Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej na

Współczesne problemy i kierunki badawcze w geografii tom 2
Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej U J
Kraków 2014, 103 – 115
Wpływ sytuacji barycznych
na przyrost pokrywy śnieżnej
na wybranych stacjach w Europie
Effect of pressure systems
on increases in snowfall recorded
at selected sites in Europe
Arkadiusz Marek Tomczyk
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Instytut Geografii Fizycznej
i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego
ul. Dzięgielowa 27, 61-680 Poznań
e-mail : [email protected]
Zarys treści : Celem autora było określenie sytuacji barycznych sprzyjających występowaniu
pokrywy śnieżnej w wybranych regionach Europy. Analizę przeprowadził dla trzech stacji
reprezentujących regiony o różnych warunkach klimatycznych. Typową cechą powodującą
opady śniegu są ujemne anomalie ciśnienia na poziomie morza i obniżenie wysokości
powierzchni izobarycznej 500 hPa, co wskazuje na występowanie układów niskiego ciśnienia.
Słowa kluczowe : Europa, pokrywa śnieżna, opady śniegu, cyrkulacja
Abstract : The aim of this paper is to analyze long-term changes in snow cover accumulation
and determine synoptic situations causing the occurrence of snowfall in selected regions
of Europe. The research study was conducted at three sites : Belgrade ( Serbia ), Suwałki
( Poland ), Ubachsberg ( Holland ). The three sites are located far away from each other and
represent regions with different climate conditions in the winter. Daily snow depth data
were used from two research sites covering 30 winter seasons from 1980 / 1981 to 2009 / 2010
Arkadiusz Marek Tomczyk
as well as 24 seasons from 1980 / 1981 to 2003 / 2004 for the Belgrade site. Source material was
obtained from the European Climate Assessment and Institute of Meteorology as well as
the National Water Management Research Institute in Poland. In the analyzed period, with
the exception of the Ubachsberg site, snowfall occurred in every winter season. The lowest
variability in the number of days with snow depth increases was noted for the Suwałki site,
while the highest variability was noted for the Ubachsberg site. A typical feature of synoptic
situations causing snowfall at the three research sites was the occurrence of negative pressure
at sea level and a reduction of the height of the isobaric area ( 500 hPa ). This indicated the
presence of a low pressure system.
Keywords : Europe, snow cover, snowfall, circulation
Wstęp
Warunki klimatyczne panujące na danym obszarze kształtowane są zarówno przez
czynniki geograficzne, jak i procesy klimatotwórcze, do których D. Martyn ( 1987 )
zalicza : obieg ciepła, obieg wilgoci oraz cyrkulację atmosferyczną. Cyrkulacja
atmosferyczna uwarunkowana jest położeniem ośrodków barycznych, czyli układów wysokiego oraz niskiego ciśnienia, które powodują napływ nad dany obszar
mas powietrza o określonych zasobach ciepła oraz wilgoci ( Uscka-Kowalkowska,
Kejna 2010 ).
W Europie uwarunkowania synoptyczne obfitych opadów śniegu oraz występowanie pokrywy śnieżnej są analizowane zarówno w skali krajów, jak i regionów. Przedmiotem analizy wielu autorów były uwarunkowania cyrkulacyjne
intensywnych opadów śniegu w wybranych regionach Europy. T. Andersson
i N. Gustafsson ( 1993 ) określili warunki synoptyczne sprzyjające obfitym opadom
śniegu na wschodnim wybrzeżu Szwecji, natomiast E. Bednorz ( 2009 ) wyznaczyła
warunki baryczne powodujące intensywne opady śniegu na nizinach Środkowej
Europy. Ta sama autorka ( Bednorz 2013 ) ustaliła synoptyczne uwarunkowania
śnieżyc w Europie Wschodniej na przykładzie Smoleńska, natomiast w Europie
Południowej – na przykładzie Budapesztu ( Bednorz 2008 ). W Austrii synoptyczną
klasyfikację śnieżyc przeprowadził G. Spreitzhofer ( 1999 ). M. Nowosad ( 1992 )
analizował cyrkulacyjne warunki dobowych zmian grubości pokrywy śnieżnej
w Bieszczadach. W Wielkiej Brytanii występowanie pokrywy śnieżnej analizował
M. Jackson ( 1978 ), a P. Dobrovolny ( 1993 ) badał warunki śnieżne w Republice
Czeskiej. Z nowszych opracowań dotyczących pokrywy śnieżnej na obszarze
Polski należy wymienić prace M. Falarz ( 2004, 2007, 2010 ), w których autorka
104
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
rozpatrywała zmienność występowania i grubości pokrywy śnieżnej w Polsce w XX
wieku, oraz T. Kasprowicza ( 2010 ), który analizował zróżnicowanie występowania
pokrywy śnieżnej w Polsce poza obszarami górskimi w okresie 1951–2008.
