Marek Piwnicki on Unsplash

Written by 10:00 Klimat, Nauka, Trendy

Obserwacje instrumentalne – źródło jednoznacznych danych na temat zmiany klimatu

Zbigniew Ustrnul
IMGW-PIB/Centrum Badań i Rozwoju/Zakład Meteorologii, Klimatologii i Ochrony Atmosfery

Pierwsze pomiary meteorologiczne na ziemiach polskich realizowano w Warszawie w połowie XVII wieku. Jednak z uwagi na krótki okres ich trwania oraz nie w pełni rozpoznaną metodę odczytu, nie nadają się one do współczesnych badań nad zmianami klimatu. Jako całkowicie rzetelne i wiarygodne należy uznać serie, pochodzące z kilku stacji założonych w XVIII wieku, w tym Warszawy (od 1779 roku) oraz Krakowa (1792 roku). Obecnie trwają też prace nad pełną rekonstrukcją serii temperatury dla Gdańska, gdzie pierwsze pomiary sięgają 1739 roku. Obserwacje instrumentalne to klucz do poprawnego analizowania trendów zmiany klimatu i wyciągania właściwych wniosków.

Na obecnym obszarze Polski znajduje się zaledwie kilkanaście stacji meteorologicznych, których historia sięga XIX wieku. Do najważniejszych należą: Warszawa, Kraków, Gdańsk, Wrocław i Poznań – dane pomiarowe z tych stacji zostały poddane analizie kontroli jakości oraz homogenizacji i mogą być wykorzystywane we współczesnych badaniach. Jednak wciąż odnajdywane są nowe zapiski meteorologiczne, które po żmudnych analizach pozwalają na odtworzenie warunków klimatycznych co najmniej ostatnich dwóch stuleci.

Długie serie obserwacji pomiarów temperatury powietrza z Gdańska, Warszawy i Krakowa pozwalają wychwycić cechy zmian tego elementu klimatu w północnej, środkowej i południowej Polsce. Przy czym należy mieć na uwadze wpływ efektu miejskiego na kształtowanie się warunków termicznych we wszystkich trzech lokalizacjach – zwłaszcza po II wojnie światowej, kiedy nastąpił gwałtowany rozwój urbanizacji. Dane potwierdzają występowanie ekstremalnie ciepłych lub chłodnych sezonów, zwłaszcza w Warszawie i Krakowie. Zaś średnie roczne temperatury powietrza wykazują wyraźnie rosnące trendy, szczególnie od lat 90. XX wieku.

Wieloletnia zmienność średniej rocznej temperatury powietrza w Gdańsku, Warszawie i Krakowie.
Wieloletnia zmienność średniej rocznej temperatury powietrza w Gdańsku, Warszawie i Krakowie.

Zmienność temperatury latem jest nieco mniej spektakularna, chociaż i tu zauważalny jest, statystycznie nieistotny, trend rosnący. Sezony letnie w ostatnich kilku latach w Warszawie i Krakowie charakteryzują się średnią wartością temperatury ponad 20°C; średnią taką zanotowano również w 1992 roku. Wyjątkowo ciepłe lata na obu stacjach występowały także na początku XIX wieku. Nieco mniejsze wahania temperatury powietrza w poszczególnych sezonach obserwujemy w serii pomiarowej z Gdańska, co tłumaczyć należy łagodzącym wpływem Bałtyku. Widoczne jest to zwłaszcza zimą, kiedy największy zakres zmienności można stwierdzić w Krakowie, a najmniejszy właśnie w Gdańsku. Na wszystkich trzech stacjach notuje się natomiast stały wzrost temperatury powierza w sezonie zimowym.

Rosnące trendy temperatury powietrza w Gdańsku, Warszawie i Krakowie mają wyraźny związek z ekstremalnymi wartościami tego parametru w ostatnich 30 latach – i to w odniesieniu zarówno do średniej rocznej, jak i średniej w sezonach zimowym i letnim. Dobitnie wskazuje na to analiza liczby najcieplejszych i najchłodniejszych sezonów dla wszystkich trzech stacji z wielolecia 1851-2018.

