Rekonstrukcja czasu zalegania pokrywy śnieżnej na podstawie wartości albedo (na przykładzie pomiarów w południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej)

• Autorzy: Falarz M. , Caputa Z. , Partyka J.

Warianty tytułu

EN

Reconstruction of Snow Cover Duration Using Solar Radiation Values (on the Example of Measurements in Southern Kraków-Częstochowa Upland)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Główny cel opracowania to cel metodyczny – wypracowanie metody rekonstrukcji czasu zalegania pokrywy śnieżnej na podstawie pomiarów promieniowania słonecznego. Celem dodatkowym jest cel poznawczy – porównanie czasu zalegania pokrywy śnieżnej w różnych formach terenu (dno doliny i wierzchowina) i na różnych wysokościach n.p.m. Badania zostały przeprowadzone na przykładzie warunków niwalnych południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej, w dolinie Prądnika w Ojcowskim Parku Narodowym. W opracowaniu użyto danych z okresu 2008-2014 dotyczących pokrywy śnieżnej na stacji Park Zamkowy (PZ; 322 m n.p.m.), położonej w dnie doliny Prądnika, oraz wartości promieniowania słonecznego na stacji PZ i w Lepiance Czajowskiej (LCZ; 483 m n.p.m.), położonej na wierzchowinie. Na podstawie danych aktynometrycznych wyliczono wartości albedo. Rekonstrukcję liczby dni z pokrywą śnieżną przeprowadzono w LCZ w trzech etapach: 1) zbadano częstość występowania wartości albedo w przedziałach osobno w dniach z pokrywą śnieżną i w dniach bez pokrywy śnieżnej na stacji PZ; 2) przeprowadzono symulacje czasu zalegania pokrywy śnieżnej na stacji PZ, stosując różne wartości progowe albedo dziennego i albedo z godzin 6-9 UTC; 3) wartości graniczne albedo wyznaczone w poprzednim etapie badań stały się podstawą rekonstrukcji czasu zalegania pokrywy śnieżnej na stacji LCZ; za dzień z pokrywą śnieżną przyjęto taki, w którym albedo było większe od ustalonych wartości progowych. Wyznaczone wartości graniczne albedo wynoszą 26% dla okresu całego dnia i 34% dla godzin 6-9 UTC. Różnica między nimi jest wynikiem zależności wartości albedo od wysokości Słońca. Średnia roczna liczba dni z pokrywą śnieżną wyniosła 80 dni w PZ i 75 dni w LCZ. Różnica w czasie zalegania pokrywy śnieżnej między dnem doliny Prądnika a wierzchowiną południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej jest wypadkową oddziaływania dwóch czynników: wysokości nad poziomem morza i formy terenu. Wysokość nad poziomem morza odgrywa większą rolę w tworzeniu się pokrywy śnieżnej, forma terenu natomiast w procesie zanikania śniegu wiosną.

EN

The main objective of the study is methodical one: development of a method to reconstruct the snow cover duration on the basis of measurements of solar radiation. The additional objective is cognitive: comparison of seasonal snow cover duration in various geomorphological forms: concave (the bottom of the valley) and convex (plateau) and at different heights above sea level. Studies were carried out on the example of the nival conditions in southern Krakow-Częstochowa Upland: in Prądnik valley in Ojcow National Park. There were used daily and timely data of total and reflected shortwave solar radiation for the period 2008-2014, on the basis of which albedo values (α; %) were calculated. Actinometric measurements were performed on the Park Zamkowy station (PZ; 322 m a.s.l.) located in the bottom of the valley of Prądnik and in Lepianka Czajowska station (LCZ; 483 m a.s.l.) located on the plateau of southern Kraków-Częstochowa Upland. There were also used daily data describing the thickness of the snow cover in the PZ for the same period. Reconstruction of the number of days with snow cover in the LCZ was performed in three stages: 1. frequency of albedo values were examined in intervals for days with snow cover and days without snow cover in the PZ; 2. simulations of snow cover duration (number of days) were conducted in the PZ using different threshold values (bottom limit) of daily albedo and albedo for 6-9 UTC; 3. limits of albedo designated in the preceding stage research were the basis of reconstruction the number of snow cover in the LCZ; a day with snow cover was the day when the albedo was higher than the established limit values. Designated the boundary values of the albedo is 26% for the entire day and 34% for 6-9 UTC. The difference between these values is the result of albedo dependency on the Sun height. The average annual number of days with snow cover in the investigated period (2008-2014) is 80 in the PZ (observation data) and 75 in LCZ (reconstructed and observation data). In November, when snow cover is created, more days with snow on the ground is observed on the plateau (LCZ: 3 days in average), while from December to March, snow cover occurred longer in the bottom of the valley (PZ). The difference in the snow cover duration between the bottom of the Prądnik valley and the plateau of southern Kraków-Częstochowa Upland increases in particular months towards the end of the winter season: it is namely 1 day in January, 2 days in February and 3 days in March. The differences in snow cover duration between the bottom of the valley and the plateau are the resultant of two factors: altitude and topography. The altitude above sea level, plays a more important role in the formation of snow cover, while the morphology of the terrain is of greater importance in the process of melting the snow in the spring.