Celem autora niniejszej pracy była analiza wieloletniej zmienności występowania
przyrostu pokrywy śnieżnej oraz określenie sytuacji barycznych, powodujących
występowanie opadów śniegu w wybranych regionach Europy.
Materiał i metody analizy
W niniejszej pracy analizę przyrostu pokrywy śnieżnej przeprowadzono dla trzech
stacji : Belgrad ( Serbia ), Suwałki ( Polska ), Ubachsberg ( Holandia ) ( ryc. 1 ). Są one
od siebie oddalone i reprezentują regiony o różnych warunkach klimatycznych
podczas zim, dlatego oczekiwano, iż uzyskane typy cyrkulacji dla poszczególnych
stacji będą różne.
W opracowaniu wykorzystano codzienne dane dotyczące grubości pokrywy
śnieżnej dla dwóch stacji ( Suwałki, Ubachsberg ) z 30 sezonów zimowych od
1980 / 1981 do 2009 / 2010 oraz z 24 sezonów od 1980 / 1981 do 2003 / 2004 dla stacji
w Belgradzie. Materiał źródłowy pozyskano ze zbiorów danych European Climate
Assessment oraz Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowego
Instytutu Badawczego.
Zmianę grubości pokrywy śnieżnej wyliczono wg wzoru : kn + 1 - kn, gdzie kn
oznacza grubość pokrywy danego dnia, natomiast kn + 1 grubość pokrywy dnia
następnego. Wartość dodatnia oznaczała przyrost pokrywy śnieżnej w ciągu doby,
wartość ujemna spadek grubości pokrywy śnieżnej w ciągu doby, natomiast zero
oznaczało brak zmian pokrywy śnieżnej w ciągu doby. Podobną metodykę określania zmian grubości pokrywy śnieżnej pomiędzy kolejnymi pomiarami przyjęli
m.in. M. Nowosad ( 1992 ) i E. Bednorz ( 2008 ). W niniejszej pracy przyrost grubości
pokrywy śnieżnej rozumiany jest w uproszczeniu jako występowanie opadu śniegu.
Warunki baryczne sprzyjające występowaniu dni z przyrostem pokrywy śnieżnej
scharakteryzowano na podstawie codziennych wartości ciśnienia atmosferycznego
na poziomie morza ( S L P ) oraz wysokości powierzchni izobarycznej 500 hPa. Dane
te pochodzą ze zbiorów National Center for Environmental Prediction / National
Center for Atmospheric Research ( N C E P / N C A R ) Reanalysis ( Kalnay i in. 1996 )
105
Arkadiusz Marek Tomczyk
Ryc. 1. Położenie geograficzne stacji
Fig. 1. Location of the research sites
Źródło : opracowanie własne na podstawie Google Maps ( https : / / maps.google.pl ).
Source : author’s own work based on Google Maps ( https : / / maps.google.pl ).
i są dostępne w zbiorach Climate Research Unit. W opracowaniu wykorzystano
wartości uzyskane w 120 punktach węzłowych siatki geograficznej 5×5 ° dla obszaru
35 – 70°N szerokości geograficznej, 35W – 40 °E długości geograficznej. Z powyższych baz danych pochodzą również zgridowane wartości temperatury na poziomie
izobarycznym 850 hPa ( T850 ). Mapy rozkładu temperatury powietrza na poziomie
izobarycznym 850 hPa oparto na siatce geograficznej 2,5×2,5 ° dla obszaru 40 – 65 °N
szerokości geograficznej, 0 – 35°E długości geograficznej.
Wyniki
W sektorze euroatlantyckim w sezonie zimowym ( XII – III ) najwyższe wartości średnie ciśnienie na poziomie morza osiągało w rejonie Wysp Azorskich
106
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
Ryc. 2. Średnie wartości w zimie ( XII – III ) ciśnienia na poziomie morza [ hPa ] w latach
1980–2010 i wysokości powierzchni izobarycznej 500 hPa [ m ] ( A ) oraz średnia temperatura
powietrza na powierzchni izobarycznej 850 hPa [ °C ] ( B )
Fig. 2. Average values for the winter ( Dec. – Feb. ) : A ) Pressure at sea level in hPa and height
of isobaric area – 500 hPa in meters ; B ) Air temperature in isobaric area – 850 hPa in °C
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych N C E P / N C A R.
