla parametrów a i k rozkładu Weibull a Dodatkowym kryterium oceny stworzonych modeli statystycznego downscalingu była próba oceny rekonstrukcji długoterminowych zmian. Porównanie wyznaczonych współczynników kierunkowych zmian (trendów) w analizowanych sezonach na podstawie serii obserwacyjnej i rekonstruowanej pozwala odpowiedzieć na pytanie w jakim stopniu stworzone modele odtwarzają długoterminową zmienność wysokości falowania na Bałtyku Południowym. Weryfikacja modeli pod kątem rekonstrukcji trendów w okresie referencyjnym stanowi kluczową kwestię w przypadku zastosowania stworzonych modeli do konstrukcji przyszłych, scenariuszowych zmian klimatu falowania na podstawie symulacji globalnych modeli klimatu. Porównanie obserwowanych i rekonstruowanych trendów zmian przedstawiono na przykładzie kwantyla 0,95 wysokości falowania całkowitego uzyskanego z parametrów rozkładu Weibulla w okresie referencyjnym (rys ). Wartości izolinii przedstawiają zmianę wyrażoną w metrach na rok.

40 CISZA (IV- VIII) SZTORM (IX-III) ROK (I-XII) a) b) Rys Porównanie trendów wartości kwantyla 95% wysokości fali całkowitej dla obserwacji (a) i rekonstrukcji (b) W przypadku serii rocznej przyrost kwantyla 95% wysokości fali całkowitej na podstawie serii rzeczywistej i modelowanej nie przekracza wartości 0,005m/rok, co wskazuje na raczej stabilny charakter pojawiających się wysokości fali w ujęciu rok do roku. Niewielkie wzrosty są charakterystyczne dla środkowej cz. Bałtyku Południowego, co dość dobrze odzwierciedla stworzony model statystycznego downscalingu. Również duża zgodność występuje w przypadku wschodniej cz. obszaru analizy z dominującym udziałem niewielkich spadków wysokości fali. Nieznaczne różnice występują w przebiegu izolinii w zachodniej części akwenu (zwłaszcza na południe od Bornholmu), gdzie w rzeczywistości dominują niewielkie spadki wysokości fali (por. rys ). Większa zmienność wysokości fali charakterystyczna występuje w ujęciu sezonowym. W okresie sztormowym uzyskany obraz zmian jest bardzo zbliżony według stworzonego modelu w stosunku do rzeczywistości. Przeważające spadki kwantyla 95% wysokości fali są szczególnie widoczne zwłaszcza w południowej i wschodniej części obszaru analizy, przy czym trend wyznaczony na podstawie wartości modelowych w tej części akwenu jest nieznacznie nieoszacowywany (o ok. 0,005m/rok). Przeważający dodatni trend zmian wysokości fali w sezonie bezsztormowym wskazuje z kolei na przeszacowywanie wartości współczynnika kierunkowego średnio o ok. 0,005-0,010m/rok na większości obszaru analizy, przy czym zarówno seria rekonstruowana jak i rzeczywista wskazuje na największe tempo zmian w rejonie Ławicy Słupskiej (seria rzeczywista 0,03m/rok, seria rekonstruowana 0,04m/rok), natomiast brak zmian lub nawet

41 niewielkie spadki są charakterystyczne w polskiej strefie brzegowej dla rejonu Zatoki Gdańskiej. W konkluzji należy stwierdzić, że zarówno kierunek jak i trend modelowanych zmian jest poprawnie rekonstruowany przez model co pozwala na jego wykorzystanie do konstrukcji scenariuszy zmian klimatu falowania Bałtyku Południowego. Scenariusze zmian wysokości falowania całkowitego W skali roku w okresie w przypadku wszystkich scenariuszy opartych na symulacji modelem ECHAM5 należy oczekiwać niewielkiego spadku (w stosunku do okresu referencyjnego ) wartości mediany wysokości fali całkowitej w południowej części Morza Bałtyckiego (rys ). Według wszystkich scenariuszy emisyjnych największe zmiany będą miały miejsce we Wschodnim Basenie Bornholmskim i Wschodnim Basenie Gotlandzkim i w zasadzie nie powinny przekroczyć 0,02 m. W przypadku końcowego dwudziestolecia XXI wieku wzrost wartości kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego jest również niewielki jakkolwiek wyraźniej zróżnicowany przestrzennie. Największy przyrost nastąpi w przypadku scenariusza A2, a wartość anomalii przekroczy w tym przypadku 0,06 m (rys ). Dla porównania w przypadku dwóch pozostałych scenariuszy emisyjnych, tj. A1B i B1 wartość rozpatrywanego elementu w końcowym dwudziestoleciu XXI wieku winna być większa o odpowiednio blisko 0,04 m i blisko 0,03 m. Największe zmiany dotyczyć będą Głębi Gdańskiej. W przypadku sezonów zarysowuje się silne zróżnicowanie zarówno co do charakteru, jak i tempa spodziewanych zmian kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego w południowej części Morza Bałtyckiego. W sezonie sztormowym wszystkie scenariusze emisyjne sygnalizują w skali całego XXI wieku w przeważającej części analizowanego obszaru badań spadek wartości omawianego wskaźnika (rys ). W okresie największych zmian należy spodziewać się we Wschodnim Basenie Gotlandzkim, które mogą sięgać w zależności od ścieżki emisyjnej od 0,03 m (SRES:A2) do 0,05 m (SRES:B1). W przypadku scenariusza A1B i B1 należy spodziewać się wzrostu wartości analizowanego wskaźnika w rejonie Zatoki Gdańskiej i w południowej części Basenu Bornholmskiego. Według ścieżki emisyjnej A2 największy przyrost (przekraczający 0,03m) nastąpi w rejonie Zatoki Pomorskiej, jak i Zatoki Gdańskiej oraz w południowej części Basenu Bornholmskiego i we Wschodnim Basenie Gotlandzkim. Na pozostałym obszarze w przypadku wszystkich scenariuszy emisyjnych nastąpi zmniejszenie wysokości fali. W sezonie bezsztormowym rezultaty symulacji zmian wartości kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego w przypadku każdego z trzech rozpatrywanych scenariuszy

