JACEK FERDYNUS Akademia Morska w Gdyni Katedra Meteorologii i Oceanografii Nautycznej STRUKTURA STANÓW POGÓD W PORTACH POLSKIEGO WYBRZEŻA W LATACH 2000 2009 W artykule omówiono strukturę stanów pogód w portach polskiego wybrzeża. Za strukturę pogód przyjmuje się frekwencję poszczególnych jednostek klasyfikacyjnych (grup i podgrup oraz klas i typów pogód) w ciągu roku. Wykorzystując metodę Warda i obliczając odległości taksonomiczne między badanymi portami (za miarę odległości przyjęto 1 r Pearsona), wydzielono porty o zbliżonych rocznych strukturach stanów pogód. SFORMUŁOWANIE ZAGADNIENIA W locjach (tablice klimatyczne portów) czy też na mapach drogowych (Routeing Charts, Pilot Charts) opisuje się warunki klimatyczne na podstawie uśrednionych wyników obserwacji poszczególnych elementów meteorologicznych, takich jak temperatura powietrza, ciśnienie atmosferyczne, siła wiatru etc. Podejście takie traktuje klimat jako średni stan atmosfery za okres wieloletni. Charakterystyka klimatyczna oparta na uśrednionych przebiegach elementów meteorologicznych oraz na wartościach ekstremalnych tych elementów (klimatologia klasyczna) wykazuje w niektórych sytuacjach ograniczoną przydatność nie mówi bowiem nic o rzeczywistym stanie atmosfery. Możliwość taką daje natomiast klimatologia kompleksowa, która definiuje klimat jako średnią strukturę i sekwencję stanów pogód. Zastosowanie metod klimatologii kompleksowej pozwala na opisanie jednoczesnego współwystępowania kilku elementów meteorologicznych (np. temperatury, zachmurzenia, opadu i wiatru), a zatem pozwala opisać rzeczywisty stan atmosfery. Podstawy teoretyczne metod klimatologii kompleksowej i jej szczegółowy opis są w polskiej literaturze znane przede wszystkim z prac A. Wosia [9, 10, 11]. Pierwszą próbę zastosowania tej metody do sporządzenia charakterystyki klimatycznej na potrzeby żeglugi podjęto w połowie lat 90. XX wieku [7]. Obejmowała ona charakterystykę klimatyczną portu w Świnoujściu opracowaną na podstawie obserwacji meteorologicznych z dekady 1971 1980. W pracy tej stwierdzono dużą przydatność omawianej metody dla charakterystyki portu z punktu widzenia klimatycznych ograniczeń prac przeładunkowych oszacowania czasu współwystępowania określonej temperatury, wiatru i opadu. Celem niniejszego artykułu jest określenie rocznej struktury stanów pogód dla siedmiu polskich portów morskich: Świnoujścia, Kołobrzegu, Ustki, Łeby, Helu, Gdańska i Elbląga (rys. 1). Wybrane do analizy porty, ze względu na ich lokaliza-
6 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 cję, można podzielić na leżące w rejonie Zalewu Wiślanego, Zatoki Gdańskiej, położone nad otwartym morzem i w rejonie Zalewu Szczecińskiego. Z kolei biorąc pod uwagę cechy morfologiczne, można wyróżnić porty: zatokowe (Gdańsk Port Północny), zlokalizowane u ujść rzek do otwartego morza (Łeba, Ustka, Kołobrzeg), kanałowe i rzeczne (Świnoujście, Elbląg, Gdańsk Port Wewnętrzny) oraz położone nad otwartym morzem (Hel). Jeśli uwzględni się ich wskaźniki wielkościowe (np. wielkość przeładunków czy wielkość akwatorium portowego), można mówić o portach dużych i małych. Rys. 1. Lokalizacja stacji meteorologicznych 1. METODA I MATERIAŁY OBSERWACYJNE Aby określić roczną strukturę stanów pogód, wybrano metody właściwe dla klimatologii kompleksowej, stosując klasyfikację pogód Marsza [8] wykorzystaną we wcześniejszych pracach autora [3, 4]. Pogody sklasyfikowano dla konkretnej doby. Elementami charakteryzującymi były: średnia, minimalna i maksymalna temperatura powietrza (T), średnia wielkość zachmurzenia ogólnego (N), suma opadów atmosferycznych (R) oraz średnia i maksymalna prędkość wiatru (V). W ten sposób każda doba opisana jest przez cztery cyfry określające TNRV, a liczba potencjalnych pogód w tak przyjętej klasyfikacji wynosi 486 (9 3 2 9) tabela 1. Po sklasyfikowaniu każdej doby do określonego stanu pogody pogrupowano je według okresów, w których występowały i określono frekwencję jednostek taksonomicznych: grup i podgrup, klas i typów pogody. Grupa pogody to jednostka klasyfikacyjna łącząca wszystkie stany pogody jednorodne pod względem termicznym, a podgrupa pod względem termiki i zachmurzenia. Klasa pogody jest jednorodna pod względem zachmurzenia, opadu i prędkości wiatru, bez względu na termikę. Z kolei typ pogody łączy wszystkie doby homogeniczne pod względem temperatury, zachmurzenia, opadu i prędkości wiatru [9].
