Zmienność form cyrkulacji środkowotroposferycznej według klasyfikacji Wangenheima-Girsa i ich relacje z polem ciśnienia na poziomie morza

• Autorzy: Kożuchowski K. , Degirmendžić J.

Warianty tytułu

EN

Variability of Mid-Tropospheric Circulation Forms According to Wangenheim-Girs Classification and Their Relations to Sea-Level Pressure Patterns

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opracowanie przedstawia wyniki statystycznej analizy zmienności form cyrkulacji atmosferycznej na podstawie klasyfikacji Wangenheima-Girsa. W analizie wykorzystano dwie miary frekwencji form cyrkulacji: 1. roczne liczby dni z formami cyrkulacji W, E i C (częstość nd), 2. roczne liczby epizodów poszczególnych form (Ne), tj. liczby okresów, w których przez kolejne dni w roku utrzymuje się dana forma. Wykonano ocenę wieloletnich zmian frekwencji form cyrkulacji na podstawie kumulowanych odchyleń częstości nd i Ne od średnich z okresu 1949-2015 oraz porównano frekwencję form cyrkulacji w trzech tzw. epokach cyrkulacyjnych: E+C (1950-1969), E (1970-1991) i W (1992-2015). Ponadto, analizowano zmiany frekwencji nd i Ne z roku na rok oraz następstwo występowania epizodów form W, E i C. W okresie 1949-2015 wydzielono 3 476 epizodów cyrkulacyjnych o średnim czasie trwania około siedmiu dni. W analizowanym okresie wzrastała znacząco częstość nd formy W, głównie wskutek wzrostu liczby epizodów (Ne). Skróceniu uległy natomiast epizody form E i C. Stwierdzono istotną, rosnącą tendencję rocznej liczby epizodów trzech form cyrkulacji Ne (W+E+C). Częstotliwość zmian form cyrkulacyjnych wzrosła szczególnie po roku 2003 (rys. 3). Istotne statystycznie różnice wystąpiły między frekwencją form cyrkulacji w trzech wyróżnionych podokresach – tzw. epokach cyrkulacyjnych. Największą zmienność można przypisać formom W i C. Największą inercją zmian czasowych wyróżnia się częstość formy W (tab. 3, 4, 5). Zmiany z roku na rok frekwencji form cyrkulacyjnych, jak i związki między zmianami rocznych częstości poszczególnych form wykazują stochastyczny charakter krótkookresowej zmienności form cyrkulacji atmosferycznej. Niemniej, w analizowanej próbie sześćdziesięciu sześciu zmian z roku na rok frekwencji nd i Ne znaleziono słabą zbieżność zmian częstości form W i C oraz E i C. Znaleziono także śladowo zaznaczoną tendencję, zgodnie z którą po epizodach formy E następują ze względnym nadmiarem epizody formy W, po epizodach W – epizody C, a po epizodach C – epizody E (rys. 4). W przeważającej liczbie przypadków (około 2/3 lat analizowanej serii) stwierdzono zbieżność względnej dominacji form W i C lub zbieżność dominacji form E i C (lata te oznaczono indeksami WWC, ECC i ECE, zob. tab. 10). Przedstawiono hipotezę, według której losowe zmiany form cyrkulacji mogą powodować powstawanie znaczących fluktuacji, obserwowanych w przebiegu częstości poszczególnych form (forma W nieznacznie sprzyja powstawaniu formy C, forma C sprzyja formie E itd., zob. rys. 8). Pole średniego ciśnienia, odpowiadające formom cyrkulacji W, E i C (rys. 6-11) wskazuje, że formie W odpowiada silnie pogłębiona depresja w strefie wysokich szerokości geograficznych nad Europą. Formom cyrkulacji południkowej E i C odpowiadają dodatnie anomalie ciśnienia, położone w pobliżu osi klinów na powierzchni 500 hPa (odpowiednio w pobliżu południków 40-50°E i 0-10°E). Podczas panowania formy E nad północno-wschodnią Europą kształtują się układy wyżowe; w zimie przybierające postać rozległego klina Wyżu Azjatyckiego. Podczas epizodów formy C wyż kształtuje się nad Europą Zachodnią; w sezonie letnim ma on postać klina Wyżu Azorskiego.

