Zima 2019-2020 roku : historyczne minimum zlodzenia Bałtyku

• Autorzy: Marsz Andrzej A. , Styszyńska Anna

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2021-026

Warianty tytułu

EN

Winter 2019-2020 : the historical minimum of the ice cover of the Baltic Seas

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W sezonie zimowym 2019-2020 wystąpiło historyczne minimum rocznej maksymalnej powierzchni zlodzonej Bałtyku (MIE) w całym 301.letnim okresie obserwacji (1720-2020). MIE osiągnęła w tym sezonie lodowym wartość zaledwie 37 tys. km2, przy średniej (1720-2019) równej 213 tys. km² i (odchyleniu standardowym) równym 112,9 tys. km². W pracy rozpatruje się zespół procesów, które doprowadziły do osiągnięcia przez MIE ekstremalnie niskiej wartości. Analizę przeprowadzono dla okresu ostatnich 70 lat (1951-2020). Główną przyczyną wystąpienia w sezonie zimowym 2019-2020 tak niskiej MIE jest zmiana reżimu cyrkulacji środkowotroposferycznej w latach 1987-1989, polegająca na przejściu epoki cyrkulacyjnej E w epokę cyrkulacyjną W. W ostatniej epoce cyrkulacyjnej frekwencja makro-typu W według klasyfikacji Wangengejma-Girsa wzrosła znacznie powyżej wartości średnich (ryc. 3). Ponieważ zmienność frekwencji makrotypów cyrkulacji środkowotroposferycznej steruje zmiennością wartości elementów klimatycznych, w tym temperaturą powietrza, usłonecznieniem, prędkością wiatru (tab. 1), zmiana frekwencji makrotypów doprowadziła do zmiany bilansu cieplnego Bałtyku. Po roku 1988 wzrosła akumulacja ciepła słonecznego w wodach Bałtyku w okresie letnim i zmniejszyły się strumienie ciepła jawnego i ciepła parowania z powierzchni Bałtyku w okresach zimowych. W efekcie tych zmian temperatura powierzchni morza (SST) systematycznie wzrastała i SST na coraz większych powierzchniach morza nie osiągała w okresach zimowych temperatury krzepnięcia. W przebiegu SST pojawił się trend dodatni i tym samym wystąpił ujemny trend w przebiegu MIE. Spowodowało to zmianę reżimu lodowego Bałtyku, w ostatniej epoce cyrkulacyjnej silnie zmniejszyła się średnia wartość MIE i znacznie wzrosła częstość występowania łagodnych sezonów lodowych, w tym sezonów ekstremalnie łagodnych (MIE < 81.0 tys. km²). Wystąpienie w okresie ostatniej zimy (DJFM; 2019-2020) bardzo silnej cyrkulacji strefowej (ryc. 6), będącej skutkiem dominacji frekwencji makrotypu W (tab. 3) doprowadziło do wystąpienia bardzo silnych anomalii temperatury powietrza i anomalii SST (ryc. 7), uniemożliwiających, poza skrajnymi północnymi akwenami Bałtyku (Zatoka Botnicka), rozwój zlodzenia. Wystąpienie historycznego minimum MIE w sezonie lodowym 2019-2020 stanowi wynik ewolucji pola SST Bałtyku, zacho-zącej pod wpływem zmiany charakteru cyrkulacji atmosferycznej po roku 1988.

EN

In the winter season 2019-2020, there was a historical minimum of the annual maximum ice extent (MIE) of the Baltic Sea within the entire 301-year observation period (1720-2020). In this ice season MIE reached a value of only 37,000 km², with an average (1720-2019) of 213,000 km² and (standard deviation) of 112,900 km². The paper considers the set of pro-cesses that led to the MIE reaching an extremely low value. The analysis was carried out for the last 70 years (1951-2020). The main reason for the occurrence of such a low MIE in the winter season 2019-2020 is the change in the mid-tropospheric circulation regime in the years 1987-1989, consisting in the transition of the E circulation epoch into the W circulation epoch. In the last period of circula-tion epoch the frequency of the W macrotype according to the Wangengejm-Girs classifica-tion increased significantly above the mean values (Fig. 3). As the variability of the frequency of the macrotypes of the mid-tropospheric circulation controls the variability of the values of climatic elements, including air temperature, sunshine duration, wind speed (Table 1), the change in the frequency of macrotypes led to a change in the thermal balance of the Baltic Sea. After 1988 the accumulation of solar heat in the waters of the Baltic Sea in the Summer period increased, and the fluxes of sensible heat and the heat of evaporation from the surface of the Baltic Sea in Winter periods decreased. As a result of these changes the sea surface temperature (SST) was systematically increasing, and the SST on increasingly larger sea sur-faces did not reach the freezing point in Winter. There was a positive trend in the course of SST and thus a negative trend in the course of MIE. This caused a change in the ice regime of the Baltic Sea. In the last circulation epoch the mean value of MIE decreased significantly and the frequency of mild ice seasons increased significantly, including extremely mild seasons (MIE <81,000 km²). The occurrence of a very strong zonal circulation during the last winter (DJFM; 2019-2020) (Fig. 6), resulting from the dominance of the W macrotype frequency (Table 3), led to a very strong air temperature anomalies and to the SST anomalies (Fig. 7), preventing, apart from the extremely northern waters of the Baltic Sea (Gulf of Bothnia), the development of the ice cover. The occurrence of the historical MIE minimum in the 2019-2020 ice season is the result of the evolution of the Baltic SST field, which took place as a result of the change in the nature of the atmospheric circulation after 1988.

