Go to main content

University of Silesia in Katowice

Wpływ cyrkulacji atmosfery na zjawiska meteorologiczne i atmosferyczne

18.01.2018 - 12:17 update 05.11.2019 - 11:11
Editors: admin

Artykuły z cyklu „Nauka i sztuka”

W Katedrze Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego prowadzone są badania wpływu cyrkulacji atmosfery na zachodzenie różnych zjawisk meteorologicznych i atmosferycznych. Naukowcy zajmują się m.in. badaniem związku między inwersją temperatury a występowaniem smogu czy analizą przyczyn długotrwałych powodzi w Tatrach. O badaniach klimatologicznych opowiada inicjator i wieloletni kierownik Katedry Klimatologii UŚ prof. zw. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź.


Na zdjęciu: prof. Tadeusz Niedźwiedź w ogródku meteorologicznym
Prof. zw. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź prezentuje jedno z urządzeń służące do wykonywania pomiarów aktynometrycznych w ogródku meteorologicznym Wydziału Nauk o Ziemi
Fot. Sekcja Prasowa UŚ
 

Pomiary meteorologiczne

Nadeszła zima. Rano, przed wyjściem do pracy zastanawiamy się, co ubrać. Odruchowo zerkamy na przymocowany do balkonowego okna termometr i odczytujemy  temperaturę powietrza, a właściwie temperaturę samego termometru. Aby można było właściwie ocenić temperaturę powietrza, należałoby przyrząd umieścić od strony północnej na wysokości 2 m oraz osłonić go przed opadami i promieniowaniem słonecznym, przy czym w zimie otrzymamy pomiar na ogół jest wyższy od rzeczywistej wartości meteorologicznego wskaźnika. Czy to oznacza, że nasze domowe termometry możemy wyrzucić? Niekoniecznie. Jak przekonuje prof. zw. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź, po pierwsze w okresie zimowym różnice mierzonej i rzeczywistej temperatury są na tyle nieznaczne (zwykle rzędu 1–2°C), że nasze ciało ich nie odczuje; po drugie warto również pamiętać, że rzeczywista temperatura powietrza i tak zwykle różni się od temperatury przez nas odczuwanej.

Miejsce montażu termometrów i innej aparatury pomiarowej ma natomiast kluczowe znaczenie dla wykonywania pomiarów będących podstawą prowadzonych badań klimatologicznych. Od ponad 20 lat przy Wydziale Nauk o Ziemi UŚ działa stacja meteorologiczna wyposażona w zestaw przyrządów, takich jak: komplet termometrów w klatce meteorologicznej na wysokości 2 m nad gruntem, wiatromierz, deszczomierz, termometry gruntowe czy heliograf. Jednym z ciekawszych przyrządów jest również urządzenie służące do pomiaru bilansu i struktury promieniowania słonecznego. Aparatura pozwala gromadzić informacje na temat krótko- i długofalowego promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi oraz ilości promieniowania odbitego – dodatkowo w zależności od wielkości zachmurzenia – wyjaśnia naukowiec. – Dzięki temu wiemy na przykład, że zimowe pochmurne noce będą cieplejsze od nocy bezchmurnych, podczas których ciepło oddawane jest szybciej (nie blokuje go warstwa chmur) i temperatura powietrza gwałtowniej spada, osiągając na naszym terenie wartości nawet od -20°C do poniżej -30°C (w lutym 1929 roku w Olkuszu zanotowano nawet temperaturę powietrza nieco poniżej -40°C). Ponadto w zimie, gdy powierzchnię Ziemi pokrywa śnieg, prawie 90% energii słonecznej docierającej do naszej planety jest odbijane. Dla oceny bilansu energetycznego zachmurzenie ma więc kluczowe znaczenie. Wpływa także na prognozy pogody. W związku z tym, że nie jesteśmy w stanie z dużą dokładnością przewidywać wielkości i występowania zachmurzenia w długich odstępach czasowych, możemy jedynie z pewnym prawdopodobieństwem wyznaczać wartości temperatury powietrza czy ilości i rodzaju opadów w okresie dłuższym niż kilka najbliższych dni – dodaje prof. Tadeusz Niedźwiedź.

