Klimat odczuwalny strefy polarnej w świetle wybranych wskaźników

Warunki bioklimatyczne strefy polarnej na przykładzie południowo-zachodniej części
Svalbardu
Krzysztof Migała*, Dariusz Puczko**, Sebastian Sikora*
*- Zakład Meteorologii i Klimatologii Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego, Uniwersytet Wrocławski
**- Zakład Badań Polarnych Instytutu Geofizyki PAN, Warszawa
WSTĘP
Prowadzone badania nad zachodzącymi w środowisku naturalnym zmianami są najefektywniejsze na
obszarach pozbawionych antropopresji. Takim miejscem jest Svalbard (Spitsbergen), gdzie zlokalizowana jest
Polska Stacja Polarna, położona w niewielkiej odległości od wejścia do fiordu Hornsund, na jego
północnym brzegu, nad zatoką Isbjørnhamna, na wysokości ok. 10 m n.p.m.. Konieczność przebywania
tam ludzi przez cały rok, rodzi pytania o warunki bioklimatyczne, w jakich muszą oni egzystować. W ostatnim
okresie powstało kilka prac na ten temat (Araźny, 2003; Owczarek, 2004; Pereyma i SzczepankiewiczSzmyrka, 1992), lecz obecny rozwój bioklimatologii a szczególnie udoskonalenie narzędzi i metod
badawczych pozwala spojrzeć na to zagadnienie w nieco inny sposób.
MATERIAŁ ŹRODŁOWY I METODY
W niniejszym opracowaniu użyto dane meteorologiczne zmierzone i zaobserwowane o godz. 00, 03, 06,
09, 12, 15, 18, 21 (czasu UTC) w Polskiej Stacji Polarnej Hornsund w okresie 1991-2000. Dane te to:
temperatura powietrza [t, oC], ciśnienie pary wodnej [e, hPa], ciśnienie atmosferyczne [P, hPa], prędkość
wiatru [v, m/s], wielkość zachmurzenia [N, %].
Do analizy warunków bioklimatycznych SW Spitsbergenu zastosowano kilka, wybranych kompleksowych
wskaźników biometeorologicznych, do których należą: temperatura odczuwalna (STI, oC), zawartość tlenu
w powietrzu (O2, g/m3), wskaźnik ostrości klimatu Bodmana (SB, bezwymiarowy), maksymalny czas
przebywania (MTE, minuty), wielkość ochładzająca powietrza (H, W/m2).
Temperatura odczuwalna (STI) jest wskaźnikiem opracowanym przez Błażejczyka (2004) do oceny
warunków biotermicznych. Do jej wyliczenia niezbędne jest rozwiązanie równania bilansu wymiany energii
między człowiekiem a otoczeniem przy użyciu modelu MENEX_2002 (Błażejczyk, 2004) a skala odczuć
biotermicznych pozwala ocenić oddziaływanie warunków pogodowych na człowieka.
Zawartość tlenu w powietrzu (O2) jest modyfikowana przez ciśnienie atmosferyczne i ilość pary wodnej w
atmosferze a jego znaczenie dla organizmu człowieka jest trudna do przecenienia. Wskaźnik ten jest dość
rzadko stosowany w obecnych opracowaniach bioklimatycznych. Z bioklimatycznego punktu widzenia ważna
jest nie tylko jego zawartość, lecz również bodźcowość zmian w określonym czasie. Na podstawie badań
klinicznych nad chorymi na miażdżycę naczyń krwionośnych (Owczarowa i in., 1974) została opracowana
klasyfikacja zmian zawartości tlenu w powietrzu z punktu widzenia ich bodźcowości. W niniejszym
opracowaniu tę bodźcowość obliczono na podstawie różnic zawartości tlenu z północnej i południowej
obserwacji (00 i 12 czasu UTC). Zawartość tlenu w powietrzu liczona jest ze wzoru:
O2 = [80,51 * P / (t + 273)] * (1 – e / P)
[g/m3]
Wskaźnik ostrości klimatu (SB) opracowany przez G. Bodmana (zwany również wskaźnikiem surowości
pogody) znajduje zastosowanie do oceny warunków pogodowych przy ujemnych temperaturach powietrza.