Najwyższa roczna i sezonowa temperatura powietrza (°C) w Gdańsku, Warszawie i Krakowie oraz rok jej wystąpienia (1851-2019). Wśród najwyższych średnich roku, lata oraz zimy znakomita większość wystąpiła po roku 2000. Tylko w Gdańsku zdarzyły się cztery ciepłe sezony letnie, które notowano w połowie XIX wieku.
Najwyższa roczna i sezonowa temperatura powietrza (°C) w Gdańsku, Warszawie i Krakowie oraz rok jej wystąpienia (1851-2018). Wśród najwyższych średnich roku, lata oraz zimy znakomita większość wystąpiła po roku 2000. Tylko w Gdańsku zdarzyły się cztery ciepłe sezony letnie, które notowano w połowie XIX wieku.
Najniższa roczna i sezonowa temperatura powietrza (°C) w Gdańsku, Warszawie i Krakowie oraz rok jej wy-stąpienia (1851-2019). Wśród sezonów najchłodniejszych na próżno szukać na pierwszych pięciu miejscach przypadków  ostatnich 30-50 lat. Za najchłodniejszy rok w całej historii wszystkich trzech serii pomiarowych należy uznać 1871, kiedy średnia roczna temperatura sięgnęła 5,4-5,7°C.
Najniższa roczna i sezonowa temperatura powietrza (°C) w Gdańsku, Warszawie i Krakowie oraz rok jej wy-stąpienia (1851-2018). Wśród sezonów najchłodniejszych na próżno szukać na pierwszych pięciu miejscach przypadków ostatnich 30-50 lat. Za najchłodniejszy rok w całej historii wszystkich trzech serii pomiarowych należy uznać 1871, kiedy średnia roczna temperatura sięgnęła 5,4-5,7°C.

Niestety, liczba stacji o tak długich ciągach i jednocześnie w pełni jednorodnym materiale obserwacyjnym jest bardzo ograniczona. Wojny, zmiany własnościowo-administracyjne oraz przekształcenia w użytkowaniu ziemi to podstawowe przyczyny, dla których tak trudno o dane pochodzące ze stacji, które mogą reprezentować serie danych sięgające 100-200 lat. Oczywiście istnieje wiele metod badawczych pozwalających na rekonstrukcję takich serii na podstawie danych ze stacji sąsiednich ale stanowi to poważne i bardzo czasochłonne wyzwanie. Metody te wykorzystują ponadto różne algorytmy kontroli i homogenizacji odtwarzanych danych lecz w zasadzie zawsze pojawia się pewien element niepewności. Dotyczy to zresztą wielu innych krajów. Dlatego w praktyce do oceny współczesnych zmian klimatu wykorzystuje się krótsze ciągi danych sięgające ostatnich kilkudziesięciu lat.

Na podstawie analizy danych pomiarowych z lat 1951-2020, pochodzących z 60 stacji IMGW, można stwierdzić, że trend temperatury powietrza jest jednoznacznie rosnący we wszystkich porach roku. Jest on jednak wynikiem znacznie wyższych wartości w ostatnich 20-25 latach, w tym zwłaszcza po 2014 roku. W całym 70-leciu wzrost wartości średnich można szacować nawet na około 2°C. Trend ten jest wysoce istotny statycznie i obserwowany na obszarze całego kraju. Najwyższe jego wartości, przekraczające 0,3°C/10 lat, stwierdzono w środkowo-zachodniej Polsce, nieco mniejsze poniżej 0,2°C/10 lat w części południowo-wschodniej. Zmiany widoczne są również w przebiegu wartości sezonowych. We wszystkich porach roku trendy zmian są dodatnie przy czym największy wykazuje wiosna. Najmniejszy z kolei jest jesienią, kiedy we wschodniej części Polski jest praktycznie trudny do zauważenia.

Trendy liniowe średniej rocznej oraz średniej sezonowej temperatury powietrza w Polsce (°C/10 lat): a – roczna, b – wiosny, c – lata, d – jesieni, e – zimy.
Trendy liniowe średniej rocznej oraz średniej sezonowej temperatury powietrza w Polsce (°C/10 lat): a – roczna, b – wiosny, c – lata, d – jesieni, e – zimy.

W latach 1951-2020, biorąc pod uwagę średnią roczną, najchłodniejszym okazał się rok 1956, najcieplejszymi 2014 i 2015. Latem najniższa średnia temperatura wystąpiła w 1962 oraz 1978 roku, najwyższa – w 1992 oraz 2018 roku. Co ciekawe, lata te nie odpowiadają ekstremalnie gorącym sezonom letnim z 2003 i 2015 roku, które notowano w Europie Zachodniej. Najchłodniejsza jesień w Polsce zdarzyła się w 1993 roku, najcieplejsza w 2006 roku. W całym 70-leciu za najbardziej surową zimę uchodzi sezon 1962/1963, za najbardziej łagodną – 2006/2007. W sezonie tym nawet w Zakopanem średnia wartość temperatury powietrza była dodatnia. W przypadku wiosny trudno wskazać wyraźnie najchłodniejsze lub najcieplejsze okresy.

