GRZEGORZ URBAN. Keywords: methodology, daily average, air temperature, atmospheric circulation, the Western Sudetes Mts

URBAN G. 2013: Evaluation of the accuracy of selected methods of calculation of the daily mean air temperature depending on atmospheric circulation (the case study of the Western Sudetes Mountains and their foreland). Opera Corcontica 50/S: 81 96. Evaluation of the accuracy of selected methods of calculation of the daily mean air temperature depending on atmospheric circulation (the case study of the Western Sudetes Mountains and their foreland) Ocena dokładności wybranych metod obliczania średniej dobowej wartości temperatury powietrza w zależności od cyrkulacji atmosferycznej (na przykładzie Sudetów Zachodnich i ich przedpola) GRZEGORZ URBAN Institute of Meteorology and Water Management-National Research Institute, Branch Wrocław, Parkowa 30, 51 616 Wrocław, PL, grzegorz.urban@imgw.pl Abstract: The accuracy of six methods which determine the mean daily air temperature (SDTP) relative to the actual method (24-hour one) depending on atmospheric circulation was evaluated. The accuracy of the methods was determined on the basis of uniform hourly values of temperature taken from 4 synoptic stations belonging to IMGW-PIB. The analyzed stations represent a peak zone of the Karkonosze Mts and its foothills. Furthermore, they are also the only stations in the geographical region of Poland which have standard hourly measurements of temperature in the analyzed period. The method of evaluation of SDTP indicates that the results of the method M4, are significantly underestimated compared to the results which were obtained applying the actual method. Method M6 also can be characterized with significant deviations. The method which is based on the estimation of mean daily air temperature from 8 synoptic terms is the most accurate one in comparison to the actual method. Circulation types with anticyclone weather, with the least cloudiness, in other words advection mainly from the quadrant SE-S-SW, in consequence gives an increased amplitude of daily air temperature and significant deviations in SDTP from the actual method. The difference in SDTP is directly proportional to the amplitude of the daily temperature. The value of the mean difference in SDTP mostly depends on the selection of the method of determination of the mean, the form of barometric fields, the direction of advection and the season. Keywords: methodology, daily average, air temperature, atmospheric circulation, the Western Sudetes Mts Abstrakt Na bazie jednorodnych cogodzinnych wartości temperatury powietrza z 4 stacji synoptycznych IMGW- -PIB dla wielolecia 1998 2007 dokonano oceny dokładności 6 różnych metod wyznaczania średniej dobowej temperatury powietrza (SDTP) względem metody rzeczywistej M1 (24 godzinnej) w odniesieniu do cyrkulacji atmosferycznej. Analizowane stacje reprezentują strefę szczytową Karkonoszy i podnóże. Są także jedynymi stacjami posiadającymi w analizowanym okresie standardowe godzinne pomiary temperatury powietrza w tym regionie geograficznym Polski. Dokonana ocena metod wyznaczania SDTP wskazuje, że metoda M4, z której są wyraźnie zaniżone względem wyników uzyskanych z metody M1. Dużymi odchyłkami cechuje się także metoda M6. Najdokładniejszą, względem metody M1, jest metoda, bazująca na oszacowaniu SDTP z 8 terminów synoptycznych. Typy cyrkulacji z pogodą antycyklonalną, z najmniejszym zachmurzeniem, a więc adwekcje przede wszystkim z kwadrantu SE-S- -SW, dają w efekcie zwiększone amplitudy dobowe temperatury powietrza a tym samym istotne odchyłki w SDTP względem metody M1. Wielkość różnicy w SDTP jest wprost proporcjonalna do wartości dobowej amplitudy temperatury. Wielkość średniej różnicy w SDTP zależy przede wszystkim od doboru metody wyznaczania tejże średniej oraz od formy pola barycznego, kierunku adwekcji i pory roku. Słowa kluczowe: metodyka, średnia dobowa, temperatura powietrza, cyrkulacja atmosferyczna, Sudety Zachodnie

