Klimat Polski na tle klimatu Europy Warunki termiczne i opadowe

pod redakcją Ewy Bednarz

, Bogucki Wydawnictwo Naukowe· Poznań 2010

Seria: Studia i Prace z Geografii i Geologii nr 15

Spis treści

Bartosz Czemecki, Mirosław Miętus Wstępna analiza występowania i zmienności termicznych pór roku w wybranych regionach Polski na przykładzie Pasa Pobrzeży Poludniowobaltyckich i Wyżyn Polskich

Danuta Umanówka Warunki termiczne Polski pierwszej dekady XXI wieku

Katarzyna Piotrowicz Wieloletnia zmienność termicznych rypów pogody w Krakowie

9

27

w latach 1826- 2008 . . . . . ................. 41

Aleksandra Pospieszyńska, Rajmund Przybylak Temperatura powietrza w Toruniu w okresie 1760--1764 53

Rajmund Przyby/ak, Aleksandra Pospieszyńska, Maciej Nowakowski Temperatura powietrza w Żaganiu w okresie 1781- 1792

Marek Nowosad, Mateusz Dobek, Krzysztof Siwek Warunki termiczne w Lublinie w 2009 roku a wskaźnik cyrkulacji strefowej według formuły lityńskiego.

Anna Styszyńska Zlodzenie Bałtyku a temperatura powietrza w Polsce

Mirosława Malinowska ,

67

79

95

Zawartość wody opadowej nad Polską w latach 1981- 2009 . . . . . . . . . 107

Ryszard Farat Zmienność opadów atmosferycznych w Polsce Północno-Zachodniej ... 117

Ewa Łupikasza Genetyczne typy opadów ekstremalnych w sezonie letnim w Polsce oraz ich zmienność wieloletnia w okresie 1951- 2007 . . . . .. . . 131

Piotr Piotrowski Uwarunkowania cyrkulacyjne susz wiosennych w Polsce .......... 147

Agnieszka Wypych, Danuta Cukierda, Danuta KubacJul Zróżnicowanie przestrzenne klimatycznego bilansu wodnego w Polsce (ana1iza z zastosowaniem modelu regresji wielokrotnej) .... 159

Warunki termiczne w Lublinie w 2009 roku a wskaźnik cyrkulacji strefowej według formuły Lityńskiego

The thermal conditions in Lublin in 2009 vs the zonal circulation index according to the Lityński's formula

Marek Nowosad, Mateusz Dobek, Krzysztof Siwek

Zakład Mt:teorologii i KJimatologii Uniwersytet Marii Curie-Sk łodowskiej

Streszczenie: W pracy analizowano wsp6łzmiennośl dobowych wa"ośd wskafnika cyrkulacji sm:fowej (wedlugzaloi.r:ńj. llryń.skiego) I poszczególnych charakterystyk temperatury powietrza w Lubłinie w 2009 roku. Wykorxystano wyniki pomiarów temperatury z 7 punktów zlokalizowanych w różnych częściach miasta. Wartości Otrzymanych współczynników korelacji między wskafniklem cyrkulacji strefowej a wybraną dobową charakterystyką termiczną (temperaturą średnią. maksymalną, mi­nima lną. amplitudą) okazały się bardzo zbliżone dla różnych punktów pomlaro-­wych. Natomiast współczynniki korelacji między wskaźnik.iem cyrkulacji strefowej a różnicami temperatury powietru między wybranymi punktami różnily się znacznie dla poszczególnych par punktów. Istotne statystyanie wartoki współczynników ko­relacji pojawiały się stosunkowo częStO w styczniu, czerwcu, lipcu, pafdziemiku oraz grudniu. Niewielkimi wartościami bezwzględnymi współczynników korelacji cechowal się paede wsz:ystkim maju.

Słowa kluczowe: Lublin, temperatura powierrza, cyrkulacja strefowa, klasyfikacja Utyńskiego

Summary: The study analyses the correlalion of the zooal circulation daily values (according to Utyńskl) and the individual air temperature charactenstics in Lublin In 2009. The results oftemperature measurements from seven points located In van­ous pans of the city were used. The values of correladon coefficients between Ihe zonal circulalion index and lhe selected daily thennal charaCleristics (average tem­perature, maximum, minimum, amplitude) were. very similar for IDe differenl mea­suremenl points. On the other hand, the correlation coefficient5 hetween the Index of IDe wnal drcuLation and air temperature diffe~nces helween me selected points differed significamly for selected pair of points. Statistical1y signi6cant correlation coefficients occurred relatively frequemly inJanuary,June,July, Octoher and Decem­ber. Smali absolule values of correlallon coefficients were typical especially in May.

Key words: Lublin, air temperature, zonal circuladon, Utynski dassification

80 Ma"* NowosMJ, Mateusz Dobek. Krzysztof Siwek

Wstęp

Niniejsza praca jest wstępnym etapem próby ustalenia za leżności stosunków ter· micznych w Lublinie od cyrkulacji atmos ferycznej opisywanej za pomocą zalożeń. które przyjął przed Jaty Lhyński (1969) do skonstruowania klasyfikacji typów cyr· kulacji. Celem niniejszego opracowania jest określenie wsp6lzmienności między dobowymi wartościami wska1nika cyrku lacji strefowej oraz charakterystykami temperatury powietrza w Lublinie w roku 2009. W roku rym, oprócz syslcmal)'cz­nych pomiarów temperatury powietrza w Obserwatorium UMCS na pl. Litewskim w Lublinie i prowadzonych od kilkunastu lat pomiarów w punkcie Hajdów. czy od

Rys. I. Położenie pu nktów pomiaru temperatury powietrza w Lublinie w 2009 roku : I. Plac Utewski. 2. Hajd6w, 3. Dominikanie, 04 . uJ. Żarnowiecka (parking) . 5. ul. Orelii (0gró­dek), 6. ul. Żywnego (parking) (fródło podk ładu kartograficznego: hnp://www.geopor­tal. gov.pl/)

Fig. I. The łocation ofmeasuring points of air f~mperature in Lublin in 2009. I. wtcwski Square, 2. Hajd6w, 3. Oominik.anie. 4. Żarnowiecka (parking). 5. Ofelii (garden), 6. Żywnego (parking)

Warunki rff1TllCZ1W w Lubl,nl(' w 2009 roku a wskumk cyrkulaql strefOWf.'j . ••

kilku lat w punkcie Botanik, wykonywano także pomiary w 5 innych punktach na terenie miasta (rys. I).

