WSTĘP

Zmiany dobowe warunków meteorologicznych i biometeorologicznych są zagadnieniem szczególnie istotnym w przypadku miejscowości pełniących funkcję uzdrowiskową. Poznanie dobowej charakterystyki warunków odczuwalnych nad polskim wybrzeżem umożliwi skuteczniejsze wykorzystanie panujących tam warunków do terapii klimatycznej.

W celu oceny warunków biometeorologicznych obecnie stosuje się różne wskaźniki zarówno proste, ujmujące w postać wzorów empirycznych zależności między wartościami elementów meteorologicznych, jak i wskaźniki oparte na analizie bilansu cieplnego człowieka. Wskaźniki oparte na bilansie cieplnym człowieka nazywane są biotermicznymi i dostarczają informacji o rzeczywistym wpływie bodźców atmosferycznych na organizm oraz o natężeniu fizjologicznych reakcji dostosowawczych do warunków otoczenia. Z tego względu lepiej nadają się one do określenia bezpośredniego oddziaływania warunków meteorologicznych na organizm człowieka niż tradycyjne wskaźniki proste (1).

W Polsce zagadnieniem zmienności warunków bioklimatycznych zajmował się K. Błażejczyk (1), badając przestrzenne wieloletnie i sezonowe zróżnicowanie niektórych wskaźników biotermicznych (STI, PhS) na polskim wybrzeżu Bałtyku oraz w Sudetach. Na uwagę zasługuje również kolejna praca autora, w której podane zostały między innymi przykłady przebiegów dobowych wskaźników biotermicznych (2).

Temat warunków biotermicznych w Polsce szeroko podejmowany był w pracach B. Krawczyk, która dokonała między innymi oceny uciążliwości warunków biotermicznych w Polsce (3) czy też wraz z K. Błażejczykiem przeprowadziła charakterystykę bioklimatyczną Polski północno-wschodniej (4).

W monografii pt. „Bioklimatologia człowieka” autorzy przedstawili rozkład charakterystyk bioklimatycznych na obszarze Polski (5) a w opracowaniu „Bioklimat uzdrowisk polskich i możliwości jego wykorzystania w lecznictwie” scharakteryzowane zostały warunki bioklimatyczne w uzdrowiskach a także znaczenie uzdrowisk w terapii klimatycznej: helioterapii, aeroterapii
i kinezyterapii (6).

Ż. Papiernik (7) badała na podstawie prostych wskaźników biometeorologicznych zmienność warunków bioklimatycznych w Łodzi, a M. Owczarek (8) zastosowała biotermiczny wskaźnik temperatury odczuwalnej (STI) do prześledzenia zmian bioklimatu Gdyni. K. Błażejczyk i inni (1) oraz M. Bąkowska i K. Błażejczyk (9) określili wieloletnią zmienność warunków bioklimatycznych, wyznaczonych na podstawie wartości średnich miesięcznych STI, dla Krakowa oraz Kołobrzegu.

Słabo poznana jest natomiast specyfika regionalna zmienności dobowej warunków biotermicznych.

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Celem opracowania jest zbadanie zmienności niektórych cech cyklu dobowego wskaźników biometeorologicznych w Kołobrzegu w okresie letnim. Do analizy wykorzystano dane z lat 1981-1990, z 8 terminów obserwacyjnych (z godz. 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21) dotyczące następujących elementów meteorologicznych: zachmurzenia (w %), prędkości wiatru (w m/s), ciśnienia powietrza (w hPa), temperatury powietrza (w ºC), temperatury punktu rosy (w ºC).  Na podstawie codziennych, terminowych wartości wymienionych elementów meteorologicznych zostały policzone wskaźniki biometeorologiczne i biotermiczne, a następnie zostały one uśrednione dla całego okresu letniego. W obecnych badaniach oparto się na następujących wskaźnikach:

Wskaźniki proste:

– przewidywana termoizolacyjność odzieży – (Iclp – Insulation Predicted, w jednostkach clo), która pozwala na określenie izolacyjności odzieży potrzebnej w danych warunkach meteorologicznych do zachowania równowagi cieplnej organizmu (5). Iclp jest funkcją temperatury powietrza (t) i prędkości wiatru (v) oraz metabolizmu (M – przyjętego w badaniach jako 135 Wm-2).

