Zmiany stanu termicznego Atlantyku Północnego a przebieg wybranych elementów klimatycznych charakteryzujących klimat Polski

• Autorzy: Marsz Andrzej A. , Styszyńska Anna

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2021-023

Warianty tytułu

EN

Changes in the thermal state of the North Atlantic and a course of selected climatic elements characterizing the climate of Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy rozpatruje się związki między szeregami 7 elementów klimatycznych, obliczonych jako średnie obszarowe dla Polski, a rocznymi szeregami SST na Atlantyku Północnym, obliczonymi dla gridów między 30 a 70°N, w rozdzielczości przestrzennej 10°φ × 10°λ. Okres analizy obejmuje lata 1951-2018. Dane SST pochodzą ze zbioru NOAA NCDC ERSST v.3b, a dane do utworzenia rocznych obszarowych wartości elementów klimatycznych nad Polską stanowią przetworzone dane IMGW BIP (temperatura i wilgotność powietrza, zachmurzenie ogólne, sumy opadów i usłonecznienie) oraz dane pochodzące z reanalizy (SLP i prędkość wiatru). Wyniki analizy ujawniły, że między wszystkimi roz- patrywanymi elementami klimatycznymi a SST na N Atlantyku zachodzą istotne lub (w zdecydowanej przewadze) wysoce istotne korelacje. Rozkład przestrzenny korelacji SST z poszczególnymi elementami przedstawia wyraźne zróżnicowanie geograficzne (rys. 1-7). SST na N Atlantyku w rejonie 30-40°N i 60-40°W wykazuje silne i wysoce istotne korelacje z temperaturą powietrza, sumą usłonecznienia i wilgotnością względną nad Polską. Słabsze, ale przeważnie wysoce istotne korelacje SST z rocznym zachmurzeniem, sumami opadu, SLP i prędkością wiatru obserwuje się w rejonie 50-60°N, 60-20°W. Analiza w większej rozdzielczości przestrzennej przeprowadzona na dwóch obszarach (sekcja S i sekcja N, ryc. 8) wskazała, czego należało się spodziewać, że wartości współczynników korelacji między zmianami SST są wyższe od określonych w analizie o małej rozdzielczości przestrzennej. Oprócz korelacji między SST w poszczególnych punktach i elementami klimatycznymi nad Polską, zachodzą również korelacje między południkowymi gradientami SST między 40 a 60°N. Największą siłę korelacji osiągają te na długościach B (40°W) i C (30°W) - tab. 8. Zmienność SST wykazuje silne związki ze składową długookresową zmian elementów klimatycznych, słabsze ze zmiennością międzyroczną. Analiza relacji logicznych wskazuje, że zmiany SST stanowią przyczynę zmian elementów klimatycznych nad Polską. Zmiany rocznych wartości SST na poszczególnych akwenach objaśniają około 46% wariancji rocznej temperatury powietrza i usłonecznienia w Polsce, 27-30% wariancji wilgotności względnej i prędkości wiatru oraz 12-23% wariancji rocznej zachmurzenia ogólnego, sum opadów oraz SLP. Ponieważ zmienność każdego elementu klimatycznego jest funkcją zmian SST na Atlantyku Północnym, wynika z tego, że zmiany i zmienność klimatu Polski są w znacznej części sterowane przez zmiany stanu termicznego Atlantyku Północnego.