82 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Introduction Many methods for the determination of average daily temperature (SDTP) are described in literature on climatology. They are based on a variable number of measurements carried out at different observational times from a few to 24 (LORENC & SUWALSKA- -BOGUCKA 1996). Thus, average daily temperature is always estimated on the basis of the existing measurements and consequently it is encumbered with a more or less significant error compared to the actual average. The value of the average difference compared to the actual average depends on the selection of the method for determination of average daily temperature (URBAN 2010). One of the research issues in the field of climatology is the determination of the relationship between atmospheric circulation and various elements of climate including thermal conditions. The issue has been broadly discussed by, among others (NIEDŹWIEDŹ 1997, ŻMUDZKA 1999, WIBIG 2000, MARSZ & STYSZYŃ- SKA 2001, BARANOWSKI 2005). The aim of this paper is to analyze the accuracy of various methods of determining mean and daily air temperature depending on the form of barometric field and the direction of circulation on the basis of measurement data recorded at stations which are situated in the Polish part of the Western Sudetes Mountains and their foreland. The paper is a continuation and an extension of the results presented by the author in his previous publication (URBAN 2010) and includes the aspect of atmospheric circulation. Material and Methods The accuracy of six various methods which determine the mean daily air temperature (SDTP) in comparison to the actual method (24-hour one) depending on atmospheric circulation was evaluated. The accuracy of the methods was determined on the basis of uniform hourly values of temperature taken from 4 synoptic stations belonging to IMGW-PIB (Śnieżka-ŚN-1,603 m a.s.l., Jelenia Góra-JG-342 m a.s.l., Legnica-LG-122 m a.s.l. and Wrocław-Starachowice-WR-120 m a.s.l.). The data cover the period between 1998 and 2007. A calendar of circulation and weather types according to LITYŃSKI (1969) was used for this purpose. The analyzed stations represent the peak zone of the Karkonosze Mts and its widely understood foreland. Furthermore, they are also the only stations in this geographical region of Poland which have standard hourly measurements of temperature in the analyzed period. 7 methods (M1, M2,, M7) of determining the mean daily air temperature (SDTP) were analyzed as follows: M1 = (T00 + T01 + T02 + + T23) / 24, the socalled Actual average, in GMT, M2 = (T00 + T03 + T06 + T09 + T12 + T15 + T18 + T21) / 8, mean used at synoptic stations of IMGW- PIB from 1966 to present, in GMT, M3 = (T00 + T06 + T12 + T18) / 4, mean used at climatological stations of IMGW-PIB from 1971 to 1995, in GMT, M4 = (Tmax + Tmin + T06 + T18) / 4, mean used at climatological stations of IMGW-PIB from 1996 to present, Tmax and Tmin measured from 6 p.m. N day till 6 p.m. N +1 day in GMT, M5 = (T06 + T13 + 2 T20) / 4 mean used by the state service CHMU (Czech) and DWD (German), in GMT, M6 = (Tmax + Tmin) / 2 mean used by countries of North America, Australia and some European countries (e.g. Spain, the UK), M7 = (T06 + T12 + 2 T20) / 4 mean used in the years 1946 1965 at synoptic and climatological stations of IMGW-PIB and between 1965 and 1970 at climatological stations of IMGW-PIB, in GMT. The evaluation of the accuracy of each method of determining SDTP was obtained versus the M1 method the best one reflecting the reality, as the difference between mean of the method (M1) according to the following formula: T = M2 M1. For each difference in daily air temperature in the multiyear 1998 2007 determined in this way, a form of barometric field was assigned (a anticyclonic; c cyclonic; 0 transitional; non-gradient) and the direction of advection of air mass according to LITYŃSKI (1969). The analysis was carried out for a calendar year (I XII), warm season (V X), cold season (I IV and XI XII) and quarter seasons, i.e. winter (XII II), spring (III V), summer (VI VIII) and autumn (IX XI).