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 7 Klasyfikacja pogód Symbol Przedziały Określenie pogody T N R V 0 20,0 < t śr < 29,9 C, t min 0 C wyjątkowo ciepła 9 10,0 < t śr < 19,9 C, t min 0 C bardzo ciepła 8 5,0 < t śr < 9,9 C, t min 0 C ciepła 7 0,0 < t śr < 4,9 C, t min 0 C umiarkowanie ciepła 6 t min < 0 i t max > 0 przejściowa, przymrozkowo-odwilżowa 5 0,0 < t śr < 4,9 C, t min < 0 C umiarkowanie mroźna 4 5,0 < t śr < 9,9 C, t min < 0 C mroźna 3 10,0 < t śr < 19,9 C, t min < 0 C bardzo mroźna 2 20,0 < t śr < 29,9 C, t min < 0 C wyjątkowo mroźna 1 0,0 < N < 2,0 bezchmurna lub z zachmurzeniem małym 2 2,1 < N < 5,9 z zachmurzeniem umiarkowanym 3 6,0 < N < 8,0 z zachmurzeniem dużym lub całkowitym 0 RR = 00 mm bez opadu lub ze śladem opadu 1 RR > 00 mm z opadem 0 0,0 < v śr < 1,5 m/s bezwietrzna (cisze i powiewy) 1 1,6 < v śr < 7,9 m/s, v max < 11 m/s ze słabym wiatrem 2 1,6 < v śr < 7,9 m/s, v max 11 m/s ze słabym wiatrem z okresami wiatru silnego 3 8,0 < v śr < 16,9 m/s, v max < 17 m/s z silnym wiatrem Tabela 1 4 8,0 < v śr < 16,9 m/s, v max 17 m/s z silnym wiatrem z okresami wiatru sztormowego 5 8,0 < v śr < 16,9 m/s, v max 30 m/s z silnym wiatrem z okresami wiatru huraganowego 6 17,0 < v śr < 29,9 m/s, v max < 30 m/s z wiatrem sztormowym 7 17,0 < v śr < 29,9 m/s, v max 30 m/s z wiatrem sztormowym z okresami wiatru huraganowego 8 v śr 30 m/s z wiatrem huraganowym W opracowaniu wykorzystano dane z dziesięciolecia 2000 2009. Źródłem danych były wartości dobowe elementów meteorologicznych, pochodzące z zestawień OGIMET-u [12]. Są to uśrednienia dobowe obserwacji synoptycznych. Dane te zostały starannie sprawdzone, w przypadkach budzących wątpliwości porównane z danymi z bazy ECA&D [13] i tam, gdzie to było wymagane odpowiednio skorygowane. 2. STRUKTURA STANÓW POGÓD Poniżej przedstawiono strukturę stanów pogód rozumianą jako frekwencję poszczególnych jednostek kwalifikacyjnych, czyli grup i podgrup, klas oraz typów pogód, zanotowanych w badanym dziesięcioleciu 2000 2009, w badanych portach polskiego wybrzeża.
8 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 2.1. Grupy i podgrupy pogód Grupa pogód to jednostka klasyfikacyjna jednorodna pod względem termicznym, a podgrupa jest homogeniczna pod względem temperatury i zachmurzenia. Analiza tabeli 2 pozwala zauważyć, że we wszystkich badanych portach dominuje pogoda bardzo ciepła (9NRV: 10,0 < t śr < 19,9 C, t min 0 C). W sześciu portach pogoda tej grupy pojawia się z ponad 40-procentową frekwencją, jedynie w Elblągu nie osiąga tego udziału. Nietrudno zauważyć, że im bardziej na zachód położony jest port, tym większa jest częstość występowania tej grupy pogód. W prawie wszystkich portach, oprócz Kołobrzegu, pogody grupy 9NRV związane są przede wszystkim z zachmurzeniem umiarkowanym (2,1 < N < 5,9). W Kołobrzegu pogody bardzo ciepłe cechuje duże lub całkowite zachmurzenie (6,0 < N < 8,0). Port ten charakteryzuje się ponadto najmniejszą częstością występowania pogód bezchmurnych (0,0 < N < 2,0), chociaż Chabor [2] oraz Bąkowska [1] wskazują Kołobrzeg jako port mający największe usłonecznienie na polskim wybrzeżu. Kolejną co do częstotliwości występowania grupą są pogody ciepłe (8NRV: 5,0 < t śr < 9,9 C, t min 0 C), których frekwencja zmienia się w przedziale od 18,32% w Elblągu do 21,96% w Ustce. Pogody ciepłe, podobnie jak bardzo ciepłe, związane są przede wszystkim z zachmurzeniem umiarkowanym lub całkowitym. Pogody bezchmurne notuje się bardzo rzadko i należy je traktować jako element akcesoryczny (nie tylko w grupie pogód ciepłych i bardzo ciepłych). Kolejne na liście rankingowej grup pogód są pogody umiarkowanie ciepłe (7NRV: 0,0 < t śr < 4,9 C, t min 0 C), przejściowe (6NRV: t min < 0 i t max > 0 ) i umiarkowanie zimne (5NRV: 0,0 < t śr < 4,9 C, t min < 0 C). Taką kolejność grup pogód notuje się w pięciu portach; w najbardziej na wschód i na zachód położonych portach kolejność wymienionych grup pogód się zmienia; zarówno w Elblągu, jak i Świnoujściu na trzecim miejscu, z ponad 10-procentową frekwencją, lokuje się pogoda przejściowa, przymrozkowo-odwilżowa, a na czwartym miejscu albo pogoda umiarkowanie ciepła (Świnoujście), albo umiarkowanie zimna (Elbląg); na piątym odwrotnie. Wymienione powyżej grupy pogód cechuje przede wszystkim zachmurzenie duże lub całkowite, jedynie w Gdańsku, Helu, Ustce i Świnoujściu w przypadku pogód przejściowych dominują pogody z zachmurzeniem umiarkowanym. Pogody bezchmurne, podobnie jak we wcześniej analizowanych grupach, pojawią się niezwykle rzadko. Pogody wyjątkowo ciepłe (0NRV: 20,0 < t śr < 29,9 C, t min 0 C) we wszystkich portach lokują się na szóstym miejscu i ich frekwencja zmienia się od 7,39% w Elblągu do 3,42% w Łebie; pogody te cechuje zachmurzenie umiarkowane lub brak zachmurzenia. Wymienioną cechę, czyli dominację pogód bezchmurnych i z zachmurzeniem umiarkowanym nad pogodami z zachmurzeniem całkowitym, obserwuje się również w grupie pogód mroźnych (4NRV: 5,0 < t śr < 9,9 C, t min < 0 C) i bardzo mroźnych (3NRV: 10,0 < t śr < 19,9 C, t min < 0 C), a także wyjątkowo mroźnych (2NRV: 20,0 < t śr < 29,9 C, t min < 0 C). Wymienione grupy pogód występują rzadko, częściej na wschodzie niż na zachodzie polskiego wybrzeża. Pogoda wyjątkowa mroźna w badanym dziesięcioleciu pojawiła się jedynie w Elblągu dwa razy w pierwszej dekadzie stycznia i raz w trzeciej dekadzie stycznia.