Barry i Perry ( 1973, s. 7) określili dwa etapy badań z zakresu klimatologii syn­optycznej: - wydzielenie typów cyrkulacji atmosferycznej. - oszacowanie elementów pogody w zależności od wydzielonych ryp6w.

Niniejszą pracę można zaliczyć do drugiego z tych etapów.

Materiał

Materiałem do obliczenia wskaźnika cyrkulacji strefowej (WCS) były dooowe war­tości ciśnienia na poziomie morza (sjp) z reanalizy NCEP!NCAR (Kalnay i in . 1996) w wybranych gridach, obejm ujące 2009 rok, a także wielolecie J 948- 2008. Uwzględniono 15 gridów na równoleżniku 40"N i 15 na równoleżniku 65°N. Doty­czy to punktów od 0° do 35"E z krokiem co 2,sa. Wybór zakresu gridów podyktowa­ny jest chęcią wykorzystan ia punktów jak najbardziej zbliżonych do tych. które uwzględniał w swojej typologii Lityński (1969).

Dane dotyczące temperatury powietrza pochodzą z punktów zlokalizowanych na terenie Lublina. Wszystkie czujniki temperatury umieszczone były na wys. 200 cm nad gruntem. W ogródku na placu Litewskim czujniki temperatury zai nstalo­wane były w standardowej klatce meteorologicznej oraz fu nkcjonował os łonięty czujnik Hobo. Czujniki Hobo umieszczono w punktach Dominikanie. ul. Żarno­wiecka, ul. Ofelii i ul. Żywnego. Natomiast w punktach Botanik i Hajdów rozloko­wano czujn iki Vaisala w oslonach. Czujnik Hobo na pl. Litewskim rozpocząl po­miary dopiero J 7 lutego 2009 roku, natomiast czujnik w punkcie Botanik mial przerwę od 21 listopada do 6 grudnia 2009 roku.

Metoda

Wartości WCS obliczono ze wzoru na uśrednioną prędkość wiat ru geostroficzne­go. Wzór ten po wprowadzeniu wartości liczoowych przyjmuje postać: WCS = 6, 1·(p40 - P6S)125, gdzie P40 i P6S to średnie ciśnienie na równoleżnikach - odpo­wiednio 40° i 65°N w strefie 0-35°E (Lityńsk i 1969, s. 7). Do obliczen ia P40 i p,~ wy. korzystano dane z 2·15 grid6w (Nowosad 20 10).

W kolej nym etapie pracy celowo nie grupowano wartości WCS w klasy Uak ma tO miejsce np. w typologii Lityńskiego). uważając, że procedu ra ta prowadzi do zmniejszenia przekazywanej informacji .

Średnią dobową temperaturę powietrza obl iczono jako średnią arytmetyczną z 24 cogodzinnych pomiarów.

Następnie okreś lono wspólzmienność między zmiennymi z dwóch gru p. Do pierwszej grupy należą: WCS w danym dniu (WCSJ, WCS dzień wcześniej (WCS I) i WCS 2 dni wcześniej (WCS l)' Do drugiej zaliczono wybrane dobowe charakterystyki temperatury powietrza w poszczególnych punktach pomiarowych

82 Marek Nowosad, Mateusz Dobek, Krzyszrof Siwek

w Lublinie (średnia. maksymalna, mini majna. amplituda. różnice z dnia na dzień) oraz różnice wybranych charakterystyk między poszczególnymi punktami. Poszu· kiwania zależności rozpoczynano od tworzenia wykresów rozrzutu (scatterplot) między dwoma zmiennymi, Przykladem są rysunki 5 i 6 (w przypadkach, gdy zależ­ności były starystyczni e nicistotne. nie rysowano linii trendu ani przedziałów ufno­ści). Uważa się, że analiza zależności powinna rozpoczynać się od sporządzenia wykresów rozrzutu i wzrokowa ocena umożliwia częSl'O określenie siły j rodzaju zależności (Slanisz 2006. s. 290). Następnie obliczono wsp6lczynniki korelacji li ­niowej (r) i zestawiono je w tabelach (przykład dotyczący zależności WCS i śred­niej dobowej temperatury powietrza przedstawiono w tabeli I) .

Termin "dobowa amplilUda temperalUry powietrza" może być stosowany bez zastrzeżeń w stosunku do wyników pomiarów prowadzonych w punktach Hajdów i Botanik. Mianowicie, w tych punktach obliczano d la każdej doby różnice między maksymalną i minimalną temperaturą otrzymywaną ze zbioru odczytów wykony­wanych co 16 s. W punkcie Plac Litewski KJatka obliczone zosraly różnice między najwyższą i najn iższą z 24 wartości cogodzinnych. W pozostałych 5 punktach obl i­czono różnice między najwyższą i najniższą ze 144 wartości notowanych co 10 mi­nUL Wydaje się, że różne metody obliczania dobowych amplitud temperatury powietrza nie wpłynęły na analizę porównań tej amplilUdy i WCS (mimo że oczy­wiście potencjalnie największe wartości powinny zostać uchwycone w punktach Hajdów i Botanik, najmniejsze w klatce na placu Litewskim). Natomiast analizę porównania WCS i zróżnicowania lempe.ratur ekscrcmalnych przeprowadzono ryl­ko dla różnic między punktami , w których zastosowano tę samą metodę pomiaru (różnice temperatury między punktami z czujnikami Hobo; oddzielnie różnice temperatury między punktami Hajdów i Botanik).

"""' 10.0

' .0

',0

<,O

2.0

0.0

- 2.0

.. ,O

" .0

" -

, " ': ' , ; , , ,

,: : .: 'J

" •

" ,; ;, , ; ,

" " ': " '

':;" I .. ~: <ł ,

"

, , .. " ,

ą -

", : \ \ .. , ' ,,' ,

f\ :~ , . , .' .\

;

" , ' . r ' ...... ...,_

, ' " "

, : .\: ,I ,, " , . " .