42 SRES wskazują na systematyczny wzrost wartości analizowanego elementu w stosunku do przyjętego okresu referencyjnego Należy przy tym podkreślić, iż zmiany te są o wiele wyraźniejsze niż miało to miejsce w przypadku roku oraz sezonu sztormowego. Obszarem najsilniejszego wzrostu średniej wartości kwantyla 50% wysokości falowania w południowej części Morza Bałtyckiego jest Wschodni Basen Bornholmski a dokładnie rejon Głębi Bornholmskiej. Najmniej wartość omawianego kwantyla wzrosnąć winna w Zatoce Gdańskiej oraz w Zachodnim Basenie Bornholmskim i u wschodnich wybrzeży Szwecji. W podokresie wzrost wartości elementu nie powinien być większy niż 0,08 m według scenariusza A1B. Można spodziewać się, że w końcowym dwudziestoleciu XXI wieku wartość rozpatrywanego kwantyla będzie większa o ponad 0,10 m. Spodziewane zmiany kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego w latach , w skali roku, w odniesieniu do okresu dla analizowanych scenariuszy emisyjnych będą niewielkie i z reguły nie przekroczą 0,10 m (rys ). Generalnie należy zaznaczyć, iż w przypadku wszystkich scenariuszy emisyjnych największych zmian (spadków) należy spodziewać się wzdłuż granicy między Wschodnim Basenem Bornholmskim a Wschodnim Basenem Gotlandzkim. W ostatnim dwudziestoleciu XXI wieku spodziewane zmiany kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego wskazują na nieznaczne wzrosty wartości analizowanego wskaźnika w odniesieniu do okresu referencyjnego Najwyższe wzrosty kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego spodziewane są w rejonie Głębi Gdańskiej i mogą przekraczać one +0,20 m (SRES: A2). Warto podkreślić, iż wzdłuż wybrzeży Szwecji spodziewane zmiany analizowanego wskaźnika najprawdopodobniej utrzymają się na poziomie z uwzględnianego okresu referencyjnego, czyli będą oscylować wokół wartości 0m. W sezonie sztormowym niemal na całym obszarze badań w dwudziestoleciu spodziewane są nieznaczne (do 0,20 m) spadki wartości kwantyla 95% wysokości fali całkowitej. Najsłabiej zaznaczają się one w pobliżu wybrzeży, najsilniej na otwartym morzu. Obraz zróżnicowania przestrzennego jest bardzo zbliżony w przypadku wszystkich analizowanych scenariuszy, przy czym najmniejsze zmiany wartości analizowanego wskaźnika spodziewane są w Zatoce Pomorskiej oraz w Zachodnim Basenie Bornholmski i u wschodnich wybrzeży Szwecji, a najwyższe w centralnej części Wschodniego Basenu Gotlandzkiego. W ostatnim dwudziestoleciu XXI wieku zakres spodziewanych zmian ekstremów falowania znacznie się zmniejszy i w przypadku scenariuszy emisyjnych A1B oraz B1 spodziewać się można spadku wartości o nieco ponad 0,10 m (ujemy znak anomalii

43 dla większości obszaru badań). W przypadku scenariusza emisyjnego A2 spadki wysokości fali nie powinny przekroczyć 0,05 m. W sezonie bezsztormowym w całym analizowanym obszarze wyraźnie zaznaczają się wzrosty wartości kwantyla 95% wysokości fali całkowitej. W przypadku dwóch analizowanych wieloleci najwyższe zmiany analizowanego wskaźnika spodziewane są w centralnej części Wschodniego Basenu, dokładnie w rejonie Głębi Bornholmskiej, a najniższe w Zachodnim Basenie Bornholmskim i wzdłuż południowo-wschodnich wybrzeży Szwecji oraz w zatokach. W podokresie najniższe zmiany (wzrosty) spodziewane są w scenariuszu A2 (> 0,15 m), a najwyższe w scenariuszu A1B (> 0,30 m). W ostatnim dwudziestoleciu XXI wieku w sezonie bezsztormowym spodziewane zmiany kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego będą wyraźniej zaznaczone niż w okresie Najbardziej zaznaczy się to w przypadku scenariuszy A2 i B1, gdzie anomalie najprawdopodobniej przekroczą 0,50 m i będą o ponad 0,25 m wyższe w stosunku do wcześniej analizowanego okresu (rys ). Anomalie notowane w przypadku scenariusza A1B tylko nieznacznie odbiegają od wielolecia Przedstawione spodziewane anomalie wysokości falowania całkowitego wskazują na kierunki zmian zachodzące w hydrografii basenu Południowego Bałtyku, przy czym należy pamiętać, iż uzyskane wyniki symulacji nie uwzględniają lokalnych czynników kształtujących wysokość fali, a także możliwych zmian własności fizyko-chemicznych wód morskich. Warto podkreślić, iż wielkość fali zależy od wiatru, ale również od ukształtowania poziomego danej części morza, profilu dnia, wymiaru basenu itd. Ponadto, wzrost prawdopodobieństwa pojawienia się wyższych fal może wskazywać jednocześnie na zmiany w dynamice występowania zjawisk o charakterze ekstremalnym w tym rejonie Bałtyku. Scenariusz zmian kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego na tle przewidywanych zmian temperatury powietrza na polskim pobrzeżu Bałtyku w skali roku w latach niewiele ulegnie zmianie w stosunku do okresu referencyjnego Największy wzrost kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego nastąpi w przypadku scenariusza A1B o 0,02 m, malejąc w przypadku scenariusza B1 o 0,17 m. Nieco większe zmiany kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego na tle zmian temperatury powietrza są przewidywane dla wielolecia Wszystkie scenariusze emisyjne pokazują znaczny wzrost temperatury powietrza na polskim pobrzeżu w stosunku do okresu przy wzroście wysokości fali, z wyjątkiem scenariusza B1.