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 9 Częstość występowania grup i podgrup pogód w latach 2000 2009 Tabela 2 Pod- Elbląg Gdańsk Hel Łeba Ustka Kołobrzeg Świnoujście grupa Grupa % % % % % % % 21RV 0,08 22RV 2NRV 0,08 23RV 31RV 0,14 0,12 0,08 0,12 0,03 0,08 32RV 3NRV 0,42 0,84 0,22 0,45 0,11 0,30 0,27 0,46 0,14 0,37 0,14 0,28 0,16 33RV 0,28 0,11 0,19 41RV 0,22 0,36 0,14 0,27 0,19 0,24 0,30 42RV 4NRV 1,65 3,04 0,68 1,72 0,38 0,99 0,71 1,34 0,55 1,12 0,50 1,35 0,77 43RV 1,17 0,68 0,47 51RV 0,53 0,82 0,66 0,55 0,90 0,64 1,10 52RV 5NRV 3,51 10,59 3,28 8,23 3,39 8,54 3,59 9,26 3,45 8,29 2,49 8,20 3,89 53RV 6,55 4,13 4,49 61RV 1,23 0,74 0,88 1,31 0,85 0,80 1,21 62RV 6NRV 4,55 11,97 4,68 9,61 4,19 8,96 5,01 11,91 3,89 8,57 3,21 9,96 5,69 63RV 6,19 4,19 3,89 71RV 0,06 0,44 0,52 0,03 0,52 0,30 0,36 72RV 7NRV 1,67 9,20 4,41 12,21 5,56 15,00 2,93 12,00 4,57 14,18 2,30 11,41 4,68 73RV 7,47 7,36 8,92 81RV 1,17 2,16 1,94 1,67 2,35 1,33 2,55 82RV 8NRV 7,14 18,32 9,53 21,41 10,21 21,24 8,21 20,67 9,67 21,96 5,21 22,13 11,45 83RV 10,01 9,72 9,09 0,11 0,36 5,12 5,59 9,04 10,79 0,11 0,38 3,94 3,83 9,09 9,94 0,11 0,61 5,07 5,95 8,81 15,59 91RV 4,04 4,79 5,67 3,67 5,50 3,02 6,63 92RV 9NRV 20,75 38,57 24,17 40,46 26,33 41,14 24,07 40,94 25,49 41,72 17,56 42,49 28,44 93RV 13,78 11,50 9,14 13,20 10,73 21,91 01RV 1,56 1,34 0,88 0,82 1,07 0,94 1,53 02RV 0NRV 4,21 7,39 3,56 5,91 2,46 3,83 1,94 3,42 2,25 3,79 1,69 4,18 3,40 03RV 1,62 1,01 0,49 W celu znalezienia portów podobnych do siebie pod względem struktury podgrup pogód, czyli o podobnych rozkładach temperatury powietrza i zachmurzenia, obliczono za pomocą metody Warda odległości taksonomiczne między tymi portami. Za miarę odległości przyjęto 1 r Pearsona (rys. 2). Obliczone odległości taksonomiczne dzielą zbiór siedmiu badanych portów na trzy grupy. W skład pierwszej grupy wchodzą Łeba i Elbląg, drugiej zaś: Ustka i Hel, Gdańsk oraz Świnoujście, przy czym ten ostatni nie jest podobny do jakiegokolwiek innego portu w tej grupie. Trzecią grupę tworzy typ jednostkowy port w Kołobrzegu, niepodobny do żadnego z badanych portów. Jego odrębność może wynikać z wpływu warunków lokalnych bądź niehomogeniczności danych pomiarowych. Analiza rysunku 2 pozwala zauważyć, że najbardziej podobne do siebie są porty z drugiej 0,66 0,47 1,55 0,25 3,40 3,67 5,42 7,56 7,21 0,25 0,24 1,32 8,39 10,57 10,46 21,56 42,28 5,18
10 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 grupy, a mianowicie Ustka i Hel (1 r = 4), a najbardziej różne Kołobrzeg i Świnoujście (1 r = 0,283). 1 r Pearsona Rys. 2. Podział podgrup pogód w badanych portach. Odległości 1 r Pearsona (KOL Kołobrzeg, SWI Świnoujście, UST Ustka, HEL Hel, GDA Gdańsk, LEB Łeba, ELB Elbląg) 2.2. Klasy pogód Klasa pogód to jednostka klasyfikacyjna łącząca wszystkie pogody pod względem zachmurzenia, opadu i prędkości wiatru, charakteryzuje ona wizualny odbiór pogody. Według przyjętej klasyfikacji mogą potencjalnie wystąpić 54 klasy pogód, jednak liczba rzeczywiście zaobserwowanych klas pogód jest mniejsza i zmienia się od 21 w Elblągu do 32 w Ustce (tab. 4). Rozkład częstości występowania poszczególnych klas jest interesujący, gdyż pierwszych pięć najczęściej