Poszczególnym wielkościom SB przypisane zostały określone stopnie ostrości klimatu (Kozłowska-Szczęsna
i in., 1997).
Maksymalny czas przebywania (MTE) określa jak długo (w minutach) może w danych warunkach
meteorologicznych przebywać człowiek, aby jego bilans energetyczny nie uległ zmianie, która mogłaby
doprowadzić do hipotermii lub hipertermii. Przyjmuje się, że utrata lub zmagazynowanie w organizmie energii
równej jej strumieniowi o natężeniu 90W/m2 w ciągu jednej godziny spowoduje zmianę wewnętrznej
temperatury ciała człowieka o 2,00C, co może mieć niekorzystne dla niego konsekwencje.
Wielkość ochładzająca powietrza wyliczana jest ze wzoru Hilla a odpowiada ona utracie energii
z powierzchni katatermometru.
REZULTATY
Średnia roczna wielkość temperatury odczuwalnej w badanym okresie wyniosła -9,7oC, co mieści się w
klasie odczuć „zimno”. Najzimniejszym miesiącem w ciągu całego roku był w południowo-zachodniej części
Spitsbergenu luty ze średnią temperaturą odczuwalną -22,2oC aczkolwiek absolutne minimum tego wskaźnika
zaobserwowano w marcu (tabela 1.). Ujemne wielkości STI mogą wystąpić praktycznie w ciągu całego roku.
Najcieplejszym miesiącem na północnym brzegu fiordu Hornsund jest lipiec (5,8oC). W tym miesiącu
zaobserwowano również absolutne maksimum STI, które wyniosło 34,9oC (co odczuwane jest przez
człowieka jako „ciepło”). Najczęściej pojawiającą się klasą odczuć cieplnych było w badanym okresie
„zimno” (78,7% przypadków w roku) obserwowane we wszystkich miesiącach roku. W okresie od listopada
do kwietnia występuje praktycznie tylko ta klasa. W miesiącach letnich (VI, VII i VIII) dominuje natomiast
klasa odczuć „chłodno” (odpowiednio 48,5%, 69,2% i 53,6% przypadków w tych miesiącach).
Średnia roczna zawartość tlenu
Tabela 1. Podstawowe charakterystyki statystyczne temperatury odczuwalnej [STI,
o
3
w
powietrzu w okolicy Polskiej
C], zawartości tlenu w powietrzu [O2, g/m ], wskaźnika surowości klimatu Bodmana
3
[SB, bezwymiarowy], maksymalnego czasu przebywania [MTE, minuty] i wielkości Stacji Polarnej wynosi 301,2g/m
(we Wrocławiu jest ono równe
ochładzająca powietrza [H, W/m2] na podstawie danych zmierzonych na Polskiej
283 g/m3). Najmniejsza jest ona
Stacji Polarnej na SW Spitsbergenie w latach 1991-2000 o godz. 12 (czasu UTC)
w VII i VIII (291,6 g/m3) a
największa w lutym (308,4
g/m3). Z punktu widzenia
człowieka ważna jest nie tylko
zawartość tlenu w powietrzu,
lecz również jego zmiany. Na
północnym
brzegu
fiordu
Hornsund dominują zmiany
określane jako obojętne (tzn.
różnice między obserwacją z
godziny 00 i 12 UTC są mniejsza
niż 2,5 g/m3). Obserwuje się je w
56%
dni
roku.
