INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS Nr 2/211, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddzia w Krakowie, s. 193 23 Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi Zmiany klimatyczne... Antoni T. Miler, Bernard Oko ski ZMIANY KLIMATYCZNE W PUSZCZY ZIELONKA OD 1848 ROKU CLIMATICAL CHANGES IN THE ZIELONKA FOREST SINCE 1848 YEAR Streszczenie Jednym z najistotniejszych problemów we wspó czesnej klimatologii jest zagadnienie ocieplania klimatu. Chocia nie udowodnione po za wszelk w tpliwo, wiele czynników wiadczy o zmianie klimatu w przeci gu ostatniego krótkiego okresu czasu. Prezentowane w literaturze przedmiotu stanowiska s bardzo ró norodne od skrajnych pogl dów,przewiduj cych katastrofalne skutki do w wielu regionach wiata do oceny, e problem zmian klimatu zosta wyolbrzymiony ponad wszelkie proporcje. Puszcza Zielonka po o ona jest w rodkowej cz ci dorzecza Warty, w centralnej cz ci Wielkopolski. Krajobraz jest typu m odoglacjalnego. Dominuj c form terenu Puszczy s wysoczyzny p askie i faliste. Wierzchnie warstwy skalne stanowi g ównie piaski i wiry. Dominuj cym gatunkiem drzewiastym jest sosna oraz d b. Przewa aj ce siedliska to: bór mieszany wie y, bór wie y, bór wilgotny oraz ols.klimat w Puszczy Zielonka wykazuje stosunkowo du stacjonarno. Opady atmosferyczne w latach 1848-28 nie wykazuj istotnych statystycznie zmian na poziomie istotno ci =,5. Zarówno dla poszczególnych miesi cy I XII, jak i pó roczy zimowych, letnich, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych zmiany nie s istotne statystycznie. Wyst puj jednak wyra ne okresowo ci sum rocznych opadów atmosferycznych, dominuj okresowo ci 1,- 7,- i 6,7-letnie. Warto ci prawdopodobie stwa wraz z wy szymi dla sum rocznych opadów atmosferycznych maj krótkie do 3 lat, sekwencje zbli onych warto ci. Temperatury powietrza w ww. okresie wykazuj dodatnie, statystycznie istotne (dla =,5), trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia. Natomiast dla pozosta ych miesi cy stosowne trendy nie s istotne statystycznie. Trendy czasowe rednich temperatur powietrza dla pó roczy zimowych, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych s dodatnie i istotne statystycznie na poziomie istotno ci jw. Natomiast dla pó roczy letnich trend jest nieistotny statystycznie. Podobnie jak opady atmosferyczne, rednie roczne temperatury powietrza wyka- 193
Antoni T. Miler, Bernard Oko ski zuj wyra ne kilkuletnie okresowo ci dominuj cykle 7,6-5,7- i 5,5-letnie. Warto ci prawdopodobie stwa wraz z wy szymi dla rednich rocznych temperatur powietrza, podobnie jak opady atmosferyczne, maj krótkie do 3 lat, sekwencje zbli onych warto ci. S owa kluczowe: Puszcza Zielonka, zmiany klimatyczne, zmienno temperatur powietrza, zmienno opadów atmosferycznych Summary One of the most significant problems in contemporary climatology of climate warming. Although not confirmed beyond any doubt, still numerous factors indicate climate change within the recent, relatively short period of time. Opinions presented in literature on the subject vary considerably from extreme positions, forecasting disastrous effects in many regions worldwide to the claim that "the problem of climate change has been exaggerated against all proportions". The Zielonka Forest is situated in mid-part of the Warta river basin, in the central part of the Wielkopolska region. The natural landscape is of postglacial type (Würm glaciation) with morainic plateaus plain or rolling, gravel and sandy soils as the main features. Pine and oak are the dominant tree species in forest stands. The predominant habitats are: fresh mixed coniferous forest, fresh coniferous forest, moist coniferous forest and alder. Transitional climate of Puszcza Zielonka is distinguished by relatively significant nonstationality