44 W ujęciu sezonowym dwudziestolecie charakteryzuje się przeważnie wzrostami wartości wysokości fali (kwantyl 50%). Wyjątkiem jest sezon bezsztormowym, kiedy to notuje się spadek wysokości fali dla scenariusza emisyjnego A2. Dwudziestolecie charakteryzuje się dodatnimi zmianami wysokości fali w sezonie sztormowym jak i bezsztormowym. W sezonie sztormowym w okresie w świetle wszystkich scenariuszy emisyjnych w polskiej wyłącznej strefie ekonomicznej nastąpi wzrost kwantyla 50% wysokości fali całkowitej. Największy wzrost, sięgający 0,05 m nastąpi w przypadku scenariusza A2 przy wzroście temperatury powietrza o 0,08 C. Z kolei według scenariusza B1 w ciągu najbliższych 20 lat wysokość fali zmieni się zaledwie o 0,01 m w stosunku do okresu przy dość znacznym wzroście temperatury powietrza o 0,17 C. Pod koniec XXI w. zmiany będą wyraźniejsze. Dla okresu wszystkie scenariusze emisyjne, przewidują wzrost kwantyla 50% wysokości fali całkowitej w stosunku do okresu referencyjnego średnio w skali polskiej wyłącznej strefy ekonomicznej od 0,06 m (B1, A1B) do 0,11m (A2). W sezonie bezsztormowym w okresie według scenariuszy emisyjnych należy spodziewać się niewielkich zmian kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego w stosunku do wielolecia Nieznaczny wzrost wartości omawianego elementu przewiduje scenariusz B1 o 0,05 m przy znacznym spadku temperatury powietrza na polskim pobrzeżu Bałtyku o 0,12 C. Według scenariusza A1B zmiany w polskiej wyłącznej strefie ekonomicznej nie przekroczą 0,02 m, natomiast scenariusz A2 przewiduje na początku XXI wieku spadek wysokości fali (kwantyla 50%) o 0,01 m. Nieco większego wzrostu wysokości fali przy znacznym wzroście temperatury powietrza na polskim pobrzeżu Bałtyku w sezonie bezsztormowym w stosunku do okresu referencyjnego można spodziewać się pod koniec XXI wieku. Średnia wartość zmiany kwantyla 50% wysokości fali na analizowanym obszarze, w przypadku każdego scenariusza, nie przekroczy 0,1m. Przeciętna roczna anomalia kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego (w stosunku do okresu ) dla polskiej wyłącznej strefy ekonomicznej dla dwudziestolecia wynikająca ze zmian makroskalowych charakterystyk cyrkulacji atmosferycznej wynosi od -0,04 m (SRES: A2) do 0 m (SRES:A1B) przy zmianie temperatury powietrza rzędu 0,04-0,08. Natomiast w skali stulecia (dla okresu ) spodziewane zmiany są kilkukrotnie większe i wynoszą od 0,3 m (SRES: B1) do 0,09 m (SRES: A2)

45 W skali sezonów największych zmian można się spodziewać w sezonie bezsztormowym i tak w przypadku pierwszego z analizowanych okresów ( ) w sezonie bezsztormowym anomalie kwantyla 95% wysokości fali całkowitej będą wahały się od 0,08 m (A2) do 0,21 m (A1B) przy znacznym spadku temperatury powietrza na Pobrzeżu. Pod koniec XXI wieku w sezonie bezsztormowym anomalie kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego będą zawierały się w przedziale od 0,31 m (B1, A1B) do 0,35 (A2) przy zakresie zmienności temperatury powietrza od 0,09 C (A2) do 0,33 C (A1B). W przypadku sezonu sztormowego wszystkie scenariusze emisyjne sygnalizują w skali XXI w. wzrost wartości omawianego wskaźnika. W czasie dwudziestolecia średnia wartość anomalii kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego wyniesie 0,04 (scenariusz B1), 0,05 (scenariusz A2) i 0,08 m (A1B) przy wzroście temperatury powietrza rzędu 0,08-0,17 C. Wyraźnie większe zróżnicowanie notuje się dla okresu W sezonie sztormowym wartości anomalii wahają się od 0,07 m (B1) do 0,16 m (A2). Symulacje oparte o model ECHAM5 zakładają wyższe wartości kwantyla 50% oraz kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego w latach w stosunku do okresu z początku XXI wieku przy różnym stopniu nasilenia tych zmian w zależności od przyjętej ścieżki emisyjnej. W dwudziestoleciu w skali roku jak i sezonów największe wzrosty kwantyla 95% wysokości fali całkowitej zakłada scenariusz emisyjny A1B, a pod koniec XXI wieku - scenariusz A2. W przypadku kwantyla 50% wysokości fali całkowitej w wieloleciu największych zmian (wzrostów) należy spodziewać się w skali roku w przypadku scenariusza A1B, w sezonie sztormowym w przypadku scenariusza A2 a w sezonie besztormowym według scenariusza B1. W ostatnim dwudziestoleciu największych wzrostów kwantyla 50% wysokości fali całkowitej w skali roku, jak i sezonu sztormowego można się spodziewać według ścieżki emisyjnej A2, a w sezonie bezsztormowym według A1B.