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 83 Discussion Generally, the values of mean differences of SDTP, annually, between particular methods (M2, M3,, M7) and the M1 method in relation to weather situation (anticyclonic, cyclonic, transitional) are relatively low and their decisive majority oscillate between: 0.1 C and +0.1 C (Appendix, Fig. 1). The M4 method of calculating SDTP is the exception which significantly underestimates mean differences in daily air temperature values in relation to corresponding actual mean values in every state of the baric field (weather situation) in lowland and intermontane stations with the highest deviations noted in anticyclonic weather reaching: 0.4 C in Jelenia Góra. Even higher negative mean deviations in the M4 method appear in the cold season (Jan-Apr and Nov-Dec) in the conditions of anticyclonic and transitional weather ranging from: 0.3 C in Legnica to: 0.5 C in Jelenia Góra (Appendix, Fig. 1). Only the highest parts of the Western Sudetes Mountains, represented by Śnieżka summit, are characterized by the smallest changes and mean value differences of SDTP due to the relatively small range of daily temperature changes resulting from the altitude and the specific landform. On the Śnieżka summit, the mean difference of SDTP using the M6 method only, in relation to the M1 method, gives positive mean deviations amounting to nearly 0.2 C annually, and in the cold season. In the warm season (May Oct.), on the Śnieżka summit, the mean deviation with the M6 method reaches nearly 0.4 C in cyclonic and transitional weather, while in the conditions of anticyclonic weather, the deviations are insignificant (Appendix, Fig. 1). It should be noted that during the warm season, in cyclonic weather, the highest positive mean deviations occur while using the M6 method in all analyzed stations. This is due to the fact that during cyclonic weather, the mean maximum air temperature deviates from the SDTP, calculated with the actual method, more visibly upwards than the mean minimum air temperature downwards. In the analyzed stations, this value varies from +0.5 C in Wrocław to +0.8 C on Mt. Śnieżka. The reason for this is that in the conditions of heavy cloud cover (even if the cloud thickness changes throughout the day) and usually strong turbulence at night in cyclonic weather, there are no conditions for more evident drops of temperature while during a day, cloud cover characterized by variable thickness causes fluctuations in radiation which result in changes of temperature values and which show many increases and decreases. As a result, Tmax deviations from SDTP are stronger than Tmin deviations. On the other hand, in anticyclonic weather conditions regardless of the season, the M4 method gives negative deviations from SDTP in all stations except Śnieżka (Appendix, Fig. 1). The potential cause of this phenomenon is discussed below. Regardless of the location of the measuring station, type of weather and season, the most accurate (deviation near 0.0 C) in relation to the actual method M1 is the M2 method based on the SDTP estimate calculated from 8 synoptic terms. Methods M3, M5 and M7 have also shown small mean differences in relation to the M1 method (Appendix, Fig. 1). The situation in quarters of a year is analogical to the results presented above. Winter and autumn refer to (and present more detailed results) the cold season, while spring and summer to the warm season. However, to avoid repetition of analogical figures, the graphic presentation of results for each particular period is not presented. The frequency of days with a given weather condition and direction of circulation in the analyzed multi-year period is presented in Tab. 1. It shows that throughout an entire year and each of its seasons, the inflow of air from the western sector prevailed and anticyclonic weather situations slightly dominated over the cyclonic and transitional weather. In the context of circulation direction, the analysis of values of mean deviations (differences) from SDTP using particular methods in relation to the actual method, shows that in the case of both an entire year and its warm and cold seasons (Appendix, Fig. 2A C), the M4 method shows negative deviations for almost every direction of circulation with the lowest values of nearly: 0.3 C to almost 0.7 C in the air advection from the southern quadrant (SE-S-SW). This phenomenon is connected with the higher frequency of solar weather in this quadrant. The negative mean deviations in the M4 method occur in stations located at the bottoms of intermontane basins and the broadly understood Sudetes foothills. The lowest mean deviation values (up to 0.7 C) occur during the cold season in Jelenia Góra (Appendix, Fig. 2C). In case of the Śnieżka summit, on the other hand, the only distinct method is M6 giving positive deviations for the majority of directions of air mass inflows

84 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Tab. 1. Frequency of days [%] with the occurrence of different weather situations and circulation directions in the multiannual period 1998 2007. Tab. 1. Częstość dni [%] z wystąpieniem danej sytuacji pogodowej i kierunku cyrkulacji w wieloleciu 1998 2007. barometric field year warm season cold season winter spring summer autumn 0 26.2 25.9 26.5 25.7 26.3 23.9 28.7 a 39.5 41.1 37.8 37.5 40.5 43.5 36.4 c 34.4 33 35.7 36.8 33.2 32.6 34.9 total 100 100 100 100 100 100 100 circulation direction year warm season cold season winter spring summer autumn Na 4.9 4.9 4.9 4.7 5.4 5 4.4 Nc 3.9 3.8 4 4.4 3 4.5 3.5 N0 2.4 2.4 2.4 3.1 1.8 2.4 2.4 NEa 5.3 6.3 4.2 5.1 5.2 5.4 5.3 NEc 2.3 2.4 2.2 2 2 2.9 2.2 NE0 2.4 2.1 2.6 2.9 2.5 2.7 1.4 Ea 4.6 4.7 4.5 3.9 5.2 5.5 3.7 Ec 2.1 2.3 1.9 1.2 2.5 2.5 2.2 E0 1 1.2 0.8 0.7 1.3 0.7 1.4 SEa 3.5 2.9 4 2.7 5.1 2.9 3.1 SEc 2 2 2 0.9 2.8 2 2.2 SE0 2 2.3 1.8 1.2 1.7 1.3 3.8 Sa 3.6 4.1 3.1 2.5 3.9 3.5 4.5 Sc 4.5 4 4.9 4.4 4.2 3.6 5.7 S0 3.1 3.5 2.8 1.8 2.6 3.3 4.9 SWa 4.6 3.9 5.3 5.8 2.8 3.8 6 SWc 5.4 5.1 5.7 7.2 5.4 3.7 5.4 SW0 3.9 3.5 4.2 4.1 4 3.2 4.3 Wa 4.5 5.2 3.8 3.8 4.8 6.4 3 Wc 4.7 4.1 5.4 6 4.9 3.7 4.4 W0 4 3.4 4.5 5.8 3.9 3.4 2.9 NWa 4.4 4.5 4.3 5.3 4.1 6 2.2 NWc 6.4 6.8 6 7.1 5 6.7 6.9 NW0 3.9 4.1 3.6 3.9 4.1 3.3 4.2 0a 4.2 4.6 3.8 3.8 3.9 4.9 4.2 0c 3.1 2.6 3.5 3.5 3.3 3 2.4 0o 3.4 3.2 3.7 2.3 4.2 3.8 3.3 total 100 100 100 100 100 100 100 circulation direction year warm season cold season winter spring summer autumn N 11.2 11.1 11.3 12.2 10.3 11.8 10.3 NE 9.9 10.8 9 10 9.7 11.1 8.9 E 7.7 8.2 7.3 5.8 9 8.7 7.4 SE 7.4 7.2 7.7 4.8 9.7 6.2 9.1 S 11.3 11.7 10.8 8.8 10.8 10.3 15.2 SW 13.9 12.6 15.3 17.1 12.3 10.7 15.7 W 13.2 12.7 13.7 15.5 13.6 13.5 10.2 NW 14.7 15.5 13.9 16.3 13.3 16 13.3 0 10.7 10.4 11 9.6 11.4 11.7 9.9 total 100 100 100 100 100 100 100