expressed e.g. by parameters of temperature and precipitation dynamics. For the period from 1848 to 28 year, the directional changes of precipitation time series were not indicated at,5 level of significance. The trends are statistically insignificant for each month of the year, half-year, vegetation and hydrologic year periods. However the periodicity of annual precipitation was indicated. Dominating periods are 1, 7 and 6,7 year. The probability of annual precipitation is characterized by shorttime series of similar values. The mean temperature time series for the investigated periods expressed statistically significant positive trend changes for March, May, November and December (at the,5 level). The trends for mean temperature time series of winter half-year, vegetation, hydrologic year periods were statistically significant, but for summer half-year insignificant at the,5 significance level. Annual precipitation likewise temperature time series is characterized by a periodicity. The dominating cycles are 7,6, 5,7 and 5,5-year. The probability values for precipitation manifested similar regularity as the probability for the temperature (shorter than 3- year sequence of similar values). Key words: the Puszcza Zielonka Forest, climatical changes, variability of air temperature, variability of precipitation 194 WST P Zasadniczo na stan i zmienno stosunków wodnych w ekosystemach wp ywaj czynniki meteorologiczne, g ównie opady atmosferyczne i temperatury powietrza. Warunkiem koniecznym trwa o ci lasów jest sta y przyrost bioma-
Zmiany klimatyczne... sy, a ten zale y od ilo ci wytranspirowanej wody. Zatem o kondycji drzewostanów, wynikaj cej ze stosunków wodnych, b d decydowa y warunki pluwialnotermiczne [Miler 28]. Puszcza Zielonka wraz z Wielkopolskim Parkiem Narodowym stanowi trudne do przecenienia zaplecze rekreacyjno-wypoczynkowe aglomeracji pozna skiej [Kasprzak 1996]. Puszcz Zielonka nazywa si stosunkowo zwarty obszar le ny po o ony oko o 6 km na pó nocny-wschód od granic miasta Poznania. Powierzchnia tego kompleksu le nego szacowana jest na oko o 15 tys. hektarów. Z uwagi na wysokie walory przyrodniczy od 1993 roku znaczna cz puszczy wesz a w sk ad Parku Krajobrazowego Puszcza Zielonka, który obejmuje ochron blisko 12 tys. ha gruntów [Rozporz dzenie 24]. Wed ug regionalizacji przyrodniczole nej Puszcza Zielonka znajduje si w obr bie III krainy Wielkopolsko- Pomorskiej, 7 dzielnicy Niziny Wielkopolsko-Kujawskiej, mezoregionie 7b Pojezierza Wielkopolskiego [Trampler i in. 199]. Pod wzgl dem klimatycznym obszar Puszczy nale y do Regionu rodkowowielkopolskiego [Wo 1994]. Krajobraz naturalny ukszta towany zosta w wyniku dzia ania ostatniego okresu lodowcowego tj. pozna skiego stadia u zlodowacenia ba tyckiego. Warunki glebowe na terenie Puszczy s bardzo urozmaicone. Wyst puje tu ca y szereg gleb o ró nym pochodzeniu. Przewa aj gleby rdzawe (54%) i brunatne (34%), a tylko nieznaczne powierzchnie zajmuj gleby p owe (3%) i bielicowe (3%). Lasy Puszczy Zielonka reprezentuj charakterystyczne cechy szaty geobotanicznej okr gu Pozna sko-gnie nie skiego Krainy Wielkopolsko-Kujawskiej [Kasprzak 1996]. Zagadnienie ocieplania klimatu jest we wspó czesnej klimatologii ujmowane ambiwalentnie. Prezentowane w literaturze przedmiotu stanowiska s bardzo ró norodne od skrajnych pogl dów, przewiduj cych katastrofalne skutki w wielu regionach wiata do oceny, e problem zmian klimatu zosta wyolbrzymiony ponad wszelkie proporcje [Klemes 1993; Kundzewicz 28, IPCC 27]. Podstawowe elementy klimatu temperatura powietrza i opad atmosferyczny ulegaj naturalnym zmianom w czasie (cykliczno ci) oraz zmianom antropogenicznym (trendy) [Boryczka 1993; Petit i in. 1999; Wo 1994; A.T. Miler, M. Miler 25]. Celem pracy jest ocena zmian opadów atmosferycznych i temperatur powietrza wyst puj cych na terenie Puszczy Zielonka w ostatnim 16-letnim okresie, tj. od 1848 roku. (Od tego roku prowadzone s w Poznaniu systematyczne instrumentalne pomiary meteorologiczne.) MATERIA Y I METODY Opady atmosferyczne i temperatury powietrza w Puszczy Zielonka w latach 1986 28 przedstawiono na podstawie bezpo rednich wyników obserwacji prowadzonych na stacji Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, zlokali- 195