EN

The paper presents the results of a statistical analysis of the temporal variations in the occurrence of atmospheric circulation forms based on the Wangenghim-Girs classification. Two statistical measures of the occurrence of circulation forms are used: 1) annual frequency of circulation forms, i.e. the number of days with individual forms (nd); 2) annual frequency of circulation episodes (Ne). An episode denotes a period in which a sole form in successive days occurs. An assessment of long-term changes in frequencies of circulation forms is provided on the basis of cumulative deviations from averages of the period 1949-2015, and so in the comparison of the frequency of circulation forms in three so-called circulation epochs: E+C (1950-1969), E (1970-1991) and W (1992-2015). Moreover, the year to year changes in nd and Ne frequencies, and the succession of the circulation episodes of W, E and C forms were analyzed. In the 1949-2015 period 3 476 circulation episodes with average duration of ca. 7 days were identified. In the analyzed period, the nd frequency of the form W was significantly growing, mostly due to the rise of the number of W episodes. In contrast, the episodes of the E and C forms shortened. A remarkable rising tendency in the number of episodes of the three forms Ne (W+E+C) was also identified. The changeability of circulation form rose particularly after 2003 (fig. 3). Statistically significant differences were observed between the frequency of circulation forms in three identified sub-periods – the so called circulation epochs. The greatest variability may be attributed to the W and C forms. The greatest persistence in temporal changes characterizes the frequency of the W form (tab. 3, 4, 5). Year to year changes in frequencies of circulation forms, and relations between changes in yearly frequencies of particular forms demonstrate stochastic character of short-term variability of circulation patterns. However, in the analyzed sample of 66 year to year changes in nd and Ne frequencies a slight association in frequency changes of the W and C forms, and E and C forms was identified. Moreover, a detectable tendency was observed for the W form episodes to succeed with relative higher frequency the E form episodes, as the C form episodes succeed the W form episodes, and the E form episodes succeed the C form episodes (F=fig. 4). The majority of he analyzed cases (about 2/3 of the years in question) were characterized by the association of relatively dominant W and C forms, or the association of the E and C forms prevalence (these years were marked with WWC, ECC, and ECE indexes, see tab. 10). According to the hypothesis presented random changes in circulation forms may cause significant frequency fluctuations of particular forms (the C form occurs slightly frequently after the W form, and the E form after the C one, etc., see fig. 8). The average sea level pressure field, related to the W, E and C circulation forms (fig. 6-11) indicates that zonal W form is related to a deep depression in high latitudes over Europe. Meridional circulation forms E and C are related to the positive pressure anomalies located near the axes of ridges at the 500 hPa level (near to the 40-50°E and 0-10°E meridians respectively). During the prevalence of the E form over North-Eastern Europe highs are being formed, which take the shape of the spacious ridge of the Asian high in winter. During the C form episodes the high is being formed over Western Europe, and it takes shape of the ridge of the Azorian high in summer.

Słowa kluczowe

PL

klasyfikacja Wangenheima-Girsa; formy cyrkulacji; epizody cyrkulacyjne; zmienność form cyrkulacji; pola ciśnienia na poziomie morza; cyrkulacja atmosferyczna Europy; cyrkulacja atmosferyczna Atlantyku Północnego

EN

Wangenheim-Girs classification; circulation forms; circulation episodes; variability of circulation forms; sea level pressure; atmospheric circulation in Europe; atmospheric circulation in the North Atlantic

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2018
• Tom: Z. 1-2
• Strony: 89--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., mapy, rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kożuchowski K.

• Uniwersytet Łódzki, Wydział Nauk Geograficznych, Katedra Geografii Fizycznej, Łódź, Polska

autor

Degirmendžić J.

• Uniwersytet Łódzki, Wydział Nauk Geograficznych, Katedra Geografii Fizycznej, Łódź, Polska