Słowa kluczowe

PL

Morze Bałtyckie; maksimum pokrywy lodowej; cyrkulacja atmosferyczna; klimat; temperatura powierzchni morza

EN

Baltic Sea; maximum ice cover; atmospheric circulation; climate; sea surface temperature

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2021
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 227--249
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Marsz Andrzej A.

• Polskie Towarzystwo Geofizyczne, OddziaŁ Bałtycki

• https://orcid.org/0000-0002-1962-8004

autor

Styszyńska Anna

• Polskie Towarzystwo Geofizyczne, OddziaŁ Bałtycki

• https://orcid.org/0000-0001-8763-9154

Bibliografia

• [1] Degirmendžić J., Kożuchowski K., Wibig J., 2000, Epoki cyrkulacyjne w XX wieku i zmienność typów cyrkulacji w Polsce, Przegląd Geofizyczny, 45 (3-4), 221-239.
• [2] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2018, Circulation epochs based on the Vangengeim-Girs large scale patterns (1891-2010), Acta Universitatis Lodziensis. Folia Geographica Physica, 17, 7-13, DOI: 10.18778/1427-9711.17.01
• [3] Dimitriev A.A., Belyazo V.A., 2006, Kosmos, plantarnaya klimaticheskaya izmenchivost’ i atmosfera polyarnykh regionov, Gidrometeoizdat, Sankt-Peterburg, 358 s.
• [4] Formela K., Marsz A.A., 2011, Zmienność liczby dni ze sztormem nad Bałtykiem (1971-2009), Prace i Studia Geograficzne, 47, 189-196.
• [5] Girs A.A., 1964, O sozdanii edinoi klassifikacii makrosinopticheskikh processov severnogo polushariya, Meteorologya i Gidrologiya, 4, 43-47.
• [6] Girs A.A., 1974, Makrocirkulyacionnyj metod dolgosrochnykh meteorologicheskikh prognozov, Gidrometeoizdat, Leningrad, 488 s.
• [7] Girs A.A., Kondratovich K.V., 1978, Metody dolgosrochnykh prognozov pogody, Gidrometeoizdat, Leningrad, 342 s.
• [8] Haapala J.J., Roikainen I., Schmelzer N., Sztobryn M., 2015, Recent change - Sea Ice, [w:] The BACC II Author Team, Second Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin, Regional Climate Studies, 145-153, DOI 10.1007/978-3-319-16006-1_8
• [9] Hansson D., Omstedt A., 2008, Modelling the Baltic Sea ocean climate on centennial time scale: Temperature and sea ice, Climate Dynamic, 30 (7), 763-778, DOI: 10.1007/s00382-007-0321-2
• [10] Hurrell J.W., 1995, Decadal Trends in the North Atlantic Oscillation, Science, 269 (5224), 676-9, DOI: 10.1126/science.269.5224.676
• [11] Jevrejeva S., Drabkin V.V., Kostjukov J., Lebedev A.A., Leppäranta M., Mironov Ye.U., Schmelzer N., Sztobryn M., 2004, Balic Sea ice seasons in the twentieth century, Climate Research, 25, 217-227.
• [12] Kalnay E., Kanamsitu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., Withe G., Woolen J., Zhu Y., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Jankowiak J., Mo C.K., Ropelewski C., Wang J., Leetmaa A., Reynolds R., Jenne R., Joseph D., 1996, The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project, Bulletin of the American Meteorological Society 77 (3), 437-471, DOI: 10.1175/1520-0477(1996)0772.0.CO;2
• [13] Koslowski G., Glaser R., 1995, Reconstruction of the ice winter severity since 1701 in the Western Baltic, Climatic Change, 31, 79-98, DOI: 10.1007/BF01092982
• [14] Koslowski G., Glaser R., 1999, Variations in reconstructed winter severity in the western Baltic from 1501 to 1995, and their implications from the North Atlantic Oscillation, Climatic Change, 41, 175-191, DOI: 10.1023/A:1005466226797
• [15] Kożuchowski K., 1989, Makrotypy ogólnej cyrkulacji atmosfery a temperatura powietrza w Polsce, Przegląd Geofizyczny, 34 (4), 427-435.