Source : author’s own work based on N C E P / N C A R data.
107
Arkadiusz Marek Tomczyk
( > 1020 hPa ) i stopniowo spadało ono w kierunku północnym ( ryc. 2A ). Centrum
niżu zlokalizowane było nad północnym Atlantykiem, na południowy zachód
od Islandii ( <999 hPa ). Między wskazanym układem barycznym nad oceanem
występował duży poziomy gradient ciśnienia, który był znacznie mniejszy nad
kontynentem. Powierzchnia izobaryczna 500 hPa nachylona była w kierunku
północnym. Maksymalną jej wysokość notowano nad Wyspami Azorskimi
( > 5700 m ), natomiast minimalną – nad północnym Atlantykiem i północną Skandynawią ( < 5210 m ). Spadek wysokości z500 hPa oznacza obniżenie temperatury
powietrza. Średnia temperatura na powierzchni izobarycznej 850 hPa malała
z południowego zachodu na północny wschód ( ryc. 2B ).
W analizowanym okresie w Belgradzie notowano przeciętnie 12 dni z dobowym
przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥ 1cm. W poszczególnych latach liczba dni
z opadem śniegu ( ≥ 1cm ) wahała się od 4 ( 1982 / 1983, 1989 / 1990, 2000 / 2001 ) do
22 dni ( 1995 / 1996 )( ryc. 3 ). W niniejszej stacji wykazano nieistotne statystycznie
Ryc. 3. Liczba dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥ 1 cm w Belgradzie
Fig. 3. Number of days with a snow depth increase of ≥ 1 cm in Belgrade
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych E C A.
Source : author’s own work based on E C A data.
108
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
zmniejszanie się liczby dni z opadem śniegu ≥ 1cm. Dni z przyrostem grubości
pokrywy śnieżnej występowały od listopada do kwietnia, jednakże przeciętnie
najwięcej notowano ich w styczniu oraz w grudniu, odpowiednio : 4 i 3. Występowanie przyrostu pokrywy śnieżnej ( ≥ 1 cm ) w Belgradzie związane było z obecnością
układów niskiego ciśnienia nad Europą Południową z centrum nad Półwyspem
Apenińskim ( < 1011 hPa ) ( ryc. 4 A ). Ujemne anomalie SLP występowały nad Europą
Południową ( w centrum < –4,5 hPa ). Jednocześnie ciśnienie nad Atlantykiem było
Ryc. 4. Ciśnienie na poziomie morza i wysokość powierzchni izobarycznej 500 hPa
( A ), temperatura na powierzchni izobarycznej 850 hPa ( B ) oraz mapy anomalii ( kolumna
prawa ) dla dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥1 cm w Belgradzie
Fig. 4. Pressure at sea level and the height of the isobaric area – 500 hPa ( A ) ; temperature
in the isobaric area – 850 hPa ( B ) ; maps of anomalies ( right column ) for days with snow
cover increases of >1 cm in Belgrade
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych N C E P / N C A R.
Source : author’s own work based on N C E P / N C A R data.
109
Arkadiusz Marek Tomczyk
wyższe, niż przeciętnie. Anomalie z500 hPa rozkładały się podobnie, lecz cały
układ był przesunięty na północ względem anomalii SLP. Scharakteryzowanym
powyżej warunkom towarzyszyły ujemne anomalie T850 ( ryc. 4 B ). Opisany układ
powodował napływ wilgotnych mas powietrza znad Morza Śródziemnego.
W Suwałkach w badanym okresie przeciętnie zimą notowano 26 dni z opadem śniegu ≥ 1cm. Liczba dni powyższej kategorii wahała się od 14 ( 1991 / 1992,
2006 / 2007 ) do 41 ( 1984 / 1985 ) ( ryc. 5 ). W stacji stwierdzono nieistotny statystycznie
spadek liczby dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥ 1cm. Najwięcej dni
omawianej kategorii notowano w styczniu oraz w grudniu, odpowiednio : 7 oraz 6.