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 85 both throughout a year and in particular seasons, especially the warm season (Appendix, Fig. 2A B). This is probably due to the air heating as it settles in an anticyclone. In the warm season and summer quarter, these deviations occur in all circulation directions with the highest values of 0.4 C 0.5 C during advection from the northern sector (Appendix, Fig. 2B). It is possible that, on Śnieżka, placing the Stevenson screen on a tin platform, which in warm season (at a relatively lower wind speed), is heated by the solar radiation, causes an increase of the daily maximum air temperature measurement. At night, on the other hand, the artificial (metal) and dry surface can, in a way, overestimate daily minimum temperature relative to the Stevenson screen which would otherwise be standing in an open and natural (grassy) space (URBAN 2010). Furthermore, it can also be caused by, among others, local circulation in the Úpa River valley where, on a summer day, the hot rising air can warm the Śnieżka summit during the afternoon hours, which is reflected by the sudden changes of maximum temperature. Analogical patterns to those described in warm and cold seasons can be observed during the quarters. Winter and autumn belong to (provide detailed results) the cold season while spring and summer belong to the warm season. However, in order to avoid repetition of analogical figures, the graphic presentation of results for each particular quarter is not presented. The distribution of difference occurrences (deviations) with values higher than 0.5 C and lower than 0.5 C in SDTP in each specific method in relation to the actual method M1 in different weather situations indicates that in case of the M4 method, annually or seasonally, regardless of the weather situation (total, transitional, anticyclonic, cyclonic), the negative differences significantly outnumber the positive (with the exception of Śnieżka). This is evidence of a systemic error in SDTP calculation using the M4 method. This variability is particularly pronounced in anticyclonic weather (Appendix, Fig. 3A D, Fig. 4A D, Fig. 5A D). It is probably due to the fact that two components of the method, i.e. minimum daily air temperature (Tmin) and air temperature at 06 GMT, on the majority of days in a year (particularly during the cold season characterized by frequent thermal inversions usually connected with anticyclonic weather), occur during a 24-hr period in small time intervals while the interval between the maximum daily air temperature and the temperature at 18 GMT in a cold season is longer, hence the difference in the maximum values is bigger than the difference between Tmin and T at 06 GMT. This explains the decrease in SDTP values which contribute to the mean monthly and mean annual values (URBAN 2010). The problem of error of SDTP, besides the selection of evaluation method, will also increase in a situation when, in a period longer than 24-hrs. (e.g. month or season), a specific type of weather will linger or dominate and will condition the sign and values of mean deviations. A relatively visible dominance of positive differences in SDTP can be noted in the M6 method in all analyzed measurement stations in cyclonic weather conditions during the warm season (the causes were explained at the beginning of this section), and on Śnieżka, also during transitional weather conditions (Appendix, Fig. 4D). The transitional type of weather on Śnieżka is characterized by the accumulation of air above the ridge, usually resulting in lowlevel cloud cover and orographic fog; hence it is not significantly different from the cyclonic type. Anticyclonic weather alone causes diminishing or disappearance of cloudiness on Śnieżka, which results in the increased amplitude of air temperature and, at the same time, differences in SDTP. Furthermore, the M6 method is characterized by the highest values of deviations in relation to the M1 method reaching, in particular weather situations, such as on 22 January 2006, at the extreme, even up to +6.4 C in Jelenia Góra and +7.5 C in Wrocław or 6.5 C in Wrocław and 8.7 C in Jelenia Góra on January 2, 2003 (Appendix, Fig. 6A 6B; Tab. 2). The values of extreme differences of SDTP are presented in the table below (Tab. 2). However, it should be noted that the method does not produce such high disproportions (except in the warm season on Śnieżka) between frequency distribution of negative and positive differences. In regard to mean deviations, the M6 method gives better results than M4 method and it is also more symmetric. This method, therefore, can be accepted as relatively good for determining mean air temperature over longer time periods, e.g. months, quarters, etc. Furthermore, it is easy to apply as it requires only two components unlike the other less effective methods, such as M4 which requires as many as 4 components for SDTP calculation. Among all the discussed methods, the highest frequency of absolute difference with the value below