46 SRES A1B SRES A2 SRES B1 ROK (I-XII) ROK (I-XII) ROK (I-XII) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) Rys Spodziewane zmiany kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego (m) w latach w skali roku i sezonach w odniesieniu do okresu na podstawie statystyczno-empirycznego downscalingu (CCA) ECHAM5, run 1

47 SRES A1B SRES A2 SRES B1 ROK (I-XII) ROK (I-XII) ROK (I-XII) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) Rys Spodziewane zmiany kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego (m) w latach w skali roku i sezonach w odniesieniu do okresu na podstawie statystyczno-empirycznego downscalingu (CCA) ECHAM5, run 1

48 SRES A1B SRES A2 SRES B1 ROK (I-XII) ROK (I-XII) ROK (I-XII) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) Rys Spodziewane zmiany kwantyla 50% wysokości falowania całkowitego (m) w latach w skali roku i sezonach w odniesieniu do okresu na podstawie statystyczno-empirycznego downscalingu (CCA) ECHAM5, run 1

49 SRES A1B SRES A2 SRES B1 ROK (I-XII) ROK (I-XII) ROK (I-XII) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) SZTORM (IX-III) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) CISZA (IV-VIII) Rys Spodziewane zmiany kwantyla 95% wysokości falowania całkowitego (m) w latach w skali roku i sezonach w odniesieniu do okresu na podstawie statystyczno-empirycznego downscalingu (CCA) ECHAM5, run1

50 5. Zgodność z założonymi celami Osiągnięte w okresie I.2011-XII.2011 rezultaty są zgodne z harmonogramem prac zawartym we wniosku i planowanymi do osiągnięcia celami etapowymi. 6. Propozycje dotyczące praktycznego wykorzystania wyników badań Opracowane scenariusze zmian warunków klimatu Bałtyku Południowego w oparciu o wybrane symulacje globalne i wybrane scenariusze emisyjne mogą być wykorzystane przy tworzeniu strategii adaptacyjnych dla potrzeb gospodarki kraju dotyczących przeciwdziałaniu i adaptacji do obserwowanych zmian klimatycznych. 7. Wykaz przygotowanych publikacji Jakusik E., Czernecki B., Marosz M., 2011, Wykorzystanie parametrów funkcji gęstości prawdopodobieństwa w modelowaniu wysokości falowania całkowitego, Acta Geographica Silesiana, 1. numer specjalny, WNoZ UŚ-ZPKWŚ, Sosnowiec-Będzin, Literatura wykorzystana w opracowaniu Jakusik E., Czernecki B., Marosz M., 2011, Wykorzystanie parametrów funkcji gęstości prawdopodobieństwa w modelowaniu wysokości falowania całkowitego, Acta Geographica Silesiana, 1. numer specjalny, WNoZ UŚ-ZPKWŚ, Sosnowiec-Będzin, Jakusik E., Wójcik R., Biernacik D., Pilarski M., Miętus M., 2010, Zmiany poziomu morza wzdłuż polskiego wybrzeża Morza Bałtyckiego. Rezultaty projektu KLIMAT. Klimat Polski na tle klimatu Europy. Zmiany i ich konsekwencje. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Seria: Studia i Prace z Geografii i Geologii nr 16, , 3, 15 Jakusik E., 2006, Charakterystyka falowania w południowej części Morza Bałtyckiego, Materiały Badawcze IMGW 32, s. Hydrologia, Warszawa, IMGW Miętus M., Storch von H., 1997, Reconstruction of the wave climate in the Proper Baltic Basin, April 1947-March 1988, GKSS External Report, 97/E/28, 30 s Miętus M. 1999, Rola regionalnej cyrkulacji atmosferycznej w kształtowaniu warunków klimatycznych i oceanograficznych w polskiej strefie brzegowej Morza Bałtyckiego, Materiały Badawcze 29, Warszawa, IMGW Wilby R. L., Charles S. P., Charles P. S., Zorita E., Timbal B., Whetton P., Mearns L.O., Guidelines for Use of Climate Scenarios Developed from. Statistical Downscaling Methods. Technical report, Data Distrib. Cent., Inergovt. Panel on Clim. Change, Norwich, U.K.