• " , ,. , :

N -

, ' ; , ,; , ..

Rys. 2. Przebieg roczny WCS w roku 2009 (linia prz~rywana) na Ile przebiegu w wieloleciu 1948- 2008 (linia dągla)

Fig. 2. The annual course ofzonal index during 2009 (dashed line) on Ihe background Of1hc mulciannual coursc 1948- 2008 (conlinuous linc)

Warunki termiczne w Lublinie w 1009 roku a wskainik cyrkulacji strefowej ... 83

Do wygładzenja przebiegów rocznych WCS (rys. 2) zastosowano filtr dolno­przepustowy proponowany przez von Storcha i Zwiersa dla danych codziennych ( 1999, s. 388).

Przebieg roczny wartości WCS

Przebieg roczny wartośc i WCS w roku 2009 na tle wieloletniego przebiegu roczne­go przedstawiono na rysunku 2. Dodatnie wartości WCS informują o adwekcji po­wie trza z zachodu (dokładn iej , o istn ieniu zachodniej sk ładowej wektora wiatru geostroficznego), ujemne - o adwekcji powietrza ze wschodu . Średnia wieloletnia wartość WSC dla roku \V)'nosi 1,4 m/s fjako prędkość wiatru geostroficznego), co informuje o przewadze adwekcji z sekt.ora zachodniego nad adwekcją z sektora wschodniego.

Przyjęcie przez Li tyń skiego (1969) , przy tworzeniu typologii cyrkulacji, zaloże­

nia o podziale równoprawdopodobnym trójklaso\V)'m utrudnia zauważenie wystę­powania przewagi cyrkulacj i zachodniej (Nowosad 2008). Typy cyrkul acji według klasyfikacji Li tyńskiego wydzielane są na podstawie wartości tercyli rozkładu wskaźników dla poszczególnych miesięcy. Konsekwencje tego podkreślił Nowosad (2010) przy prowadzeniu analizy dla ł at 1951 - 1999. Wartości WCS z przedz iału 0,7- 1,0 m/s reprezentowały w grudniu typy E, NE i SE, natomiast w maju typy W. NW i Sw.

Średnia roczna wartoŚĆ WCS w roku 2009 wyniosła 1,0 m/s, a dla okresu od kwietnia do września 0,7 m/ s. Na rysun ku 2 pokazano znaczne zmiany WCS w roku 2009 (odchylenie standardowe wyniosło 2,9 m/ s). Zwraca uwagę druga połowa października i pierwsza listopada 2009, kiedy WCS był zdecydowanie niż­

szyod średniej wieloletniej.

Temperatura powietrza w Lublinie w 2009 roku

Średnia roczna temperatu ra powietrza w 2009 roku wynosi ła od 8,O"C w Hajdowie do 9,4°C w punkcie Dominikanie (przy prezentacji wyników z 5 punktów posia­dających kompletne dane) . Szczegółowa analiza temperatury powietrza w Lublinie będzie tematem odrębnych opracowań . Pod kątem niniejszej pracy można zauwa­źyć, że zmienność czasowa średniej dobowej jest zdecydowani e większa od zmien­ności przestrzennej. Odchylenia standardowe, opi sujące zm ienność czasową śred­niej dobowej temperatury powietrza w 2009 roku w analizowanych 5 punktach pomiarowych, wynoszą od 8,5°C w Hajdowie do 8,9°C w punkcie Dominikanie, podczas gdy odchylenie standardowe różnic średn iej dobowej temperatury między poszczególnymi punktami okazalo się największe (dotyczy analizy 5 punktów z kompletnymi danymi) dla pary Oominikanie-Hajdów i wyniosło tyłko 0.9°C. Prze­bieg roczny średniej temperatury powietrza w tych dwóch pu nktach przedsta­wiono na rysunku 3. Najwyższe wartości notowano od 15 do 18 oraz 23 lipca, zaś najniźsze 6 stycznia oraz od 17 do 21 grudn ia 2009 roku.

84

('C)

30

25

20

15

" 5

O

-O

-" -15

-20

" " ~ ~ " i ,; ~

~ o

~ ~

Marek Nowosad, Mateusz Dobek, Krzyszro f Sivvek

• •• DomInikanie

- H.j<l6w

. o Ń

Rys. 3. Przebieg roczny średniej dobowej lempcratury POWiClrz3 w roku 2009 w Lublinie Fig. 3. The annuaJ coursc er mean 24-hour5 period ccmpcraturc during 2009 in Lublin

Porównanie wartości temperatury powietrza i WCS

Wydaje s i ę, że intcnsyvma adwekcja z zachodu powinna prowadzić do występowania względnie niskiej lemperatury powietrza latem oraz do łagodnej zimy. Porównanie przebiegów zamieszczonych na rysunku 4 sugeruje, że \Y)'Stępującc w rzeczywistości zależności są bardziej skomplikowane. Intensywna adwekcja z zachodu w początku drugiej dekady stycznia miała niewielkie odzwierciedlen ie w przebiegu średniej do­bowej temperatury w tym czasie. Już prędzej temperaturę powietrza z zakresu 5- 1 Q"C \"YS1ępującą w drugiej połowie listopada można wiązać ze znacznymi warto­ściami WCS (od 3 do 9 m/s). Obserwując rysunek 4, można zauważyć, że istn ieje wsp6lzmienność WCS i temperatury powietrza w Lublinie w grudniu 2009 roku .

