Charakterystyki klimatologiczne

Pomiary temperatury powietrza prowadzone są od ponad 250 lat. Nagromadzony materiał pomiarowy, o dość duŝej dokładności, sprawił, Ŝe metodyka opracowań klimatologicznych w odniesieniu do temperatury jest bogatsza niŝ innych elementów meteorologicznych. Warunki termiczne najczęściej są opisywane przez: - wartości średnie, - wartości skrajne (maksymalne, minimalne), - zakresy wahań (amplitudy), - dni charakterystyczne, - częstość występowania temperatury o określonych wartościach, - sumy temperatury, - termiczne pory roku, - zmienność temperatury, -- inne charakterystyki stosowane indywidualnie, w zaleŝności od rodzaju opracowania. W Polsce do 1971 roku na posterunkach meteorologicznych temperaturę powietrza mierzono trzy razy dziennie, o godzinach 07.00, 13.00, 21.00 miejscowego średniego czasu słonecznego. Od 1971 roku obserwacje te wykonywane są w godzinach 00.00, 06.00, 12.00, 18.00 czasu GMT, a obecnie UTC.

Do końca 1995 roku wartość temperatury o godzinie 00.00 odczytywana była z termogramu. Obecnie temperatura średnia dobowa wyliczana jest jako średnia arytmetyczna z temperatury maksymalnej i minimalnej oraz wartości z godzin o 6.00 i 18.00 czasu UTC. Średnią dobową wylicza się takŝe z 24 wartości cogodzinnych pomiarów automatycznych - jest to średnia dobowa nazywana rzeczywistą. Średnie: pentadowe (5-dniowe), dekadowe (10-dniowe), miesięczne, oblicza się jako średnie arytmetyczne z wartości dobowych, a średnie pór roku (traktowanych jako okresy 3-miesięczne), półroczy i roczne ze średnich miesięcznych. Na podstawie średnich z tego samego miesiąca z kolejnych lat uzyskuje się średnią wieloletnią danego miesiąca. PoniŜej zestawiono terminy pomiarów i metody wyznaczania wartości temperatury powietrza: średnich, maksymalnych, minimalnych oraz amplitudy. I. Odczyty terminowe temperatury powietrza: Do 31.12.1970 r. odczyty wg miejscowego średniego czasu słonecznego: -z termometru zwykłego t 0,7, t 13, t 21 -z termometru minimalnego - t min0,7, t min13, t min21 -z termometru maksymalnego - t max0,7, t max13, t max21

Od 01.01.1971 r. do 31.12.1995 r. odczyty wg czasu GMT: -z termometru zwykłego t 06, t 12, t 18 - z termografu t 00 -z termometru minimalnego - t min06, t min18 -z termometru maksymalnego - t max06, t max18 Od 01.01.1996 r. odczyty wg czasu UTC: -z termometru zwykłego t 06, t 12, t 18 -z termometru minimalnego - t min06, t min18 -z termometru maksymalnego - t max06, t max18 II. Średnia dobowa temperatura powietrza: Do 31.12.1970 r.: t d = ¼ (t 0,7 + t 13 + 2 t 21 Od 01.01.1971 do 31.12.1995 r.: t d = ¼ (t 00 + t 0,6 + t 12 + t 18 Od 01.01.1996 r.: t d = ¼ (t min + t max + t 06 + t 18

III. Minimalna/maksymalna dobowa temperatura powietrza: Do 31.12.1970 r.: t d min = min (t min0,7, t min13, t min21 t d max = max (t max0,7, t max13, t max21 Od 01.01.1971 r.: t d min = min (t min0,6, t min18 t d max = max (t max0,6, t max18 IV. Amplituda dobowa temperatury powietrza: a d = t d max t d min V. Średnia miesięczna temperatura powietrza: = ( tm td ) / n gdzie n jest liczbą dni w miesiącu

VI. Średnia minimalna/maksymalna miesięczna temperatura powietrza: = tm ( t ) min dmin / n = tm ( t ) max dmax / n VII. Minimalna/maksymalna miesięczna temperatura powietrza: t M min = min (t d min 1, t d min 2,..., t d min n t M max = max (t d max 1, t d max 2,..., t d max n VIII. Amplituda miesięczna temperatury powietrza: a M = tmmax tmmin IX. Średnia roczna temperatura powietrza: t g = ( tm )/12

X. Średnia minimalna/maksymalna roczna temperatura powietrza: t ( t )/12 min t ( )/ g t max 12 gmin= M max= M XI. Minimalna/maksymalna roczna temperatura powietrza: t g min = min (t M min 1, t M min 2,..., t M min n t g max = max (t M max 1, t M max 2,..., t M max n XII. Amplituda roczna temperatury powietrza: a g = t M m ca najcieplejszego t M m canajchł.

