WSTĘP

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie badaniami wpływu fal upałów na zdrowie i samopoczucie człowieka, gdyż scenariusze zmian klimatu przewidują wzrost częstości występowania tego rodzaju zjawisk ekstremalnych w najbliższej przyszłości (Smoyer, 1996 za Krawczyk, 2003). W umiarkowanych szerokościach geograficznych stres ciepła występuje na ogół w czasie fali upałów, to znaczy w kilku po sobie następujących dniach, w których napływa bardzo ciepłe i wilgotne powietrze zwrotnikowe (Krawczyk 2003). Przegrzanie organizmu powoduje ogólne zaburzenia czynności ustroju, a nawet ostre i przewlekłe choroby. Obciążenie organizmu człowieka umiarkowanymi bodźcami cieplnymi wywołuje rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, zwiększenie przepływu krwi oraz podwyższenie temperatury skóry. Przy działaniu silnych bodźców cieplnych włącza się drugi mechanizm termoregulacji – wydzielanie potu. Z potem organizm traci duże ilości wody i elektrolitów, powodując ich niedobór w organizmie. Prowadzić to może do udaru cieplnego i omdlenia (Bogucki, 1999)

Istotne z punktu widzenia bioklimatologii jest określenie częstości występowania warunków pogodowych uciążliwych dla człowieka. Warunki te mogą niekorzystnie wpływać na jego zdrowie, zdolność do wykonywania pracy fizycznej i umysłowej oraz wypoczynku (Krawczyk, 1988).

Celem pracy było określenie częstości występowania na Nizinie Szczecińskiej w sezonie letnim 2006 i wieloleciu warunków biotermicznych silnie obciążających gorącem organizm i wywołujących stres ciepła o różnym natężeniu. Oceny tej dokonano przy zastosowaniu przybliżonych wartości wskaźnika stresu cieplnego pHSI oraz przybliżonych wartości wskaźnika obciążenia cieplnego pHL.

MATERIAŁY I METODY

W opracowaniu wykorzystano wyniki codziennych pomiarów temperatury powietrza i prędkości wiatru ze stacji agrometeorologicznej w Lipkach (φ 53o21`, λ 14o58`), położonej w centralnej części Niziny Szczecińskiej. Dane meteorologiczne, z drugiego terminu pomiarowego (godzina 12 GMT), zebrano dla czerwca, lipca i sierpnia z dwóch okresów: 1961-1990 i 2001-2006, a liczbę dni gorących (tp>25oC) i upalnych (tp>30oC) z okresu 1961-2006.

Z uwagi na brak danych o promieniowaniu słonecznym i wilgotności powietrza w pracy posłużono się wskaźnikami pHSI (Approximated values of Heat Stress Index) i pHL (Approximated values of Heat Load). W założeniach programu BioKlima, skale odczuwalności dla poszczególnych przedziałów liczbowych wskaźników pHSI i pHL są takie same jak dla HSI i HL.

Na podstawie obliczeń określono przebieg średnich i maksymalnych wartości tych wskaźników w kolejnych dniach sezonu letniego. Wyznaczono także częstość dni w czerwcu, lipcu i sierpniu o różnych odczuciach cieplnych w kolejnych latach, oraz porównano obciążenia cieplne organizmu występujące podczas sezonu letniego w roku 2006 z innymi okresami.