Waności współczynników korelacji liniowej między WCS a średn ią dobową

temperatu rą powietrza w różnych punktach pomiarowych w Lublinie w 2009 roku zestawiono w tabeli J. Waności współczynników korelacji dla różnych punklów pomiarowych osiągają zb l i żone wartości w tym samym czasie. Istotne statystycz­nie są wsp6lzm ienności WCS i średniej dobowej temperatury powietrza w Lubli­nie w czerwcu, pażdzierniku , listopadzie i grudniu. Dodatkowo w lu tym 2009 roku istome były wsp6łzm ienności współczynnika korelacji między WCS l (określanym 2 dn i wcześniej) a średnią dobową temperaturą powiettza w Lublinie, a także dla niektórych punktów - dotyczyło to WCS I (dzień wcześniej). Wsp6łzmienność

WCS - średnia dobowa temperatura powietrza w listopadzie 2009 roku okazała się nieisroma statystycznie na poziomie a = 0,05 tylko w Hajdowie. Jest tO punkt po-

Warunki termiczne w Lublinie w 2009 roku a wskatnik cyrkulaCJi strefoweJ 85

''''''' re, 10.0 30

8.0 ., " ~ 25 t :

;: 20

8.0 . ' " , , "

<.0 , ~ : . ,

, " '. " " , . "

2.0 , ' . ; ~. , , 5 ,

0.0

, o ,

; ; "

!\ , -5

- 2.0 .. . , " .' ~" "

-<.0

Rys. 4. Przebiegi roczny średniej dobowej temperawry powielrza w Hajdowie (linia ciągła) oraz WCS (ł inia przerywana) w roku 2009. WCS - waność po zaSlOsowaniu filtru dolno­przepuSlowego według von Slorcha i Zwiersa dla danych codziennych (1999. s. 388)

Fig. 4. The annual courses of mean 24-hours period lemperature in Hajd6w (cominuous line) and [he zonal index (dashed tine) during 2009. Zonal indcx - arler the low-pass fil­Ier proposcd for daily data by von Slorch and Zwiers (1999, p. 388)

miarowy zlokali zowany w dolinie Bystrzycy i być może lokalne czyn niki odegrały ro lę w kształtowaniu temperatury powietrza w tym czasie.

Wsp6łczynniki korelacji przyjęły ujemne wartości od czerwca do września (czyli większym prędkościom adwekcji z zachodu towarzyszyła niższa temperatura po­wietrza), zaś dodatnie od pażdziernika do kwietnia (z wyjątkami w styczniu). Po­dobne znaki wsp6łczynników korelacji o trzymano przy anali zie wsp6łzmienności WCS i temperatur ekstremalnych. W miesiącach od czerwca do września włącznie występowały wartości ujemne. W pozostałych (z wyjątk iem stycznia) przeważały współczynniki dodamie.

Wsp6łzmienności WSC i temperawry minimalnej, istotne statystycznie, wystę­

powały wc wszystkich stacjach w czerwcu i październi ku oraz we wrześniu z wyją tkiem Hajdowa. Większą współzależność można zauważyć między wartościa­mi WSC a temperaturą maksymalną powietrza w 2009 roku. ł stotne statystycznie korelacje miały miejsce w końcowych miesiącach roku - w październ i ku, listopa­dzie i grudniu.

Stosunkowo dużymi (istotnymi statystycznie) dodatnimi wartościami r (oblicza­nymi oddzielnie dla 4 charakterystyk temperatury - śred niej, maksymalnej. mini­malnej i amplitudy) cechował się październik 2009 roku. Ni skie wartości bezwzgłęd­ne r otrzymano dla wsp6łzmienności WCS i temperawry powietrza w Lubłinie w maju i sierpniu 2009 roku (dla tempcrawry minimałnej także w marcu 2009).

86 Marek NowoSiJd, Mareus.z Dobek, Krzysztof Siwek

2009 (cały rok) 10 ,--------------------------------,

• 8

• 6 • • •

2

• • • .- '" . . • ••• • .. .. ... \. ...... . . .... ,.. r~ ~ .'. ~ __ ~ .. .. -----.-.--

• • 4 •

;. 'I:~ ~.;~ . . ...... . ,....... ~-~~! . . ........ . -o --- ------ .... - - , : ~ ~A7..-i -... i ------;".. ·_------------·--·--___ ___ __ __ ._.-• .--'!,:-.:,:<Cf ... ",,,. •• • • ••

-2 .'i~ .. -.··.· . . , ... -.. ~. .. . .. . . ..... . _. . . • • "'.. • przedz..ufności 0,95 •• • ••

• • • -6 _.

Y = -O,0931+0,0936·x •

-8 •• lr=o,ll02; r'=O,0122; p=o,0353 1 .10 L----~-'=======::=J

-6 -4 -2 O 2 4 6 8 10 12

WCS (l1'Is)

grudz ień 2009

10 ,-------------------------~~---,

8

~ 8

4

2

-a

• , ,

•

•

•

• • •

• •

.'

•

, ,

.. ' - ------

przectz .ufności 0,95

y =..(l, 1411+0,5777"x

---

r = 0,4979; r' = 0,2479; P = 0,0044 1

-10 L....~-----~-------~ __ ----~,--J -a -4 -2 O 2 4 6 8 10 12

WCS (m/s)

Rys. 5. Wykresy roZr7: UIU określ ające wsp6 lzmienność WCS i średnia dobowej temperatury powietrza w punkcie Żarnowiecka

Fig. 5. Scattcrplms af zonal index and the mean 24-hours period air Icmpcralurc in Żarnowiecka measurc-poi m

Warunki termiczne w Lublinie w 2009 roku CI wskatnik cyrkulc1(ji 5trefovve/ .. , 87

Tabela l, Współczynniki korelacji mi~zy WSC a temperaturą powietrza w Lublinie w 2009 roku WCSu wskaźnik w danym dniu, WCS 1 - wskaźnik dzień wcześniej, WCS_2 - wskaź· nik 2 dni wcześniej, Tłustym drukiem oznaczono wskaźniki istOme na poziomie Q = 0,05

Table l , Corre lation coefficients ofzonal index and air tempcrature in Lublin in 2009. WCSo - zona! index in consider day, WCS l - zona! index day beforc, WCS l - zona! indcx 2 days bcfore, Thc va!ues sign ificam on (he leve! Q = 0.05 are printed in baJd numbers

,ok

slyczeń

luty

marzec

kwiecień

czerwiec

lipiec

s ierpień

wrzesień

październik

WCS,

WCS ,

Plac K1alka

0,02

0,03

WCS , 0.02

WCs. - 0,24

WCS I - 0,08

WCS , 0,08

WCS, 0,30

WCS , 0,36

WCS , 0,38

WCS. 0,19

WCS I 0,33

WCS , 0,22

WCs. 0,32

WCS ,

WCS ,

WCS,

WCS,

WCS ,

wcs, WCS ,

WCS .