Bardzo ciekawym narzędziem analizy zmienności temperatury powietrza jest średnia wartość obszarowa. Obliczono ją dla średniej rocznej oraz poszczególnych sezonów, co pozwoliło w kolejnym etapie na skonstruowanie diagramu obrazującego średnią obszarową charakterystykę termiczną Polski. Średnia ta została wyznaczona na podstawie wartości temperatury powietrza ze wszystkich uwzględnionych stacji. Z uwagi na stosunkowo równomierne ich położenie na terenie Polski, przedstawione wartości reprezentują średnią temperaturę w skali całego kraju. Choć jest to prosta miara, to jednak dobrze charakteryzuje zmienność temperatury w wieloleciu i pozwala na hierarchiczną ocenę poszczególnych sezonów. Z jej analizy jednoznacznie wynika, że ostatnie 20 lat jest wyraźnie cieplejsze niż początek analizowanego okresu. Od 1999 roku praktycznie rokrocznie przynajmniej jeden z sezonów jest zaliczany do anomalnie lub nawet ekstremalnie ciepłego, tj. znajdującego się w przedziale powyżej 90 a nawet 95 percentyla. Jeśli idzie o średnią roczną, to w ostatnich 10 latach średnie z lat 2014, 2015 oraz 2018 były ekstremalnie wysokie. Były to zresztą – w świetle tzw. średniej obszarowej – najcieplejsze lata w całym rozpatrywanym wieloleciu. Ten ogólny jednoznaczny trend, wskazujący na ocieplenie we wszystkich porach roku, jest nieco zaburzony warunkami termicznymi zimy. Mimo medialnej opinii o coraz bardziej łagodnych zimach, w ostatnich 10 latach aż trzy zimy (2010, 2011 oraz 2013) należy uznać za bardzo chłodne lub anomalnie chłodne. Wyniki średniej obszarowej dla Polski wskazują, że od II połowy XX wieku najchłodniejszym rokiem był 1956, najchłodniejsze lato zdarzyło się w 1962 roku, a najzimniejsza zima w sezonie 1962/1963.

Klasyfikacja średniej rocznej i sezonowej temperatury powietrza w wieloleciu 1951-2020 (średnia dla obszaru Polski).
Klasyfikacja średniej rocznej i sezonowej temperatury powietrza w wieloleciu 1951-2020 (średnia dla obszaru Polski).

W powszechnej opinii większości badaczy temperatura powietrza uznawana jest za przewodni element klimatu. Doprawdy trudno wskazać jakiekolwiek opracowanie klimatologiczne, gdzie element ten nie byłby rozpatrywany. Nie ma w tym zresztą nic dziwnego, gdyż temperatura powietrza jest kluczowa w wielu wymiarach przyrodniczych oraz społeczno-ekonomicznych. Jako podstawowy czynnik warunkujący funkcjonowanie środowiska oraz działalność człowieka, jest rozpatrywana w różnych skalach czasowych i przestrzennych z wykorzystaniem wielu miar i wskaźników oraz metod badawczych.

Analiza zmian temperatury powietrza w okresie po II wojnie światowej w Polsce, w świetle większości charakterystyk oraz wskaźników, wskazuje na jej stały wzrost. Najbardziej rosnące trendy, których wartości są powodem szczególnej uwagi, dotyczą średniej i maksymalnej temperatury powietrza w ciągu roku oraz latem i zimą. Z nimi też wiążą się tendencje występowania różnych tzw. dni charakterystycznych. Choć najbliższe lata potwierdzą na ile tendencje te będą kontynuowane, to już dziś napawają one pesymizmem co do tempa zmian klimatu reprezentowanego poprzez jego przewodni element, tj. temperaturę powietrza.

Zdjęcie główne: Marek Piwnicki | Unsplash


Zbigniew Ustrnul
Profesor nauk o Ziemi, meteorolog i klimatolog, ekspert IMGW-PIB, profesor zwyczajny w Uniwersytecie Jagiellońskim, prowadzi badania w zakresie zmian i zmienności klimatu ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk ekstremalnych. Kierownik i wykonawca wielu krajowych i międzynarodowych projektów badawczych, autor licznych publikacji indeksowanych, członek Rady Doskonałości Naukowej.

(Visited 315 times, 1 visits today)
Close