Antoni T. Miler, Bernard Oko ski zowanej w miejscowo ci Zielonka (Wyniki ). Stacja ta po o ona w centralnej cz ci Puszczy Zielonka funkcjonuje od 1986 roku. Warto ci dla lat 1848-1985 ww. parametrów meteorologicznych obliczono na podstawie prostoliniowych zwi zków regresyjnych, wyznaczonych dla jednoczesnego okresu pomiarów (tj. 1986-28) na stacjach w Zielonce i stacji IMGW w Poznaniu. Nale y zaznaczy, i przedstawione opady atmosferyczne i temperatury powietrza w Puszczy Zielonka, maj ce charakter pomiarów po rednich, w latach 1848-1985 wynikaj z istotnych statystycznie zale no ci korelacyjnych pomi dzy odpowiednimi wynikami pomiarów na stacjach Zielonka i Pozna. Ci g chronologiczny szereg czasowy F(t) dla danego parametru (np. sum opadów atmosferycznych lub rednich temperatur powietrza dla lat hydrologicznych) mo na opisa nast puj co: F( t) A 2 2 A t ( Bi sin ( t) Ci cos ( t)) ( t) i 1 Ti Ti (1) gdzie: A warto sta a, A tendencja zmian (trend), t czas, B i, C i amplitudy harmonicznych, T i okresy harmonicznych. Periodogram P(i) definiuje si nast puj co: 2 2 N P( i) ( Bi Ci ) (2 2 gdzie: N liczebno obserwacji. Funkcj P(i) wykorzystano w niniejszej pracy dla oszacowywania okresowo ci rocznych sum opadów atmosferycznych i rednich rocznych temperatur powietrza. Prawdopodobie stwo rocznych sum opadów atmosferycznych oraz rednich rocznych temperatur powietrza wraz z wy szymi obliczano nast puj co: uszeregowano warto ci (np. opadów) od najwi kszej do najmniejszej przypisuj c im kolejne liczby porz dkowe i = 1, 2,, N (gdzie N oznacza liczebno serii), prawdopodobie stwo okre lano z prostej zale no ci 196 i p i (3) N 1
Zmiany klimatyczne... WYNIKI I DYSKUSJA Opady atmosferyczne. Na rysunku 1 przedstawiono chronologiczne przebiegi sum miesi cznych opadów atmosferycznych dla kolejnych miesi cy I-XII, dla okresu 1848-28. Trendy dla wszystkich miesi cy nie s istotne statystycznie na zwyczajowo przyjmowanym poziomie istotno ci =,5. Opad Precipitation [mm] 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 184 186 188 19 192 194 196 198 2 22 x - Lata Years PI = 17,1 +,26 * x PII = 22,4 +,1 * x PIII = 9,9 +,33 * x PIV = 49,9 -,2 * x PV = -3,2 +,77 * x PVI = 136,2 -,8 * x PVII = -66, +,9 * x PVIII = 81,7 -,2 *x PIX = 27,9 +,16 *x PX = 13,8 +,26 * x PXI = -1,3 +,67 * x PXII = -31,4 +,92 * x PI PII PIII PIV PV PVI PVII PVIII PIX PX PXI PXII Rysunek 1. Sumy miesi czne opadów atmosferycznych dla stacji Zielonka w okresie 1848 28 (1932 miesi ce) Figure 1. Total monthly precipitation in gauge station Zielonka for period 1848-28 (1932 months) Po zgrupowaniu wyników sum miesi cznych opadów atmosferycznych na okresy: pó roczy zimowych (Pz), letnich (Pl), okresów wegetacyjnych (Pw) i lat hydrologicznych (Pr) obliczono stosowne regresje liniowe. Podobnie jak dla poszczególnych miesi cy, równie w wydzielonych okresach trendy czasowe nie s istotne statystycznie na poziomie istotno ci =,5 (rys. 2). Rysunek 3 przedstawia periodogram dla sum rocznych opadów atmosferycznych dla badanej stacji, dla lat hydrologicznych 1848-28. Dominuj ce s okresowo ci 1,- 7,- i 6,7-letnie. 197