86 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Tab. 2. The extreme values of absolute differences in SDTP [ C]. Tab. 2. Wartości ekstremalnych bezwzględnych różnic w SDTP [ C]. Station M2 M1 M3 M1 M4 M1 M5 M1 M6 M1 M7 M1 max min max min max min max min max min max min Wrocław 0.7 0.9 1.9 2.2 3.2 3.4 4.0 3.4 7.5 6.5 3.5 3.6 Legnica 0.9 1.0 2.0 2.6 3.2 3.0 3.3 2.5 7.4 5.6 3.0 2.4 Jelenia Góra 1.0 1.0 2.9 2.6 3.4 4.5 3.5 3.5 6.4 8.7 3.3 3.8 Śnieżka 0.9 0.7 1.9 1.9 2.6 2.2 3.0 2.8 4.8 4.7 2.8 2.6 0.5 C (usually it is 0.0 C) in all types of weather and at each station can be noted in the M2 method (Appendix, Fig. 3A D). This indicates that the M2 method is the most accurate and the closest to the actual method of SDTP determination. Results The difference in SDTP is directly proportional to the daily value of air temperature, i.e. the higher the amplitude, the greater the differences. The largest deviations (both absolute and average) in relation to the actual method M1 occur where the most significant thermic contrasts are recorded, and these in turn are conditioned by the morphology of the terrain and the altitude above sea level. Consequently, the most significant differences can be observed in Jelenia Góra which is situated within a mountainous valley and thus conduces the formation of frost hollows and the occurrence of high daily amplitudes of air temperature. In contrast, the smallest deviations in SDTP calculated by means of further methods in relation to method M1 can be observed on Mt. Śnieżka, which can be characterized by the smallest amplitude of air temperature conditioned by the specific form of terrain and absolute amplitude. The situation looks similar when it comes to the mean difference in relation to the types and directions of atmospheric circulations namely the types with anticyclonic weather with the least cloud cover i.e. mostly from the quadrant SE- S-SW in general gives higher amplitudes of daily air temperature and at the same significant deviations. Method M2 shows the highest frequency of absolute difference below 0.5 C (usually it is 0.0 C) in each type of weather and at each station. Thus it means that method M2 is the most accurate close to the actual method of determining SDTP. During the whole year or in a given season no matter what the weather situation is, when it comes to method M4, negative values always overweigh the positive ones. It implies a constant systematic error when calculating SDTP by method M4. The difference is especially visible during antycyclonic weather. An effect associated with the proximity of 06UTC term and time of daily minimum temperature i.e. lowering SDTP especially in a cold season, especially in concave landforms. Taking into consideration the average deviations, method M6 gives better results than method M4. It is also more symmetric. Thus, method M6 is relatively more suitable for determining average temperature over longer periods e.g. a month, quarter etc., in contrast to others which are less reliable. For example method M4 requires 4 components in order to set up SDTP. Streszczenie Wstęp: W literaturze klimatologicznej spotkać można wiele metod wyznaczania średniej dobowej wartości temperatury powietrza (SDTP). Bazują one na zmiennej liczbie pomiarów wykonywanych w różnych terminach obserwacyjnych od kilku do 24 (LORENC & SUWALSKA-BOGUCKA 1995). Zatem średnia dobowa temperatura powietrza jest zawsze oszacowywana (estymowana) na podstawie dokonanych pomiarów, stąd zwykle jest obarczona pewnym większym lub mniejszym błędem w stosunku do średniej rzeczywistej. Wielkość średniej różnicy względem wartości średniej rzeczywistej zależy od doboru metody wyznaczania średniej dobowej temperatury powietrza (URBAN 2010). Jednym z zagadnień badawczych klimatologii jest określenie zależności między cyrkulacją atmosfe-