występujących klas pogód obejmuje ponad 70% badanego okresu w przypadku Elbląga i Świnoujścia i blisko 70% w przypadku pozostałych portów. W trzech portach w Elblągu, Łebie i Kołobrzegu najczęściej notowano pogodę (T311) z zachmurzeniem dużym lub całkowitym, z opadem i słabym wiatrem; w dwóch, tj. w Gdańsku i Ustce pogodę (T201) z zachmurzeniem umiarkowanym, bez opadu i słabym wiatrem. W Helu dominowała pogoda z zachmurzeniem umiarkowanym, z opadem i słabym wiatrem z okresami silnego wiatru (T212), a w Świnoujściu klasa pogód z zachmurzeniem umiarkowanym, z opadem i słabym wiatrem (T211). Pogody bezchmurne w portach polskiego wybrzeża stanowią odpowiednio średnio 10% badanego okresu (prawie miesiąc) wartość ta zmienia się od 7,31% i 8,41% w Kołobrzegu i Łebie do 11,50% i 13,75% odpowiednio w Helu i Świnoujściu. Pogody z zachmurzeniem dużym lub całkowitym osiągają frekwencję od 27,75% w Świnoujściu do blisko 60% w Kołobrzegu, który w takim razie można uznać za najbardziej chmurny port polski. Analizując rozkład częstości pogód z wiatrami silnymi i sztormowymi, należy stwierdzić, że Łeba i Ustka to porty najbardziej wietrzne oraz że w Elblągu dni z dużymi prędkościami wiatru jest najmniej. Taka sytuacja nie powinna budzić wątpliwości wynika ona z tego, że Elbląg osłonięty jest od bezpośrednich wpływów morza.
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 11 1 r Pearsona Rys. 3. Grupowanie klas pogód w badanych portach. Odległości 1 r Pearsona (KOL Kołobrzeg, HEL Hel; SWI Świnoujście, UST Ustka, GDA Gdańsk, LEB Łeba, ELB Elbląg) Podobnie jak w przypadku podgrup pogód obliczono odległości taksonomiczne między badanymi portami, biorąc pod uwagę frekwencje klas pogód. Wykres na rysunku 3 jest zdecydowanie odmienny od tego przedstawionego na rysunku 2. Najbardziej podobne do siebie porty to Ustka i Gdańsk (1 r = 0,020) oraz Łeba i Elbląg (1 r = 0,026). Te cztery wymienione porty stanowić mogą jedną w miarę homogeniczną grupę. Pozostałe porty: Świnoujście, Hel i Kołobrzeg nie są podobne nawet w stopniu umiarkowanym do portów z grupy pierwszej, ani też do siebie. Największa odległość taksonomiczna wynosi 0,332 i dotyczy Kołobrzegu i Helu. 2.3. Typy pogód Typ pogody to jednostka stojąca najniżej w hierarchii przyjętej klasyfikacji, cechuje ją współwystępowanie czterech elementów meteorologicznych, a mianowicie temperatury, zachmurzenia, opadu i prędkości wiatru. Są to pogody opisane czterema cyframi, np. 6311, co oznacza pogodę przejściową (t min < 0 i t max > 0 ), z zachmurzeniem dużym lub całkowitym, z opadem i słabym wiatrem. Analiza frekwencji dominujących typów pogód (tabela 6) pozwala dostrzec ich różnorodność w każdym z portów. W Elblągu, Gdańsku i Łebie najczęściej notowano pogodę bardzo ciepłą, z zachmurzeniem umiarkowanym, bez opadu i słabym wiatrem, w Helu pogodę bardzo ciepłą, z zachmurzeniem umiarkowanym, z opadem i słabym wiatrem z okresami wiatru silnego; w Świnoujściu pogodę bardzo ciepłą, z zachmurzeniem umiarkowanym, z opadem i słabym wiatrem, a w Kołobrzegu pogodę bardzo ciepłą, z zachmurzeniem dużym lub całkowitym, z opadem i słabym wiatrem. Wymienione pogody utrzymują się średnio przez 29 dni w Elblągu do 38 dni w Świnoujściu.
