Badania zmian klimatu

zmiany klimatu w Polsce, zmienność opadów, temperatury powietrza i usłonecznienia, rodzaje opadów i pokrywy śnieżnej, komponenty wrażliwe na zmiany klimatu, standardowy indeks opadów SPI, strumienie energii i masy wymieniane pomiędzy podłożem a atmosferą, metoda kowariancji wirów, wskaźnik efektywności wykorzystania wody (WUE), asymilacja modelu WRF do polskich warunków klimatycznych, modelowanie warunków klimatycznych

Niniejsza publikacja zawiera wybrane zagadnienia związane z badaniami nad zmianami klimatycznymi obserwowanymi w Polsce. W 1 rozdziale pracy analizowano zmienność opadów, temperatury powietrza i usłonecznienia na podstawie danych zebranych z 14 stacji synoptycznych rozmieszczonych w Wielkopolsce i na terenach przyległych za okres 1966-2005. Dla opadów rozpatrywano ich sumy oraz liczbę dni z opadami o wartościach co najmniej 3 i 20 mm, analizowano liczbę dni z przymrozkami i temperaturami co najmniej 25 i 30°C. Dynamikę zmian wymienionych wyżej elementów klimatu badano za pomocą regresji liniowej przyjmując dwa poziomy istotności statystycznej 0,05 i 0,10. W rozdziale prezentowane są kierunki zmian czynników termicznych i wilgotnościowych, na podstawie których można snuć przypuszczenia co do wielkości ocieplenia klimatu w bliższej lub dalszej przyszłości na terenie Niziny Wielkopolskiej. W rozdziale 2 wykonano analizę rodzajów opadów i pokrywy śnieżnej, uznając je za ważne komponenty systemu klimatycznego, wrażliwe na zmiany klimatu. W tym celu wykorzystano dane dotyczące opadów i temperatury, ze stacji w Krakowie z lat 1958-2008. W opracowaniu pokazano m.in. związek opadów śniegu oraz opadów burzowych z wysokością temperatury powietrza. W kolejnym rozdziale wykorzystano średnie dobowe sumy opadów z lat 1954-2003 zebrane dla 7 stacji położonych w strefie wybrzeża Bałtyku. Analizowano roczne przebiegi zmienności opadów oraz częstości opadów słabych i silnych. Za pomocą wybranych charakterystyk (roczne amplitudy miesięcznych sum opadów, wskaźnik nierównomierności i półokres opadowy) określono stopień kontynentalizmu pluwialnego i porę maksymalnej koncentracji opadów, a także zależność opadów atmosferycznych od regionalnej adwekcji mas powietrza. Rozdział 4 również poświęcono analizie opadów, wykorzystano miesięczne wyniki pomiarów sum opadów atmosferycznych z 6 stacji meteorologicznych, położonych w dorzeczu środkowej Odry z lat 1951-2005. W pracy rozpatrywano zmienności opadów i tendencji zmian w różnych skalach czasowych na podstawie analizy 30-letnich ciągów ruchomych. Przedstawiono miary statystyczne opadów (średnie, współczynnik zmienności, odchylenie standardowe i wartości kwantyli 10 i 90%), a także funkcje liniowe opisujące tendencje zmian opadów w 4 sezonach i roku. Z badań wynika, że dla lata oraz całego roku zachodzi tendencja malejąca opadów, ale rośnie ich zmienność, zimą rosną sumy opadów i ich zmienność, a wiosną i jesienią obserwuje się tendencję malejącą opadów i ich zmienności. Konsekwencją sumy opadów jest ilość wody w środowisku, jej niedobór prowadzi do suszy, którą można opisywać różnymi wskaźnikami. W kolejnym rozdziale wykorzystano dwa wskaźniki: wskaźnik standaryzowanego opadu SPI, który szacowano na podstawie sumy opadów z półrocza ciepłego (IV-IX), jak i z poszczególnych miesięcy oraz standaryzowany wskaźnik klimatycznego bilansu wodnego. Do badań