WCS,

0,29

0,08

0,26

0,11

-0,08

- 0 ,38

-0,47

-0,50

- 0,31

I>lac Domini, Żarno-Dfelii Żyw,,,,o "'I'dów Bolanik

Hobo kac"c""--C:-:::-_wiecka , , , , , , , , ,

0, 19

0,33

0,22

0,32

0,29

0,08

0,27

O, H

wO,08

- 0,37

-0,47

-0,50

...(),29

0,01 0,02 0,02

0,02 0,03 0,03

0.0] 0,02 0,02

-0,26 -0.24 "'().25

-O, I O - 0,07 ...(),08

0,06 0.09 0,08

0,31 0,29 0,30

0,38 0,36 0,36

0,39 0.38 0,38

0,21

0,34

0,21

0,3 1

0,28

0,07

0,25

0,10

wO,09

-0,37

-0,46

- 0 ,50

- 0,34

0,18

0,32

0,23

0,34

0,31

0,09

0.27

0.13

-0,06

-0,38

-0,47

-0,50

-0,29

0,20

0,32

0,22

0,3 1

0,29

0,09

0,25

0.10

-0,09

- 0,38

- 0,47

- 0 ,50

-0,32

0,03

0,03

0,02

0,0]

0,Q3

0,02

-0.20 -0,24 - 0,22

-0,03 -0.09 -0.05

O,H 0,04 0,\0

0,31 0.31 0,30

0,37 0,39 0,37

0,38 0,39 0,39

0,20

0,33

0,23

0,33

0.30

0,09

0,27

0,12

-0,07

- 0,36

- 0,46

-0,49

-0,28

0,12 0,17

0,25 0,3 1

0,\7 0,22

0,34 0,35

0,33

0,05

0,26

0,14

-0,03

- 0,4 1

- 0,49

-0,51

wO,30

0,31

0,08

0,27

0.12

- 0,06

-0,38

-0,48

-0,50

-0,29

WCS , "'().23 -0,22 -0,26 -0,2 1 -0.24 - 0.20 -0,21 - 0,21

WCS., -0,17 -0,16 -0,19 -0,18 -0,18 -0, 15 -0,16 -0,16

WCS. -0.10 - 0,\ 3 - 0,17 -0,09 -0, 16 ...(),O9 ...(),13 -0,09

WCS , -0,09 - 0,13 -0, 16 -0,10 - 0,16 -0,11

WCS , -0,17 -0,22 -0,24 -0,20 - 0.23 - 0.21

WCS. -0,23

WCS , ...(),28

WCS , - 0,34

WCS. 0,66

WCS I 0,67

WCS. 0,56

-0,21 - 0,24

-0,26 -0,29

-0,3] -0,33

0,66 0,66

0,67 0,68

0,56 0,57

-0,20 - 0,26

-0,26 -0,28

-:-O:c,J;-:4~-::-O,33 0,64 0 ,65

0,65 0,66

0,54 0,55

- 0,23

-0.27

-0,32

0,66

0,67

0,55

- 0,08 -0,09

-0, 14 - 0, 18

- 0, 19 -0,23

-0.2] - 0,27

-0,25 -0,32

0,64 0,64

0,63 0,65

0" .'-, ~~0",'~4 _

88 Marek NowoSiKf. Ma/rusz Dobek. Krzysztof Sr.vek

~--~

Plac Plac Domini- Orclii :lamo- Żywnego Hajd6w Botanik Klatka Hobo kanic wiccka

~--~-

liStOP.1d WCS, 0,39 0 ,4 1 0,39 0,37 0.38 0 ,42 0,32 , WCS , 0.38 0,40 0,39 0,38 0.39 0,43 0,31 , WCS , 0.38 0,40 0.38 0,38 0,40 0,43 0,3 1 ,

grudzień WCS. 0,4 1 0,42 0 ,4\ 0 ,4\ 0 ,42 0,42 0,40 , WCS , 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 0,62 ,

_ ~~----.Y!.~ 0.74 0,74 0 ,74 0,74 0,74 0 ,74 0,73 ,

Wsp6ł zmienność dobowej amplitudy powietrza w Lu bli nie w skali ca lego 2009 roku z wanościami WCS wydaje się niewielka. Pokazuje tO wykres rozrzutu (rys. 6). Mimo że współczynni ki korelacji m iędzy WCSo a dobowymi amplitudami tcm­peratury powietrza są statystycznie istotne w prawie wszystkich punktach (z wyjątk iem pun ktu Orelii - tab. 2), tO zmienność dobowej amplitudy tem peratury. która może być wyjaśniona przez zmien ność WCS, jest niewielka (poniżej 2% dla WCSo i pun ktu Żarnowiecka). Dla WCS I wartości r są niższe ni ż dla WCSIl' a d la WCS l jeszcze n i ższe. W tabeli 2 zamieszczono wspólczynniki korelacji tylko dla tych mies ięcy, dla któ rych wystąpiły wartośc i r statystycznie istotne.

Wartości r is!Otne l1a poziomic a. = 0,05 notowano w styczniu, marcu, paździer­niku, listopadzie i grudniu . W tych mies iącach byly tO wartośc i dodatnie, czyli wię-

18

16

" ci E 12 • t~ " i~ , •

ł , • , o -3

r · 0.1322; r t " 0.0175 ; p . 0.0115

Y _ 1,5242+0,1852'.

• • • •

..... I : • • .' ... . ..... . . ." ,- ..

••• ,.' o • '. •• ' , 'o , ' . : , . , " • " ,,. " , , ' # " ~#",.,., • .

• ... I # .... . - , • " .! 4 ~ • , , . ~I~~ •

•

•

, , ,. • i " , , .. , .. .., , ".J ..... :..-._.# ' ... . ---- ... ~ '.0 , .., .. , ~ .. • ... , ., . 'A ,.. • . .. ','- ".,. , . .. .. _~ .. .. "'-.,. ~ .. .' .. . .. ;,..... ' : .... • • • • • .. .

