Warunki topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego (Wyspa

Warunki topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego
(Wyspa Króla Jerzego, Antarktyka)
w sezonie letnim 2006/2007
Marek KEJNA
Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Instytut Geografii, Zakład Klimatologii,
ul. Gagarina 9, 87−100 Toruń
<[email protected]>
Jednym z zadań badawczych projektu PBZ−KBN−108/P04/2004 były porów−
nawcze badania topoklimatyczne w Arktyce na Spitsbergenie (Przybylak i in.
2007) oraz w Antarktyce w rejonie Stacji H. Arctowskiego. Badania te wykonywa−
no według tej samej metodyki.
Warunki meteorologiczne na Wyspie Króla Jerzego (Szetlandy Południowe,
Antarktyka) wykazują znaczne zróżnicowanie przestrzenne ze względu na duże de−
niwelacje terenu, ekspozycję, właściwości podłoża oraz lokalną cyrkulację atmosfe−
ryczną (Marsz i Rakusa−Suszczewski 1987; Kejna 1999; Marsz i Styszyńska 2000;
Kejna i Lagun 2004). Badania topoklimatyczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego
prowadzono dotychczas w ograniczonym zakresie (Moczydłowski 1986; Piasecki
1988; Bintanja 1995; Kruszewski 2000; Kejna 1999, 2000; Zwolska 2001).
W ramach realizacji w/w projektu w okresie od 19 grudnia 2006 r. do 17 lutego
2007 r. zainstalowano stanowiska pomiarowe w dwóch odmiennych fizjogra−
ficzne obszarach: na terenie oazy Point Thomas oraz na Lodowcu Ekologii i Ko−
pule Warszawy (Fig. 1). Przy pomiarach wykorzystano automatyczne stacje me−
teorologiczne firmy Davis (2 sztuki) oraz termohigrografy elektroniczne Madge−
Tech z rejestracją co 10 minut. Uzyskane wyniki porównano z danymi ze stacji au−
tomatycznej działającej na Stacji H. Arctowskiego.
W analizowanym okresie na Stacji H. Arctowskiego wystąpiły bardzo zmienne
warunki pogodowe (Tabela 2). Średni stopień zachmurzenia był znaczny i wyniósł
6,4 w skali od 0–8. Przeważały dni pochmurne (44 dni), w tym 16 dni z całkowitym
zachmurzeniem. Ponadto wystąpiło 17 dni chmurnych i tylko 1 dzień pogodny.
Wielkość usłonecznienia osiągnęła 238,4 godz., co daje przeciętnie 3,9 godziny ze
słońcem na dzień. Największe usłonecznienie wystąpiło 19 stycznia 2007 r. (13,4
godz.), przeważały jednak dni z niewielkim usłonecznieniem lub też z brakiem
słońca (17 dni). Przeciętny dopływ promieniowania słonecznego na Lodowcu Eko−
logii sięgnął 15,29 MJ/m–2 na dzień, a jego sumy dzienne wahały się od 4,3 MJ/m–2
(30.01.) do 28,8 MJ/m–2 (13.01.2007). Ciśnienie atmosferyczne charakteryzowało
się znaczną zmiennością z dnia na dzień. Przy średniej wartości za cały okres pomia−
rowy wynoszącej 989,1 hPa, jego zakres zmieniał się od 965,4 hPa do 1006,4 hPa.
Kierunek wiatru na stanowiskach HA, PT i LE1 nawiązywał do lokalnego
układu rzeźby. Na stacji HA przeważały wiatry: WSW (18,8%), W (10,8%), ESE
60
Marek Kejna
T a be la 1
Średnie wartości elementów meteorologicznych w rejonie Stacji H. Arctowskiego
w okresie 19.12.2006–17.01.2007
Element
Stand
Zachmurzenie (0–8) HA
Usłonecznienie
HA
(godz./dzień)
Promieniowanie
słoneczne
LE1
(MJ.m–2.dzień)
UV (MED/dzień)
LE1
Ciśnienie
HA
atmosferyczne (hPa)
HA
Prędkość wiatru
PT
(m/s)
LE1
HA
WD
LEM
PT
Temperatura
powietrza (oC)
JP
LE1
LE2
KW
HA
WD
LEM
Wilgotność względna PT
powietrza (%)
JP
LE1
LE2
KW
19–20 21–31
XII
XII
8,0
7,4
1–10
I
6,2
11–20 21–31
I
I
5,2
6,1
1–10
II
6,8
11–17 19.12–
II
17.02
6,0
6,4
.
