WSTĘP

Bodźcowy wpływ temperatury powietrza na organizm człowieka przejawia się zarówno w jej ekstremalnych wartościach jak i w zmienności. Nawet krótkotrwałe zmiany temperatury otoczenia są niekorzystne dla samopoczucia człowieka, powodując zaburzenie gospodarki cieplnej organizmu. Wpływ wysokiej temperatury przejawia się złym samopoczuciem i zmniejszeniem wydolności fizycznej i psychicznej, zwłaszcza jeżeli wysokiej temperaturze towarzyszy duża wilgotność powietrza. Zbyt niska temperatura powietrza powoduje znaczne straty ciepła, które mogą prowadzić do wychłodzenia organizmu i w efekcie do przeziębienia (Kozłowska-Szczęsna i in. 2004, Krawczyk 2003).

W ostatnich dwóch dekadach XX wieku zaobserwowano postępujący wzrost ocieplenia atmosfery w skali globalnej. Analiza 50-letniej serii pomiarowej temperatury powietrza na Pomorzu wykazała, że najsilniejszy dodatni trend występuje wiosną w marcu – aż 2,5oC na 50 lat (Atlas..., 2004), a z badań Filipiaka (2004) wynika, iż na Wybrzeżu i na Pomorzu temperatura powietrza, zarówno średnia jak i ekstremalna charakteryzowała się wzrostem na wiosnę od 1,7o do 3,3oC, w zależności od badanej stacji. Zmieniają się również warunki klimatu odczuwalnego co Niedźwiedź i wsp. (1994-95) przypisują znacznym wahaniom cyrkulacji atmosferycznej. Rośnie liczba dni gorących i upalnych, w sezonie letnim (VI-VIII) na Nizinie Szczecińskiej na każde 10 lat przyrasta średnio 2,8 dnia z temperaturą maksymalną >25oC i 2 dni z temperaturą >30oC (Michalska, Mąkosza, 2007). Częstość pojawiania się dni upalnych wykazuje w Polsce tendencję rosnącą, zarówno w ilości jak i długotrwałości, szczególnie zauważalną
w zachodniej części kraju (Cebulak 1999).

Międzydobowe zmiany temperatur ekstremalnych były przedmiotem badań Panfil (2007). Autorka wykazała, iż w ostatnim półwieczu XX wieku w Olsztynie wystąpił spadek zmienności z dnia na dzień temperatury maksymalnej przy jednoczesnym wzroście wahań międzydobowych  temperatury minimalnej, a z badań Koźmińskiego i Michalskiej (2008) wynika, że w rejonie Świnoujścia zmniejsza się zimą liczba dni zimnych i bardzo zimnych, a w drugiej połowie lata wzrasta liczba dni z pogodą ciepłą, przy równoczesnym spadku liczby dni z pogodą komfortową. Podobne wyniki uzyskali dla Kołobrzegu Bąkowska i Błażejczyk (2007), stwierdzając wzrost wartości o 2,9oC temperatury odczuwalnej STI w sierpniu. Jedną z przyczyn współczesnych zmian klimatu są procesy antropogenne szczególnie uwidocznione w zmianach klimatu miasta i powstawaniu miejskiej wyspy ciepła co wpływa obciążająco na organizm człowieka (Kożuchowski 1993). Globalne ocieplenie oraz wzrost zakresu wahań temperatury nie pozostaje bez wpływu na warunki klimatu odczuwalnego, na który oddziałuje szereg elementów meteorologicznych, jednym z nich jest ekstremalna temperatura powietrza, a szczególnie jej zmiany w ciągu doby.

Celem opracowania było określenie kontrastów termicznych występujących w terenach miejskim i rolniczym oraz analiza różnic w tych kontrastach między badanymi obszarami.

MATERIAŁ I METODY

W pracy wykorzystano dobowe wartości temperatury maksymalnej i minimalnej mierzone na wysokości 2 m n.p.g. na stacjach w Szczecin-Dąbiu (teren miejski) i stacji agrometeorologicznej w Lipkach k.Stargardu Szczecińskiego (teren rolniczy) – należącej do Katedry Meteorologii i Klimatologii AR w Szczecinie. Dane obejmowały miesiące od stycznia do grudnia w latach 1973-2006. W pracy analizowano temperaturę maksymalną i minimalną – zmiany międzydobowe oraz wartości średnie w ujęciu miesięcznym i rocznym, a także amplitudę temperatury – obliczoną z różnicy między najwyższą a najniższą temperaturą w ciągu doby. Zbadano trendy czasowe temperatur ekstremalnych i amplitudy w poszczególnych miesiącach posługując się regresją liniową. Współczynniki kierunkowe równań regresji umożliwiły ocenę wzrostu lub spadku temperatury w różnych porach roku w terenach miejskim i rolniczym. Istotność równań regresji oceniono na poziomie α=0,05 i α=0,01. Średnią amplitudę temperatury badano w układzie doby, miesięcy i roku oraz liczby dni z dobową amplitudą >8o i >12oC. Tak duże kontrasty termiczne są odczuwane przez organizm człowieka jako bodźce silne i bardzo silne. Określono również częstość występowania amplitudy temperatury w przedziałach co 2oC w różnych miesiącach roku.