Antoni T. Miler, Bernard Oko ski 8 Pz = 49, +,8 * x Pl = 163,2 +,49 * x Pw = 213,2 +,44 * x Pr = 212,2 +,84 * x 7 Opad Precipitation [mm] 6 5 4 3 2 Zima Winter Lato 1 Summer Wegetacja Vegetation Rok 184 186 188 19 192 194 196 198 2 22hydrologiczny Hydrological x - Lata Years year Rysunek 2. Sumy opadów atmosferycznych w okresie zimowym, letnim, wegetacyjnym oraz w roku hydrologicznym dla stacji Zielonka w okresie 1848 28 (161 lat) Figure 2. Total monthly precipitation in winter, summer and vegetation seasons and in hydrological year in gauge station Zielonka in period 1848-28 (161 years) Warto ci (Value) periodogramu 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Okres [lata] Period [years] Rysunek 3. Periodograf dla sum rocznych opadów atmosferycznych Figure 3. Period-graph for total yearly precipitation 198
Zmiany klimatyczne... Temperatury powietrza. Rysunek 4 przedstawia chronologiczne przebiegi rednich miesi cznych temperatur powietrza dla kolejnych miesi cy I-XII w okresie 1848-28. Wyst puj ce dodatnie trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia s statystycznie istotne, natomiast dla pozosta ych miesi cy stosowne trendy nie s istotne statystycznie na poziomie istotno ci =,5. Podobnie jak dla opadów atmosferycznych, po zgrupowaniu wyników rednich miesi cznych temperatur powietrza na okresy: pó roczy zimowych (Tz), letnich (Tl), okresów wegetacyjnych (Tw) i lat hydrologicznych (Tr) obliczono stosowne regresje liniowe. Trendy czasowe dla wszystkich rednich temperatur Tz, Tl, Tw, Tr s dodatnie. Istotne statystycznie s dla Tz, Tw i Tr, lecz nie s istotne dla Tl na poziomie istotno ci =,5 (rys. 5). Rysunek 6 przedstawia periodogram dla rednich rocznych temperatur powietrza dla badanej stacji, dla lat hydrologicznych 1848-28. Dominuj ce s okresowo ci 7,6-5,7- i 5,5-letnie. Temperatura Temperature [ C] 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2 184 186 188 19 192 194 196 198 2 22 x - Lata Years TI = -19,1 +,123*x TII = -7,5 +,43*x TIII = -13,2 +,155*x TIV = -3,6 +,15*x TV= -3,8 +,221*x TVI = 18, -,2*x TVII = 12,3 +,94*x TVIII = 1, +,132*x TIX = 15,7 -,4*x TX = 7,1 +,16*x TXI = -16,3 +,245*x TXII = -21,1 +,197*x TI TII TIII TIV TV TVI TVII TVIII TIX TX TXI TXII Rysunek 4. rednie miesi czne temperatury powietrza dla stacji Zielonka w okresie 1848 28 (1932 miesi ce) Figure 4. Mean monthly air temperature in gauge station Zielonka for period 1848-28 (1932 months) 199
Antoni T. Miler, Bernard Oko ski Temperatura Temperature [ C] Tz = -13,1 +,238 * x Tl = 9,9 +,143 * x Tw = 8, +,175 * x Tr = -1,8 +,271 * x 2 18 16 14 12 1 8 Zima 6 Winter 4 Lato 2 Summer Wegetacja -2 Vegetation Rok -4 hydrologiczny 184 186 188 19 192 194 196 198 2 22 Hydrological x - Lata Years year Rysunek 5. rednie temperatury powietrza atmosferycznego w okresie zimowym, letnim, wegetacyjnym oraz w roku hydrologicznym dla stacji Zielonka w okresie 1848 28 (161 lat) Figure 5. Mean air temperature in winter, summer and vegetation seasons and in hydrological year in gauge station Zielonka in period 1848-28 (161 years) 1 Warto ci (Value) periodogramu 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Okres [lata] Period [years] Rysunek 6. Periodogram dla rednich rocznych temperatur powietrza (w latach hydrologicznych) Figure 6. Period-graph for mean yearly air temperature (in hydrological years) 2
Zmiany klimatyczne... Prawdopodobie stwa opadów atmosferycznych i temperatur powietrza. Na rysunkach 7 i 8 przedstawiono warto ci prawdopodobie stwa wraz z wy szymi funkcji b d cych dope nieniem dystrybuant (1- dystrybuanta), odpowiednio dla sum rocznych opadów atmosferycznych i rednich rocznych temperatur powietrza. Sekwencje lat podobnych (o zbli onych warto ciach prawdopodobie stwa) nie przekraczaj 3 letnich cykli. 1, Opad atmosferyczny P = 1,4129 -,767 * R P - Prawdopodobie stwo,8,6,4,2, 186 188 19 192 194 196 198 2 R - Rok hydrologiczny Rysunek 7. Prawdopodobie stwo sum rocznych opadów atmosferycznych Figure 7. Probability of total yearly precipitation 1, Temperatura powietrza P = 3,2584 -,2318 * R P - Prawdopodobie stwo,8,6,4,2, 186 188 19 192 194 196 198 2 R - Rok hydrologiczny Rysunek 8. Prawdopodobie stwo rednich rocznych temperatur powietrza Figure 8. Probability of mean yearly air temperature 21