Słowa kluczowe

PL

pokrywa śnieżna; promieniowanie słoneczne; albedo; rekonstrukcja; Ojcowski Park Narodowy; Wyżyna Krakowsko-Częstochowska

EN

snow cover; solar radiation; albedo; reconstruction; Ojcow National Park; Kraków-Częstochowa Upland

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2016
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 195--207
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Falarz M.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi

autor

Caputa Z.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi

autor

Partyka J.

• Ojcowski Park Narodowy

Bibliografia

• [1] Bartuś T., 2014, Model zmienności topoklimatycznej rejonu Ojcowskiego Parku Narodowego. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 24, 25–46.
• [2] Bednorz E., 2011, Synoptic conditions of snow cover occurrence in central European lowlands. Int. Journal of Climatology, 31 (8), 1108–1118; DOI: 10.1002/joc.2130.
• [3] Bokwa A., Caputa Z., Durło G., Maciejowski W., Wojkowski J., 2008, Meso- and microclimatic conditions in the southern part of the Cracow-Częstochowa Upland. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, 11(3), #03.
• [4] Brown R. D., Goodison B. E.,1996, Interannual variability in reconstructed Canadian snow cover, 1915–1992. J. Climate, 9, 1299–1318.
• [5] Brzeźniak E., Partyka J., 2008. Warunki klimatyczne Ojcowskiego Parku Narodowego, [w:] A. Klasa, J. Partyka (red.) Monografia Ojcowskiego Parku Narodowego. Przyroda. Wyd. OPN, Ojców, 121–136.
• [6] Caputa Z., 2015, Dopływ promieniowania słonecznego do wklęsłych form terenu południowej części Wyżyny Krakowskiej w latach 2008–2014. Prądnik. Prace Muzeum Szafera, 19, 195–218.
• [7] Caputa Z., 2016a, Net solar radiation in the southern part of the Kraków-Częstochowa Upland in the period of 2008–2014, Acta Agrophysica, 23 (2), 147–161.
• [8] Caputa Z., 2016b, Zróżnicowanie dopływu promieniowania słonecznego do południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej w latach 2008–2014. Prace i Studia Geograficzne, 147 (4).
• [9] Caputa Z., Leśniok M., 2002, Radiation balance in the area of Ojców National Park, [w:] V. N. Andrejchuk, V. P. Korzhyk (red.) Regional aspects of land use. Kharskivski Politekhnichny Universytet, Uniwersytet Śląski, Chernivtsy-Sosnowiec, 24–34.
• [10] Caputa Z., Partyka J. (red.), 2009, Współczesne zmiany środowiska przyrodniczego w różnych warunkach topoklimatycznych Wyżyny Krakowskiej na przykładzie Ojcowskiego Parku Narodowego. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 19: 332.
• [11] Caputa Z., Wojkowski J., 2013: Wpływ promieniowania słonecznego na temperaturę powietrza i gleby na Wyżynie Krakowskiej. Prądnik. Prace Muzeum Szafera, 23, 65–74.
• [12] Caputa Z., Wojkowski J., 2015. Structure of radiation balance in diverse types of relief. Annals of Warsaw University of Life Sciences, 47, 4, 343–354.
• [13] Chodakow W. G., 1971, Śniegi i lody Ziemi. PWN, Wrocław, 206.
• [14] Durand M., Molotch N. P., Margulis S. A., 2008, Merging complementary remote sensing datasets in the context of snow water equivalent reconstruction. Remote Sensing of Environment, 112, 1212-1225.
• [15] Falarz M., 2000, An attempt of reconstruction of nival conditions on the turn of the 19th century in Cracow and Zakopane, [in:] B. Obrębska-Starkel (red.) Reconstructions of Climate and its Modelling, Prace Geogr. IGUJ, 107, 213-221.