WYNIKI

Międzydobowa zmienność temperatury maksymalnej wykazywała w badanych latach i terenach bardzo duże zróżnicowanie. W przebiegu średnich dobowych zmian (wartości 5-dniowe konsekutywne) najwyższej temperatury maksymalnej zauważalny był ich wyraźny wzrost od lutego – od ok. 1,5oC do pierwszej dekady maja do ok. 3oC i następnie stopniowy spadek aż do listopada do ok.1,8oC (rys.1). Większe wartości międzydobowych zmian temperatury maksymalnej wystąpiły niemal we wszystkich dniach roku w terenie miejskim. Absolutnie najwyższą dobową zmianę omawianej temperatury zanotowano z 21 na 22 kwietnia 1995 roku: 16,3oC w Szczecinie i 18,4oC w Lipkach. Temperatura maksymalna w dniu poprzedzającym wyniosła na badanych stacjach odpowiednio: 10,1 i 8,3 oC, a w dniu następnym – 26,4 i 26,7 oC .

Średnia miesięczna maksymalna temperatura powietrza (obliczona z wartości dobowych), wykazuje we wszystkich miesiącach, mimo dużych wahań z roku na rok, tendencję rosnącą, przy czym istotny statystycznie wzrost temperatury wystąpił, na obydwu badanych obszarach w kwietniu (w Szczecinie 1,0oC na 10 lat, a w Lipkach 1,2oC), a w terenie rolniczym również w sierpniu i w październiku (rys. 3 i tab. 1). W prawie wszystkich miesiącach wyższe wartości współczynników korelacji r określające zależność temperatury maksymalnej od lat badań wystąpiły w terenie rolniczym.

Średnie roczne zmiany z dnia na dzień temperatury maksymalnej wyniosły w Szczecinie 2,3oC i były takie same, jak obliczone przez Panfil (2007) dla Olsztyna, ale za okres 1951-2005. Średnie roczne zmiany temperatury maksymalnej w terenie rolniczym były o 0,1oC mniejsze niż w terenie miejskim i odznaczały się również mniejszym odchyleniem standardowym (0,12 – Lipnik, 0,15 – Szczecin).

Przebieg w ciągu roku średnich międzydobowych zmian temperatury minimalnej układał się trochę inaczej niż temperatury maksymalnej (rys. 2). Zmiany wykazywały mniejsze zróżnicowanie, wahając się w przedziale od 2 do 3oC. Największe przeciętne zmiany z doby na dobę występowały w kwietniu, a najmniejsze w lipcu.

Z kolei największą amplitudą wahań odznaczały się styczeń i luty, a najmniejszą – październik. W chłodnej porze roku, w przeważającej liczbie dni, większe zmiany temperatury minimalnej wystąpiły w terenie miejskim, natomiast w ciepłej porze roku – w terenie rolniczym. Absolutnie największą różnicę z doby na dobę temperatury minimalnej zaobserwowano z 4 na 5  marca 1986 roku:  19oC w Szczecinie i 16,1oC w Lipkach. Na początku marca północna część Polski była pod wpływem klina wyżowego znad Białorusi i Litwy, było pogodnie i mroźno. 4 marca temperatura minimalna wyniosła -19oC (Szczecin) i -18,5 oC (Lipki), a w dniu następnym – na skutek przesunięcia się zatoki niżowej znad Morza Północnego – gwałtownie wzrosła do: 0 oC w Szczecinie i -2,4 oC w Lipkach.

Temperatura minimalna wykazywała w latach 1973-2006 statystycznie istotny wzrost w kwietniu, lipcu i sierpniu tylko w terenie rolniczym. W pozostałych miesiącach półrocza letniego zaznaczyła się niewielka tendencja dodatnia, natomiast w terenie miejskim, w większości miesięcy, zwłaszcza chłodnych, współczynniki korelacji były ujemne, ale nieistotne statystycznie (tab. 1).