Bibliografia

• [1] Aasa A., Jaagus A., Ahas R., Sepp M., 2004, The influence of atmospheric circulation on plant phenological phases in Central and Eastern Europe, International Journal of Climatology, 24 (12), 1551-1564, DOI: 10.1002/joc.1066.
• [2] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2016, Niże śródziemnomorskie jako czynnik klimatu Polski, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź, 165 s.
• [3] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2017a, Epoki cyrkulacyjne w okresie 1891-2010 na podstawie klasyfikacji Wangenheima-Girsa, [w:] Nadzwyczajne zdarzenia meteorologiczne i hydrologiczne na ziemiach polskich, Materiały Konferencji Jubileuszowej z okazji 70-lecia Polskiego Towarzystwa Geofizycznego, 25-26.09.2017, Łódź, 72-73.
• [4] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2017b, Makrocyrkulacyjne uwarunkowania długotrwałych fal termicznych w Polsce, Przegląd Geofizyczny, 62 (1-2), 3-28.
• [5] 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.
• [6] Dimitrieev A. A., Belyazo V. A., 2006, Kalendarnyj katalog atmosfernykh processov po cirkumpolarnoj zonie severnogo polusharja i ikh kharakteristiki za period s 1949 po 2005 g, [w:] Kosmos, planetarnaja klimaticheskaja izmenchivost’ i atmosfera poljarnykh regionov, Gidrometeoizdat, St. Petersburg.
• [7] Girs A. A., 1960, Osnovy dolgosrochnykh prognozov pogody, Gidrometeoizdat, Leningrad, 560 s.
• [8] Girs A. A., 1964, O sozdanii edinoj klassifikacii makrosinopticheskikh prosessov severnogo polusharija, Meteorol. i Gidrol., 4, 43-47.
• [9] Girs A. A., 1971, Mnogoletniie kolebanija atmosfernoj cirkulacii i dolgosrochnye gidrometeorologicheskie prognozy, Gidrometeoizdat, Leningrad, 280 s.
• [10] Girs A. A., 1974, Makrocirkulacionnyj metod dolgosrochnykh meteorologicheskikh prognozov, Gidrometeoizdat, Leningrad, 488 s.
• [11] Girs A. A., 1977, Mnogoletnie preobrazowanija form atmosfernoj cirkulacii i kolebanija klimatov razlichnykh rajonov severnogo poluscharija, [w:] Klimatologija i sverkhdologosrochnyj prognoz, Gridrometeoizdat, Leningrad, 39-46.
• [12] Girs A. A., 1981, K voprosu o formakh atmosfernoj cirkulacii i ikh prognosticheskom ispolzovanii, Trudy AANII, 374, 4-13.
• [13] Gorbacheva N. A., 1986, K voprosu ob obekivnykh pokazateljakh klassifikacii G. Ja. Wangenheima – A.A. Girsa, Trudy V.N.I.I, Gidrometeorol. Inform., 129, 28-36.
• [14] Greń J., 1974, Statystyka matematyczna. Modele i zadania, PWN, Warszawa, 362 s.
• [15] Griffiths S. (red.), 2006, Prognozy. Trzydziestu myślicieli o przyszłości, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań, 347 s.
• [16] Harris I., 2014, NCEP/NCAR Reanalysis. Climatic Research Unit, University of East Anglia, dostęp online: http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/ncep/ (29.03.2018).
• [17] Hoy A., Jaagus J., Sepp M., Matschullat J., 2013, Spatial response of two European atmospheric classifications (data 1901-2010), Theoretical and Applied Climatology, 112 (1-2), 73-88, DOI: 10.1007/s00704-012-0707-x.
• [18] Jacobeit J., Rathmann J., Philips A., 2009, Central European temperature and precipitation extremes in relation to large-scale atmospheric circulation types, Meteorologische Zeitschrift, 18 (4), 396-410, DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0390.
• [19] Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Leetmaa A., Reynolds R., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K. C., Ropelewski C., Wang J., Jenne R., Joseph D., 1996, The NCEP/NCAR 40 Year Reanalysis Project Bulletin of the American Meteorological Society, 77, 437-471.
• [20] Kaczmarek Z., 1970, Metody statystyczne w hydrologii i meteorologii, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, 312 s.
• [21] Kożuchowski K., 1993, Makrotypy ogólnej cyrkulacji atmosfery a główne typy cyrkulacji nad Polską, Przegląd Geofizyczny, 38 (3-4), 241-247.