XIII. Dni charakterystyczne - są to dni z temperaturą powietrza: o - dni przymrozkowe - t min < 0 C przy > > 0 C - dni upalne - t min > 30 C - dni gorące - t min > 25 C - dni chłodne - t min < 10 C - dni mroźne - t min < 0 C - dni bardzo mroźne - t min < -10 C t d Wg niektórych badaczy, jako dni mroźne przyjmuje się dni z t min < -10 C, a jako b. mroźne z t max < -10 C. Dni charakterystyczne opisuje się m.in.. liczbą pojawiania się tych dni w m-cu, roku, wieloleciu, a takŝe określając daty początku oraz końca ich występowania.

XIV. Termiczne pory roku, wyznaczane na podstawie danych wieloletnich, są okresami o pewnych ustalonych wartościach temperatury średniej dobowej. W Polsce wyróŝnia się 6 pór roku, charakteryzujących się następującymi zakresami temperatury: -przedwiośnie 0 C t < 5,0 C -wiosna 5,0 C t < 15,0 C -lato t 15,0 C -jesień 5,0 C t < 15,0 C -przedzimie 0 C t < 5,0 C -zima t < 0,0 C XV. Metody opracowań temperatury gruntu W tym celu naleŝy wykreślić tautochrony i termoizoplety. NaleŜy w pierwszej kolejności dla wszystkich głębokości obliczyć średnie dobowe, miesięczne i roczne wartości temperatury gleby. Na podstawie obliczonych średnich kreśli się krzywe rozkładu (np.. średniej miesięcznej) temperatury gruntu na róŝnych głębokościach, tj. tautochrony (rys. 1).

Na osi rzędnych oznaczone są głębokości, a na osi odciętych temperatura gruntu. Średnie wartości temperatury gleby z poszczególnych głębokości łączą krzywe dla kaŝdego miesiąca jedna krzywa. Z tautochron moŝna zorientować się w przebiegu temperatury gruntu w zaleŝności od pory roku. Rys. 1. Tautochrony półmetrowej warstwy gruntu

Odczytane wartości temperatury na dowolnej głębokości w glebie w dowolnej porze roku umoŝliwiają takŝe termoizoplety (rys. 2). Czyli izolinie łączące jednakowe wartości temperatury gleby w całym jej profilu pionowym np.. w przebiegu rocznym. Rys. 2. Termoizoplety metrowej warstwy gruntu

Klimat i klasyfikacja klimatyczna

Istnieją trzy główne procesy klimatotwórcze: przepływ energii, obieg wody i ogólna cyrkulacja atmosfery i hydrosfery. Te trzy procesy są ze sobą powiązane i ostateczny kształt klimatu zaleŝy od ich wzajemnego współoddziaływania. Ilościowym wyrazem tego współoddziaływania są strumienie energii i wilgoci przepływające przez układ planeta-atmosfera, a szczególnie strumień energii słonecznej, który jest pierwotnym źródłem energii dla wszelkich procesów zachodzących na kuli ziemskiej. Wielkości charakteryzujące stan atmosfery ziemskiej oraz strumienie energii przepływające przez system ziemski nazywamy elementami klimatycznymi, natomiast to co wpływa na wartość tych elementów - czynnikami klimatycznymi. Pojmowanie terminu "klimat" ulega ciągłej ewolucji w wyniku coraz lepszego poznawania i rozumienia procesów oraz zjawisk zachodzących na naszej planecie. Dawniej (w XIX w.) klimat rozumiany był jako pewien średni stan atmosfery w danym miejscu na powierzchni Ziemi wyraŝony przez średnie wieloletnie wartości poszczególnych elementów klimatu. W ciągu pierwszej połowy ubiegłego wieku definicja ta uległa zmianie przez wprowadzenie pojęcia pogoda" jako jednostki klimatu oznaczającej pewien zespół wartości cechujący stan atmosfery w danym miejscu i czasie. Następstwo tych stanów i ich częstotliwość określały klimat. Następnie uwzględniono jeszcze dynamikę atmosfery, doprowadzając do tego. Ŝe obecnie pod pojęciem klimatu rozumiemy dynamikę atmosfery: następstwo frontów i mas atmosferycznych oraz częstotliwość ich występowania w dłuŝszym okresie.