Średnie roczne zmiany temperatury minimalnej z dnia na dzień były trochę większe niż temperatury maksymalnej i wyniosły dla terenu miejskiego 2,4oC, a dla rolniczego 2,3oC. Nie stwierdzono by w badanych latach zmiany tej temperatury istotnie statystycznie się zwiększały lub malały.

Konsekwencją rosnącej temperatury maksymalnej w różnych miesiącach roku jest dodatnia tendencja średniej dobowej amplitudy temperatury powietrza, istotna statystycznie zwłaszcza w miesiącach chłodnej pory roku. Filipiak (2003) badając zmiany temperatury powietrza w drugiej połowie XX wieku stwierdził występowanie dodatnich tendencji zmian temperatury średniej i ekstremalnej szczególnie w sezonie zimowym. Temperatura minimalna we wschodniej części Pomorza rosła ok. 0,06oC na sezon, a we wschodniej części Pomorza oraz w rejonie Świnoujścia i na Półwyspie Helskim 0,03oC na sezon. W zachodniej części regionu Filipiak (2003) zaobserwował sytuację, w której tempo wzrostu temperatury maksymalnej przewyższyło tempo zmian wieloletnich temperatury minimalnej, co skutkowało wystąpieniem wzrostu wartości amplitudy. W niniejszej pracy amplituda temperatury powietrza najszybciej wzrastała w obydwu badanych obszarach w październiku: 0,7oC na 10 lat, co wynikało z większego tempa wzrostu temperatury maksymalnej. Kolejnym miesiącem o dużym wzroście amplitudy (0,6oC na 10 lat), ale tylko w terenie miejskim był kwiecień, co było spowodowane ponaddwukrotnie większym wzrostem temperatury maksymalnej niż minimalnej. W przebiegu rocznym większe tempo wzrostu amplitudy obserwowane jest w terenie miejskim. Wyraźnie większą roczną amplitudę w Szczecinie obserwuje się od końca lat 90. (ryc. 4), a średnia roczna różnica w amplitudzie temperatury między terenem miejskim i rolniczym wyniosła 0,5oC.

Z analizy średnich dobowych wartości amplitudy temperatury powietrza wynikało, iż w chłodnej porze roku amplituda była wyższa w terenie miejskim przeciętnie o 0,3oC, w porównaniu z terenem rolniczym, a w ciepłej porze roku niższa o 0,4oC. Zmiana wielkości amplitudy następowała wiosną w połowie kwietnia i jesienią na początku września (ryc. 5).

Wartości średnie miesięczne amplitudy temperatury (obliczone z kontrastów dobowych) wahały się od 4,8oC w grudniu na obydwu stacjach do 11,2oC (Szczecin) i 11,4oC (Lipki) w maju (ryc. 6). Duże amplitudy – przekraczające średnio 10,0oC – występowały w miesiącach od kwietnia do sierpnia. Największe średnie miesięczne amplitudy zdarzały się w lipcu, w roku 2006 wyniosły 15,5oC w Szczecinie i 16,7 w Lipkach. Największe średnie miesięczne różnice w wielkości amplitudy między terenem rolniczym i miejskim występowały w lipcu i sierpniu i wynosiły średnio 0,5oC, a najmniejsze od grudnia do stycznia – średnio 0,1oC.

Organizm człowieka odczuwa silnie różnicę temperatury, która przekracza w ciągu doby 8o, a zwłaszcza 12oC.  Liczba dni w miesiącu z taką amplitudą temperatury (ryc. 7) rośnie od stycznia (średnio 4 dni w terenie rolniczym i 5 w miejskim) do maja (odpowiednio 25 i 24 dni).

W ciągu roku najwięcej dni bardzo silnie bodźcowych – z dobową amplitudą temperatury >12oC – występowało w obydwu badanych terenach w maju – około 14 dni, (ryc. 8). Prawie tyle samo dni było w terenie rolniczym w sierpniu. Obserwuje się wzrost liczby dni z amplitudą >8o i >12oC we wszystkich miesiącach roku – szczególnie wyraźny w terenie miejskim.

Rozkład częstości amplitudy temperatury powietrza w przedziałach co 2oC wskazuje, iż zimą (od listopada do lutego) najczęściej występowała ona w przedziale 2-6oC, w marcu i październiku w przedziale 4-8oC, w kwietniu i wrześniu 6-10oC, a w pozostałych miesiącach letnich częstości występowania były mniej więcej jednakowo rozłożone w zakresie 6-14oC, (ryc. 9). W ciepłej połowie roku więcej przypadków amplitudy w wyższych przedziałach temperatury dotyczyło terenu rolniczego. 