EN

The study considers the relationships between the series of 7 climatic elements, averaged for the area of Poland, and the annual series of SST in the North Atlantic, calculated for grids between 30 and 70°N, at a spatial resolution of 10°φ × 10°λ. The period of analysis covers the years 1951-2018. The SST data comes from the NOAA NCDC ERSST v.3b data base. The data used for the creation of area-averaged annual values of climatic elements over Poland are obtained from IMWM NRI (Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute) – air temperature and humidity, cloud cover, precipitation sums and sunshine duration, and from reanalyzed data – SLP and wind speed. The results of the analysis showed that there are significant or (prevalent) highly significant correlations between all the considered climatic elements and the SST in the North Atlantic. The spatial distribution of the SST correlation with individual elements shows a clear geo graphic differentiation (Fig. 1-7). SST in the North Atlantic in the region of 30°N – 40°N and 60°N - 40°W produces strong and highly significant correlations with air temperature, sum of sunshine duration and relative humidity over Poland). Weaker, but predominantly highly significant correla tions of SST with annual cloudiness, sum of precipitation, SLP and wind speed are observed in the region of 50°N – 60°N, 60°W – 20°W. The analysis based on higher spatial resolution carried out in two areas (section S and section N, Fig. 8) indicated, what could be expected, that the values of the correlation coefficients between changes in SST are higher than those performed for lower spatial resolution. Next to the correlation between the SST defined for individual grids and the climatic ele ments over Poland, the correlations between the longitudinal SST gradients between 40°N and 60°N are also observed. The greatest values of these correlations are noticed for the B (40°W) and C (30°W) profiles – Table 8. SST variability shows strong relation with the long-term component of changes in climatic elements, weaker with inter-annual variability. The analysis of logical relations shows that SST is the cause of changes in climatic elements over Poland. Changes in the annual SST values in individual water bodies explain about 46% of the annual air temperature and sum of sunshine dura tion variance in Poland, 27-30% of the relative humidity and wind speed variance, and 12-23% of the annual variance of cloud cover, sum of precipitation and SLP. Since the variability of each climatic element is a function of SST changes in the North Atlantic, the changes and variability in Poland’s climate are largely driven by changes in the thermal state of the North Atlantic.

Słowa kluczowe

PL

Północny Atlantyk; temperatura powierzchni oceanu; SST; Polska; elementy klimatyczne; korelacje

EN

North Atlantic; Sea Surface Temperature; SST; Poland; climatic elements; correlation