• [22] Kożuchowski K., 1994, Temperatura powietrza i typy cyrkulacji w Polsce na tle charakterystyk ogólnej cyrkulacji atmosfery, Rozprawy i Studia Uniwersytet Szczeciński, 226 (152), 47-72.
• [23] Kożuchowski K., 1995, Głębokie cyklony, antycyklony i cyrkulacja strefowa nad Europą (1900-1990), Przegląd Geofizyczny, 40, 3, 231-246.
• [24] Kożuchowski K., Marciniak K., 1988, Variability of mean monthly temperatures and semi-annual precipitation totals in Europe in relation to hemispheric circulation patterns, International Journal of Climatology, 8 (2), 191-199, DOI: 10.1002/joc.3370080206.
• [25] Kożuchowski K., Marciniak K., 1990, The influence of global circulation patterns on interannual temperature changes in Europe, Meteorologische Zeitschrift, 40 (4), 237-240.
• [26] Lamb H. H., 1972, Climate: present, past and future, tom I, Methuen, London, 647 s.
• [27] Marsz A. A., 1999, Oscylacja Północnoatlantycka a reżim termiczny zim na obszarze północno-zachodniej Polski i polskim wybrzeżu Bałtyku, Przegląd Geograficzny, 71 (3), 225-245.
• [28] Marsz A. A., 2005, Czy cyrkulacja atmosferyczna jest zdeterminowana i przewidywalna?, [w:] Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Sekutnicki J. (red.), Polskie Towarzystwo Geofizyczne, IMGW, Warszawa, 32-52.
• [29] Marsz A. A., 2012, Cyrkulacja atmosferyczna w atlantycko-euroazjatyckim sektorze cyrkulacyjnym – schemat uwarunkowań i mechanizm działania, [w:] Rola cyrkulacji atmosfery w kształtowaniu klimatu, Prace Wydziału Nauk o Ziemi UŚ, 74, 101-118.
• [30] Marsz A. A., 2013, Frekwencja makrotypów cyrkulacji środkowotroposferycznej według klasyfikacji Wangenheima-Girsa w okresie zimowym a pole ciśnienia atmosferycznego nad Europą i północną Azją, Przegląd Geofizyczny, 58 (1-2), 3-22.
• [31] Marsz A. A., 2015, Cyrkulacja termohalinowa na Atlantyku Północnym a temperatura powietrza w Polsce (1961-2010), Przegląd Geofizyczny, 60 (3-4), 109-131.
• [32] Michell J., 1966, Climatic change, WMO Technical Note No 79, WMO, Geneva, 79 s.
• [33] Norcliffe G. B., 1986, Statystyka dla geografów, PWN, Warszawa, 258 s.
• [34] Osuchowska-Klein B., 1978, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej, IMGW, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 192 s.
• [35] Osuchowska-Klein B., 1991, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej (1976-1990), IMGW, Warszawa, 50 s.
• [36] Sepp M., 2005, Influence of atmospheric circulation on environmental variables in Estonia, Dissertationes Geographicae Universitatis Tartunensis, 25, 279 s.
• [37] Sepp M., 2011, Regime shift in atmospheric circulation in the Baltic Sea region (w j.eston.), Publicationes Instituti Geographici Universitatis Tartuniensis, 109, 72-89.
• [38] Sepp M., Jaagus J., 2002, Frequency of circulation patterns and air temperature variations in Europe, Boreal Environment Research, 7 (3), 273-279.
• [39] Sidorenkov N. S., Orlov I. A., 2008, Atmospheric circulation epochs and climate changes, Russian Meteorology and Hydrology, 33 (9), 553-559, DOI: 10.3103/S1068373908090021.
• [40] Sidorenkov N. S., Svirenko P. I., 1983, K voprosu o mnogoletnikh kolebanijakh atmosfernoj cirkulaciii, Meteorol. i Gidrol., 11, 20-25.
• [41] Wangenheim G. Ja., 1935, Opyt primenenija sinopticheskikh metodov k izucheniju i kharakteristike klimata, Gidrometeocentr Rossii, Moskwa, 109 s.
• [42] Wangenheim G. Ja., 1946, O kolebanijakh atmosfernoj cirkulacii nad severnym polushariem, Izvestiia Akademii Nauk SSSR, 10 (5), 407-416.
• [43] Wangenheim G. Ja., 1952, Osnovy makrocirkulacionnogo metoda dolgosrochnykh meteorologicheskikh prognozov dlja Arktiki, Trudy AANII, 34, 11-66.
• [44] Węglarczyk S., 2004, Wybrane problemy stosowania metod statystycznych, [w:] Zastosowanie wybranych metod statystycznych w klimatologii, A. Bokwa, Z. Ustrnul (red.), Wydawnictwo IGiPZ UJ, Kraków, 11-20.
• [45] Youle G. U., Kendall M. G., 1940, An introduction to the theory of Statistics, Hafner, New York, 676 s.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).