WNIOSKI

1.    Przeciętne zmiany z doby na dobę temperatury maksymalnej są w ciągu roku większe w terenie miejskim, w porównaniu z rolniczym. Natomiast międzydobowa  wielkość zmian temperatury minimalnej zależy od pory roku – w chłodnej porze – większe zmiany występują w terenie miejskim, a w ciepłej – w terenie rolniczym.

2.    Średnia dobowa amplituda temperatury powietrza (lata 1973-2006) wykazuje we wszystkich miesiącach tendencję wzrostową. Największy przyrost dobowej amplitudy obserwuje się w październiku, wynosi on 0,7oC na 10 lat w obu badanych obszarach.

3.    Więcej istotnych statystycznie wzrostów dobowej amplitudy temperatury powietrza dotyczy terenu miejskiego i miesięcy w chłodnej porze roku.

4.    W chłodnej porze roku w terenie miejskim średnia dobowa amplituda jest wyższa o 0,3oC , a w ciepłej porze roku niższa o 0,4oC w porównaniu z terenem rolniczym. Zmiana wielkości amplitudy następuje wiosną w połowie kwietnia i jesienią na początku września.

5.     Amplitudy dobowe przekraczające 8oC występują w ponad 70% dni, a przekraczające 12oC w około 30% dni w miesiącu  w okresie od maja do sierpnia.

6.    Zimą największą częstością, zarówno w terenie miejskim jak i rolniczym, odznaczają się dobowe amplitudy temperatury powietrza w przedziale 2-6oC. Latem zróżnicowanie częstości jest mniej wyraźne niż zimą, obejmując dość szeroki zakres temperatury od 6 do 14oC, w przedziałach co 2oC.

7.    W terenie miejskim bardziej kontrastowe warunki, z uwagi na dobową amplitudę temperatury powietrza, występują w chłodnej porze roku, a w terenie rolniczym w ciepłej.

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

PIŚMIENNICTWO

1.    Bąkowska M., Błażejczyk K.: Zmienność warunków biotermicznych okresu letniego w Kołobrzegu w II połowie XIX wieku, Przegląd Geogr., 2007, t.79, z.2.

2.    Cebulak E.: Ryzyko wystąpienia upałów w Polsce [w]: Ogólnopolska konferencja naukowa Łódź 4-6 listopada 1999 nt. Zmiany i zmienność klimatu Polski, 1999, 257-262.

3.    Filipiak J.: Zmienność temperatury powietrza w Wybrzeżu i Pojezierzu Pomorskim w drugiej połowie XXw., IMGW, 2004

4.    Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Kuchcik M.: Wpływ środowiska atmosferycznego na zdrowie i samopoczucie człowieka, IGiPZ PAN, 2004, Monografie, 4

5.    Kożuchowski K., Antropogenne oddziaływanie na klimat [w]: Międzynarodowa Konferencja nt. Globalne ocieplenie a współczesne zmiany klimatyczne w Polsce pod red. K. Kożuchowskiego, Wyd. Nauk. US, 1993, 19-43.

6.    Koźmiński C., Michalska B.: Ocena warunków pogodowych dla rekreacji i turystyki w rejonie Świnoujścia, Problemy turystyki i rekreacji pod red. M. Dutkowskiego, US, OFICYNA, 2008, t.1.

7.    Krawczyk B.: Stres ciepła – cecha bioklimatu Polski [w]: Postępy w badaniach klimatycznych i bioklimatycznych. Prace Geogr. 2003, 188, 283-294.

8.    Michalska B., Mąkosza A.: Warunki biotermiczne na Nizinie Szczecińskiej podczas lata w roku 2006 na tle sezonów letnich 1961-1990 i 2001-2005, Balneologia Polska, 2007, 3(109).

9.    Niedźwiedź T. et al.: Long-term climate variation in South Poland due to atmospheric circulation variability [w]: Climate Variation in Europe. Red. R. Heino, Helsinki:263-277, 1994.

10.    Panfil M.: Duże zmiany międzydobowe temperatur ekstremalnych w drugiej połowie XX wieku, Acta Agrophysica, 2007, 10 (3), 649-658.

11.    Atlas zasobów i zagrożeń klimatycznych Pomorza, red. Koźmiński C., Michalska B., ZAPOL 2004.

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

Adres do korespondencji:

Prof. dr hab. Bożena Michalska
Katedra Meteorologii i Klimatologii
ul. Papieża Pawła VI 3
71-469 Szczecin
bozena.michalska@agro.ar.szczzecin.pl

Artykuł nadesłano: 15.05.2008
Zaakceptowano do druku: 22.10.2008