Wpływ zmian klimatu na falowanie na obszarze Bałtyku

Zadanie 6. Bałtyk jako element systemu klimatycznego i jego rola w tworzeniu się stanów zagrozenia
Wpływ zmian klimatu na falowanie na obszarze Bałtyku
klimat.imgw.pl
e-mail: [email protected]
Wysokość fali wiatrowej
Najwyższe średnie roczne wartości wysokości falowania wiatrowego (1,3 m) występują we Wschodnim Basenie Gotlandzkim, najniższe (0,9 m) u południowo-wschodnich
wybrzeży
Szwecji
(Wschodni Basen Bornholmski) oraz
w okolicy Zatok: Gdańskiej i Pomorskiej.
Od Głębi Gotlandzkiej w kierunku zachodnim i północno-zachodnim wartości średniej rocznej wysokości falowania stopniowo się zmniejszają. W miarę oddalania się
od linii brzegowej i zwiększania się głębokości akwenu, wysokość fali wzrasta.
W sezonie sztormowym (IX-III) w centralnej części Wschodniego Basenu Gotlandzkiego średnia wysokość fali wiatrowej przekracza 1,55 m. W sezonie bezsztormowym (IV-VIII) osiąga 0,85 m. W Głębi Gdańskiej w sezonie sztormowym średnia wysokość fali wiatrowej wynosi 1,1 m,
w sezonie bezsztormowym 0,65-0,7m.
W zachodniej części Basenu Bornholmskiego w sezonie sztormowym średnia
wysokość fal wzrasta do 1,2 m, a we
wschodniej jego części do 1,4 m. W sezonie bezsztormowym wysokość fali wiatrowej w Basenie Bornholmskim dochodzi
do 0,7 m.
Wzrost wysokości fali następuje w miarę
przemieszczania
się
z
zachodu
na wschód. Najmniejsze wartości wysokości fali wiatrowej uzyskano z obliczeń
dla części zachodniej Bałtyku, co prawdopodobnie jest w dużej mierze spowodowane położeniem tego akwenu z trzech
stron otoczonego obszarami lądowymi
(Nizina Meklemburska, Półwysep Jutlandzki i południowo-zachodnia część
Półwyspu Skandynawskiego) a przez to
niewielkim rozbiegiem fali.
Analiza przestrzennego zróżnicowania
wartości współczynnika kierunkowego
trendu wskazuje na istnienie ujemnej tendencji wysokości falowania wiatrowego
w skali roku. Wartości wahają się od 0,3×10-4m/dzień w Basenie Gotlandzkim
na południe od Gotlandii do poniżej
-1,2×10-4m/dzień w Zatoce Gdańskiej
i Głębi Gdańskiej. Przy ekstrapolacji
do dekady (10 lat) zmiany te wynosiłyby
odpowiednio -0,11 m oraz -0,44 m. Wi-
doczny jest również stopniowy spadek
wartości współczynników trendu (poniżej
-1,0×10-4 m/dzień (-0,37m/dekadę) wraz
z przemieszczaniem się na zachód i w rejonie Basenu Bornholmskiego.
Cennych informacji dostarcza analiza wysokości falowania w funkcji prędkości
i kierunku wiatru. Wpływ drugiego z wymienionych elementów, w przypadku południowej części Bałtyku, powinien mieć
duże znaczenie ze względu na stosunkowo niewielkie odległości między np. południowym wybrzeżem Szwecji a północnym wybrzeżem Polski i Niemiec oraz
wschodnim wybrzeżem Szwecji a wybrzeżem Litwy i Łotwy.
Wiatr zachodni największe prędkości,
przekraczające 30 m/s, osiąga we
Wschodnim Basenie Bornholmskim,
w Zachodnim Basenie Gotlandzkim nie
przekraczają one 23 m/s. W przypadku
wiatru zachodniego średnie wysokości fal
nieznacznie przekraczały 3,5 m w Basenie Bornholmskim, a w Basenie Gotlandzkim – 5,5 m. Wzrost zachodniego wiatru
o 1 m/s powoduje wzrost wysokości falowania w Basenie Gotlandzkim o 0,260,27 m, podczas gdy w Basenie Born-
holmskim o 0,13-0,15 m. Mimo że odległość między wschodnim wybrzeżem
Szwecji a wybrzeżem Litwy i Łotwy w obrębie Basenu Gotlandzkiego jest stosunkowo nieduża, to wysokość fali w Zachodnim Basenie Gotlandzkim jest znaczna.