2,5
4,7
5,2
4,5
2,7
4,9
3,9
7,90
13,55
16,59
18,23
16,84
13,00
13,53
15,29
1,02
1,78
2,18
2,00
1,95
1,39
1,29
1,74
986,2
986,3
986,1
984,7
999,0
987,4
991,4
989,1
5,0
6,9
4,5
1,0
0,9
0,8
−0,1
−0,8
0,3
−0,2
−1,6
86
88
88
89
89
91
97
97
4,2
4,5
4,5
1,7
1,6
1,4
0,7
−0,3
1,0
0,4
−1,5
77
80
79
82
85
85
91
97
4,8
3,4
4,4
2,2
2,0
2,0
1,0
0,4
1,6
0,8
−1,3
74
76
76
77
81
83
89
95
6,1
4,4
6,2
2,4
2,0
2,0
1,2
0,1
1,4
1,0
−1,3
77
81
79
82
89
87
93
100
4,7
3,6
4,4
3,6
3,2
3,2
2,7
2,4
2,7
2,2
0,3
82
84
85
84
86
90
91
95
5,1
5,1
4,6
2,3
2,1
1,7
0,8
−0,1
1,2
0,8
−1,4
77
79
82
86
91
87
93
100
5,1
2,5
5,0
3,3
2,9
2,7
2,3
1,1
2,3
1,6
−0,2
74
75
78
78
87
85
92
99
5,0
4,1
4,8
2,5
2,2
2,1
1,4
0,6
1,6
1,1
−1,0
77
80
80
82
86
86
92
97
1 – brak danych w okresie 25.12.2006–7.01.2007
(10,9%) i SE (9,9%). Natomiast na PT najczęstsze wiatry były zgodne z przebie−
giem fiordu Ezcurra (SW 36,7%) oraz NW (14,2%) i NNW (14,0%). Na LE1 do−
minowały wiatry katabatyczne wiejące wzdłuż osi tego lodowca z Kopuły War−
szawy (SSW, SW i WSW w sumie 33,8%). Prędkość wiatru była również zróżni−
cowana ze względu na orografię, która sprzyja zwiększeniu prędkości wiatru
poprzez efekty tunelowe i wiatry fenowe, ale i tworzeniu się miejsc zacisznych.
Najsilniejsze wiatry wystąpiły na HA (5,1 m/s) ze względu na jej położenie u wy−
lotu dyszy, jaką jest fiord Ezcurra. Silne wiatry wiały również wzdłuż jęzora
Lodowca Ekologii (LE1 4,8 m/s). Natomiast najsłabsze wiatry stwierdzono na PT
(4,1 m/s). Najsilniejsze chwilowe prędkości wiatru wystąpiły na HA (33,3 m/s),
Projekt Zamawiany: PBZ−KBN−108/PO4/2004−2007
61
Fig. 1. Stanowiska meteorologiczne w rejonie Stacji H. Arctowskiego w lecie 2006–2007 roku.
Fragment mapy: Admiralty Bay, King George Island (Battke 1990). Punkty pomiarowe: HA – Stacja
H. Arctowskiego, WD – Włoska Dolinka, LEM – Lod. Ekologii−morena, PT – Point Thomas,
JP – Jardine Peak, LE1 – Lodowiec Ekologii 1, LE2 – Lodowiec Ekologii 2, KW – Kopuła Warszawy,
• – automatyczne stacje meteorologiczne,  – termohigrografy elektroniczne.
słabsze zaś na PT i LE1 (po 25,0 m/s). Relacje pomiędzy stanowiskami zmieniały
się w zależności od kierunku wiatru. W przebiegu dobowym na wszystkich stano−
wiskach największe prędkości wiatru wystąpiły w godzinach okołopołudniowych,
kiedy to narastają gradienty termiczno−baryczne nad zróżnicowanym podłożem
(lądowym, morskim i lodowcowym).
Przy rozkładzie temperatury powietrza istotną rolę pełni ekspozycja danego tere−
nu, jego zacienienie, rodzaj i właściwości podłoża, wysokość nad poziom morza oraz
lokalna cyrkulacja mas powietrza, a zwłaszcza efekty fenowe (Styszyńska 1990). Na
analizowanym obszarze najwyższe temperatury wystąpiły na nizinie nadmorskiej, na
której pobudowano Stację H. Arctowskiego (2,5° C). Jest to wynik korzystnej, do−
słonecznej ekspozycji otaczających wzniesień oraz efektów fenowych, a zwłaszcza
mniejszego zachmurzenia nad stacją – „okno fenowe” (Marsz i Styszyńska 2000).