Według IPCC - IV Raport - klimat w wąskim sensie jest określany jako średni stan pogody", bardziej ściśle jako statystyczny opis przy pomocy średniej i miar zmienności wartości odpowiednich wielkości (elementów meteorologicznych) w okresie od miesięcy do tysiąca, a nawet milionów lat. Klasyczny okres uśredniania określony przez WMO (Światową Organizację Meteorologiczną) wynosi 30 lat. Okres uśredniania nie jest jednak taki sam dla róŝnych elementów przy załoŝeniu takiego samego błędu w ocenie. Jest on znacznie krótszy dla elementów charakteryzujących się mniejszą zmiennością, np. temperatura, i znacznie dłuŝszy dla elementów o duŝej zmienności, np. opady. Do tego momentu charakterystyka klimatu ograniczała się jednak do analizy i definicji wielkości fizycznych. Ostatnie dziesiątki lat przyniosły jednak nowe zrozumienie procesów i zjawisk zachodzących w atmosferze i doprowadziły do pojawienia się nowych czynników kształtujących warunki klimatyczne mające swe źródło głównie w działalności człowieka. Pojawiły się dwa nowe zespoły czynników: czynniki chemiczne i oddziaływanie podłoŝa na procesy wymiany energii i materii pomiędzy powierzchnią ziemi i oceanów a atmosferą. Ten ostatni był uwzględniany i dawniej, lecz obecnie w wyniku silnego przekształcenia powierzchni Ziemi przez człowieka nabrał nowego wymiaru. NajwaŜniejszym zjawiskiem, które pojawiło się w ostatnich stuleciach, jest rosnący wpływ aktywności człowieka na dwie wyŝej wymienione grupy czynników: chemizm atmosfery i charakter powierzchni Ziemi. Obecnie podstawowym pojęciem odnoszącym się do warunków klimatycznych na naszym globie jest pojęcie systemu klimatycznego (rys. 20.1)

Pojęcie to zawiera w sobie nie tylko charakterystykę warunków meteorologicznych, wyraŝaną wartościami średnimi i ekstremalnymi elementów meteorologicznych oraz cyrkulacją atmosferyczną, ale takŝe interakcje pomiędzy poszczególnymi elementami systemu ziemskiego, takimi jak atmosfera, hydrosfera, litosfera, kriosfera i biosfera, uwzględniając takie zjawiska jak synergizm, sprzęŝenia zwrotne i nieliniowość zaleŝności pomiędzy róŝnymi elementami i procesami. Pojęcie systemu klimatycznego mieści w sobie równieŝ interakcję pomiędzy klimatem i działalnością człowieka, w tym współzaleŝność pomiędzy klimatem a socjoekonomicznym systemem oraz takie zjawisko jak telekoneksje, czyli związek pomiędzy zjawiskami klimatycznymi na terenach niesąsiadujących ze sobą. Na przykład susza w Australii występuje w tym samym czasie co susza w Indiach, temperatura powierzchni Pacyfiku w jego wschodniej części w strefie podzwrotnikowej jest związana z opadami v południowo-wschodnich stanach USA.

Klasyfikowaniem i rozmieszczaniem klimatów na kuli ziemskiej zajmuje się klimatologia regionalna - dział klimatologii. Ostatecznym efektem pracy klimatologa jest sporządzenie mapy klimatycznej. Na tej mapie wyróŝnia się trzy rzędy jednostek: strefy, obszary klimatyczne oraz obszary górskie i regiony klimatyczne. Strefy - jednostki podstawowe - wydzielono na podstawie szerokości geograficznej, rozmieszczenia mas powietrza oraz procesów wymiany ciepła i wilgoci pomiędzy powierzchnią Ziemi i atmosferą. Obszary klimatyczne - jednostki drugiego rzędu - wydzielono w poszczególnych strefach na podstawie zmienności procesów promieniowania, obiegu wilgoci i cyrkulacji atmosferycznej. Obszary górskie - jednostki drugiego rzędu - wydzielano na podstawie wpływu pasm górskich (wysokość nad poziom morza, zjawiska orograficzne) na procesy promieniowania i cyrkulacji atmosferycznej. Regiony klimatyczne -jednostki trzeciego rzędu - wydzielono na podstawie regionalnych czynników klimatycznych, takich jak rzeźba terenu, szata roślinna, proporcje pomiędzy lądem i wodą. Istnieje wiele rodzajów klasyfikacji klimatycznej w zaleŝności od podstawy klasyfikacji. Są klasyfikacje najprostsze oparte na pojedynczych elementach meteorologicznych lub ich kombinacji, na wskaźnikach hydrologicznych lub geograficzno-gospodarczych, na cyrkulacji atmosferycznej i masach powietrza oraz na naturalnych krajobrazach. Istnieje kilkaset pozycji literatury poświęconych problemowi klasyfikacji krajobrazu, omawiających szczegółowo podstawy klasyfikacji i poszczególne klasyfikacje. Dobry przegląd klimatów moŝna znaleźć w ksiąŝce Klimaty kuli ziemskiej" autorstwa D. Martyn. W tym rozdziale podano przykładowo klasyfikacje najczęściej stosowane.