Częstość występowania klas pogód w latach 2000 2009 Tabela 3 Elbląg Gdańsk Hel Łeba Ustka Kołobrzeg Świnoujście Lp. klasa % klasa % klasa % klasa % klasa % klasa % klasa % 1 311 20,61 20,61 201 18,34 18,34 212 17,44 17,44 311 19,66 19,66 201 17,20 17,20 311 25,37 25,37 211 20,52 20,52 2 201 15,45 36,06 311 15,74 34,08 312 17,27 34,71 201 18,02 37,68 311 13,20 30,39 301 17,75 43,12 201 18,03 38,55 3 312 13,92 49,97 211 12,35 46,43 201 13,96 48,67 211 12,54 50,22 211 11,94 42,33 201 15,43 58,54 311 12,82 51,37 4 211 11,15 61,13 212 11,85 58,28 211 10,59 59,27 312 11,20 61,42 312 11,42 53,75 211 9,61 68,15 212 11,42 62,79 5 212 9,51 70,64 312 10,65 68,93 311 10,57 69,83 212 7,37 68,78 212 10,08 63,83 312 8,53 76,68 101 10,44 73,23 6 101 6,55 77,19 101 9,12 78,05 202 9,28 79,11 101 6,35 75,14 101 9,26 73,08 101 5,87 82,55 312 5,89 79,12 7 301 6,53 83,71 301 7,34 85,38 101 7,47 86,59 301 5,12 80,26 314 5,09 78,18 212 3,63 86,18 301 5,10 84,22 8 202 4,94 88,65 202 5,26 90,64 301 4,05 90,64 314 4,38 84,64 301 4,60 82,78 310 2,58 88,76 202 3,67 87,89 9 310 2,84 91,49 302 1,59 92,23 302 3,26 93,90 202 3,75 88,39 202 4,05 86,83 300 1,99 90,75 210 1,84 89,73 10 302 1,98 93,47 314 1,42 93,65 102 2,82 96,72 214 1,89 90,28 214 3,67 90,50 202 1,66 92,41 200 1,56 91,29 11 102 1,62 95,09 313 1,23 94,88 314 0,90 97,62 313 1,26 91,54 313 1,73 92,22 200 1,44 93,85 310 1,48 92,77 12 200 1,45 96,54 214 1,15 96,03 214 0,47 98,08 200 1,23 92,77 302 1,59 93,81 314 1,33 95,18 300 1,15 93,92 13 210 1,37 97,91 102 0,85 96,88 210 0,41 98,49 102 1,18 93,95 102 1,59 95,40 302 1,19 96,37 100 1,04 94,96 14 300 1,00 98,91 213 0,47 97,34 310 0,36 98,85 310 1,18 95,13 213 1,23 96,63 210 1,05 97,42 102 0,99 95,95 15 100 0,50 99,41 111 0,38 97,73 200 0,27 99,12 302 0,99 96,11 204 0,82 97,45 100 0,55 97,98 111 0,77 96,71 16 111 0,22 99,64 203 0,38 98,11 300 0,19 99,32 210 0,82 96,93 203 0,52 97,97 313 0,53 98,50 213 0,63 97,34 17 314 0,17 99,80 200 0,36 98,47 111 0,16 99,48 100 0,60 97,54 310 0,22 98,19 111 0,44 98,95 313 0,55 97,89 18 112 0,08 99,89 204 0,22 98,69 112 0,16 99,64 204 0,60 98,14 215 0,22 98,41 102 0,36 99,31 302 0,49 98,38 19 110 0,06 99,94 310 0,19 98,88 204 0,11 99,75 300 0,58 98,71 200 0,19 98,60 303 0,17 99,47 214 0,49 98,88 20 204 0,03 99,97 315 0,19 99,07 215 0,11 99,86 213 0,25 98,96 103 0,19 98,80 304 0,14 99,61 103 0,25 99,12 21 304 0,03 10 300 0,16 99,23 100 0,05 99,92 203 0,19 99,15 111 0,16 98,96 214 0,11 99,72 203 0,22 99,34 22 100 0,16 99,40 315 0,05 99,97 304 0,19 99,34 303 0,16 99,12 213 0,08 99,81 112 0,19 99,53 23 210 0,14 99,53 304 0,03 99,99 111 0,14 99,48 315 0,16 99,29 204 0,06 99,86 303 0,14 99,67 24 303 0,14 99,67 313 0,01 10 303 0,14 99,62 300 0,14 99,42 203 0,03 99,89 314 0,11 99,78 25 112 0,11 99,78 315 0,14 99,75 112 0,14 99,56 112 0,03 99,92 204 0,08 99,86 26 103 0,11 99,89 215 0,08 99,84 304 0,14 99,70 315 0,03 99,94 110 0,05 99,92 27 304 0,03 99,92 112 0,05 99,89 104 0,11 99,81 110 0,03 99,97 304 0,03 99,95 28 215 0,03 99,95 104 0,05 99,95 210 0,08 99,89 114 0,03 10 215 0,03 99,97 29 104 0,03 99,97 110 0,03 99,97 100 0,03 99,92 114 0,03 10 30 317 0,03 10 317 0,03 10 317 0,03 99,95 31 105 0,03 99,97 32 316 0,03 10
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 13 Tabela 4 Dominujące typy pogód i ich frekwencja w latach 2000 2009 Elbląg Gdańsk Hel Łeba Ustka Kołobrzeg Świnoujście Lp. typ % typ % typ % typ % typ % typ % typ % 1 9201 7,98 9201 8,98 9212 7,88 9201 8,98 9201 9,36 9311 9,64 9211 10,44 2 9311 6,11 9211 6,02 9201 7,45 9211 7,12 9211 6,41 9201 8,39 9201 9,37 3 9211 5,30 9212 5,50 9211 6,60 9311 5,97 9212 5,39 9301 6,84 9101 5,32 4 9312 4,32 9311 5,04 7312 4,74 8311 4,13 9101 4,60 8311 6,40 9212 4,71 5 8311 4,27 9101 4,16 9312 4,38 7311 4,00 9311 3,97 9211 5,62 9311 3,78 6 9212 3,88 9312 4,05 9101 4,35 9212 3,70 9312 3,67 8301 4,32 8211 3,70 7 8312 3,49 8311 3,42 8312 4,19 9312 3,61 7311 3,09 7311 3,82 8311 3,34 8 7311 3,07 8201 3,42 9202 3,94 8201 3,26 8312 2,96 6311 2,69 8212 3,15 9 6311 3,07 8312 3,01 8212 3,53 9101 2,71 8311 2,79 8312 2,66 8201 3,10 10 9101 2,98 7311 2,98 9311 3,12 6311 2,60 8201 2,79 9312 2,60 7311 2,63 11 5311 2,73 9202 2,93 8311 2,63 7312 2,52 7312 2,63 9101 2,58 8312 1,95 12 9202 