wykorzystano dane meteorologiczne ze stacji Wrocław-Swojec z lat 1964-2006. Uzyskane wyniki wskazują na głęboki niedobór opadów w rejonie Wrocławia. Największy ujemny klimatyczny bilans wodny wystąpił w roku 1992 i w tym właśnie roku oba wskaźniki zdefiniowały suszę jako ekstremalną. Potwierdzony statystycznie wzrost temperatury powietrza w latach 1964-2004 oraz spadkowa tendencja sum opadów, pogłębia deficyt wilgotnościowy. Klasyfikacja susz według dwóch wskaźników SPI i SCWB dawała niemal identyczne wyniki ilościowe, jedynie różnie kwalifikowała ich intensywność. Kolejne dwa rozdziały poświęcono długości zalegania pokrywy śnieżnej oraz opadom śniegu. W rozdziale 6 wykorzystano dane z lat 1951-2008 zebrane na 83 stacjach meteorologicznych z terenu Polski. Analizowano liczbę dni z pokrywą śnieżną o różnej grubości w dwóch sezonach: październik-maj oraz grudzień-marzec oraz częstość pojawiania się pokrywy śnieżnej, czas jej zalegania, a także średnią i maksymalną grubość. W rozdziale 7 wykorzystano obserwacje ze stacji meteorologicznej Uniwersytetu Jagiellońskiego z lat 1951-2008. Analizowano długookresowe zmiany w datach pojawiania się i zanikania opadów śniegu, długości okresu śnieżnego, liczby dni z opadami śniegu oraz wysokości opadów. Badano trendy zmian w całym sezonie zimowym i w poszczególnych miesiącach od listopada do marca, zarówno w 58-letnim okresie badań, jak i w krótszych okresach 30-letnich. W pracy oceniono także zależność liczby dni oraz wysokości opadów śniegu od wskaźnika regionalnej cyrkulacji atmosferycznej oraz NAO. Interesujące jest, że pomimo zauważalnego ocieplenia, w Krakowie zwiększa się długości trwania sezonu śnieżnego o blisko 4 dni na 10 lat. Bardzo ważnym zadaniem dla nauki jest określenie jak zmiany klimatyczne wpływają na różne ekosystemy. Jedną z możliwych dróg odpowiedzi na to pytanie są pomiary strumieni energii i masy wymienianych pomiędzy podłożem a atmosferą, a w szczególności pomiary strumieni gazów szklarniowych takich jak CO₂ i H₂O. W rozdziale 8 szczegółowo zaprezentowano metodę kowariancji wirów (Eddy Covariance) do pomiarów wymiany tych gazów między torfowiskiem a atmosferą, dodatkowo też wyznaczono wskaźnik efektywności wykorzystania wody (WUE). Pomiary prowadzono w 2004 roku w Rzecinie. WUE jest dobrym wskaźnikiem ekosystemowym do oceny ilości wody potrzebnej do ewapotranspiracji i asymilacji CO₂ z atmosfery przez ekosystem. Zaprezentowane rezultaty pokazują sezonową zmienność tego czynnika. W pierwszym kwartale roku WUE wynosiło od 0.8 do około 1.5 g (C-CO₂) kg^–1(H₂O) (gramów czystego węgla w ditlenku węgla na kilogram wody), w okresie rozwiniętej wegetacji było to 2.8 g (C-CO2) kg–1(H2O). Zaskakujące okazało się że w okresie jesienno-zimowym wskaźnik ten kontynuował wzrost co wydaje się specyficzną właściwością obszarów podmokłych. W ostatnim rozdziale monografii omówiono właściwości Modelu Badania Pogody i Prognozowania (WRF). Model ten został użyty do przygotowania prognoz pogody dla państw Europy środkowej, w szczególności dla terytorium Polski. W rozdziale omówiono schemat funkcjonowania modelu WRF w wersji 2.2 wraz z krótkim opisem poszczególnych jego bloków. Przedstawiono sposób asymilacji modelu do Polskich warunków klimatycznych. Opisano też ścieżkę przygotowania symulacji klimatu z wykorzystaniem wyników modelu ECHAM5 zawierającego różne scenariusze emisji CO₂.