Stąd też notuje się tu najwyższe maksima dobowe temperatury powietrza. Niższe
temperatury we WD (2,2° C) wynikają głównie z większego zacienienia tego rejonu.
Jeszcze niższe temperatury wystąpiły w strefie marginalnej Lodowca Ekologii (LEM
2,1° C) ze względu na częsty spływ chłodnych mas powietrza z wnętrza wyspy.
W terenach górskich temperatura powietrza obniżała się z wysokością: (PT
1,4° C, JP 0,6° C), jeszcze niższe temperatury występują na terenie zlodowaconym
62
Marek Kejna
(LE1 1,6° C, LE2 1,1° C i KW −1,0° C). Średni gradient pomiędzy PT i HA wy−
niósł 0,66oC/100 m. Wyżej (pomiędzy JP i PT) gradient temperatury jest jeszcze
większy i wynosi 0,78° C/100 m. Te podwyższone gradienty świadczą o częstych
procesach fenizacyjnych, jakie zachodzą po zawietrznej stronie Wyspy Króla Jer−
zego. Nad obszarami zlodowaconymi największy pionowy gradient temperatury
występuje na kontakcie lodowca i jego strefy marginalnej (pomiędzy LE1 i LEM
0,62° C/100 m). Różnice te zwiększają się zwłaszcza przy intensywnej insolacji,
która prowadzi do silnego nagrzania powierzchni morenowej, przy niskich tempe−
raturach powierzchni lodowca (ablacja zachodzi przy 0° C). Wpływ promieniowa−
nia słonecznego na powierzchnie śnieżno−lodowcowe jest ograniczony ich wyso−
kim albedem. Na Kopule Arctowskiego albedo sięga 81,1–86,5% (Braun i in.
2001). W wyższych partiach Lodowca Ekologii i Kopule Warszawy spadek tem−
peratury powietrza sięgał od 0,66° C do 0,72° C/100 m. Zbliżone wartości gra−
dienty (0,71° C/100 m) występują na Kopule Arctowskiego (Braun i in. 2001).
W przebiegu dobowym zmieniają się relacje pomiędzy analizowanymi stano−
wiskami, ze względu na różne właściwości cieplne podłoża. Przy symetrycznym
względem południa słonecznego rozkładzie bilansu radiacyjnego (Prosek i in. 2000)
w przebiegu temperatury zaznacza się jego wyraźna asymetria, z maksimum późno−
popołudniowym (Kejna 1999, Marsz, Styszyńska 2000). Zjawisko to jest charakte−
rystyczne zwłaszcza dla wybrzeża, podczas gdy na stacjach położonych na szczy−
tach górskich i na obszarze zlodowconym maksimum występuje wcześniej. Minima
temperatury powietrza występują w czasie wschodu Słońca. Na stanowiskach zacie−
nionych występuje ich wyraźne opóźnienie. W przebiegu dobowym na terenie niez−
lodowaconym większe różnice temperatury występują w godzinach popołudnio−
wych i nocnych, natomiast na przedpolu Lodowca Ekologii, różnice zwiększają się
w dzień w wyniku większego nagrzewania powietrza nad morenowo−sandrowym
podłożem. Na Lodowcu Ekologii i Kopule Warszawy relacje pomiędzy stanowiska−
mi (LE1, LE2 i KW) utrzymują się na zbliżonym poziomie przez całą dobę. Ampli−
tudy dobowe temperatury powietrza wzrastają z wysokością oraz przed czołem lo−
dowca. Na terenie zlodowaconym są one wyraźnie mniejsze.
Wilgotność względna powietrza w rejonie Stacji H. Arctowskiego jest wysoka
ze względu na duży udział morskich mas powietrza (Marsz, Styszyńska 2000).
Średnia wilgotność względna powietrza na wybrzeżu wyniosła od 77 do 80%
i wzrastała wraz z wysokością nad poziom morza do 86% na JP i 97% na KW. Na
przebieg wilgotności względnej istotny wpływ wywierają wiatry fenowe, w czasie
których maleje ona do 40–50%. Zmniejszenie wilgotności względnej następuje
również przy napływie suchszych mas powietrza kontynentalnego z sektora od E
przez S do SW (Marsz, Styszyńska 2000). Przebieg dobowy wilgotności względnej
jest odwrotny względem temperatury powietrza. Na terenie niezlodowaconym
większe różnice w nasyceniu powietrza pomiędzy stanowiskami występują w nocy,
a na lodowcach w dzień. Zróżnicowanie topoklimatyczne w rejonie Stacji H.