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 87 ryczną a poszczególnymi elementami klimatu, w tym warunkami termicznymi. Problemem tym zajmowali się m. in.: (NIEDŹWIEDŹ 1997, ŻMUDZKA 1999, WIBIG 2000, MARSZ & STYSZYŃSKA 2001, BARANOWSKI 2005). Celem pracy jest ocena dokładności różnych metod wyznaczania średniej dobowej wartości temperatury powietrza w zależności od formy pola barycznego i kierunku cyrkulacji na przykładzie danych pomiarowych ze stacji położonych w polskiej części Sudetów Zachodnich i na ich szeroko rozumianym przedpolu. Praca jest rozwinięciem uzyskanych wyników z poprzedniej publikacji autora (2010) w oparciu o dane cyrkulacyjne. Materiał & metody: Na bazie jednorodnych cogodzinnych wartości temperatury powietrza z 4 stacji synoptycznych IMGW-PIB (Śnieżka-ŚN-1603 m n.p.m., Jelenia Góra-JG-342 m n.p.m., Legnica-LG-122 m n.p.m. i Wrocław-Strachowice-WR-120 m n.p.m.) dla wielolecia 1998 2007 dokonano oceny dokładności 6 różnych metod wyznaczania średniej dobowej temperatury powietrza (SDTP) względem metody rzeczywistej (24 godzinnej) w odniesieniu do cyrkulacji atmosferycznej. Wykorzystano do tego celu kalendarz typów cyrkulacji i typów pogody według LITYŃSKIEGO (1969). Analizowane stacje reprezentują kontrastowo różną wysokością n.p.m. oraz różne formy terenu w Karkonoszach wraz z szeroko rozumianym ich przedpolem. Są także jedynymi stacjami posiadającymi w analizowanym okresie standardowe godzinne pomiary temperatury powietrza w tym regionie geograficznym Polski. Analizie poddano 7 następujących metod (M1, M2,, M7) wyznaczania średniej dobowej temperatury powietrza (SDTP): M1 = (T00 + T01 + T02 + + T23) / 24; tzw. średnia rzeczywista, w czasie GMT, M2 = (T00 + T03 + T06 + T09 + T12 + T15 + T18 + T21) / 8; średnia stosowana na stacjach synoptycznych IMGW-PIB od 1966 r. do dziś, w czasie GMT, M3 = (T00 + T06 + T12 + T18) / 4; średnia stosowana na stacjach klimatologicznych IMGW-PIB w latach 1971 1995 r., w czasie GMT, M4 = (Tmax + Tmin + T06 + T18) / 4; średnia stosowana na stacjach klimatologicznych IMGW-PIB od 1996 r. do dziś; Tmax i Tmin mierzone od godz. 18.00 dnia N do godz. 18.00 dnia N+1 w czasie GMT, M5 = (T06 + T13 + 2 T20) / 4; średnia stosowana przez państwowe służby ČHMÚ (czeska) i DWD (niemiecka), w czasie GMT, M6 = (Tmax + Tmin) / 2; średnia stosowana przez kraje Ameryki Północnej, Australię i niektóre kraje europejskie (np. w Hiszpanii, w Wielkiej Brytanii), M7 = (T06 + T12 + 2 T20) / 4; średnia stosowana w latach 1946 1965 na stacjach synoptycznych i klimatologicznych IMGW-PIB oraz w latach 1965 1970 na klimatologicznych IMGW-PIB, w czasie GMT. Ocenę dokładności poszczególnych metod wyznaczania SDTP określono względem metody M1 najlepiej oddającą rzeczywistość, jako różnicę pomiędzy średnią z danej metody (M2, M3,, M7) a średnią rzeczywistą (M1) według przykładowego wzoru: T = M2 M1. Dla każdej tak wyznaczonej różnicy w dobowej temperaturze powietrza w wieloleciu 1998 2007 przypisano formę pola barycznego (a antycyklonalna; c cyklonalna; 0 przejściowa, bezgradientowa) i kierunek adwekcji masy powietrza według klasyfikacji LITYŃSKIEGO (1969). Analizę przeprowadzono dla kalendarzowego roku (I XII), pory ciepłej (V X), pory chłodnej (I IV i XI XII) oraz kwartałowych pór roku, tj.; zima (XII II), wiosna (III V), lato (VI VIII) i jesień (IX XI). Wyniki: 1. Wielkość różnicy w SDTP jest wprost proporcjonalna do wartości dobowej amplitudy temperatury powietrza, tzn. im większa amplituda, tym większe różnice. 2. Największe odchyłki (zarówno bezwzględne jak i średnie) względem metody rzeczywistej M1 występują tam, gdzie są największe kontrasty termiczne, a te z kolei uwarunkowane są morfologią terenu i wysokością n.p.m. Stąd w Jeleniej Górze, położonej w obrębie śródgórskiej kotliny, co w warunkach pogody antycyklonalnej sprzyja tworzeniu się zastoisk chłodu i występowania wysokich amplitud dobowych temperatury powietrza, będą one największe. Natomiast najmniejsze odchylenia SDTP, obliczonej przy użyciu kolejnych metod względem metody M1, zaznaczają się na Śnieżce, która cechuje się najmniejszą amplitudą temperatury powietrza uwarunkowaną specyficzną formą terenu i wysokością bezwzględną. Podobnie jest z wielkością średniej różnicy w odniesieniu do typów i kierunków cyrkulacji atmosferycznej. Mianowicie, typy z pogodą antycyklonalną, z najmniejszym zachmurzeniem, a więc przede wszystkim z kwadrantu SE- -S-SW, dają w efekcie zwiększone amplitudy dobowe temperatury powietrza a tym samym istotne odchyłki.