2,54 8212 2,46 8201 2,60 5311 2,35 8212 2,11 8201 2,55 8101 1,84 13 7312 2,29 8211 1,92 7311 2,30 6201 2,08 8211 2,05 5311 2,13 9202 1,67 14 8201 2,09 7312 1,83 8211 1,59 8312 2,03 8101 1,89 7312 1,77 6201 1,62 15 8212 2,04 8301 1,83 6201 1,15 8211 2,03 9202 1,75 9212 1,47 9312 1,51 16 8211 1,84 6311 1,81 5311 1,12 9202 1,92 5311 1,67 6201 1,47 5311 1,45 17 9301 1,65 8101 1,78 6311 1,09 8212 1,31 6201 1,37 8211 1,25 6311 1,42 18 6201 1,56 5311 1,70 8101 1,07 8301 1,31 6311 1,26 8101 1,02 9301 1,12 19 8301 1,37 6201 1,70 8301 0,96 9301 1,26 8301 1,20 8212 0,80 8301 1,10 20 8101 0,84 9301 1,64 9301 0,88 8101 1,23 9301 0,85 9202 0,64 7312 1,01 We wszystkich badanych portach grupa pogód bardzo ciepłych lokuje się na miejscach od pierwszego do trzeciego (Hel, Łeba i Kołobrzeg), do czwartego (Elbląg), piątego (Świnoujście), a nawet szóstego (Gdańsk i Ustka). W przypadku Helu i Ustki pogody następujące po bardzo ciepłych to umiarkowanie ciepłe (z reguły 7311), w pozostałych ciepłe, przeważnie 8311. Wśród pierwszych dziesięciu najczęściej występujących typów pogód w żadnym z portów nie znajdują się te z grupy pogód z ujemnymi temperaturami utrzymującymi się w ciągu całej doby, a w przypadku Łeby nie ma ich nawet w pierwszej dwudziestce. Jeżeli występuje ujemna temperatura powietrza, to w każdym z portów jest to pogoda 5311 (umiarkowanie mroźna, z zachmurzeniem dużym lub całkowitym, z opadem i słabym wiatrem). Z kolei pogody związane z przejściem temperatury powietrza przez 0 C lokują się w pierwszej dziesiątce jedynie w dwóch portach, tj. w Kołobrzegu i Elblągu (6311 pogoda przejściowa, z zachmurzeniem dużym lub całkowitym, z opadem i słabym wiatrem), w pozostałych portach znajdują się one dopiero w pierwszej dwudziestce. Na podstawie frekwencji typów pogód, podobnie jak dla frekwencji podgrup i klas pogód, obliczono odległości taksonomiczne między badanymi portami. Diagram obrazujący te odległości (rys. 4) jest bardzo podobny do tego wykreślonego dla klas pogód (rys. 3). Porty najbardziej podobne to Ustka i Gdańsk (1 r = 0,026)
14 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 oraz Łeba i Elbląg (1 r = 0,044). Wymienione porty stanowią w miarę jednolitą grupę. Z kolei Świnoujście, Hel i Kołobrzeg nie przystają ani do siebie, ani do portów z pierwszej grupy. Największa odległość taksonomiczna, podobnie jak w przypadku klas pogód, dotyczy Kołobrzegu i Helu (0,308). 1 r Pearsona Rys. 4. Grupowanie typów pogód w badanych portach. Odległości 1 r Pearsona (KOL Kołobrzeg, SWI Świnoujście, UST Ustka, HEL Hel, GDA Gdańsk, LEB Łeba, ELB Elbląg) 2.4. Roczna struktura stanów pogód Po ustaleniu frekwencji poszczególnych jednostek klasyfikacyjnych w kolejnych miesiącach wykreślono klimatogramy (rys. 5), w których na osi 0Y odłożono frekwencję grup i podgrup pogód, zaczynając od pogód z najniższymi temperaturami powietrza, a na osi 0X kolejne miesiące. W klimatogramach ograniczono się, ze względu na możliwości graficzne, do przedstawienia jedynie grup i podgrup pogód, które stanowią podstawowy szkielet struktury pogód. Analiza klimatogramów pozwala określić, jak w ciągu roku zmienia się struktura stanów pogód rozumiana jako frekwencja poszczególnych jednostek kwalifikacyjnych w kolejnych miesiącach roku. Pogody wyjątkowo mroźne ze średnią dobową temperaturą powietrza, jak wcześniej wspomniano, zanotowano jedynie w Elblągu, i to tylko trzykrotnie w badanym dziesięcioleciu, przy czym zawsze była to pogoda bezchmurna. Z kolei pogody bardzo mroźne ( 20,0 < t śr < 29,9 C, t min < 0 C) są charakterystyczne na wszystkich stacjach z reguły dla grudnia i stycznia; jedynie w Elblągu, Gdańsku i Łebie notuje się je również, ze śladową frekwencją, w lutym. Pogody te, podobnie jak wyjątkowo mroźne, cechuje z reguły brak zachmurzenia lub zachmurzenie umiarkowane. Pogody z kolejnej grupy, czyli pogody mroźne ( 5,0 < t śr < 9,9 C, t min < 0 C) pojawiają się po raz pierwszy w drugiej połowie grudnia i obserwowane są do końca marca. Wśród badanych portów jedynie w Helu i Kołobrzegu notowane były do końca lutego. W każdym z portów pogody te cechuje przede wszystkim zachmurzenie umiarkowane, w porównaniu z poprzednimi wzrasta udział pogód z zachmurzeniem dużym.