51 9. Wykaz głównych wykonawców wraz z krótką informacją o rodzaju wykonanych prac dr hab. Mirosław Miętus, prof. Koordynator całości prac w zadaniu i podzadaniu, nadzw. współautor koncepcji realizacji podzadania. Autor procedur numerycznych i programów obliczeniowych. Współudział w interpretacji i analizie rezultatów obliczeń. mgr Ewa Jakusik dr Michał Marosz mgr Bartosz Czernecki koordynator całości prac w zadaniu i podzadaniu; prace związane z wyborem stacji, pozyskaniem danych, ich przygotowaniem; analiza i interpretacja otrzymanych rezultatów; współautorka raportu. Prace związane z przetworzeniem danych do postaci parametrów rozkładu Weibulla oraz ich przygotowaniem Prace związane z obliczeniem funkcji własnych i funkcji przejścia, weryfikacja skonstruowanych modeli; opracowanie wartości scenariuszowych z wykorzystaniem statystycznego downscalingu. Wizualizacja, analiza i interpretacją rezultatów obliczeń. 10. Informacja o sposobie odbioru i trybie koordynacji prac w zadaniu Prace były koordynowane przez Koordynatorów Zadania. Dnia r. w Warszawie odbyło się spotkanie koordynatorów i asystentów wszystkich zadań realizowanych w projekcie w celu omówienia postępów prac merytorycznych i ich zgodności z harmonogramem, a także omówienia strategii promocji projektu. Dodatkowo w dniu r. została zorganizowana konferencja promocyjno-informacyjna " Zmiany klimatu i ich spodziewane skutki w polskiej strefie brzegowej" poświęcona promocji rezultatów zrealizowanych w ramach zadania 6 skierowana w głównej mierze do decydentów z sektora administracji publicznej. Poza tym Koordynatorzy zadania konsultowali na bieżąco prace zespołu opracowującego scenariusze i spotykali się okresowo z zespołem lub jego poszczególnymi członkami w celu omówienia postępu prac, zgodności z harmonogramem. Całość dokumentacji, w tym: software, zbiory wejściowe oraz wynikowe, rysunki, znajdują się w siedzibie zespołu wykonującego zadanie (Oddział Morski IMGW w Gdyni).

52 PODZADANIE 6.4. Opracowanie metodyki wyznaczania terenów bezpośredniego zagrożenia powodzią przy uwzględnieniu oddziaływania morza i zmian klimatycznych 1. Cel badań Badania prowadzone w podzadaniu 6.4 dotyczyły przygotowania wytycznych odnośnie metod i sposobów ochrony polskich obszarów przybrzeżnych przed występowaniem ekstremalnych zagrożeń powodziowych oraz wyznaczenie terenów bezpośredniego zagrożenia dla obszaru pilotażowego. Oznacza to konieczność określenia prawdopodobieństwa występowania potencjalnych zagrożeń powodziowych od strony morza przy uwzględnieniu zmian klimatycznych. Wytyczne opracowane w ramach podzadania 6.4 będą następnie rekomendowane do wdrożenia w jednostkach administracji lokalnej i państwowej odpowiedzialnych za bezpieczeństwo i ochronę przed zagrożeniami. W roku 2011 kontynuowano prace dotyczące: określenia prawdopodobieństwa występowania zagrożeń powodziowych, wyznaczenie terenów bezpośredniego zagrożenia dla obszaru pilotażowego uwzględniając Dyrektywy UE, oraz Prawo Wodne. 2. Zakres wykonywanych prac w roku 2011 Kontynuacja prac nad metodyką wyznaczania terenów zalewowych Prace nad przygotowaniem wytycznych dotyczących metod ochrony polskich obszarów przybrzeżnych w oparciu o wyniki ekspertyzy uwzględniającej aspekty geomorfologiczne oraz prawno-techniczne prace nad dokumentacja niezbędną do przygotowania 2 ekspertyz: o ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskich- uwarunkowania geomorfologiczne autorstwa Elżbiety Zawadzkiej Kahlau o ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskich- uwarunkowania prawno techniczno- administracyjne autorstwa Andrzeja Cieślaka Przygotowanie prezentacji na seminarium dotyczące wyników projektu Klimat w dniu 31 maja 2011 Wyznaczanie terenów przyszłego bezpośredniego zagrożenia powodziowego dla obszaru pilotażowego na podstawie scenariuszy klimatycznych - wykonanie w

53 technice GIS map terenów bezpośredniego zagrożenia dla rejonu Karwi i Pasłęki dla wyników scenariusza A1B oraz A2. Jako okres wyjściowy-historyczny przyjęto dane ze stacji Władysławowo z lat , dla scenariuszy dane z okresów i , uwzględniając dodatkowo falowanie. Opracowano mapy dla poszczególnych konfiguracji z falowaniem lub bez. Dla scenariusza A2 opracowano mapy: Karwia, poziom dla scenariusza A2 z okresu z falowaniem i bez. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu z falowaniem, z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem i bez falowania Dla scenariusza A1B opracowano mapy: Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu z falowaniem i bez. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem.

54 Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu z falowaniem, z falowaniem i z falowaniem. Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z falowaniem i bez falowania Opracowywanie wniosków dotyczących między innymi zasięgu zagrożenia powodziowego od strony morza dla obszaru pilotażowego wyznaczonego na podstawie scenariuszy Prace nad publikacją dotycząca wyników projektu Przygotowana w ubiegłym roku w ramach zadania 6.4 Metodyka obliczania maksymalnych poziomów wody o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla wybrzeża oraz ujściowych odcinków rzek będących pod wpływem oddziaływania morza, została w tym roku zaakceptowania przez Krajowy Zarząd Gospodarki Wodnej i skierowana do realizacji. 3. Opis metodyki badań Opracowanie wytycznych dotyczących metod ochrony polskich obszarów przybrzeżnych przed występowaniem ekstremalnych zagrożeń powodziowych oraz wyznaczenie terenów bezpośredniego zagrożenia dla obszaru pilotażowego oparto na stosowanych w IMGW metodach obliczania zmian poziomów morza zgodnie z obowiązującymi dokumentami prawnymi. Prace nad przygotowaniem wytycznych dotyczących metod ochrony polskich obszarów przybrzeżnych prowadzono między innymi w oparciu u o wyniki ekspertyz : 1) Ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskichuwarunkowania geomorfologiczne autorstwa Elżbiety Zawadzkiej Kahlau 2) Ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskichuwarunkowania prawno techniczno -administracyjne autorstwa Andrzeja Cieślaka Mapy terenów bezpośredniego zagrożenia powodziowego dla rejonu Karwi oraz ujścia Pasłęki wykonano przy użyciu numerycznego modelu terenu (NMT) ora technik GIS programu ArcInfo 10. Dane dotyczące falowania otrzymano od realizatorów podzadania 6.3.