Zjawisko inwersji termicznej

Klimatolog przyznaje jednocześnie, że otoczenie i charakter budynku Wydziału Nauk o Ziemi są szczególne, ponieważ pozwalają dokonywać pomiarów także na wysokości prawie 100 m nad powierzchnią gruntu. Na dachu obiektu zamontowane zostały czujniki temperatury powietrza oraz prędkości wiatru, które co 10 minut rejestrują wyniki pomiarów. Dzięki temu naukowcy wiedzą, jaka sytuacja meteorologiczna panuje nad powierzchnią Ziemi oraz na wyższym poziomie, nad miastem. – Zdarza się w bezchmurne, wyżowe dni zimowe, że różnica temperatur rejestrowanych przez czujniki w ogródku meteorologicznym i nad dachem budynku wydziału wynosi niekiedy nawet ponad 10°C – komentuje naukowiec. Gromadzone dane pozwoliły m.in. udowodnić występowanie zjawiska atmosferycznego zwanego inwersją termiczną. Przy normalnym rozkładzie temperatury jej wartość spada średnio o 0,6°C na 100 m wysokości w troposferze. Przy większym spadku temperatury z wysokością obserwowane są pionowe ruchy wznoszące powietrza (konwekcja) i jego mieszanie. – Nawet jeśli w takiej sytuacji domowe paleniska czy zakłady przemysłowe generują zanieczyszczenia, szkodliwe gazy są szybko rozpraszane w atmosferze i nie ma wówczas alarmu smogowego. Czasem dochodzi jednak do zjawiska inwersji termicznej (wzrost temperatury z wysokością), szczególnie podczas mroźnych, bezchmurnych nocy, w wyniku której przy powierzchni Ziemi utrzymuje się dużo niższa temperatura niż na wysokości kilkudziesięciu lub kilkuset metrów nad gruntem. Dochodzi wówczas wskutek osiadania powietrza do zatrzymania i kumulacji zanieczyszczeń sięgających czasem nawet do poziomu 100-300 metrów. Wtedy też notowane są największe stężenia szkodliwych gazów i pyłów w powietrzu, a w miastach i wsiach ogłaszany jest lokalny alarm związany z występowaniem tzw. smogu londyńskiego.

Dym unoszący się z komina– Nasza katedra od lat bada to zjawisko głównie pod kątem wpływu cyrkulacji atmosfery na jego natężenie. W tym roku rozpoczynamy intensywne badania tego problemu w ramach projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Warto jednak pamiętać, że rozmawiamy o naturalnym procesie, na występowanie którego niestety nie mamy wpływu. Możemy jedynie podejmować popularyzowane w mediach działania polegające przede wszystkim na zmniejszeniu emisji zanieczyszczeń do atmosfery, zarówno przez zakłady przemysłowe, jak też przez gospodarstwa domowe – przekonuje prof. Tadeusz Niedźwiedź.

Klimatolog zwraca ponadto uwagę na to, że z nieco innym zjawiskiem mamy do czynienia latem. Badania tego typu były już prowadzone w Stanach Zjednoczonych i w Meksyku. Przy określonych warunkach, gdy temperatury przekraczają w ciągu dnia wartość 30°C i występuje silne promieniowanie słoneczne, któremu towarzyszy duży ruch samochodów wydzielających w spalinach duże ilości tlenków azotu do atmosfery, dochodzi do reakcji chemicznych skutkujących podwyższonym stężeniem ozonu oraz aldehydu. Są to substancje szkodliwe dla organizmów żywych, dlatego w takich sytuacjach ogłaszany jest alarm smogu fotochemicznego (zwanego też smogiem typu Los Angeles). – Rozmawiamy o tego typu zjawiskach, ponieważ nasz region ze względu na swój aglomeracyjny charakter narażony jest na występowanie obu zagrożeń będących efektem współwystępowania określonych warunków atmosferycznych i nieodpowiedzialnej działalności człowieka – mówi klimatolog.
 

W tle smog panujący w mieście
Zimą głównie w miastach obserwowany jest smog londyński, latem – smog typu Los Angeles
Fot. Damián Bakarcic/ flickr.com. CC BY 2.0 
 

Badając przyczyny inwersji termicznej, naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego wykorzystują kalendarz typów cyrkulacji atmosfery (informujący o kierunku napływu powietrza oraz rodzaju układu barycznego – wyż, niż) obejmujący zakres czasowy od końca XIX wieku aż do teraźniejszości. Badacze z Uniwersytetu Śląskiego pod kierunkiem dr hab. Marioli Jabłońskiej dysponują obecnie Uniwersyteckimi Laboratoriami Kontroli Atmosfery (ULKA) – mobilnym (balon badawczy z aparaturą do pomiarów zanieczyszczenia powietrza) i stacjonarnymi, dzięki którym monitorują różne parametry do oceny jakości powietrza, źródeł zanieczyszczeń oraz kierunków ich przemieszczania się. Badania te również dostarczają szeregu ciekawych informacji pozwalających bliżej przyjrzeć się roli inwersji termicznej w rozkładzie czasowym i przestrzennym stężenia zanieczyszczeń atmosfery.