• [16] Kożuchowski K., 1993, Makrotypy ogólnej cyrkulacji atmosfery a główne typy cyrkulacji nad Polską, Przegląd Geofizyczny, 38 (3-4), 241-247.
• [17] Kożuchowski K., 1994, Tendencje i wahania okresowe zlodzenia Bałtyku (1720-1992), [w:] Współczesne zmiany klimatyczne. Klimat Polski i regionu Morza Bałtyckiego na tle zmian globalnych, K. Kożuchowski (red.), 159-169.
• [18] Kożuchowski K., 2011, Klimat Polski. Nowe spojrzenie, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 292 s.
• [19] Kożuchowski K., Degirmendžić J., 2018, Zmienność form cyrkulacji środkowotroposferycznej według klasyfikacji Wangenheima-Girsa i ich relacje z polem ciśnienia na poziomie morza, Przegląd Geofizyczny, 63 (1-2), 88-122
• [20] Kraus E.B., Businger J.A., 1994, Atmosphere-Ocean Interaction, Oxford University Press, New York, Clarendon Press Oxford, 369 s.
• [21] Kruszewski G., 2008, Zmiany prędkości wiatru przywodnego nad Bałtykiem w świetle danych z reanalizy NCEP/NCAR (1951-2000), Przegląd Geofizyczny, 53 (1), 27-41.
• [22] Ledovovyj rezhim Bałtijskogo morya, 1992, [w:] Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morej SSSR, t. 3., Baltijskoe More, vyp. 1: Gidrometeorologicheskie usloviya, F.S. Terziev i in. (red.), Gidometeoizdat, Sankt-Peterburg, 320-332.
• [23] Lehmann A., Getzlaff K., Harlaß J., 2011, Detailed assessment of climate variability in the Baltic Sea sea for the period 1958 to 2009, Climate Research, 46, 185-196, DOI: 10.3354/cr00876
• [24] Łomniewski K., Mańkowski W., Zaleski J., 1975, Morze Bałtyckie, PWN, Warszawa, 505 s. Makshtas A.P., 1984, Teplovoj balans arkticheskiikh ldov v zimnij period, Gidrometeoizdat, Leningrad, 66 s.
• [25] Marosz M., Kożuchowski K., 2019. Geostrophic wind variability in the 50-60°N zone over Europe: the role of mid-troposphere atmospheric circulations macro-forms, Bulletin of Geography. Physical Geography Series, 16, 45-65, DOI: 10.2478/bgeo-2019-0004
• [26] Marsz A.A., 2005a, Czy cyrkulacja atmosferyczna jest zdeterminowana i przewidywalna, [w:] Ekstremalne zjawiska meteorologiczne i hydrologiczne, E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Szkutnicki (red.), PTGeof i IMGW, Warszawa, 32-52.
• [27] Marsz A.A., 2005b, Prognoza występowania w okresie zimy typów cyrkulacji atmosferycznej Osuchowskiej-Klein związanych z ekstremalnym zlodzeniem Bałtyku, [w:] Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Szkutnicki (red.), Monografie Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa, 419-428.
• [28] Marsz A.A., 2019, Geneza NAO i problem stabilności tej postaci cyrkulacji atmosferycznej, [w:] NAO - Jej istota, przyczyny i konsekwencje, A. Styszyńska, M. Błaś, K. Migała (red.), Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego i Stowarzyszenie Klimatologów Polskich, Wrocław, 31-46.
• [29] Marsz A.A., Styszyńska A., 2006, O „arktycznych” i „atlantyckich” mechanizmach sterujących zmiennością temperatury powietrza na obszarze Europy i północno-zachodniej Azji. Problemy Klimatologii Polarnej, 16, 47-89.
• [30] Marsz A.A., Styszyńska A., 2015, Zmienność ciśnienia atmosferycznego w Arktyce Atlantyckiej a temperatura powietrza w Polsce. Przyczynek do przejawów „monsunu europejskiego”, Przegląd Geofizyczny, 60 (1-2), 3-25.
• [31] Marsz A.A., Styszyńska A., 2018, Przebieg temperatury zim na obszarze Polski w latach 1720-2015, Prace Geograficzne, 155, 85-138, DOI: 10.4467/20833113PG.18.018.9541