55 4. Charakterystyka osiągniętych wyników 4.1 Ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskich- uwarunkowania geomorfologiczne Ekspertyza Oceny ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskich- uwarunkowania geomorfologiczne autorstwa Elżbiety Zawadzkiej Kahlau dostarczyła cennych wyników badań dotyczących między innymi: klasyfikacji geomorfologicznej brzegów południowego Bałtyku z uwzględnieniem brzegów mierzei i brzegów nizinnych, a zwłaszcza wybranego w projekcie obszaru pilotażowego (Karwia), procesów abrazyjno-akumulacyjnych brzegów z uwzględnieniem prognozy zmian brzegowych przy różnych wariantach wzrostu poziomu morza, a zwłaszcza prognozy strat lądu. W tab przedstawiono prognozowaną prędkość przemieszczania się linii brzegowej rejonów morfo dynamicznych przy różnych wariantach wzrostu poziomu morza. Największe starty lądu mogą zostać zaobserwowane w części odmorskiej półwyspu Helskiego oraz w rejonie Jarosławiec Sarbinowo (od 55 do 110 cm w ciągu 100 lat.) Tab Prognozowana prędkość przemieszczania się linii brzegowej rejonów morfo dynamicznych przy wzroście poziomu morza (m/rok) (autor E. Zawadzka Kahlau) Rejon Wzrost poziomu morza/100 lat +0,3 m +0,6 m +1,0 m +0,3 m +0,6 m +1,0 m +0,3 m +0,6 m +1,0 m zmiany w 100-leciu zmiany w 20-leciu zmiany w 10-leciu (m/rok) Mierzeja Wiślana +0,12 +0,03 0,07 0,55 0,79 1,10 0,91 1,31 1,82 Zatoka Gdańska +0,08 +0,02 0,05 0,28 0,41 0,57,053 0,77 1,07 Półwysep Helski 0,26 0,38 0,76 część zatokowa Półwysep Helski część odmorska 0,13 0,19 0,27 0,48 0,70 0,97 0,85 1,22 1,70 Władysławowo Jarosławiec Jarosławiec Sarbinowo 0,46 0,66 0,92 0,50 0,72 1,00 0,87 1,26 1,75 0,003 0,007 0,015 1,18 1,71 2,37 2,00 2,88 4,00 0,46 0,66 0,82 0,46 0,68 0,95 0,55 0,79 1,10 Przewidywany dalszy wzrost poziomu morza w wariancie 30 cm/100 lat spowoduje przyrost długości odcinków erodowanych, wzrost prędkości niszczenia i większe straty osadów brzegowych. Wzrost zagrożenia brzegów i zaplecza powinien wpłynąć na zmianę dotychczasowego podejścia do ochrony brzegów, by zachować te elementy systemu brzegowego lub infrastrukturalnego nadbrzeży i zaplecza, które uzyskają priorytet ochrony w łącznej klasyfikacji jakości strefy brzegowej i zaplecza. Nawet przy minimalnej prędkości

56 podnoszenia się poziomu morza przewidywane straty lądu, przy założeniu zmian zachodzących w ostatnim stuleciu, w obrębie wydzielonych rejonów morfo dynamicznych wyniosą 6,4 ha/rok. W pracy przedstawiono również szczegółową analizę zagrożeń erozyjnych i odporności brzegu dla całego systemu brzegowego od Niziny Szczecińskiej i Doliny Odry, poprzez Wybrzeże Środkowe, Zatokę Gdańską po Mierzeję Wiślaną. Bezpieczeństwo brzegu morskiego i jego zaplecza, w określonych warunkach środowiskowych południowego Bałtyku, uzależnione jest od fazy rozwoju podstawowych form przybrzeża i strefy plażowo-wydmowej. Odporność profilu brzegu i dna na ekstremalne oddziaływanie czynników hydrodynamicznych zależy m.in. od objętości osadów, czyli wielkości form. W fazie erozji przybrzeża jego odporność na działanie czynników falowo-prądowych gwałtownie się zmniejsza, co pociąga za sobą bezpośrednie niszczenie plaży i wydm (erozję brzegu). Podstawą klasyfikacji zagrożeń erozyjnych były dane uzyskane z wieloletnich obserwacji brzegu oraz z analiz wyników pomiarów kartometrycznych i niwelacyjnych strefy brzegowej (Zawadzka, 1989; Zawadzka-Kahlau, 1994, 1999). Na podstawie prędkości erozji brzegów (m/rok) przyjęto klasyfikację zmian erozyjnych od małych do dużych. Uśrednione parametry zmian obejmują zarówno krótkie odcinki brzegu, jak i jednostki litodynamiczne i rejony morfo dynamiczne oraz wydzielone rejony brzegów klifowych (Zawadzka-Kahlau, 1999). Obejmują one całość systemu brzegów morskich południowego Bałtyku, w którego obrębie wyznaczono odcinki o długookresowych tendencjach erozyjnych lub akumulacyjnych. W celu klasyfikacji odporności brzegu wyznaczono podstawowe parametry plaży i wydmy/klifu, którym nadano odpowiednie klasy jakości. Średnią klasę odporności obliczoną z czterech parametrów form brzegu przedstawiono jako łączną klasę odporności. Odporność brzegu rozpatrywana na tle zagrożeń erozyjnych i lokalizacji terenów zaplecza zagrożonego powodziami sztormowymi posłużyła do wytypowania najbardziej wrażliwych rejonów brzegu, w warunkach podnoszenia się poziomu morza. W świetle przyjętych kryteriów opracowano rejonizację zagrożeń erozyjnych, które przedstawiono na tle odporności brzegów oraz prognozy do 2050 r. przy wzroście poziomu morza do 0,6 m/ 100 lat. Z badań wynika, że zmniejszanie odporności przybrzeża będzie oznaczało zwiększoną erozję wszystkich typów brzegów. Szybki transport odbrzegowy osadów z erodowanych brzegów zwiększy straty lądu, a mechanizmy odbudowy brzegu będą stopniowo słabnąć. Częściową stabilizację brzegu może zapewnić sztuczne zasilanie, wyrównujące straty i zmniejszające deficyty osadów brzegowych. Ponadto przedstawiono klasyfikacje zagrożeń erozyjnych i odporności brzegu i przybrzeża, w świetle