Wskaźnik pHSI jest wyrażony w procentach i liczony wg następującego wzoru (Błażejczyk, 2006 program BioKlima 2.4):

pHSI = 18,6058 − 24,7164 · log pPhS

gdzie

pPhS = (2,12513 − 0,058018 · t)2 − przybliżona wartość wskaźnika stresu termofizjologicznego

t – temperatura powietrza

Poszczególnym wartościom pHSI odpowiadają następujące stopnie obciążenia cieplnego (Błażejczyk 2006 i 2004):

pHSI (%) / Natężenie stresu cieplnego:

< 0 - łagodny stres chłodu

0  – 10 -  warunki termoneutralne

10 – 30 - łagodny lub umiarkowany stres ciepła

30 – 70 -  silny stres ciepła powodujący zagrożenie dla zdrowia w przypadku braku aklimatyzacji

70 – 90 -  bardzo silny stres ciepła – niezbędne jest dostarczanie wody i soli mineralnych

90 – 100 - maksymalny stres ciepła tolerowany przez młode zaaklimatyzowane osoby

> 100 - niebezpieczeństwo podwyższenia temperatury wewnętrznej, czas przebywania musi być nadzorowany.

Wraz ze wzrostem wartości pHSI następuje wzrost uczucia parności i zwiększenie obciążenia układu termoregulacyjnego człowieka pod wpływem termiczno-wilgotnościowych warunków środowiska atmosferycznego. Przyjmuje się, że wartości pHSI niższe od 30% nie powodują uczucia parności. Zakres pHSI od 30 do 70% to uczucie parności dokuczliwe dla osób starszych i dzieci oraz osób niezaaklimatyzowanych, natomiast przy wartościach pHSI powyżej 70% uczucie parności jest uciążliwe dla wszystkich osób i w przypadku osób starszych, chorych oraz dzieci może powodować przegrzanie organizmu (Błażejczyk, 2004; Krawczyk, 2001).

Podstawową miarą obciążenia cieplnego człowieka przebywającego w terenie otwartym jest wartość wskaźnika obciążenia cieplnego (Błażejczyk, 2004).

Jest to wskaźnik bezwymiarowy liczony według następującego wzoru (Błażejczyk, 2006 program BioKlima 2.4):

pHL = 3,28 ·10-20 (273+(1,13+0,1964 · hSi+1,29 · t – 0,625 · v))7,88

gdzie,

hSI – wysokość słońca nad horyzontem

t   – temperatura powietrza

v  – prędkość wiatru

Poszczególne przedziały wartości pHL wskazują na występowanie obciążeń cieplnych o następującym natężeniu (Błażejczyk, 2006 i 2004):

       pHL / Obciążenie cieplne:

     ≤0,250 - bardzo silne obciążenia zimnem

0,251 - 0,820 - silne obciążenia zimnem

0,821 – 0,975 - niewielkie obciążenia chłodem

0,976 – 1,025 - termoneutralnie

1,026 – 1,180 - niewielkie obciążenia ciepłem

1,181 – 1,750 - silne obciążenia gorącem

     >1,750 - bardzo silne obciążenia gorącem

Według Kozłowskiej-Szczęsnej i innych (2004a) warunki biotermiczne, wyznaczone na podstawie wskaźnika pHL, panujące przez okres całego roku możemy określać jako: łagodne – kiedy utrzymuje się względna równowaga termiczna u większości ludzi, włączając w to ludzi starszych i chorych (pHL od 0,821 do 1,180); hartujące – jeśli działają pobudzająco i zwiększają wytrzymałość mechanizmów termoregulacyjnych w organizmie (pHL od 0,251 do 0,820 i od 1,181 do 1,750); obciążające – kiedy mogą powodować główne zaburzenia w układzie cieplnym organizmów włączając w to ludzi młodych i wysportowanych (pHL≤0,250 i pHL >1,750 ).

Przyjęto w pracy, że bardzo silne obciążenia organizmu gorącem i silny stres termiczny występują przy wartościach pHL większych od 1,750 i pHSI >70%.

WYNIKI I DYSKUSJA

Długotrwałe utrzymywanie się upałów stwarza ogromne utrudnienia w wielu dziedzinach życia np. w rolnictwie czy transporcie, ale stanowi także  zagrożenie dla zdrowia. Dlatego też należy zwrócić uwagę na występowanie liczby dni z temperaturą maksymalną powyżej 30oC, zwłaszcza utrzymujących się przez kilka, a nawet kilkanaście dni (Krawczyk, 1988, Cebulak, 1999).