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 15 Rys. 5. Klimatogramy dla portów polskich Pogody umiarkowanie mroźne ( 0,0 < t śr < 4,9 C, t min < 0 C) najwcześniej, bo już w październiku, pojawiają się w Elblągu, w pozostałych zaś w listopadzie i obserwowane są aż do pierwszej połowy kwietnia, przy czym ich frekwencja jest śladowa. Jedynie w Świnoujściu obserwuje się je jedynie do końca marca. W każdym porcie pogody te cechuje zachmurzenie duże lub całkowite; pogody bez-
16 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 chmurne stanowią wśród nich jedynie element akcesoryczny. Analizując frekwencję oraz cechy pogód z ujemnymi temperaturami powietrza utrzymującymi się w ciągu całej doby, nietrudno zauważyć, że im niższa średnia dobowa temperatura powietrza je cechuje, tym częściej związane są one z brakiem zachmurzenia lub z zachmurzeniem umiarkowanym. Pogody przejściowe, przymrozkowo-odwilżowe, czyli związane z przejściem w ciągu doby temperatury powietrza przez 0 C (t min < 0 i t max > 0 ), pojawiają się po raz pierwszy już we wrześniu (Hel i Łeba) lub w październiku i utrzymują się z reguły do końca kwietnia, chociaż zdarzają się także w maju (Elbląg, Hel, Łeba i Kołobrzeg). Cechuje je przede wszystkim zachmurzenie całkowite. W strukturze rocznej są one charakterystyczne dla przejściowych pór roku, aczkolwiek w zimie również obserwuje się je ze znaczącą frekwencją. Pogody umiarkowanie ciepłe (0,0 < t śr < 4,9 C, t min 0 C) obserwuje się od października do maja lub kwietnia (Łeba, Ustka), są to z reguły pogody pochmurne. Kolejną grupę, czyli pogody ciepłe (5,0 < t śr < 9,9 C, t min 0 C), również cechuje zachmurzenie duże lub umiarkowane; ich absencja ograniczona jest jedynie do dwóch letnich miesięcy, tj. lipca i sierpnia. W czerwcu pogody tej grupy stanową jedynie element akcesoryczny; pojawiają się niezwykle rzadko. W okresach zimowych charakteryzują się one zachmurzeniem dużym lub całkowitym, a wiosną i jesienią niebem bezchmurnym. W Gdańsku, Ustce, Kołobrzegu i Świnoujściu pogody bardzo ciepłe (10,0 < t śr < 19,9 C, t min 0 C) występują w ciągu całego roku, w każdym miesiącu roku, chociaż w miesiącach zimowych ich frekwencja jest minimalna. W Elblągu, Helu i Łebie nie zanotowano pogód z tej grupy odpowiednio: w lutym i grudniu, od grudnia do marca oraz w styczniu. W ciepłej połowie roku pogody te związane są z zachmurzeniem umiarkowanym lub jego brakiem, natomiast w chłodnej z zachmurzeniem dużym lub całkowitym. Ostatnia z grup pogód z dodatnimi temperaturami w ciągu doby to pogody wyjątkowo ciepłe (20,0 < t śr < 29,9 C, t min 0 C). Obserwuje się je tylko od kwietnia do października, przy czym maksymalną frekwencję, w każdym z portów, osiągają w lipcu i sierpniu. Są to pogody z reguły bezchmurne lub z zachmurzeniem umiarkowanym. WNIOSKI Przeprowadzona analiza frekwencji typów, klas, podgrup i grup pogód wykazuje, że porty polskiego wybrzeża, pomimo niewielkiej rozciągłości południkowej i równoleżnikowej pomiędzy tymi wysuniętymi najbardziej na wschód i zachód (Δλ = 005 10 ) oraz na północ i południe (Δρ = 00 51 ), cechują się specyficznymi, niepowtarzalnymi strukturami stanów pogód, które zmieniają się przede wszystkim wraz ze wzrostem długości geograficznej. Wpływ Oceanu Atlantyckiego na kształtowanie się struktury pogód w portach Bałtyku Południowego zaznacza się przede wszystkim w chłodnej porze roku (od października do kwietnia). Ferdynus i Marsz [6] uważają, że wpływ ten w ciepłej porze roku jest zamaskowany przez działa-
J. Ferdynus, Struktura stanów pogód w portach polskiego wybrzeża w latach 2000 2009 17 nie czynnika solarnego. Odległość od Oceanu Atlantyckiego powoduje, że w portach położonych najbardziej na wschód oraz z dala od bezpośredniego wpływu Bałtyku (np. Elbląg) obserwuje się mniejsze zróżnicowanie warunków pogodowych niż w tych położonych najbardziej na zachód (Świnoujście) oraz w tych zlokalizowanych nad otwartym morzem (Ustka). Można zatem stwierdzić, że warunki pogodowe w portach polskiego wybrzeża zależą przede wszystkim od odległości od Atlantyku i Bałtyku oraz warunków lokalnych. Elementy klimatyczne, które przyczyniają się do zmniejszenia efektywności pracy portu, to: niska temperatura powietrza, zachmurzenie całkowite, opad atmosferyczny i silny wiatr. Współwystępowanie wymienionych elementów utrudnia, a w niektórych sytuacjach wręcz uniemożliwia pracę portów. Biorąc pod uwagę przyjętą klasyfikację (tab. 1), za pogody niekorzystne dla pracy portu należy uznać te, dla których: T = 2, 3, 4, 5, 6 N = 3 R = 1 V = 3, 4, 5, 6, 7, 8 [5]. Może więc wystąpić 30 typów pogód utrudniających pracę tych portów, jednak w rzeczywistości w badanym okresie wystąpiło ich zdecydowanie mniej. Ferdynus [5] podaje, że pogody te w badanym dziesięcioleciu