-, o , • WCS(m/I)

• • • •

,

paed. ufl'lośd 0,95

•

• • •

, " 12 "

Rys. 6. Wykres rozrzutu okreś l ający wsp6 lzmiennośt WCS i dobowej amplitudy temperatu· ry powietrza w punkcie Żarnowie<ka w 2009 roku

Fig. 6. Scancrplol ofzonal index and [he (wenty-four hours ampliludc of air Icmperarurc in Żarnowiecka mcasure-point in 2009

Warunki fermiczne w Lublinie w 2009 roku a wskatnik cyrkulacji strefowe/ ... 89

kszej wartości składowej zachod niej wiatru geostroficznego odpowiadała większa dobowa amplituda temperatury powietrza, co wydaje się dość zaskakujące. W cza­sie miesięcy nieuwzględnianych w tabeli pojawiały s ię ni ewielkie wartości zarów­no dodatnie, jak i ujemne (nieistolne statystycznie) .

W punkcie Żarnowiecka wystąpiły 23 dni, w czasie których dobowa ampl ituda temperatury powietrza przekroczyła l4QC. WCS przyjmował w tych dniach od - 3,0 do 5,5 m/s (rys. 6). Dotyczyło tO wybranych dni okresu od 5 kwietnia do 27 wrze­śnia 2009 roku. Zanotowano tam l eż 13 dni z ampl itudą mniejszą od re. WCS zm ieniał się od - 3,6 do 3,0 m/s. W czasie 10 z tych 13 dn i WCS był ujemny (czyli składowa wschodn ia przeważała nad zachodnią). Dni z ampli tudą mn iejszą od rc w punkcie Żarnowiecka wystąpiły od 14 października do 31 grudnia 2009 roku. Analiza ryciny 6 ukazuje, że zarówno największe, jak i naj mn iejsze wartości dobo­wej amplit udy temperatury powietrza w 2009 roku nie były związane ze skraj nymi wartościami WCS.

Porównanie zmian temperatury powietrza z dnia na dzień i WCS

Obliczono wartości współczynników korelacji między zmiennymi z dwóch grup. Pierwszą stanowiły wartości WCS, drugą różnice średniej dobowej temperatury powietrza z dnia na dziel'! w poszczególnych punktach pomiarowych. Przeważały ni skie wartości bezwzględne współczynni ków korelacji. Istotne na poziomie a = 0,05 okazały s ię jedynie za leżności WCSo i zmian temperatury w całym roku (przy wartości ach współczynników korelacji liniowej około O, 11) oraz za leżnośc i WCSo (dla punktów położonych w śródmieści u Lublina takie WCS l) i zmian temperatu ­ry w grudniu (wartości r około 0,49- 0,52 dla WCSo oraz 0,34-0,36 dla WCS_1).

Współczynnik i korelacj i przyjmowały dodatnie wartoŚci w styczniu, lipcu i grudni u (znaczna wartość składowej zachodniej wiatru geostroficznego odpowiadała znacznej zmianie średniej dobowej temperatury powietrza z dnia na dziel'!) , nato­miast ujemne wartości współczynn ików korelacji wystąpiły w czerwcu, wrześniu oraz li stopadzie. W pozosta łych miesiącach nOtowano zarówno dodatnie, jak i ujem ne wartości r. Pamiętać jednak trzeba, że współczynniki r nie były istotne na poziomie a = 0,05 (z wyjątkiem sytuacji wymienionych wcześniej).

Mimo teoretycznej istotności współ zmicnności WCSo i zmian temperatu ry po­wietrza dl a ca łego roku 2009, powiązania tych wielkości wydają s ię s łabe . Obrazuje je wykres rozrzutu na przyk ładzie punktu Żarnowiecka (rys. 6). Tylko około 1% zmien ności zmian średniej dobowej temperatury powietrza z dnia na dziel'! można próbować tłumaczyć zmiennośc ią WCSo. Mówi o rym waność współczynni ka de­terminacji (~) równa 0,0122. Wsp6ł zmienność w grudniu 2009 roku była większa i lU można próbować wyjaśniać około 25% zmian średniej dobowej temperatury powietrza zmianami WCSo.

90 Marek Nowosad, Mateusz Dobek, Krzysztof Siwek

Tabela 2. Współczynniki korelacji między WSC a dobową ampl i tudą temperatury powietrza w Lublinie w roku oraz w wybranych miesiącach 2009 ro ku. WCSo - wskażnik w danym dniu. WCS_1 - wskai nik dz ień wcześniej . WCS l - wskaźnik 2 dni wcześniej . Tłusrym

drukiem oznaczono wskaźniki istotne na poziom ic o. = 0,05 Tablc 2. Correlation coeflkiem s o rzonal index and Iwenty-fouT hours amplitude e r air tem­

pcraturc in Lubl in in [Ile wholc year and in chosen months in 2009. WCSo- zonal index in considcrday. WC$ L - w nal indcx day beforc, WCS z - zonal index 2 days before. The valucs significam on (he IcvC! a = 0,05 are primcd in boJd num bers

Plac Klatka

Plac Domini- O' '" żarllO- ' Hobo kanic 'c Ił wiech Zywnego Hajdów Botanik

mk WCS. 0 , 14 0 ,14 0 , 12 0, 10

WCS , 0,09 0,09 0.07 0,06

.,--_-'w""c~S , _O,O~ 0,04 ~1 __ 0,O l sl}'(zeń Wcs. 0,50 0,54 0,5 1

WCS , 0,5 1

~CS , 0,30 marzec WCS, 0,44 0,45

0 ,46

0.27

0,66

WCS , 0,44

WCS , 0,24

patdzicmik WCS. 0,70

liStopad

grudzień

WCS , 0 ,7 1 0 ,68

WCS '-----O,7~'_ 0,70 Wcs. 0 ,44 0,43

WCS I 0, 51 0,5\

WCS L- 0 ,45

WCS. 0,42

WCS , 0.3 1

WCS , 0, 17

0,46

0 ,44

0.35

0.22

0,53

0,3 \

0,42

0 ,45

0.3 ]

0 ,6 5

0,48

0,29

0,46

0 ,4 7

0.21

0 ,6 1

0 ,69 0 ,67

~2 __ 0.72

0,4 1 0.39

0,4 7 0,47

0 ,4 2

0 ,43

0,33

0,\8

0,43

0,46

0 ,38

0,25

0,1)