Potencjalny okres występowania opadów śniegu ≥1cm trwał od października
do kwietnia. Przyrost pokrywy śnieżnej w niniejszej stacji związany był ze słabo
zarysowaną zatoką niskiego ciśnienia nad Morzem Bałtyckim ( ryc. 6A ). Centrum
anomalii S L P oraz z500 hPa znajdowały się nad obszarem północno-wschodniej
Polski. Jednocześnie Niż Islandzki był słabszy niż przeciętnie w sezonie zimowym,
a dodatnie anomalie S L P w centrum przekraczały 3,5 hPa. W okresie przyro-
Ryc. 5. Liczba dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥1 cm w Suwałkach
Fig. 5. Number of days with snow depth growth of ≥1 cm in Suwałki
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych IMGW.
Source : author’s own work based on IMGW data.
110
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
Ryc. 6. Ciśnienie na poziomie morza i wysokość powierzchni izobarycznej 500 hPa
( A ), temperatura na powierzchni izobarycznej 850 hPa ( B ) oraz mapy anomalii ( kolumna
prawa ) dla dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥1 cm w Suwałkach
Fig. 6. Air pressure at sea level and height of the isobaric area – 500 hPa ( A ) ; temperature
in the isobaric area – 850 hPa ( B ) ; maps of anomalies ( right column ) for days with snow
cover increases of >1 cm in Suwałki
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych N C E P / N C A R.
Source : author’s own work based on N C E P / N C A R data.
stu pokrywy śnieżnej w Europie Środkowej notowano ujemne anomalie T850
( < –3,6°C ) ( ryc. 6B ). Opisany układ powodował napływ chłodnych i wilgotnych
mas powietrza z północnego zachodu.
W Ubachsbergu średnio w sezonie stwierdzono 6 dni z dobowym przyrostem
grubości pokrywy śnieżnej ≥ 1cm. Najwięcej dni zaliczanych do omawianej kategorii
odnotowano zimą 2009 / 2010 – 17 dni ( ryc. 7 ). Podczas dwóch sezonów zimowych
( 1988 / 1989, 1997 / 1998 ) nie odnotowano ani jednego dnia z dobowym opadem śniegu
≥1cm. W ciągu całego badanego 30-lecia dni z przyrostem grubości pokrywy śnież111
Arkadiusz Marek Tomczyk
Ryc. 7. Liczba dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥1 cm w Ubachsberg
Fig. 7. Number of days with snow depth increases of ≥1 cm in Ubachsberg
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych ECA.
Source : author’s own work based on ECA data.
nej ≥1cm występowały od listopada do kwietnia, a najwięcej było ich w lutym ( 2 dni ).
Występowanie opadów śniegu w Ubachsberg wiązało się z obecnością nad Europą
rozległej zatoki niskiego ciśnienia z lokalnym niżem nad Bałtykiem ( <1008 hPa )
( ryc. 8A ). Ujemne anomalie S L P oraz 500 hPa obejmowały całą Europę. Jednocześnie Niż Islandzki był słabszy niż przeciętnie w chłodnej porze roku, a dodatnie
anomalie S L P nad Atlantykiem sięgały > 13 hPa ( w centrum ). Opadom śniegu
towarzyszyły ujemne anomalie temperatury powietrza na powierzchni izobarycznej
850 hPa ( < –5,5°C nad obszarem badań ) ( ryc. 8B ). Opisany powyżej układ baryczny
powodował napływ wilgotnych i chłodnych mas powietrza znad Morza Północnego.
Podsumowanie
W analizowanym okresie w Belgradzie i Suwałkach opady śniegu występowały
w każdym sezonie zimowym, natomiast w Ubachsbergu podczas dwóch sezo112
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
Ryc. 8. Ciśnienie na poziomie morza i wysokość powierzchni izobarycznej 500 hPa ( A ),
temperatura na powierzchni izobarycznej 850 hPa ( B ) oraz mapy anomalii ( kolumna prawa )
dla dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej ≥1 cm w Ubachsberg
Fig. 8. Air pressure at sea level and height of the isobaric area – 500 hPa ( A ) ; temperature
in the isobaric area – 850 hPa ( B ) – for days with snow cover increases of >1 cm ; maps of
anomalies ( right column ) in Ubachsberg
Źródło : opracowanie własne na podstawie danych N C E P / N C A R.
Source : author’s own work based on N C E P / N C A R data.
nów ( 1988 / 1989, 1997 / 1998 ) nie odnotowano ani jednego dnia z opadem śniegu.