Antoni T. Miler, Bernard Oko ski PODSUMOWANIE I WNIOSKI Klimat w Puszczy Zielonka wykazuje stosunkowo du stacjonarno. Opady atmosferyczne w latach 1848-28 nie wykazuj istotnych statystycznie zmian na poziomie istotno ci =,5. Zarówno dla poszczególnych miesi cy I XII, jak i pó roczy zimowych, letnich, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych zmiany nie s istotne statystycznie. Wyst puj jednak wyra ne okresowo ci sum rocznych opadów atmosferycznych, dominuj okresowo ci 1,- 7,- i 6,7-letnie. Warto ci prawdopodobie stwa wraz z wy szymi dla sum rocznych opadów atmosferycznych maj krótkie do 3 lat, sekwencje zbli onych warto ci. Temperatury powietrza w ww. okresie wykazuj dodatnie, statystycznie istotne (dla =,5), trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia. Natomiast dla pozosta ych miesi cy stosowne trendy nie s istotne statystycznie. Trendy czasowe rednich temperatur powietrza dla pó roczy zimowych, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych s dodatnie i istotne statystycznie na poziomie istotno ci jw. Natomiast dla pó roczy letnich trend jest nieistotny statystycznie. Podobnie jak opady atmosferyczne, rednie roczne temperatury powietrza wykazuj wyra ne kilkuletnie okresowo ci dominuj cykle 7,6-5,7- i 5,5-letnie. Warto ci prawdopodobie stwa wraz z wy szymi dla rednich rocznych temperatur powietrza, podobnie jak opady atmosferyczne, maj krótkie do 3 lat, sekwencje zbli onych warto ci. BIBLIOGRAFIA Boryczka J. Naturalne i antropogeniczne zmiany klimatu Ziemi w XVII-XXI wieku. Wydawnictwo UW Wydzia Geografii i Studiów Regionalnych, Warszawa, 1993. IPCC The Intergovernmental Panel of Climate Change, 27. Kasprzak K. Park Krajobrazowy Puszcza Zielonka, Kronika Wielkopolski nr 3 (82), 1996. Klemes V. Design implications of climate change. Proc. Conf. On Climate Change and Water Resources Management, BallentineT., Stakhiv E., U.S. Army Institute for Water Resources, Fort Belvior, USA, 1993. Kundzewicz Z. Scenariusze zmian klimatu i ich prawdopodobie stwa w wietle najnowszych badan naukowych. Konferencja: Wyzwania polityki klimatycznej, po czona z posiedzeniem sejmowej Komisji OSZNiL, Warszawa, 21.1.28 (Maszynopis). Miler A.T., Miler M. Trendy i okresowo ci zmian temperatury oraz opadów dla Poznania w latach 1848-2. Zeszyty Naukowe Wydzia u Budownictwa i In ynierii rodowiska Politechniki Koszali skiej, In ynieria rodowiska. Nr 22, s.: 945-956, 25. Miler A.T. Las i woda wybrane zagadnienia. Studia i Materia y Centrum Edukacji Przyrodniczo-Le nej Rogów. (ISSN 159-1414) R.1. Zesz. 2(18), 22-31, 28. Petit J.R., Jouzel J. Climate and atmospheric history of the past 42 years from the Vostok ice core in Antarctica. Nature 399 (June), Nature Publishing Group, USA, 1999. 22
Zmiany klimatyczne... Rozporz dzenie Wojewody Pozna skiego nr 1/4 z dnia 26 stycznia 24r. zmieniaj ce rozporz dzenie Wojewody Pozna skiego w sprawie utworzenia Parku Krajobrazowego Puszcza Zielonka. Dz. Urz. Woj. Wlkp. nr 14, poz. 415. Trampler T., Kliczkowska A., Dmyterko E., Sierpi ska A. Regionalizacja przyrodniczo-le na na podstawach ekologiczno-fizjograficznych. PWRiL, Warszawa, 199. Wo A. Klimat Niziny Wielkopolskiej. Wydawnictwo UAM, Pozna, 1994. Wyniki obserwacji meteorologicznych na stacji w Zielonce. Katedra In ynierii Le nej UP w Poznaniu (Maszynopisy). Prof. dr hab. in. Antoni T. Miler Dr in. Bernard Oko ski Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Katedra In ynierii Le nej 6-623 Pozna, ul. Mazowiecka 41 tel. 61 848 73 66, e-mail: miler@up.poznan.pl tel. 61 846 61 13 e-mail: okonski@up.poznan.pl Recenzent: Prof. dr hab. Stanis aw Krzanowski