0.08

0,Q3

0,5 1

0,46

0.25

0 ,43

0,4 6

0.25

0,66

0 .69

0,72

0 ,4 1

0,45

0 ,39

0,46

0,39

0.27

0, 12

0,07

0,02

0,4 7

0,44

0,28

0,45

0,44

0.23

0,63

0,67

0 ,71

0,42

0,49

0 ,44

0,4 7

0,40

0,27

0 , 11

0.06 0 ,02

0,43

0,45

0,37

0,43

0,42

0,25

0 ,4 1

0 ,42

0,46

0 ,4 1

0,52

0,49

0,49

0,36

0,22

Porównanie różnicy temperatury między poszczególnymi punktami pomiarowymi i WCS

0, 12

0,11

0,08

0.39 0,36

O,JO

0 ,48

0,49

0,3 1

0,64

0.72

0,77 , , , , , ,

Analiza r6żnic średniej dobowej temperatury powietrza między 4 punktami, w kt6-rych stosowane są tak ie same czujniki (oraz pos iadających komplet danych w 2009 roku): Żarnowiecka , Domi nikanie, Żywnego i Ofelii, a także WCS ukazuje istOtne korelacje różn ic związanych z punkt em Żywnego. W skali ca łego roku 2009 współczynni ki korelacji między WCSo a r6żnicami temperamry m ięd zy Żywnego i innymi punktami wyn ios ły odpowiednio: z punktem Domin ikanie 0,28, z Żarno­wiecką 0,36 i OfeJii 0,2 1. Wszystkie okazaly s ię istotne na poziomi e a = 0,05. Dla tych r6żnic istotne statystycznie (choć osiągające niższe wartośc i r) są też współczyn n i k i korelacji z WCS I oraz WCS 2. Większej wartości WCS (wzroSt skladowej zachodniej wia tru geostroficznego) odpowiada n i ższa temperatura w punkcie Żywnego w stosunku do innych punktów.

Warunki termiczne w lublinie w 2009 roku a wskatnik cyrkulacji strefowej ... 91

Zauważyć także można istotne statystycznie wartości r między WCS a różnica­mi temperatur ekstremalnych m iędzy wybranymi punktami. Zwracają tu uwagę wsp6łczynniki korelacj i okolo 0,5-0,6 (Dominikanie - Żyvmego - różnica tempe­ratury maksymalnej w styczn iu , lipcu i grudniu, różn ica temperatury minimalnej w styczn iu i listopadzie).

Analiza związana z różn icami temperatury między poszczególnymi punktami wskazuje, że stosunkowo znaczne wartości bezwzględne r między WCS a różnica­mi temperatury notowano w styczn iu i lipcu 2009 roku, natomiast niskie - w lu­tym i w maju.

Dyskusja

Podjęta próba szczegółowej analizy wsp6łzmienności między dobowymi warto­ściami WCS oraz dobowymi charakterystykami temperatury powietrza w Lublinie wskazuje na brak prostej, jed noznacznej za leżności. Warto zwrócić uwagę, że Li­tyński (1969) wybral do obliczania wskaźn i ków cyrkulacji dane ze stosunkowo rozległego obszaru Europy (okreś lonego równoleżnikami 40 i 65°N oraz poludni­karni O i 35°E). Wewnątrz tego obszaru mogą zachodzić procesy synoptyczne mające wpływ na warunki termiczne m.in. w Lublinie. Ważną rolę , szczególnie przy analizowaniu korelacji WCS ze zróżnicowaniem amplitud dobowych tempe­ratury oraz różnicami temperatury powietrza miedzy poszczególnymi punktami w Lublinie, mogą odgrywać fronty atmosferyczne. Przejście frontu chłodnego może prowadzić do znacznych temperatur skrajnych w czasie doby. Przykład zróżnico­wanej szybkości wskazań obniżania się temperatury powietrza zamieszczony jest w tabeli 3. W rym czasie bezwładność cieplna standardowej klatki metcorologicz­nej prowadziła do sytuacji, że o godz . 18 UTC temperatu ra powietrza w klatce była o 3,7cC wyższa niż w jej Ofoczeniu.

W tabelach prezentujących współczynniki korelacji między WCS a poszczegól­nymi charakterystykami temperatury powietrza w określonych punktach (przy­kladowo w tab. l) zwracają uwagę zbl iżone wartości r w wierszach tabeli. Wyjąt­

kiem są zależności związane z punktem pomiarowym w Hajdowie - zwłaszcza przy anali zie zależnośc i z temperaturą minimalną w listopadzie. Generalnie jednak mo-

Tabela 3. Temperatura powietrza w Lublinie w wybranych godzinach 17.08.2009 Table 3. Ai r temperature in Lublin in some hours of 17.08.2009

Dala i czas lfrc Plac Plac Domini- orelii Żarno-Żywne1:o Hajd6w Bolanik

Klatka "oho kanic wiccka --

2009-08- 1715;00 29,9 29,9 30,4 29,0 30,6 31,2 29,2 31,2

2009-08- 17 16:00 29.5 29.2 29,2 28.0 29.1 29.8 27,3 29.1

2009-08- 171 7;00 28.3 27,7 27,7 26, 1 27,6 28,3 25,9 26,9

2009-08- 1718;00 26,0 22,3 22,9 21.8 22.7 21.6 ]9,6 20,9

2009-08- 1719;00 20,7 19,7 20,2 19.8 20,4 19,5 17,7 20,1

2009-08- 1 7 20;00 20,6 20,3 20,6 19.7 19,8 20,5 17,0 20.3

., Marek Notwosad, Mateusz~, Krzysztof Siwek

źna postawić hipotezę. że do dalszej analizy powiązań WCS i temperatury powie­trza w Lublinie wystarczy obliczać korelacje dla jednego punktu (np. plac Litewski - klatka) i wyniki powinny być zbliżone do wyn ików z większości punktów pomia­rowych zlokal izowanych na terenie miasta. HipOlcza taka nie wydaje się natOmiast słuszna przy analizie powiązań WCS i różnic temperatury powietrza między po­szczeg61nymi punktami.