• [16] Falarz M., 2000/2001, Metody rekonstrukcji pokrywy śnieżnej w okresie przed rozpoczęciem regularnych obserwacji niwalnych (na przykładzie Krakowa), [w:] Problematyka pomiarów i opracowań elementów meteorologicznych, Annales UMCS sec. B, LV/LVI, 133-144.
• [17] Falarz M., 2002, Long-term variability in reconstructed and observed snow cover over the last 100 winter seasons in Cracow and Zakopane (southern Poland). Climate Research, 19, 3, 247-256.
• [18] Gafurov A., Vorogushyn S., Farinotti D., Duethmann D., Merkushkin A., Merz B., 2015, Snow-cover reconstruction methodology for mountainous regions based on historic in situ observations and recent remote sensing data, The Cryosphere, 9, 451-463.
• [19] Hoch S. W., Whiteman C. D., 2010, Topographic effects on the surface radiation balance in and around Arizona’s Meteor Crater. J. Appl. Meteor. Climatol., 49, 1114-1128.
• [20] Klein J., 1974, Mezo- i mikroklimat Ojcowskiego Parku Narodowego. Studia Naturae, ser. A, 8, 1-105.
• [21] Klein J., 1992, Radiacyjne czynniki klimatu i parowanie w Ojcowskim Parku Narodowym (na przykładzie Doliny Sąspowskiej). Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 5, 29-34.
• [22] Kożuchowski K., 2011, Albedo, [w:] Klimat Polski. Nowe spojrzenie. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 88-93.
• [23] Kożuchowski K., 2012, Lokalne czynniki klimatu, [w:] K. Kożuchowski (red.) Meteorologia i klimatologia. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 232-245.
• [24] Laxton S. C., Smith D. J., 2009, Dendrochronological reconstruction of snow avalanche activity in the Lahul Himalaya, Northern India. Natural Hazards, 9, 3, 459-467; DOI: 10.1007/s11069-008-9288-5.
• [25] Leathers D. J., Graybeal D., Mote T., Grundstein A., Robinson D., 2004, The Role of Airmass Types and Surface Energy Fluxes in Snow Cover Ablation in the Central Appalachians. Journal of Appl. Met., 43, 1887-1898.
• [26] Litschmann T., Rožnovský J., Středa T., Středová H., Hebelka J., 2012, Temperature and humidity conditions of Macocha Abyss. Contribution to Geophysics and Geodesy, 42(3), 227-242.
• [27] Lockwood J. G., 1984, Procesy klimatotwórcze. PWN, Warszawa.
• [28] Niedźwiedź T., 2009, Wpływ cyrkulacji atmosfery na klimat lokalny Ojcowskiego Parku Narodowego. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 19, 181-194.
• [29] Stone R. S., Ellsworth G., Dutton E. G., Joyce M. Harris J. M., Longenecker D., 2002, Earlier spring snowmelt in northern Alaska as an indicator of climate change. Journal of Geoph. Res., 107 (D10), 4089, 10.1029/2000JD000286, 1-13.
• [30] Timilsena J., Piechota T., 2008, Regionalization and reconstruction of snow water equivalent in the upper Colorado River basin. Journal of Hydrology, 352, 94-106.
• [31] Wojkowski J., 2009, Zróżnicowanie przestrzenne pokrywy śnieżnej na obszarze Ojcowskiego Parku Narodowego. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 19, 89-108.
• [32] Wojkowski J., Caputa Z., 2009, Przestrzenne i czasowe zróżnicowanie albeda na obszarze Ojcowskiego Parku Narodowego. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 19, 153-168.
• [33] Wojkowski J., Caputa Z., 2016, The impact of karst relief on the diversity of insolation conditions and mesoclimate variation, Case study of the Ojców National Park, Poland. Int. Journal of Geoheritage, 4(1), 1-11.
• [34] Wojkowski J., Partyka J., 2009, Warunki śnieżne w Ojcowie. Prądnik, Prace Muzeum Szafera, 19, 75-88.