W 2006 r. dni upalnych (tp>30oC) zanotowano w czerwcu 5, a w lipcu aż 19, które wystąpiły po sobie w ciągach cztero − (2 razy) i jedenastodniowych. Dni gorących (tp>25oC) było znacznie więcej, w czerwcu zanotowano ich 14,  lipiec (poza 14-16 i 29) w każdym dniu był gorący, a w „normalnym” pod względem termicznym, sierpniu dni gorących było 4. Według Koźmińskiego i Michalskiej (2000) na Nizinie Szczecińskiej w latach 1961-1994  najwięcej dni gorących i upalnych notowano w lipcu, a następnie w sierpniu i w czerwcu. Maksymalna liczba takich dni wystąpiła w lipcu 1992 − odpowiednio: 25 i 14. Cebulak (1999) podaje, że po chłodnym i wilgotnym lecie w 1980 r. następuje systematyczny wzrost liczby dni upalnych z kulminacją w latach 1992 i 1994, a najdłuższa – 16-dniowa fala upałów wystąpiła w Rzeszowie na przełomie lipca i sierpnia 1994 roku.

Na Nizinie Szczecińskiej w wieloleciu 1961-2006 najwięcej dni gorących w okresie letnim (VI-VIII) zanotowano w 2002 r. − 50, a dni upalnych w 2006 r. − 24, (ryc.1). Wykazano wysoce istotny statystycznie dodatni trend liczby dni gorących i upalnych w okresie letnim. Na każde 10 lat przyrasta średnio 2,8 dnia z temperaturą maksymalną >25oC i 2 dni z temperaturą >30oC. Potwierdzają to badania Cebulak (1999), która wykazała dodatni trend liczby dni upalnych w latach 1951-2000 w wielu miejscowościach na obszarze Polski m.in. w Szczecinie i Świnoujściu. Michalska (2004) również stwierdziła istotny statystycznie wzrost maksymalnej dobowej temperatury powietrza w Szczecinie i wysoce istotny w Chojnicach i Gorzowie Wlkp.

Dni gorące i upalne występują na Nizinie Szczecińskiej z największą częstością − do 50 % i do 15% badanych lat, na przełomie lipca i sierpnia, drugim okresem zwiększonej częstości, zwłaszcza dni upalnych, jest przełom 1. i 2. dekady lipca (ryc. 2).

Michalska i Mąkosza (2006) oceniając bodźcowość Niziny Szczecińskiej za pomocą wielkości ochładzającej powietrza (H) wykazały występowanie rosnącego trendu w zakresie odczuć „gorąco” i „upalnie” oraz malejącego w zakresie odczuć „chłodno”. Stosując metodę termicznej klasyfikacji miesięcy Michalska i Kalbarczyk (2005; w druku)  stwierdziły, iż w ostatnich latach wzrasta częstość miesięcy ekstremalnie ciepłych np. w okresie 2001-2006  od czerwca do sierpnia było ich łącznie 4.

Określanie możliwości wystąpienia stresu ciepła tylko na podstawie wysokich wartości temperatury powietrza jest z punktu widzenia bioklimatologii niewystarczające. Dlatego też, do zbadania wystąpienia stresu ciepła i obciążeń organizmu należy stosować wskaźniki oparte na bilansie cieplnym człowieka, jak np. HSI i HL, czy pHSI i pHL (Krawczyk, 2003, Błażejczyk 2004, Kozłowska-Szczęsna i inni 2004a,b).