Można podkreśli ć, że uzyskanie niekiedy wysokich wartości r nie musi dowo­dzić istnienia ścislej zależności między badanymi wielkościami . Wano przytoczyć tu opinię Węglarczyka (2004, s. 15): .. ... zależność stochastyczna (a przez tO regre­sja) oznacza rylko wsp6łzmienność badanych zmiennych i nic poza rym. Inną sprawą jest natomiast przyczyna tej wsp6łzmienności, klóra jest w ogólności troja­ka: (i) wsp6łzm ienność jest efektem przypadku (a więc tylko synchroniczność, nic więcej, nie ma przyczyny); (ij) wsp6łzmienność jest skutkiem działania ukrytej zmiennej rządzącej obiema badanymi zmiennymi; (iii) wsp6łzmienność jest wyni ­kiem zależności przyczynowo-skutkowej badanych zmiennych. Należy podkreślić, że statystyka w żaden sposób nie rozstrzyga o przyczynowości czegokolwiek - pro­blem ten leży w ogóle poza matematyką i należy do jej interpretacji".

Analiza przedstawiona w niniejszej pracy obejmuje dane tylko z jednego roku i ukazuje kierunki dalszych badań (na danych wieloletnich), nie rozstrzygając o ist­nieniu (bądź nie) zależności przyczynowo-skutkowej.

Jak wcześniej wspomniano, niewielkie waności r między WCS i temperaturą powietrza nOlowano szczególn ie w maju i w sierpniu. NalOmiast analizując wsp6łczynniki korelacji między WCS a różnicami temperatury, notOwano ni skie wartości w lutym i w maju . Zwraca uwagę maj 2009 roku, kiedy wydaje się. że wsp6łzmienność WCS i charakterystyk temperatury powietrza w Lublinie była najmniejsza.Jest tO zbieżne z wynikami pracy Kożuchowskiego (2003) i Nowosada (2004). którzy prezentowali odmienność cyrkulacji atmosferycznej nad Polską w maju w porównaniu do innych miesięcy.

Wnioski

• Analiza wsp6łzmienności WCS i wybranych dobowych charak terystyk tempe­ratury (wartości średnia, maksymalna. minimalna oraz amplituda dobowa) w poszczególnych punktach pomiarowych w Lublinie w 2009 roku pokazała, że waności współczynników korelacji dotyczących poszczególnych punktów po­miarowych są do siebie zbliżone. Pozwala tO na prowadzenie analogicznych anali z wielolecia z wykorzystaniem danych z jednej s tacji. Natomiast wsp6łzmienność WCS i róźnic temperatury powietrza wymaga indywidualnego podejścia do poszczególnych par porównywanych punktów.

• Ujemne wartości r między WCS a charakterystykami temperatury powietrza 00 czerwca do września są zgoone z oczekiwaniami i wydaje się, źe infonnują o ochładzającej roli cyrkulacji zachooniej latem. Waności r istotne Sta tystyczni e wystąpiły w czerwcu (przy analizach dla temperatury minimalnej - także we wrześniu).

Warunki termiczne w Lublinie w 2009 roku a wskażnik cyrkulacji strefowej. .. 93

• Dodatnie, istotne statystycznie wartości r (niekiedy ponad 0,70) między WCS a temperaturą powietrza były charakterystyczne dla 3 ostatnich miesięcy roku 2009 (przy temperaturze minimalnej - z wyjątkiem listopada). Większa war­tość składowej zachodniej cyrkulacji atmosferycznej jest współzmienna z wyż­szą temperaturą powietrza w czasie tych miesięcy.

• Zauważono wsp6łzmienność WCS i różnic temperatury powietrza między punktami w sytuacji, gdy jednym z analizowanych punktów był punkt Żywne­go. Wydaje się, że wzrostowi składowej zachodniej cyrkulacji atmosferycznej odpowiada niższa temperatu ra na Żywnego (w stosunku do innych punktów pomiarowych). Autorzy dziękują wykonawcom projektu NCEP/NCAR za możliwość wykorzy­

stania danych gridowych do niniejszych analiz.

Literatura Bany R.G., Perry A.H. 1973. Synoptic dimatology. Methods and Applications. Methuen,

London. Kalnay E. i in. 1996. The NCEP/NCAR 40-year reanaJysis project. BulI. Amer. Meteor. Soc.,

77: 437- 470. Kożuchowski K. 2003 . Cyrkulacyjne czynniki klimatu Polski. Czasopismo Geograficzne,

LXXIV, 1- 2: 93- 105. Lityński J. 1969. Liczbowa klasyfikacja typów cyrkulacji i typÓw pogody dla Polski. Prace

PIHM, 97: 3- 14. Nowosad M. 2004: Próba zastosowania metody wydzielania nalllralnych okresów synop­

tycznych na przykładzie dorzecza górnej Wisły . W: Z. Miehalczyk (red.), Badania geo­graficzne w poznawaniu środowiska. Polskie Towarzystwo Geograficzne - Oddział Lubelski, UMCS, Wyd. UMCS, Lublin, s. 439-445.

Nowosad M. 2008. Remarks about the Lityński classification caJendar of the types of the at­mospheric drculation. W: K. Piotrowiez, A. Wypych (red.), Advances in weather and drculation type classifications & applications (COST&33 Mid-term Conference). Book ofabstracts, COST-ESSEM (COST Anion 733) . Jagiellonian University Kraków,lnstitu­te ofMeteorology and Water Management, Branch in Kraków, 66.

Nowosad M. 20 l O. The characteristics of the zonal circulation index over Poland according to the Lityński classification (http://lublin.academia.edu/MarekNowosad/Papers) .

Stanisz A. 2006. Przystępny kurs statystyk.i z zastosowaniem ST ATISTlCA PL na przykładach z medycyny. T. 1. Statystyki podstawowe. StatSoft, Kraków.

von Smrch H., Zwiers F.W. 1999. StatisticaJ AnaJysis in Climate Research. Cambridge 463 University Press.

Węglarczyk S. 2004. Wybrane problemy stosowania metod statystycznych. W: A. Bokwa, Z. Ustrnul (red.), Zastosowanie wybranych metod statystycznych w klimatologii. lGiGP Uj, Kraków, s. 11-18.

•

Zakład Meteorologii i Klimatologii Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej

al. Kraśnieka 2cd, 20-718 Lublin e-mali: Marek.Nowosad@umcs.pl