Wskaźnik Iclp liczy się następująco:

Iclp = {0,082 · [91,4 – (1,8 · t + 32)] / (0,01724 · M)} – [1 / (0,61 + 1,9 · v0,5)]

– dopuszczalny poziom aktywności fizycznej (MHR – w W m-2) – określający poziom aktywności nie powodujący nadmiernego obciążenia serca (2).

Obliczenia wskaźnika MHR dokonuje się znając wartość temperatury powietrza i prężności pary wodnej (vp):

MHR = [90 – 22,4 – 0,25 · (5 · t +2,66 · vp)] / 0,18

Wskaźniki oparte na analizie bilansu cieplnego człowieka:

– temperatura odczuwalna (STI – Subjective Temperature Index, w °C). Podstawą wskaźnika STI jest wartość średniej temperatury promieniowania (Mrt), która odzwierciedla natężenie bodźców termicznych otoczenia docierających do zewnętrznej warstwy odzieży noszonej przez człowieka w danych warunkach pogodowych, przed uaktywnieniem procesów adaptacyjnych organizmu do warunków zewnętrznych (1, 2).

STI uwzględnia także poziom salda wymiany ciepła pomiędzy człowiekiem a otoczeniem:

W przypadku, gdy S < 0 Wm-2

STI = Mrt – {[|S|0,75 / (5,386∙10-8) + 2734]0,25 – 273}

W przypadku, gdy S ≥ 0 Wm-2

STI = Mrt + {[|S|0,75 / (5,386∙10-8) + 2734]0,25 – 273}

– stres termofizjologiczny (PhS – Physiological Strain, bez wymiaru) pozwala na określenie, jakie termoregulacyjne reakcje dostosowawcze organizmu występują w danych warunkach otoczenia (1, 2). PhS jest stosunkiem strat ciepła z organizmu człowieka przez unoszenie (konwekcję – C) do strat ciepła poprzez parowanie potu (ewaporację – E):

PhS = C / E

Do obliczenia wyżej wymienionych wskaźników wykorzystano program BioKlima v. 2.5.

W pracy obliczona została średnia arytmetyczna wartość wskaźników biometeorologicznych i biotermicznych dla poszczególnych godzin z okresu od czerwca do sierpnia. Zastosowano również analizę regresji liniowej w celu pokazania zmienności wieloletniej warunków klimatycznych i bioklimatycznych. Obliczone wartości współczynników regresji przeanalizowano pod kątem istotności statystycznej za pomocą parametrycznego testu t-Studenta. Przeprowadzenie analizy wielomianowej, pozwoliło natomiast określić wartości i godziny wystąpienia minimów i maksimów wskaźnika temperatury odczuwalnej (STI). Wartości ekstremalne STI określone zostały nie z wartości terminowych, lecz na podstawie funkcji wielomianowej 4 stopnia. Aproksymowane wartości lepiej odzwierciedlały przebieg dobowy temperatury odczuwalnej niż dane z pomiarów wykonywanych co 3 godziny.

Określona została również częstość występowania wskaźnika temperatury odczuwalnej w charakterystycznych przedziałach jej wartości dzięki czemu możliwe stało się pokazanie odczuć cieplnych występujących na polskim wybrzeżu w miesiącach letnich.

WYNIKI

Średnia arytmetyczna wskaźników biometeorologicznych i biotermicznych

• Temperatura odczuwalna

Najniższa wartość wskaźnika temperatury odczuwalnej wystąpiła o godzinie 3 nad ranem i wynosiła prawie 6ºC. Najwyższa wartość STI, przekraczająca 30ºC, została zanotowana w godzinach okołopołudniowych. Przedstawiony przebieg średnich wartości wskaźnika oznacza występowanie latem w Kołobrzegu warunków chłodnych w godzinach od 18 do 6 rano i warunków neutralnych w godzinach od 9 do 15 (tab. 1).