Analizując przeciętne wartości wskaźników stresu cieplnego (pHSI) i obciążenia cieplnego (pHL)  stwierdza się, że prawie w każdym dniu trzech miesięcy od czerwca do sierpnia średnie z okresu 2001-2005 były wyższe od średnich z lat 1961-1990. Podczas upalnego lata w 2006 r. jedynie w 1. tygodniu czerwca i w kilku dniach w połowie (17, 18) i pod koniec tego miesiąca (29) wystąpiły niższe wartości pHSI i pHL, w porównaniu ze średnimi wartościami tego wskaźnika we wcześniej wymienionych wieloleciach (ryc. 3 i 4). Przez cały lipiec 2006 r. wartości wskaźników były wyższe niż średnie z wielolecia 1961-1990, a w porównaniu ze średnimi z lat 2001-2005 były one mniejsze jedynie 15 i 29 lipca. Sierpień w 2006 r. nie odbiegał pod względem stresu cieplnego i obciążenia cieplnego od wielolecia 1961-1990, natomiast w porównaniu z okresem 2001-2005 wartości wskaźników były na ogół niższe. Wartości  maksymalne prawie we wszystkich dniach czerwca i w większości dni w sierpniu były najwyższe w badanym 30-leciu, a w lipcu − najwyższe w roku 2006.

Średnia wartość pHSI w lipcu 2006 roku (68,6%) była ponadtrzykrotnie wyższa od średniej z lat 1961-1990 (20,7%) i dwukrotnie wyższa od średniej z lat 2001-2005 (34,7%), (tab. 1). Tak wysokiej wartości średniej z całego miesiąca nie notowano w żadnym z badanych 36 lat. Już na tej podstawie można sądzić, że w upalnym lipcu 2006 r. sytuacje pogodowe powodujące stres termiczny występowały z dużo większą intensywnością. Również najwyższa wartość wskaźnika pHSI, jaka wystąpiła w lipcu 2006 – 153,4%, znacznie odbiegała od pozostałych wartości maksymalnych spośród wszystkich badanych lat. Wartość przeciętna pHSI w czerwcu 2006 r. (34,3%) była wyższa niż w dwóch badanych okresach, a w sierpniu (27,0%) niewiele przewyższała tylko wartość z wielolecia 1961-1990. Absolutne minimum wskaźnika stresu cieplnego we wszystkich miesiącach okresu 1961-1990 przyjmuje wartości ujemne, w okresie 2001-2005 – ujemne tylko w czerwcu, a w roku 2006 w żadnym z miesięcy nie był niższy od 0, co wskazywałoby na brak stresu chłodu (tab.1).

Przeciętne wartości wskaźnika obciążenia cieplnego pHL w 2006 r. kształtowały się od 1,350 w sierpniu do 1,760 w lipcu (tab. 1). W tym ostatnim miesiącu wartości, zarówno średnia jak i maksymalna (2,121), były najwyższe ze wszystkich analizowanych lat. Natomiast maksymalne wartości pHL w czerwcu i sierpniu były podobne, ale wystąpiły w różnych latach (1,946 – 1982 i 1,949 – 1963).

W tabeli 2 przedstawiono liczbę dni z silnym stresem termicznym dla ludzi (pHSI>70%) i dużym obciążeniem cieplnym (pHL>1,75) w kolejnych latach od czerwca do sierpnia. Najwięcej takich dni wystąpiło w lipcu, a następnie w sierpniu i czerwcu. Z porównania liczby dni w dwóch okresach  wynika, że 44% dni wywołujących silny stres ciepła i obciążających organizm gorącem wystąpiło w kolejnych latach obecnego stulecia, a rekordowym pod tym względem był rok 2006, a zwłaszcza lipiec, w którym wystąpiła jedna piąta takich dni z całego badanego okresu.

Z analizy danych w kolejnych dniach miesięcy letnich (tab. 3) wynika, że dni charakterystyczne w czerwcu najczęściej występują w okresach: 1-5, 13-18 i 27-30, w lipcu: 2-13 oraz 21-31, a w sierpniu zdecydowanie największa liczba dni silnie obciążających organizm występuje w pierwszej dekadzie tego miesiąca i w dniach 20-22.