57 której obszar pilotażowy (Mierzeja Karwieńska) został zakwalifikowany do średniej klasy zagrożenia z prognozą zmiany linii brzegowej ponad 50 cm do roku 2050 (przy założeniu wzrostu poziomu morza w ciągu najbliższych 100 lat o około 60cm). W nawiązaniu do wykonywanych map zagrożenia powodziowego w aspekcie prognozowanych zmian klimatycznych dokonano również oceny zagrożenia powodziowego obszarów pilotażowych.(karwia, Pasłęka). Pasłęka ma długość 169 km i źródła w okolicach Olsztynka pomiędzy miejscowościami Stawiguda i Gryźliny na wysokości 156,6 m n.p.m. Rzeka uchodzi do Zalewu Wiślanego na północ od Braniewa w województwie warmińsko-mazurskim. Długość rzeki wynosi 169 km, maksymalna głębokość dochodzi do 2 metrów z 4 metrowymi głęboczkami. Powierzchnia dorzecza Pasłęki obejmuje obszar 2330 km². Średni przepływ Pasłęki przy ujściu wynosi 15,7 m³/s. Pasłęka od źródeł aż do ujścia do Zalewu Wiślanego stanowi utworzony zarządzeniem Ministra Rolnictwa i Przemysłu Drzewnego rezerwat przyrody "Ostoja Bobra na rzece Pasłęce" Na całej swojej długości Pasłęka posiada odcinki o szybkim nurcie, ze stromymi brzegami, piaszczystym i kamienistym dnie oraz o wolnym nurcie. Fot Dolina Pasłęki w dolnym odcinku biegu rzeki (autor E. Zawadzka Kahlau) W odcinku ujściowym rzeka płynie w obwałowaniach eliminujących częściowo zagrożenia powodziowe. Do ujścia do Zalewu Wiślanego Pasłęka razem z małymi dopływami: Młynówka, Biebrza, Czerwony Rów i Lipówka odprowadza wody z terenów torfowych i bagiennych systemem rowów melioracyjnych Na terenach położonych w ujściowym obszarze Pasłęki zagrożone mogą być zarówno obiekty infrastruktury jak i budownictwo mieszkaniowe. Dalsza ochrona wiązać sie powinna z podwyższaniem wałów przeciwpowodziowych, budowa przed-wali, obwałowań i systemów odwadniania wokół wartościowych gospodarczo rejonów.

58 Nizina Karwieńska leży na zapleczu niskiego, intensywnie niszczonego wału wydmowego i sztucznego wału ziemnego. Z tego powodu występuje bezpośrednie zagrożenie powodzią sztormową i zalaniem wyjątkowego w skali Europy rezerwatu Piaśnieńskich Łąk. Pozostałe tereny mają małe walory przyrodnicze. Powierzchnia obniżenia karwieńskiego, położona poniżej 2,5 m n.p.m., wynosi 20 km 2. Zabudowa mieszkalna, o małej wartości, znajduje się w obrębie terenów zagrożonych powodziami sztormowymi i podnoszeniem się wód gruntowych. Symulacje przeprowadzone w ramach projektu Klimat wykazują potencjalne zagrożenia powodziowe w ujściowych odcinkach Karwianki i Pasłęki. Rzeki Pobrzeża Pomorskiego, liczne cieki, przetoki i kanały przecinają systemy wydmowe pośrednio łączą obszar Morza Bałtyckiego i Zalewu Wiślanego z nizinami nadbrzeżnymi i terenami zalewowymi wokół rzek i jezior. Sytuacje hydrologiczne obu systemów oddziałują na siebie. Do takich terenów należą również obszary ujść Kanału Karwianki i delta Pasłęki. Rejon Karwi znajduje się w strefie oddziaływania Morza Bałtyckiego, a ujściowy odcinek Pasłęki Zalewu Wiślanego. Miejscowość Karwia zlokalizowana jest na terenie Niziny Karwieńskiej, a Stara i Nowa Pasłęka leżą na obszarze delty Pasłęki. Obszary Karwi są częściowo chronione przez wydmę nadbrzeżną od wpływu morza. Stara i Nowa Pasłęka są pozbawione tej naturalnej bariery. Ich położenie będzie wpływać na odmienny sposób reakcji ochronnych na potencjalne zagrożenia. Karwianka jest najmniejszym z cieków uchodzących bezpośrednio do morza w granicach Nadmorskiego Parku Krajobrazowego. Wypływa z oczka zlokalizowanego pomiędzy Krokową a Lisewem. Na całej długości ciek płynie rozległymi, w większości zmeliorowanymi, łąkami Karwieńskich Błot. Dolny i ujściowy odcinek cieku został włączony do systemu rowów i kanałów melioracyjnych stanowiąc dla nich główny odbiornik. Na obszarze Karwieńskich Błot, (Karwieńskie Błoto Pierwsze i Karwieńskie Błoto Drugie) do cieku uchodzą dwa główne dopływy, będące największymi opływowymi kanałami melioracyjnymi polderu. Ujście Karwianki znajduje się na zachód od miejscowości Karwia. Średni przepływ wody w kanale wynosi od 0,3 do 0,5 m³/s. Powierzchnia zlewni to 61,53 km 2.