– Badania z zakresu klimatologii synoptycznej i topoklimatologii prowadziłem na początku swojej drogi naukowej, pracując na Uniwersytecie Jagiellońskim pod kierunkiem śp. profesora Mieczysława Hessa i przy współpracy ze śp. profesor Barbarą Obrębską-Starklową. W Dolinie Raby, gdzie obecnie znajduje się Zbiornik Dobczycki, założyłem sieć stacji meteorologicznych i na podstawie zgromadzonych pomiarów od dna doliny aż do wysokości 150–200 metrów badałem m.in., jakie znaczenie dla występowania zjawisk atmosferycznych mają różne formy ukształtowania terenu. Już tam zaobserwowałem zjawisko inwersji temperatury. W dolinie Raby w pogodne noce notowana była bowiem dużo niższa temperatura niż na wierzchowinach. Prowadzone wówczas badania stały się podstawą do przygotowania mojej rozprawy doktorskiej – mówi prof. Tadeusz Niedźwiedź.

Powodzie w Tatrach

Analizy wpływu cyrkulacji atmosfery na występowanie różnych zjawisk meteorologicznych i atmosferycznych okazały się także ciekawe w kontekście badań przyczyn i skutków występowania powodzi w Tatrach. Projekt o tej tematyce realizowany był pod kierunkiem prof. Zbigniewa Kundzewicza z poznańskiego ośrodka Polskiej Akademii Nauk przy współpracy polsko-szwajcarskiej. – Wraz z panią prof. Ewą Łupikaszą oraz panem dr. Łukaszem Małarzewskim sprawdzaliśmy w ramach tego projektu, jakie sytuacje meteorologiczne mogą przyczyniać się do występowania długotrwałych powodzi na terenie Tatr – wyjaśnia klimatolog. Naukowcy odkryli interesującą zależność. Udowodnili, że największe prawdopodobieństwo wystąpienia długotrwałych, groźnych powodzi zachodzi wówczas, gdy duże masy wilgotnego powietrza napływają z kierunków północnych, północno-zachodnich oraz północno-wschodnich prostopadle do łańcucha Tatr. W wyniku „zderzenia” z masywem skalnym dochodzi do natychmiastowego tworzenia się grubej powłoki chmur deszczowych Nimbostratus. Jeśli proces ten trwa kilka dni, skutkować może nieprzerwanymi opadami deszczu dochodzącymi do 300 mm na dobę będącymi źródłem powodzi o skali porównywalnej do tych z 1997 roku. W takich warunkach, w ciągu kilku dni suma opadów może przekroczyć roczną ich wartość. – Ponownie rozmawiamy o naturalnie występujących zjawiskach, na które nie mamy wpływu i, co więcej, których nie jesteśmy w stanie przewidzieć z dużym wyprzedzeniem czasowym. Jeśli jednak z prognoz pogody wynika, że warunki atmosferyczne pokrywać się będą z opisanymi przez nas w tym rejonie, wówczas można się lepiej przygotować do realnie występującego zagrożenia powodziowego – wyjaśnia prof. Tadeusz Niedźwiedź. W oparciu o prowadzone w ramach tego projektu badania przygotowane zostało również nowe wydanie publikacji pt. „Atlas Tatr – przyroda nieożywiona” wydanej przez Tatrzański Park Narodowy i zawierającej ponad osiemdziesiąt map i ponad sto pięćdziesiąt ilustracji pomocniczych dotyczących Tatr w ujęciach synchronicznym i diachronicznym.

Autor: Małgorzata Kłoskowicz


Prof. zw. dr hab. Tadeusz Niedźwiedź jest klimatologiem specjalizującym się w klimatologii synoptycznej obszarów górskich i polarnych oraz obszarów miejskich i przemysłowych. W badaniach uwzględnia problematykę wieloletniej zmienności klimatu ze szczególnym uwzględnieniem cyrkulacji atmosfery. Pracę naukową rozpoczął w roku 1964 na Uniwersytecie Jagiellońskim i kontynuował w IMGW (1977-2005). W latach 1996-2014 pełnił funkcję kierownika Katedry Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ. Obecnie jest zatrudniony w wymiarze ¼ etatu. W latach 1999-2006 był reprezentantem Polski w Technical Commitee Meteorology – COST w Brukseli. Został wybrany członkiem Polskiej Akademii Umiejętności (PAU), Wydział IV. Przyrodniczy(2001 członek korespondent, od 2008 – członek czynny, wicedyrektor Wydziału IV – 2 ostatnie kadencje, od 2013 r. członek Rady Stacji Naukowej PAU w Katowicach). Dorobek naukowy prof. Tadeusza Niedźwiedzia za lata 1995-2017 stanowią 282 publikacje. Wypromował 15 doktorów. 

return to top