Analiza częstości występowania stresu cieplnego i obciążenia cieplnego organizmu na podstawie uzyskanych wartości wskaźników pHSI i pHL dla każdego dnia sezonu letniego opisuje przeciętne warunki biotermiczne panujące na Nizinie Szczecińskiej (ryc. 5 i 6). Czerwiec w sezonie letnim jest jedynym miesiącem kiedy występował łagodny stres chłodu i niewielkie obciążenia chłodem organizmu. Stres chłodu, z największą częstością, przekraczającą 10%, wystąpił w latach 1962, 1969, 1980 i 1986, a bardzo intensywny stres ciepła i zarazem bardzo silne obciążenie gorącem wystąpiło w siedmiu z badanych lat, ale z częstością nie przekraczającą 5%.

Najczęściej pojawiającym się w czerwcu w godzinach południowych odczuciem cieplnym jest łagodny lub umiarkowany stres ciepła, wywołujący niewielkie obciążenia organizmu. Podobnie jest w lipcu i sierpniu w latach 1961-1990, natomiast w latach 2001-2006, zwłaszcza w lipcu obserwuje się zwiększoną częstość bardzo intensywnego stresu ciepła – 30% dni w 2006 r., w tym roku pojawiły się także dni (7%), w których mogło wystąpić podwyższenie temperatury wewnętrznej ciała (ryc. 5 i 6). Były to warunki tym bardziej niekorzystne, że występowały w ciągach kilkudniowych. Według Kozłowskiej-Szczęsnej i innych (2004b) kilkudniowe fale upałów są przyczyną zwiększonej liczby zgonów z powodu chorób układu sercowo-naczyniowego, oddechowego czy wypadków.

Przykładem szczegółowej oceny warunków obciążających jest godzinny przebieg wartości pHSI i pHL w dwóch wybranych dniach o skrajnych odczuciach: 3 czerwca 2006 r. – dzień zimny i 20 lipca 2006 r. – dzień gorący (ryc. 7). W dniu zimnym od rana do wieczora panowały warunki termoneutralne, w najmniejszym stopniu obciążające układ termoregulacyjny człowieka, jedynie w godzinach nocnych i wczesnorannych  organizm narażony był na lekki stres chłodu, a między godziną 4 a 5 rano wystąpiły warunki silnie obciążające układ termoregulacyjny. W dniu gorącym najniższa wartość pHSI (10%) wystąpiła o godzinie 4 rano, co odpowiadało warunkom termoneutralnym. Warunki uciążliwe z bardzo silnym stresem termicznym dla wszystkich osób i bardzo silnymi obciążeniami gorącem (pHSI >70% i pHL >1,750) wystąpiły już od godziny 10 rano i panowały do 20 wieczorem, a silny stres ciepła, powodujący zagrożenie dla zdrowia w przypadku braku aklimatyzacji, utrzymywał się do końca tej doby. Przy wzroście wskaźnika stresu cieplnego ponad 100% może mieć miejsce gromadzenie się ciepła w organizmie człowieka i wzrost temperatury wewnętrznej o 1,8oC w ciągu 8 godzin (Parsons, 1993 za Kozłowska-Szczęsna, 2004b). W bioklimatologii do analizy warunków odczuwalnych zwykle bierze się wyniki pomiarów meteorologicznych z II terminu obserwacyjnego (Błażejczyk, 2004, Kozłowska-Szczęsna i inni 2004a), czyli w ciepłej porze roku z godz. 14 czasu lokalnego. Z opisywanego wyżej przebiegu wartości wskaźnika pHSI w ciągu doby wynika, że maksymalna wartość, przewyższająca dwukrotnie tę z II terminu wystąpiła dwie godziny później, czyli o 16. Tak więc, częstości klas natężenia stresu cieplnego i obciążenia cieplnego mogą być przesunięte w kierunku niższych wartości.