Najmniejszą zmiennością liczby dni z przyrostem grubości pokrywy śnieżnej
odznaczała się stacja w Suwałkach, a największą w Ubachsbergu. Wzrost liczby dni
z opadem śniegu odnotowano tylko w Ubachsberg, lecz nie był on statystycznie
istotny. W Belgradzie i Ubachsberg nie odnotowano istotnych statystycznie zmian
w występowaniu pierwszego i ostatniego dnia z przyrostem pokrywy śnieżnej.
Z kolei w Suwałkach ostatni dzień z przyrostem pokrywy śnieżnej pojawiał się
coraz wcześniej, a wielkość zmian wynosiła 1,1 dni / 10 lat.
113
Arkadiusz Marek Tomczyk
Typową cechą sytuacji synoptycznych powodujących opady śniegu w analizowanych stacjach było występowanie ujemnych anomalii ciśnienia na poziomie
morza oraz obniżenie wysokości powierzchni izobarycznej 500 hPa, co wskazuje
na obecność układów niskiego ciśnienia. Odzwierciedleniem napływu chłodnych
mas powietrza były ujemne anomalie T850.
Bibliografia
Andersson T., Gustafsson N., 1993, Coast of departure and coast of arrival : two import ant
concepts for formation and structure of convective snowbands over seas and lakes, Monthly
Weather Review 122, 1036 – 1049.
Bednorz E., 2008, Synoptic conditions of snow occurrence in Budapest, Meteorologische
Zeitrschrift 17 ( 1 ), 39 – 45.
Bednorz E., 2009, Wpływ sytuacji barycznych na występowanie pokrywy śnieżnej na obszarach
nizinnych środkowej Europy, Wydawnictwo Naukowe U A M, Poznań.
Bednorz E., 2013, Synoptic conditions of heavy snowfalls in Europe, Geografiska Annaler :
Seria A, Physical Geogarphy 95, 67 – 78.
Dobrovolny P. 1993, Snow as an indicator of climatic change, Scripta Facultatis Scientiarum
Naturalium Universitatis Masaryk Brunensis 23, 25 – 34.
Falarz M., 2004, Variability and trends in the duration end of snow cover in Poland in the
20 th century, International Journal of Climatology 24, 1713 – 1727.
Falarz M., 2007, Potencjalny okres występowania pokrywy śnieżnej w Polsce i jego zmiany
w XX wieku [ w : ] K. Piotrowicz, R. Twardosz ( red. ), Wahania klimatu w różnych skalach
przestrzennych i czasowych, I G i G P U J, Kraków, 205 – 213.
Falarz M., 2010, Współczynnik trwałości pokrywy śnieżnej w Polsce – rozkład przestrzenny,
ekstrema, zmiany wieloletnie [ w : ] E. Bednorz ( red. ), Klimat Polski na tle klimatu Europy,
Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 169 – 180.
Jackson M., 1978, Snow cover in Great Britain, Weather 3, 8, London, 298 – 309.
Kalnay E., Kanamistu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S.,
White G., Woollen J., Zhu Y., Leetmaa A., Reynolds R., Chelliah M., Ebisuzaki W.,
Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Jenne R., Joseph D., 1996,
114
Wpływ sytuacji barycznych na przyrost pokrywy śnieżnej …
The NMC / NCAR 40-Year Reanalysis Project, Bulletin of the American Meteorogical
Society 77, 437 – 471.
Kasprowicz T., 2010, Prawidłowości przestrzenne występowania pokrywy śnieżnej w Polsce
i próba ich regionalizacji [ w : ] E. Bednorz ( red. ), Klimat Polski na tle klimatu Europy,
Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 181 – 198.
Martyn D., 1987, Klimaty kuli ziemskiej, P W N, Warszawa.
Nowosad M., 1992, The dynamics of snow cover depth depending on the types of atmospheric
circulation on the example of the Bieszczady Mountains, Maria Skłodowska University
Press, Lublin.
Spreitzhofer G., 1999, Synoptic classification of severe snowstorms over Austria, Meteorologische Zeitschrift 8, 3 – 15.
Uscka-Kowalkowska J., Kejna M., 2010, Wpływ cyrkulacji atmosferycznej na temperaturę
powietrza w Koniczynce k. Torunia w latach 1994-2009 [ w : ] L. Kolendowicz ( red. ), Klimat
Polski na tle klimatu Europy, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 75 – 89.
Źródła internetowe
Google Maps, https : / / maps.google.pl ( data dostępu : 04.05.2014 ).
115