• [32] Omstedt A., Chen D., 2001, Influence of atmospheric circulation to the maximum ice extent in the Baltic Sea, Journal of Geophysical Research. Oceans, 106 (C3), 4493-4500, DOI: 10.1029/1999JC000173
• [33] Omstedt A., Pettersen Ch., Rodhe J., Winsor P., 2004, Baltic Sea climate: 200 yr of data on air temperature, sea level variation, ice cover, and atmospheric circulation, Climate Research, 25, 205-216, DOI: 10.3354/cr025205 Osuchowska-Klein B., 1978, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej, IMGW, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa, 192 s. Osuchowska-Klein B., 1991, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej 1976-1990, IMGW, Warszawa, 50 s.
• [34] Savichev A.I., Mironicheva N.P., Cepelev V.Yu., 2015, Osobennosti kolebanij atmosfernoj cirkulyacii v Atlantiko-evropejskom sektore polushariya v poslednie desyatiletiya, Uchenye zapiski Rossijskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta, 39, 120-131.
• [35] Seinä A., Eriksson P., Kalliosaari S., Vainio J., 2006. Ice seasons 2001-2005 in Finnish sea areas, Meri - Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, 57, 100 s.
• [36] Seinä A., Grönvall H., Kalliosaari S., Vainio J., 2001, Ice seasons 1996-2000 in Finnish sea areas, Meri - Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, 43, 138 s.
• [37] Seinä A., Kalliosaari S., 1991, Jäatalvet 1986-1990 Suomen merialueilla. Ice winters 1986-1990 along the Finnish coast, Finnish Marine Research, 259, 68 s.
• [38] Seinä A., Palosuo E., 1993, Itämeren suurimpien vuotuisten jääpeitteen laajuksien luokittelu 1720-1992 - Risto Jurvan kokoaman aineiston 1720-1951 ja Merentutkimuslaitoksen jääpalvelun aineiston vuosilta 1952-1992 mukaan. [Abstract: The classification of the maximum annual extent of ice cover in the Baltic Sea 1720-1992. Based on the material collected by Risto Jurva (winters 1720-1951) and the material of the ice service of the Finnish Institute of Marine Research (winters 1952-1992)], Meri, 20, 20 s.
• [39] Seinä A., Palosuo E., 1996, The classification of the maximum annual extent of ice cover in the Baltic Sea 1720-1995, [w:] Meri - Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, 27, 79-91
• [40] Smith T.M., Reynolds R.W., Peterson T.C., Lawrimore J., 2008, Improvements to NOAA’s Historical Merged Land-Ocean Surface Temperature Analysis (1880-2006), Journal of Climate, 21 (10), 2283-2296, DOI: 10.1175/2007JCLI2100.1
• [41] Styszyńska A., Marsz A.A., 2005, Cyrkulacyjne uwarunkowania ekstremalnego zlodzenia Bałtyku, [w:] Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Szkutnicki (red), IMGW, Warszawa, 429-440
• [42] Tinz B., 1996, On the relation between annual maximum of ice cover in the Baltic Sea and sea level pressure as well as air temperature field, Geophysica, 32 (3), 319-341
• [43] Tuomenvirta H., Derbs A., Førland E., Tveito O.E., Alexandersson H., Laursen E.V., Jónsson T., 2001, Nordklim data set 1.0., Klima, DNMI, Report no. 08/01, 26 s.
• [44] Vihma T., Haapala J., 2009, Geophysics of sea ice in the Baltic Sea; A review, Progress in Oceanography, 80 (3), 129-148, DOI: 10.1016/j.pocean.2009.02.002 Wangengejm G.Ya., 1952, Osnovy makrocirkuylacionngo metoda dolgosrochnykh meteorologicheskikh prognozov dlya Arktiki, Trudy AANII, 34, 314 s.
• [45] Zvieriev A.S., 1978, Sinopticheskaya meteorologiya, izd. 2, Gidrometeoizdat, Leningrad, 711 s.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).