59 Fot Ujście Czarnej Wody, w głębi Nizina Karwieńska (fot. P. Domaracki). Konieczność dotychczasowej ochrony brzegów wynikała raczej z ochrony terenów rolniczych i rekreacyjnych niż walorów przyrodniczych. O utrzymanie stabilności tego odcinka brzegu walczy się od przeszło 100 lat.z analizy rzeźby terenu wynika, że zagrożenia powodziowe rejonu Karwi mogą występować zarówno wskutek wzrostu poziomu wody w Kanale Karwianka, jak i stopniowo z powodu zmian abrazyjnych brzegu wydmowego. Poniżej zamieszczono wykonane w 2011 roku w ramach realizacji podzadania 6.4 mapy terenów zagrożenia powodziowego z uwzględnieniem prognozowanych zmian klimatycznych. 4.2 Wykonanie map zagrożenia powodziowego z uwzględnieniem danych scenariuszowych w okresie oraz W dalszej części zadania analizowano wyniki obliczeń maksymalnych poziomów morza dla poszczególnych stacji polskiego wybrzeża według scenariuszy IPCC dla okresów oraz Brano pod uwagę wyniki scenariuszy emisyjnych A1B, A2, B1 uzyskanych na podstawie danych z symulacji ECHAM5 run1. Scenariusze zmian poziomów morza dla poszczególnych stacji polskiego wybrzeża zostały opracowane w oparciu o wybrany wcześniej okres referencyjny. Wyznaczanie rzędnych do opracowania map terenów zagrożonych w przyszłości (do roku 2100) oparto na wynikach scenariuszy odnoszących się do zmian rocznych ( a nie sezonowych).

60 Należy dodać, że przedstawione poniżej mapy zostały wykonane dla określonego wcześniej obszaru pilotażowego w rejonie Karwi. Scenariusz A1B Na rys przedstawiono mapy terenów bezpośredniego zagrożenia powodzią dla rejonu Karwii, o prawdopodobieństwie przewyższenia 1%, wykonane przy użyciu numerycznego modelu terenu - scenariusz A1B, dla okresu wyjściowego-historycznego i okresów i (również z uwzględnieniem falowania). Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z uwzględnieniem falowania

61 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z uwzględnieniem falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem

62 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , z falowaniem i z falowaniem

63 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu z falowaniem, z falowaniem i z falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A1B z okresu , i z falowaniem i bez Scenariusz A2 Na rys przedstawiono mapy terenów bezpośredniego zagrożenia powodzią dla rejonu Karwii, o prawdopodobieństwie przewyższenia 1%, wykonane przy użyciu

64 numerycznego modelu terenu. Scenariusz A2, dla okresu wyjściowego-historycznego i okresów i Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu z falowaniem i bez Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i

65 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem

66 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem

67 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , z falowaniem i z falowaniem Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu z falowaniem, z falowaniem i z falowaniem

68 Rys Karwia, poziom H1% dla scenariusza A2 z okresu , i z falowaniem i bez Wnioski Na terenie Niziny Karwieńskiej powinien być wprowadzony zakaz rozwoju budownictwa mieszkaniowego i pensjonatów. Wykonywanie lokalnych obwałowań na terenach już objętych zabudową wpłynie tylko na odsunięcie problemu w czasie. Jeśli rachunek ekonomiczny dostarczy argumentów przemawiających za bezwzględną ochroną tego fragmentu Niziny Karwieńskiej, wskazane będzie wykonanie strefy buforowej w miejscu wystąpienia potencjalnego przelewu od strony Karwianki czy niszczonych wydm. Zalecane jest również ograniczenie rozwoju budownictwa na terenach objętych aktualnymi i prognozowanymi powodziami. 4.3 Ocena ryzyka zagrożenia terenów nadmorskich ze względu na ochronę brzegów morskich - uwarunkowania prawno techniczno - administracyjne Ekspertyza (autorstwa Andrzeja Cieślaka) wykonana na powyższy temat dostarczyła materiałów niezbędnych do kontynuacji prac nad końcowa częścią zadania 6.4 czyli opracowania metodyki wyznaczania terenów zagrożenia powodziowego. W pracy poruszono między innymi aspekty transportu osadów. Podkreślono relację pomiędzy przeciętną w wieloleciu ilością i kierunkiem oddziaływania energii falowania, docierającej do strefy przybrzeżnej, a wielkością transportu osadów. Jeżeli transport osadów odpowiada ilości energii, to brzeg pozostaje w równowadze. Jeżeli osadów w ruchu jest zbyt mało w stosunku