Wynika to najprawdopodobniej z faktu, iż
w przypadku występowania wiatru zachodniego prawdopodobieństwo pojawienia się wiatru z sektorów przyległych (południowo-zachodnich) jest duże ze względu na fluktuacje samego kierunku. Wiatr
południowo-zachodni w przypadku zachodniej części Basenu Gotlandzkiego
charakteryzuje się stosunkowo długą drogą swobodnego rozbiegu nad tonią wodną, co skutkuje rozwojem falowania. Nie
bez znaczenia jest również fakt, iż w przypadku wiatru południowo-zachodniego
rozwój falowania następuje w obrębie obszaru głębokowodnego.
Wartości współczynnika determinacji między wysokością fali i prędkością wiatru są
bardzo duże (osiągają w zachodniej części Basenu Bornholmskiego wartości
– 0,97), co świadczy o silnym związku
między obydwoma elementami.
H (m)
H (m)
A
B
Zależność wysokości falowania od prędkości wiatru przy wietrze zachodnim: A - zachodni Basen
Gotlandzki B - wschodni Basen Gotlandzki
Zadanie 6. Bałtyk jako element systemu klimatycznego i jego rola w tworzeniu się stanów zagrozenia
Wpływ zmian klimatu na falowanie na obszarze Bałtyku
klimat.imgw.pl
e-mail: [email protected]
Przestrzenna i czasowa zmienność
wysokości fali wiatrowej w południowej części Bałtyku
Analiza czasowo-przestrzennej struktury
zmienności wysokości fali wiatrowej
w okresie 1988-1993 wskazuje, że mamy
do czynienia z przestrzenią sygnału rozpatrywanego elementu opisaną przez trzy
niezdegenerowane funkcje własne w skali roku, które łącznie wyjaśniają ponad 97% wariancji.
regionach Bałtyku. Największe wartości
anomalii wysokości fali wiatrowej występują w Zatoce Pomorskiej – 0,2 m, a najmniejsze między wyspami Olandią a Gotlandią – (-0,3 m). Izolinia anomalii 0 m rozciąga się wzdłuż granicy polskiej strefy
ekonomicznej. Wyznaczone dla sezonów
sztormowego i bezsztormowego empiryczne funkcje własne dają podobne wyniki jak w skali roku. W sezonie sztormowym
EOF 3 wysokości fali wyjaśnia 2,12%,
a w sezonie bezsztormowym – 3,82%.
W sezonie sztormowym (IX-III) przestrzeń
sygnału wysokości fali wiatrowej opisana jest przez trzy wektory własne, które
łącznie wyjaśniają ponad 98% zmienności
analizowanego elementu. W sezonie bezsztormowym (IV-VIII) mamy do czynienia
z przestrzenią sygnału opisaną przez
cztery funkcje własne łącznie wyjaśniające ponad 97% wariancji.
Pierwsza empiryczna funkcja własna wysokości fali wiatrowej HW w skali roku oraz
sezonów: sztormowym i bezsztormowym
przedstawia silne dodatnie anomalie. Największe wartości anomalii związane
z EOF 1 występują w sezonie sztormowym, a najmniejsze – w sezonie bezsztormowym. Analizując rozkład przestrzenny
EOF 1 wysokości fali wiatrowej w skali roku oraz obu sezonów, zwraca uwagę fakt,
że wzrost anomalii wysokości fali następuje w miarę przemieszczania się z zachodu na wschód. Najwyższe wartości
występują w centralnej części Wschodniego Basenu Gotlandzkiego, a najniższe
u południowo-wschodnich wybrzeży
Szwecji oraz w rejonie Zatok: Pomorskiej
i Gdańskiej.
Znaczenie drugiego wektora, jest w porównaniu z EOF 1, dużo mniejsze, drugi
wektor własny wysokości fali wiatrowej
w skali roku wyjaśnia 5,61%, w sezonie
sztormowym 4,84%, a w sezonie bezsztormowym 7,69% wariancji. Zakres anomalii wysokości fali wiatrowej w skali roku
waha się od -0,3 m we Wschodnim Basenie Gotlandzkim na wysokości Głębi
Gdańskiej do 0,25 m w Zachodnim Basenie Bornholmskim.
Trzeci wektor własny wyjaśnia 2,51% wariancji pola średnich wartości rocznych
i przedstawia anomalie wysokości fali
przeciwnego znaku występujące w dwóch
Empiryczne funkcje własne (EOF) wysokości fali wiatrowej (m)
w południowej części Bałtyku, w skali roku a) EOF 1, b) EOF 2,
c) EOF 3
(fot. T Krywoszejew)
Wariancja (%) wyjaśniana przez kolejne wektory własne pola wysokości fali wiatrowej
Sezon
Bezsztormowy
Kolejny wektor własny
Rok
EOF 1
89,65
91,20
85,27
EOF 2
5,61
4,84
7,69
EOF 3
2,51
2,12
3,82
Sztormowy
EOF 4
∑
1,19
97,77
98,16
97,97