pojawiły się sporadycznie i były to: w Elblągu: 5314 i 6314; w Gdańsku: 4314, 5313, 5314, 5315, 6313, 6314, 6315; w Helu: 4314, 5314, 6314; w Łebie: 5313, 5314, 6313, 6314; w Ustce: 5313, 5314, 5316, 6313, 6314; w Kołobrzegu: 6313, 6314 i w Świnoujściu 6313. Nietrudno zauważyć, że zanotowano jedynie osiem typów pogód niekorzystnych dla pracy portu oraz że najwięcej ich było w Gdańsku oraz Ustce, w których to ponadto zaobserwowano pogody ze sztormowymi prędkościami wiatru. W rocznej strukturze stanów pogód pogody niekorzystne stanowiły element akcesoryczny, wynosząc: 0,11% (1 dzień w roku) w Elblągu, 0,93% (3,4 dnia w roku) w Gdańsku, 0,27 (1 dzień w roku) w Helu, 1,04% (3,8 dnia w roku) w Ustce, 0,27% (1 dzień w roku) w Kołobrzegu i 0,25% (0,9 dnia w roku) w Świnoujściu. W portach polskiego wybrzeża pogód utrudniających ich pracę w ciągu roku jest zdecydowanie więcej; powyżej wymieniono tylko te, które charakteryzują się współwystępowaniem czterech niekorzystnych elementów meteorologicznych. W rzeczywistości może się zdarzyć, że występowanie chociaż jednego niekorzystnego elementu meteorologicznego uniemożliwi pracę portu; np. nawet przy dodatnich temperaturach powietrza, braku zachmurzenia i opadu, ale przy sztormowych prędkościach wiatru prace przeładunkowe w porcie będą wstrzymane. W takim ujęciu średnioroczna frekwencja pogód niekorzystnych wzrasta i zmienia się od 33,10% w Świnoujściu poprzez 34,82% i 38,08% odpowiednio w Helu i Gdańsku do 43,06%, 43,42%, 46,52% i 49,52% odpowiednio w Kołobrzegu, Elblągu, Ustce i Łebie. LITERATURA 1. Bąkowska M., Specyfika przebiegu dobowego wybranych wskaźników bioklimatycznych w Kołobrzegu w okresie letnim w latach 1981 1990, Balneologia Polska, 2009, t. LI, z. 3, s. 194 200. 2. Chabor M., Wybrane aspekty bioklimatu Kołobrzegu, Balneologia Polska, 2008, t. L, z. 1, s. 68 74.
18 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 26, 2011 3. Ferdynus J., Główne cechy klimatu morskiego strefy subpolarnej Północnego Atlantyku w świetle struktury stanów pogód, WSM, Gdynia 1997. 4. Ferdynus J., Marsz A.A., Struktura stanów pogody i sezonowość pogodowa [w:] Główne cechy klimatu rejonu Polskiej Stacji Polarnej im. H. Arctowskiego (Antarktyka Zachodnia, Szetlandy Południowe, Wyspa Króla Jerzego), A.A. Marsz i A. Styszyńska (red.), WSM, Gdynia 2000, s. 143 162. 5. Ferdynus J., Polish seaports unfavorable weather conditions for port operation (applying methods of complex climatology for data formation to be used by seafaring) [w:] Miscellaneous Problems in Maritime Navigation, Transport and Shipping. Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Weintrit A., Neumann T. (red.), CRC Press Taylor & Francis Group, London 2011, s. 33 42. 6. Ferdynus J., Marsz A., Zmiana charakteru struktury pogód na południowo-wschodnim wybrzeżu Bałtyku wraz ze słabnięciem klimatycznych wpływów Atlantyku w okresie regionalnego wzrostu temperatury [w:] Klimat Polski na tle klimatu Europy. Warunki cyrkulacyjne i radiacyjne, L. Kolendowicz (red.), Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań 2010, s. 61 74. 7. Ferdynus J., Marsz A., Styszyńska A., Możliwość wykorzystania metod klimatologii kompleksowej do tworzenia informacji dla potrzeb żeglugi, VI Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Inżynierii Ruchu Morskiego, Szczecin, 16 17.11.1995, WSM, Szczecin 1995, s. 93 103. 8. Marsz A., Struktura pogód i roczna sezonowość klimatu Stacji Arctowskiego, Problemy Klimatologii Polarnej, 1992, 2, Gdynia, s. 30 49. 9. Woś A., Zarys klimatu Polski Północno-Zachodniej w pogodach, PTPN, Prace Komisji Geograficzno-Geologicznej, 1970, t. X, z. 3, Poznań. 10. Woś A.,. Zarys klimatu Poznania w pogodach, PTPN, Prace Komisji Geograficzno- -Geologicznej, 1968, t. IX, nr 1, Poznań. 11. Woś A., Zarys struktury sezonowej klimatu Niziny Wielkopolskiej i Pojezierza Pomorskiego, UAM, Seria Geografia, 1977, nr 15, Poznań. 12. http://www.ogimet.com/ 13. http://eca.knmi.nl/ THE STRUCTURE OF WEATHER CONDITIONS OF THE POLISH PORTS IN THE YEARS 2000 2009 Summary The article describes the structure of the weather conditions in the ports of the Polish coast. The frequency of individual classification units (groups and subgroups and classes and types of weather) during the year is considered to be the structure of the weather. By means of Ward method and by calculating taxonomic distance between the discussed ports (Pearson's 1 r was adopted as a measure of distance) the ports characterized by similar structures of annual weather conditions were pointed out. Basing on the frequency of weather types, adverse weather conditions were defined for operation in the Polish sea ports. The ports where such adverse weather conditions were observed include Kołobrzeg, Ustka, Łeba.