• Dopuszczalny poziom aktywności fizycznej

Przebieg wskaźnika MHR wskazuje, iż warunki termiczno-wilgotnościowe w Kołobrzegu niemal przez całą dobę umożliwiają intensywną aktywność fizyczną. Najwyższe wartości zanotowano w godzinach rannych (godz. 3), kiedy wartość wskaźnika wyniosła 230 W/m². W ciągu dnia wartość dopuszczalnego poziomu aktywności fizycznej malała, osiągając około 12 godziny najniższą wartość – nieco ponad 190 W/m². Odpowiada to intensywnemu spacerowi połączonemu z ćwiczeniami gimnastycznymi lub zajęciom sportowym (siatkówka, tenis, itp.).

• Przewidywana termoizolacyjność odzieży

W godzinach rannych średnia wartość wskaźnika Iclp osiągnęła najwyższą wartość, równą 0,88 clo, co odpowiada odzieży letniej, lekkiej (typu lekki ubiór sportowy). Najniższe wartości zanotowano między godziną 12 a 15, kiedy wskaźnik Iclp wynosił 0,65 clo. Wartość ta oznacza odzież lekką złożoną z bielizny, T-shirtu, szortów oraz sandałów.

• Stres termofizjologiczny

Najwyższe średnie wartości wskaźnika PhS, przekraczające 2,1 występują w godzinach wczesnoporannych, wskazując na nasilenie się w tym czasie stresu zimna. W godzinach dziennych wartości wskaźnika, mimo że niższe (ok. 1,64) również występują w przedziale oznaczającym niewielki stres zimna (tab. 1).

Trend wskaźników biometeorologicznych i biotermicznych

Trend zmian wartości badanych wskaźników odnosi się tylko do analizowanego dziesięciolecia i nie można go utożsamiać z ewentualnymi zmianami długookresowymi (tab. 2).

• Temperatura odczuwalna

Trendy temperatury odczuwalnej w różnych porach doby przeważnie mają wartości ujemne. Najwyższą jego wartość równą -1,3ºC zanotowano o godzinie 15. Najniższy trend w wysokości -0,02ºC odnotowano o godzinie 3. Dodatnie zmiany wskaźnika temperatury odczuwalnej występują jedynie w godzinach 12 i 18, kiedy wynoszą one 0,26ºC. Otrzymany dodatni trend temperatury odczuwalnej zgadza się z wcześniejszymi badaniami, które wykazały, że w Kołobrzegu w miesiącach letnich w godzinach okołopołudniowych dochodzi do ocieplania się warunków otoczenia, co wiązane jest ze spadkiem prędkości wiatru (9).

• Dopuszczalny poziom aktywności fizycznej

Trend wskaźnika dopuszczalnej aktywności fizycznej jest we wszystkich godzinach dodatni. Oznacza to możliwość zwiększenia aktywności fizycznej w ciągu całej doby. Najwyższe wartości trendu notuje się w godzinach nocnych i rannych kiedy to przekraczają one 3 W/m2 (z najwyższą wartością o godzinie 00, równą 3,52 W/m2). Najmniejszy wzrost aktywności występuje w południe (zaledwie 0,81 W/m2), co wiąże się ze wspomnianym wcześniej ocieplaniem.

• Przewidywana termoizolacyjność odzieży

Wskaźnik termicznej izolacyjności odzieży cechuje się słabym trendem. W przeważającej części doby jest to trend ujemny o wartościach wahających się w granicach -0,01 do -0,03 clo. Jedynie w godzinach 00 i 03 odnotowano jeszcze słabszy trend dodatni (odpowiednio 0,002 i 0,004 clo).

• Stres termofizjologiczny

Wartości trendu wskaźnika stresu termofizjologicznego są w ciągu całej doby ujemne. Oznacza to nasilanie się stresu ciepła i równoczesne zintensyfikowanie szeregu reakcji dostosowawczych do nowych warunków termiczno-wilgotnościowych. Najwyższy wzrost wskaźnika, równy -0,12 odnotowano o godzinie 12, co jeszcze raz potwierdza tezę o nasileniu się ciepłych warunków otoczenia w godzinach okołopołudniowych (tab. 2).