88 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 3. Największa częstość bezwzględnej różnicy wynoszącej poniżej 0,5 C (zwykle jest to 0,0 C), w każdym typie pogody i w każdej ze stacji, zaznacza się w metodzie M2. Oznacza to, że metoda M2 jest najbardziej dokładna i zbliżona do metody rzeczywistej wyznaczania SDTP. W metodzie M4 w skali całego roku czy w danej porze roku, bez względu na sytuacje pogodową, zawsze wyraźnie przeważają ujemne różnice nad dodatnimi. Świadczy to o stałym systematycznym błędzie przy wyliczaniu SDTP według metody M4. Zróżnicowanie to szczególnie zaznacza się w warunkach pogody antycyklonalnej. W metodzie tej występuje efekt związany z bliskością terminu 06UTC i pory dobowego minimum temperatury czyli zaniżanie SDTP szczególnie w chłodnej porze roku, zwłaszcza we wklęsłych formach terenu. 4. W średnich odchyłkach metoda M6 daje lepsze wyniki niż metoda M4; jest też bardziej symetryczna. Należy zatem uznać metodę M6 za stosunkową dobrą dla wyznaczania średniej temperatury dla dłuższych okresów czasu, np. miesiąca, kwartału, etc. Dodatkowo jest ona łatwa w użyciu, wymaga tylko dwóch składowych, w przeciwieństwie do innych gorszych, jak np. M4, a wymagających do wyznaczenia SDTP aż 4 składowych. Souhrn Úvod V klimatologické literatuře existuje mnoho způsobů jak stanovit denní průměrné hodnoty teploty vzduchu (SDTP), a to dle různého počtu měření prováděných v různých časech pozorování. S tím souvisí vždy větší nebo menší rozdíly ve srovnání s průměrem skutečných hodnot. Vztah mezi atmosférickou cirkulací a různými prvky klimatu, včetně teplotních poměrů, tak patří mezi základní otázky klimatologického výzkumu. Příspěvek hodnotí přesnost různých metod stanovení denní průměrné teploty vzduchu v závislosti na atmosférické cirkulaci a barometrickém poli, a to na příkladu stanic v západní části Krkonoších. Materiál a metody Data ze čtyř stanic (Sněžka, Jelenia Góra, Łegnica a Wrocław) za období 1998 2007 byla analyzována pomocí 6 různých způsobů stanovení průměrné denní teploty vzduchu a srovnána s průměrnou hodnotou za 24 hodin. Výsledky Rozdíl v SDTP je přímo úměrný denní hodnotě teploty vzduchu, tj. čím vyšší amplituda, tím větší rozdíly. Největší odchylky (jak absolutní, tak i průměrné) ve vztahu ke klasické metodě M1 nastávají při významných teplotních kontrastech, v souvislosti s morfologií terénu, nadmořskou výškou (např. Jelenia Góra a Sněžka) ale i typem počasí. Podrobně jsou hodnoceny rozdíly dosažené při použití jednotlivými metodami. Za relativně nejvhodnější pro stanovení průměrné teploty vzduchu je možné považovat metodu M6, zejména pro hodnoty za delší časové období, např. půlroční nebo čtvrtletní. References BARANOWSKI D. 2005: Dobowe amplitudy temperatury powietrza w Polsce i ich zależność od typów cyrkulacji atmosferycznej. Słupskie Prace Geograficzne 2: 171 181. LITYŃSKI J. 1969: Liczbowa klasyfikacja typów cyrkulacji i typów pogody dla Polski. Prace PIHM 97: 3 15. LORENC H. & SUWALSKA-BOGUCKA M. 1995: Metody obliczania średniej dobowej temperatury i wilgotności względnej powietrza. Mat. Bad. IMGW, Seria: Meteorologia 24: 5 41. MARSZ A. & STYSZYŃSKA A. 2001: Oscylacja Północnego Atlantyku a temperatura powietrza nad Polską. Ms. (Wyższa Szkoła Morska w Gdyni. Praca z badań statutowych WSM w Gdyni nr 143/DS/2001. 101pp. NIEDŹWIEDŹ T. 1997: Wieloletnia zmienność wskaźników cyrkulacji atmosfery nad Spitsbergenem i ich rola w kształtowaniu temperatury powietrza. Problemy Klimatologii Polarnej 7: 19 39. PAWŁOWSKA J., JANKOWSKA A., PINDOR T. 2000: Kalendarz typów cyrkulacji atmosferycznej według J. Lityńskiego (1991 1999). IMGW. Warszawa. URBAN G. 2010: Ocena wybranych metod obliczania średniej dobowej, miesięcznej i rocznej wartości temperatury powietrza (na przykładzie Sudetów Zachodnich i ich przedpola). Opera Corcontica 47: 23 34. WIBIG J. 2000: Wstępna ocena rozkładów zmienności temperatury minimalnej i maksymalnej w Zakopanem w okresie 1906 1998. Acta Uniwersitatis Nicolai Copernici, Geografia 31: 327 341. ŻMUDZKA E. 1999: Krótkookresowa zmienność temperatury powietrza w Polsce. Przegl. Geofiz., 44, 3: 115 130.

