średnia meteorologii

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 – t0,7, t13, t21
-z termometru minimalnego - tmin0,7, tmin13, tmin21
-z termometru maksymalnego - tmax0,7, tmax13, tmax21
Od 01.01.1971 r. do 31.12.1995 r. – odczyty wg czasu GMT:
-z termometru zwykłego – t06, t12, t18
- z termografu – t00
-z termometru minimalnego - tmin06, tmin18
-z termometru maksymalnego - tmax06, tmax18
Od 01.01.1996 r. – odczyty wg czasu UTC:
-z termometru zwykłego – t06, t12, t18
-z termometru minimalnego - tmin06, tmin18
-z termometru maksymalnego - tmax06, tmax18
II. Średnia dobowa temperatura powietrza:
Do 31.12.1970 r.:
td = ¼ (t0,7 + t13 + 2 t21)‫‏‬
Od 01.01.1971 do 31.12.1995 r.:
Od 01.01.1996 r.:
td = ¼ (t00 + t0,6 + t12 + t18)‫‏‬
td = ¼ (tmin + tmax + t06 + t18)‫‏‬
III. Minimalna/maksymalna dobowa temperatura powietrza:
Do 31.12.1970 r.:
td min = min (tmin0,7, tmin13, tmin21)‫‏‬
td max = max (tmax0,7, tmax13, tmax21)‫‏‬
Od 01.01.1971 r.:
td min = min (tmin0,6, tmin18)‫‏‬
td max = max (tmax0,6, tmax18)‫‏‬
IV. Amplituda dobowa temperatury powietrza:
ad = td max – td min
V. Średnia miesię
ęczna temperatura powietrza:
−
−
t M = (∑ t d ) / n
gdzie n – jest liczbą dni w miesiącu
VI. Średnia minimalna/maksymalna miesię
ęczna temperatura powietrza:
−
−
−
tMmin = ( ∑tdmin) / n
−
tMmax = ( ∑tdmax) / n
VII. Minimalna/maksymalna miesię
ęczna temperatura powietrza:
tM min = min (td min 1, td min 2, ..., td min n)‫‏‏‬
tM max = max (td max 1, td max 2, ..., td max n)‫‏‏‬
VIII. Amplituda miesię
ęczna temperatury powietrza:
−
−
aM = t M max − t M min
IX. Średnia roczna temperatura powietrza:
−
tg = (∑ t M ) /12
X. Średnia minimalna/maksymalna roczna temperatura powietrza:
−
tgmin = (∑ t Mmin ) /12
−
tgmax = (∑ t Mmax) /12
XI. Minimalna/maksymalna roczna temperatura powietrza:
tg min = min (t M min 1, tM min 2, ..., tM min n)‫‏‬
tg max = max (t M max 1, tM max 2, ..., tM max n)‫‏‬
XII. Amplituda roczna temperatury powietrza:
_____
ag = t
M m − ca najcieplej szego
______
−t
M m − ca najchł .
XIII. Dni charakterystyczne - są to dni z temperaturą powietrza:
__
o
- dni przymrozkowe - tmin < 0°C przy > t d > 0 C
- dni upalne - tmin > 30 °C
- dni gorące - tmin > 25 °C
- dni chłodne - tmin < 10 °C
- dni mroźne - tmin < 0 °C
- dni bardzo mroźne - tmin < -10 °C
Wg niektórych badaczy, jako dni mroźne przyjmuje się dni z tmin < -10 °C, a jako b.
mroźne z tmax < -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
ń 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
poznawania i rozumienia procesów oraz zjawisk zachodzących na naszej
Dawniej (w XIX w.) klimat rozumiany był jako pewien średni stan atmosfery
miejscu na powierzchni Ziemi wyraŜony przez średnie wieloletnie
poszczególnych elementów klimatu.
lepszego
planecie.
w danym
wartości
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.
q