Wartości ekstremalne wskaźnika temperatury odczuwalnej

Przebieg maksymalnych i minimalnych wartości wskaźnika temperatury odczuwalnej

Maksimum wskaźnika temperatury odczuwalnej w kolejnych latach wykazuje słaby trend malejący o wartości -0,3ºC. Zakres zmian wartości sięga 10ºC. Najwyższe maksimum zostało odnotowane w roku 1983 i wyniosło 37ºC. Wg skali odczuć cieplnych wartość ta mieści się w przedziale „ciepło”. Najniższa maksymalna wartość wskaźnika wystąpiła w roku 1987 i wynosiła 27,16ºC, co wskazuje na „warunki termoneutralne”.

Przebieg wartości minimalnych nie wykazuje prawie żadnego trendu (jego wartość wynosi zaledwie -0,02ºC). Zakres zmian tego elementu wynosi 2,6ºC, najwyższa wartość równa 5,43ºC wystąpiła w roku 1983, najniższa w roku 1987 – 2,79ºC. Przedstawione wartości mieszczą się w przedziale  warunków biotermicznych określanych jako „chłodno” (ryc. 1).

Godziny wystąpienia maksymalnych i minimalnych wartości wskaźnika temperatury odczuwalnej

W przebiegu terminów występowania maksymalnych wartości wskaźnika temperatury odczuwalnej nie występuje żaden wyraźny trend. Lata 1985-1987 cechują się stosunkowo późnym występowaniem maksimum, które najpóźniej zaznaczyło się w roku 1985 – o godzinie 15:05. To opóźnienie w wystąpieniu maksymalnej wartości wskaźnika STI zostało zniwelowane przez kolejne dwa lata, kiedy to maksymalna wartość wskaźnika wystąpiła najwcześniej w całym dziesięcioleciu.

W roku 1988 maksimum zanotowano bowiem o godzinie 14:36, a rok później o 14:40 (ryc. 2).

Przebieg wieloletni występowania minimalnych wartości STI w ciągu 10 lat wskazuje na nieznaczny trend malejący (około 1 minuty). Zaznaczają się tu dwa okresy z wczesnym występowaniem minimum, są to lata 1982-1983, kiedy minimum wystąpiło o godzinie 4:18 oraz okres 1988-1989, kiedy godzina wystąpienia minimalnej wartości temperatury odczuwalnej to odpowiednio 4:19 i 4:15. Najpóźniej minimum wskaźnika STI zaznaczyło się w roku 1987 o 4:31. Różnica między najwcześniejszym a najpóźniejszym wystąpieniem minimum wskaźnika nie jest więc duża i wynosi jedynie kwadrans (ryc. 3).

ODCZUCIE CIEPLNE

Dobowy przebieg odczuć cieplnych określonych na podstawie wskaźnika temperatury odczuwalnej wskazuje, że w Kołobrzegu w godzinach nocnych dominującym rodzajem odczuć jest „chłodno”. Zaznacza się ono w ponad 95% przypadków między godziną 21:00 a 3:00 rano. Sporadycznie w tych godzinach (zwłaszcza przed wschodem słońca) może wystąpić również odczucie „zimna”, nie przekracza ono jednak częstości 5%. W godzinach dziennych, czyli między 9.00 a 15.00 dominuje odczucie „ciepło”. Wzrost intensywności bodźców termicznych występuje w godzinach okołopołudniowych, kiedy 13,6% przypadków określanych było jako „gorąco” a ponad 3% jako „bardzo gorąco”. Warunki „bardzo gorąco” w pojedynczych przypadkach występowały o godzinie 9.00 i 15.00. Warunki najkorzystniejsze pod względem intensywności bodźców termicznych („komfortowo”) występują między godziną 6.00 a 21.00 z częstością od 0,1 do 26,3%. Najczęściej jednak notowane były o godzinie 6.00 (26,3%) i 18.00 (24,3%) (ryc. 4).