Najintensywniejsze
zmiany,
określane jako „ostre” (różnica
>10 g/m3)występują w okresie od
października do maja a ich maksymalne nasilenie jest w grudniu i styczniu - wówczas odnotowywane są w 7%
dni tych miesięcy. Analiza warunków klimatu odczuwalnego przeprowadzona na podstawie wskaźnika SB
wykazała, że tylko w dwóch miesiącach w roku (VII i VIII) są one „mało ostre”. Sąsiadujące z nimi miesiące (VI
i IX) mają średnią wielkość SB, która lokuje się na granicy pomiędzy „warunkami mało ostrymi” a „warunkami
umiarkowanie ostrymi”. „Warunki bardzo ostre” występują w trzech pierwszych miesiącach roku: w styczniu,
lutym i marcu. Natomiast średnia roczna wielkość SB sugeruje występowanie warunków z pogranicza
„umiarkowanie ostrych” i „ostrych”. Tak niekorzystne warunki mają bezpośredni wpływ na maksymalny czas
przebywania w nich człowieka. Najkrótszy maksymalny czas przebywania (MTE) odnotowano w I, III i XII.
Średnia roczna wielkość MTE to niecałe 40minut, lecz w ciągu całego roku nie brakowało sytuacji, w których
można było maksymalnie przebywać po 1,5-2 godziny. Oczywiście MTE liczone jest przy założeniu, że człowiek
posiada stałą metaboliczną wielkość produkcji energii na poziomie 135W/m2. Obliczone wielkości ochładzające
powietrza (H) wskazują, że średnio w ciągu całego roku dominuje odczucie „ekstremalnie zimno i wietrznie”
(41,8% przypadków w roku) i „bardzo zimno” (20,2% dni). Średnia roczna wielkość wskaźnika H to 2023W/m2,
lecz maksymalnie może on wynosić ponad 5900 W/m2, a minimalnie 403 W/m2.
PODSUMOWANIE
Warunki bioklimatyczne południowo-zachodniej części Svalbardu nie sprzyjają przebywającym tam ludziom.
Na temperaturę odczuwalną w okolicy stacji decydujący wpływ wywiera cyrkulacja atmosfery. Duże
znaczenie ma ponadto bezpośrednie sąsiedztwo fiordu i otwartego morza oraz pobliski lodowiec i góry.
Znaczne wahania temperatury wynikają z dużej zmienności układów barycznych. Zwłaszcza zima
charakteryzuje się dużą zmiennością temperatury, a wahania rzędu 20ºC i więcej w ciągu krótkiego czasu nie
należą do rzadkości. Oczywiście możliwości techniczne sprawiają, że przebywający w takich warunkach
ludzie nie muszą ciągle być eksponowani na niesprzyjające warunki biometeorologiczne.
Literatura
Araźny A., 2003, Variability of cooling power of the air In Hornsund (SW Spitsbergen) in the period 1979-2000, Acta
Universitatis Vratislaviensis, 2542, Studia Geograficzne, 75, 447-461.
Błażejczyk K., Błażejczyk M., 2003, BioKlima© for Windows wersja 2.2, program komputerowy
Błażejczyk K., 2004, Bioklimatyczne uwarunkowania rekreacji i turystyki w Polsce, Pr. Geogr., 192, s. 291
Owczarek M., 2004, Odczuwalność cieplna w okresie zimowym w rejonie Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie w latach
1991-2000, Problemy Klimatologii Polarnej, 14, 171-182
Owczarowa W.F., Byszewa I.W., Szwiejnowa T.G., Aleszina T.P., 1974 Specializirowannyj prognoz pogody dla
medicinskich celej i profiłaktika mietieopaticzeskich reakcii, Woprosy Kurortołogii, 2
Pereyma J., Szczepankiewicz-Szmyrka A., 1992, Biometeorological conditions in Hornsund in 1979-1980. [w:] Opaliński
K. W., Klekowski R. Z., (red.) Landscape, life world and man in High Arctic, Materiały sympozjum “Spitsbergen ‘84”,
Dziekanów Leśny, 1-2 marca 1984, Institute of Ecology Publishing Office, 103-111.