Arctowskiego jest uzależnione od warunków pogodowych, wzrasta przy pogodzie
Projekt Zamawiany: PBZ−KBN−108/PO4/2004−2007
63
insolacyjno−radiacyjnej, maleje zaś przy dużym zachmurzeniu. Znaczny wpływ wy−
wiera również kierunek wiatru i lokalna cyrkulacja atmosferycznej.
Zróżnicowanie topo− i mikroklimatyczne istotnie wpływa na funkcjonowanie
geoekosystemu w rejonie Zatoki Admiralicji (Tatur 1996, Rakusa−Suszczewski
2003). Badania tego geoekosystemu są szczególnie istotne w warunkach znaczne−
go wzrostu temperatury powietrza w tym rejonie (King 1994; Kejna 2003).
Literatura cytowana
BINTANJA R. 1995. The local energy balance of the Ecology Glacier, King George Island Antarctica:
Measurements and modelling. Antarctic Science 7 (3): 315–325.
BATTKE Z. 1990. Admiralty Bay, King George Island (1:50 000). Institute of Geodesy and Cartogra−
phy, Warszawa.
BRAUN M., SAURER H., VOGT S., SIMOES J.C. i GROSSMANN H. 2001. The influence of large−scale
atmospheric circulation on the surface energy balance of the King George Island ice cap. Inter−
national Journal of Climatology 21: 21–36.
KEJNA M. 1999. Air temperature in the Admiralty Bay region (King George Island, Antarctica), in
the period 1977–1996 according to meteorological data from the Arctowski Station. Wyd.
Uniw. M. Kopernika, Toruń: 128 stron.
KEJNA M. 2000. Warunki meteorologiczne na obszarze SSSI nr 8 (Wyspa Króla Jerzego, Antarktyka)
w 1996 r. Acta Univ. N. Copernici, Geografia 31: 157–181.
KEJNA M. 2003. Trends of air temperature of the Antarctic during the period 1958–2000. Polish Po−
lar Research 24 (2): 99–126.
KING J.C. 1994. Recent climate variablity in the vicinity of the Antarctic Peninsula. International
Journal of Climatology 14: 357–369.
KRUSZEWSKI G. 2000. Inwersje temperatury powietrza. W: A.A. Marsz i A. Styszyńska (red.)
Główne cechy klimatu rejonu Polskiej Stacji Antarktycznej im. H. Arctowskiego. Wyższa Szkoła
Morska, Gdynia: 105–113.
MARSZ A.A. i RAKUSA−SUSZCZEWSKI S. 1987. Charakterystyka ekologiczna rejonu Zatoki Admira−
licji (King George Island, South Shetland Islands). 1. Klimat i obszary wolne od lodu. Kosmos
36 (1): 103–127.
MARSZ A.A. i STYSZYŃSKA A. (red.) 2000. Główne cechy klimatu rejonu Polskiej Stacji Antark−
tycznej im. H. Arctowskiego. Wyższa Szkoła Morska, Gdynia; 264 stron.
MOCZYDŁOWSKI E. 1986. Microclimate of the nest−sites of pygscelid penguins (Admiralty Bay,
South Shetland Island). Polish Polar Research 7 (4): 377–394.
PIASECKI J. 1988. Wybrane problemy przebiegu elementów meteorologicznych w rejonie lodowca
Sphinx podczas lata antarktycznego 1978/79 r. (Zatoka Admiralicji, Wyspa Króla Jerzego).
Acta Univ. Wratislav. 738: 173–192.
PRZYBYLAK R., KEJNA M., ARAŹNY A. i GŁOWACKI P. (red.). 2007 (w druku). Abiotyczne środo−
wisko Spitsbergenu w latach 2005–2006 w warunkach globalnego ocieplenia. Uniwersytet
Mikołaja Kopernika w Toruniu.
RAKUSA−SUSZCZEWSKI S. 2003. Functioning of the geoecosystem for the west side of Admiralty
Bay (King George Island, Antarctica): Outline of research at Arctowski Station. Ocean and Po−
lar Research 25 (4): 653–662.
STYSZYŃSKA A. 1990. The effect of wind direction and orography on air temperature at the
Arctowski Station. Polish Polar Research 11 (1–2): 69–93.
TATUR A. 1996. Reakcja ekosystemu Antarktyki na zmiany klimatu. Problemy Klimatologii Polarnej 5:
149–158. Toruń.
ZWOLSKA I. 2001. Spatial differentiation of ground surface temperature in the region of Admiralty Bay
in 1998 (King George Island, South Shetlands). Folia Fac. Sci. Nat. Univ. Masarysk. Brunen.,
Geographia 25: 61–64.