WNIOSKI

1.    Na Nizinie Szczecińskiej obserwuje się wysoce istotny dodatni trend liczby dni upalnych, wywołujących bardzo silny stres ciepła. Przeciętnie na 10 lat przyrasta 2 dni z temperaturą maksymalną >30oC.

2.    Dni bardzo silnie obciążające gorącem organizm (pHL>1,75) i dni z bardzo silnym stresem termicznym (PHSI>70%), uciążliwym dla wszystkich ludzi, występują z największą frekwencją na przełomie 1. i 2. dekady lipca, pod koniec tego miesiąca oraz w 1. dekadzie sierpnia.

3.    Najczęściej pojawiającą się klasą odczucia cieplnego w miesiącach letnich jest łagodny stres ciepła, ale w ostatnich latach obecnego wieku wzrosła częstość liczby dni wywołujących maksymalny stres ciepła, a nawet niebezpieczeństwo podwyższenia temperatury wewnętrznej.

4.    Z analizy codziennych (12 GMT) wartości wskaźników pHSI i pHL w 36 badanych sezonach letnich wynika, że w każdym miesiącu mogą wystąpić warunki powodujące łagodny stres chłodu, jak i chwilowe niebezpieczeństwo podwyższenia temperatury wewnętrznej człowieka.

5.    Lipiec 2006 roku charakteryzował się największymi, spośród badanych lat (1961-1990 i 2001-2005), obciążeniami cieplnymi organizmu i najczęstszym występowaniem stresu termicznego uciążliwego dla ludzi

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

PIŚMIENNICTWO

1.    Błażejczyk K.: Bioklimatyczne uwarunkowania rekreacji i turystyki w Polsce. IGiPZ PAN, Warszawa 2004, 158-163.

2.    Błażejczyk K.: Bioklimat 2.4. 2006, pakiet programu: www.igipz.pan.pl/blaz/bioklima.html

3.    Bogucki J.: Biometeorologia turystyki i rekreacji. AWF Poznań 1999, 224-226.

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

5.    Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Błażejczyk K.: The main features of bioclimatic conditions at polish health resorts. Geogr. Polon., 2004a, vol.77, nr 1, 48-49.

6.    Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Kuchcik M.: Wpływ środowiska atmosferycznego na zdrowie i samopoczucie człowieka. Polsce. IGiPZ PAN, Warszawa 2004b, 124-129.

7.    Koźmiński C., Michalska B.: Klimatyczna charakterystyka rejonu stacji agrometeorologicznej w Lipkach k. Stargardu Szczecińskiego, AR Szczecin, 2000.

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

9.    Krawczyk B.: Ryzyko wystąpienia stresu ciepła w wybranych uzdrowiskach polskich, Balneologia Polska, 2001, t. XLIII, z. 1-2, 88-93.

10.    Krawczyk B.: Uciążliwość warunków biotermicznych w Polsce. Probl. Uzdrow., 1988, z. 9-10, 87-94.

11.    Michalska B. Zmienność temperatury powietrza [w] Atlas zasobów i zagrożeń klimatycznych Pomorza, red. Koźminski C., Michalska B., ZAPOL 2004, s 84.

12.    Michalska B. Kalbarczyk E.: Longterm changes in air temperature and precipitation on Szczecińska Lowland. EJPAU, 2005, Vol. 8, issue 1, ser. Environmental development.

13.    Michalska B. Kalbarczyk E.: Ocena intensywności suszy na Nizinie Szczecińskiej w 2006 roku (w druku).

14.    Michalska B., Mąkosza A.: Bodźcowość klimatu środkowej części Niziny Szczecińskiej, Balneologia Polska, 2006, vol XVIII, z. 2.

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

Adres do korespondencji:

*Bożena Michalska
e-mail: bmichalska@agro.ar.szczecin.pl

**Agnieszka Mąkosza
e-mail: amakosza@agro.ar.szczecin.pl

Artykuł nadesłano: 26.02.07
Zaakceptowano do druku: 06.08.07