WNIOSKI

Analizując dobowy przebieg wskaźników biometeorologicznych i biotermicznych stwierdzono dodatni trend wskaźnika STI o godzinie 12.00 i 18.00, a w pozostałych godzinach spadek temperatury odczuwalnej. Zaznaczył się również rosnący trend wskaźnika MHR pozwalający na zwiększenie aktywności fizycznej w ciągu całej doby. Potwierdzeniem tezy o nasilaniu się ciepłych warunków otoczenia w godzinach okołopołudniowych jest znaczna, dodatnia wartość trendu wskaźnika stresu termofizjologicznego o godzinie 12.00, informująca o łagodzeniu stresu zimna w tym czasie.

W przypadku wartości ekstremalnych wskaźnika temperatury odczuwalnej odnotowano niewielki malejący (około 0,3ºC) trend wartości maksymalnych wskaźnika STI. Z analizy godzin występowania wartości ekstremalnych temperatury odczuwalnej wynika, że występowanie wartości minimalnych wskaźnika ma miejsce w kolejnych latach coraz wcześniej.

Analiza częstości występowania wskaźnika temperatury odczuwalnej w charakterystycznych przedziałach jej wartości wskazuje, iż dominujące między godziną 21.00 a 3.00 jest odczucie „chłodno”. W godzinach dziennych z kolei, czyli między 9 a 15, wg STI dominuje odczucie „ciepło”. Warunki najkorzystniejsze dla organizmu, cechujące się komfortem termicznym występują w godzinach 6.00 i 18.00. Otrzymane wyniki wskazują na możliwość występowania w godzinach okołopołudniowych stresu gorąca. Należy zatem rozważyć w dniach o takich cechach termicznych przesunięcie aktywnych form wypoczynku i terapii ruchowej na godziny przed- i popołudniowe.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1.    Błażejczyk K.: Biotermiczne cechy klimatu Polski, Przegląd Geograficzny, 2003, 75, 4, 525-543.

2.    Błażejczyk K.: Bioklimatyczne uwarunkowania rekreacji i turystyki w Polsce, Prace Geograficzne, PAN, Warszawa, 2004, 192 .

3.    Krawczyk B.: Uciążliwość warunków biotermicznych w Polsce, Probl. Uzdrow., 1988, 9/10.

4.    Krawczyk B., Błażejczyk K.: Klimatyczna i bioklimatyczna charakterystyka Polski północno-wschodniej, Zeszyty IGiPZ PAN, 1999, 58.

5.    Kozłowska-Szczęsna T., Błażejczyk K., Krawczyk B.: Bioklimatologia człowieka, IGiPZ PAN PAN, Warszawa, 1997, 1.

6.    Kozłowska-Szczęsna T. i wsp.: Bioklimat uzdrowisk polskich i możliwości jego wykorzystania w lecznictwie, PAN, Warszawa, 2002.

7.    Papiernik Ż.: Współczesne zmiany warunków klimatu odczuwalnego (na przykładzie Łodzi, 1951-2000), Uniwersytet Łódzki, Łódź, 2004, maszynopis.

8.    Owczarek M.: Zmienność warunków biotermicznych w Gdyni (1951-2005) [w:] K. Piotrowicz, R. Twardosz (red.) Wahania klimatu w różnych skalach przestrzennych i czasowych, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Jagielloński, Kraków, 2007, 297-306.

9.    Bąkowska M., Błażejczyk K.: Zmienność warunków biotermicznych okresu letniego w Kołobrzegu
w drugiej połowie XX wieku, Przegląd Geograficzny, 2007, 79, 2, s. 215-232.

..............................................................................................................................................................

Adres do korespondencji:

Monika Bąkowska
Uniwersytet Kazimierza Wielkiego
Instytut Geografii
ul. Mińska 15
85-428 Bydgoszcz
tel. 697-586-631
email: monika.bakowska.gmail.com

Artykuł nadesłano: 29.07.2008
Zaakceptowano do druku: 15.09.2008