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 89 Appendix Fig. 1. Mean differences (dt) in SDTP between a given method and actual method in various weather situations (0 transitional, a anticyclonic, c cyclonic) for a year and warm season, cold season in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 1. Średnie różnice (dt) w SDTP pomiędzy daną metodą a metodą rzeczywistą w różnych sytuacjach pogodowych (0 przejściowa, a antycyklonalna, c cyklonalna) dla roku oraz pory ciepłej i pory chłodnej w wieloleciu 1998 2007.

90 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Fig. 2A. Mean differences (dt) in SDTP between the given method (M2, M3,,M7) and the actual method (M1) depending on the circulation direction for a year (I-XII) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 2A. Średnie różnice (dt) w SDTP pomiędzy daną metodą (M2, M3,,M7) a metodą rzeczywistą (M1) w zależności od kierunku cyrkulacji dla roku (I-XII) w wieloleciu 1998 2007.

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 91 Fig. 2B. Mean differences (dt) in SDTP between the given method (M2, M3,,M7) and the actual method (M1) depending on the circulation direction for a warm season (V-X) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 2B. Średnie różnice (dt) w SDTP pomiędzy daną metodą (M2, M3,,M7) a metodą rzeczywistą (M1) w zależności od kierunku cyrkulacji dla pory ciepłej (V-X) w wieloleciu 1998 2007.

92 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Fig. 2C. Mean differences (dt) in SDTP between the given method (M2, M3,,M7) and the actual method (M1) depending on the circulation direction for a cold season (I-IV i XI-XII) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 2C. Średnie różnice (dt) w SDTP pomiędzy daną metodą (M2, M3,,M7) a metodą rzeczywistą (M1) w zależności od kierunku cyrkulacji dla pory chłodnej (I-IV i XI-XII) w wieloleciu 1998 2007.

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 93 A B C D Fig. 3A D. Frequency [N] of the occurrence of differences (deviations) in SDTP in particular methods (M2, M3,,M7) versus the actual method M1 in different weather situations for a year (I-XII) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 3A D. Częstość [N] występowania różnic (odchyłek) w SDTP w poszczególnych metodach (M2, M3,, M7) względem metody rzeczywistej M1 w różnych sytuacjach pogodowych dla roku (I-XII) w wieloleciu 1998 2007.

94 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 A B C D Fig. 4A D. Frequency [N] of the occurrence of differences (deviations) in SDTP in particular methods (M2, M3,, M7) versus the actual method M1 in different weather situations for a warm season (V-X) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 4A D. Częstość [N] występowania różnic (odchyłek) w SDTP w poszczególnych metodach (M2, M3,, M7) względem metody rzeczywistej (M1) w różnych sytuacjach pogodowych dla pory ciepłej (V-X) w wieloleciu 1998 2007.

URBAN: CALCULATION OF THE DAILY MEAN AIR TEMPERATURE 95 A B C D Fig. 5A D. Frequency [N] of the occurrence of differences (deviations) in SDTP in particular methods (M2, M3,,M7) versus the actual method M1 in different weather situations for a cold season (I-IV and XI-XII) in the multiannual period 1998 2007. Ryc. 5A D. Częstość [N] występowania różnic (odchyłek) w SDTP w poszczególnych metodach (M2, M3,, M7) względem metody rzeczywistej (M1) w różnych sytuacjach pogodowych dla pory chłodnej (I-IV i XI-XII) w wieloleciu 1998 2007.

96 OPERA CORCONTICA 50/S 2013 Fig. 6A. Synoptic map dated 23.02.2006, time: 06 UTC (www.knmi.nl). Ryc. 6A. Mapa synoptyczna z dn. 23.01.2006 r. z godz. 06 UTC (www.knmi.nl). Fig. 6B. Synoptic map dated 02.01.2003, time: 06 UTC (www.knmi.nl). Ryc. 6B. Mapa synoptyczna z dn. 02.01.2003 r. z godz. 06 UTC (www.knmi.nl).