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2021
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 161--186
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., tab., 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] Årthun M., Edelvik T., Drange H., Fuervik T., Johnson H.L., Keenlyside N.S., 2017, Skillful prediction of northern climate provided by the ocean, Nature Communications, 8, 15875, DOI: 10.1038/ncomms15875
• [2] Bjerknes J., 1962, Synoptic survey of the interaction of sea and atmosphere in the North Atlantic, Geofysiske publikasjoner (Geophysica Norvegica), 24, 115-145.
• [3] Bjerknes J., 1964, Atlantic air-sea interaction, Advances in Geophysics, 10, 82 s., DOI: 10.1016/S0065-2687(08)60005-9
• [4] Brooks C.E.P., 1949, Climate trough the ages, Second Edition, Ernest Benn Limited, London, 395 s.
• [5] Cayan D.R., 1980, Large-scale relationships between sea surface temperature and surface air temperature, Monthly Weather Review, 108 (9), 1293-1301, DOI: 10.1175/1520-0493(1980)108<1293:LSRBSS>2.0.CO;2
• [6] Czaja A., Frankignoul C., 1999, Influence of the North Atlantic SST anomalies on the atmospheric circulation, Geophysical Research Letters, 26 (19), 2969-2972, DOI: 10.1029/1999GL900613
• [7] Czaja A., Frankignoul C., 2002, Observed impact of Atlantic SST anomalies on the North Atlantic Oscillation, Journal of Climate, 15 (6), 606-623, DOI: 10.1175/1520-0442(2002)015<0606:OIOA-SA>2.0.CO;2
• [8] Dima M., Lohmann G., 2007, A hemispheric mechanism for the Atlantic Multidecadal Oscillation, Journal of Climate, 20 (11), 2706-2719, DOI: 10.1175/JCL4174.1
• [9] Evans J.L., 1993, Sensitivity of tropical cyclone intensity to sea surface temperature, Journal of Climate, 6 (6), 1133-1140, DOI: 10.1175/1520-0442(1993)006<1133:SOTCIT>2.0.CO;2
• [10] Fortak H., 1971, Meteorologie, Deutsche Buch-Gemeinschaft, Berlin-Darmstadt-Wien, 287 s.
• [11] Golubev V.E., 1975, Zakonomernosti prostranstvenno-vremennykh izmenenij teplovoj transformacii vozdushnykh mass v privodnom sloe nad okeanom. Trudy Girometeorologicheskogo Nauchno-Issledovatelskogo Centra SSSR, vyp. 147, 36-52.
• [12] 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 (3), 437-472, DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2
• [13] Knight J.R., Folland C.K., Scaife A.A., 2006, Climate impacts of the Atlantic Multidecadal Oscillation, Geophysical Research Letters, 33 (17), DOI: 10.1029/2006GL026242
• [14] Kraus E.B., 1972, Atmosphere-ocean interaction, Oxford University Press, 284 s.
• [15] Kruszewski G., 2011, Związki prędkości wiatru z temperaturą powietrza nad Bałtykiem (1950-2009), Prace i Studia Geograficzne, 47, 179-187.
• [16] Kruszewski G., Marsz A.A., Zblewski S., 2003, Wpływ zmian temperatury powierzchni oceanu na Morzu Norweskim na temperaturę powietrza na Svalbardzie i Jan Mayen (1982-2002), Problemy Klimatologii Polarnej, 13, 59-78.
• [17] Kruszewski G., Zblewski S., 2005, Wpływ zmian temperatury na Morzu Norweskim na przebieg temperatury powietrza nad Bałtykiem i ich związki z ekstremalnym zlodzeniem Bałtyku, [w:] Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, Wyd. PTGeof. i IMGW, Warszawa, 441-446.
• [18] Kruszewski G., Zblewski S., 2010, Zmiany temperatury wody na Morzu Norweskim a temperatura powietrza nad Bałtykiem (1950-2009), [w:] Klimat Polski na tle klimatu Europy. Zmiany i ich konsekwencje, E. Bednorz, L. Kolendowicz (red.), Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 235-244.
• [19] Kushnir Y., 1994, Interdecadal variations in North Atlantic Sea surface temperature and associated atmospheric conditions, Journal of Climate, 7 (1), 141-157, DOI: 10.1175/1520-0442(1994)007<0141:IVINAS>2.0.CO;2 Lapointe F., Bradley R.S., Francus P., Balascio N.L., Abbott M.B., Stoner J.S., St-Onge G., De Connick A., Labarre T., 2020, Annually resolved Atlantic Sea surface temperature variability over the past 2,900 y, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117 (44), 27171-27178, DOI: 10.1073/pnas.2014166117
• [20] Marsz A.A., 1999, Zagadnienie długoterminowej prognozy termicznego charakteru sezonu zimowego na obszarze Bałtyku Południowego i Polski Północno-Zachodniej, Prace III Sympozjum Nawigacyjnego, t. 2., WSM Gdynia, 223-238.
• [21] Marsz A.A., 2001, Stan termiczny północnego Atlantyku a reżim termiczny zim na polskim wybrzeżu Bałtyku, Wydawnictwo Uczelniane WSM w Gdyni, Gdynia, 107 s.
• [22] Marsz A.A., 2005a, Czy cyrkulacja atmosferyczna jest zdeterminowana i przewidywalna? [w:] Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Szkutnicki (red.), PTGeof i IMGW, Warszawa, 32-52.
• [23] Marsz A.A., 2005b, O oceanicznych uwarunkowaniach cyrkulacyjnego i termicznego charakteru zimy w Polsce i środkowej Europie, Wydawnictwo Uczelniane AM w Gdyni, Gdynia, 63 s.
• [24] Marsz A.A., 2008, W sprawie genezy Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO), Przegląd Geofizyczny, 53 (1), 3-26.
• [25] Marsz A.A., 2012, Cyrkulacja atmosferyczna w atlantycko-europejskim sektorze cyrkulacyjnym - schemat uwarunkowań i mechanizmów działania, [w:] Rola cyrkulacji atmosfery w kształtowaniu klimatu, Z. Bielec-Bąkowska, E. Łupikasza, A. Widawki (red.), Prace Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego, 74, 101-117.
• [26] 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.), Uniwersytet Wrocławski i SKP, 31-46.
• [27] Marsz A.A., Styszyńska A., 2009, Oceanic control of the warming processes in the Arctic - a different point view for the reasons of changes in the Arctic climate, Problemy Klimatologii Polarnej, 19, 7-31.
• [28] Marsz A.A., Żmudzka E., 2002, Związki początku termicznego okresu wegetacyjnego w Polsce z anomaliami temperatury powierzchni wody na Atlantyku Północnym. Cz. 1 i 2, Przegląd Geofizyczny, 48 (3-4), 165-201.
• [29] McCabe G.J., Betancourt J.L., Gray S.T., Palecki M.A., Hidalgo H.G., 2008, Associations of multidecadal sea-surface temperature variability with US drought, Quaternary International, 188 (1), 31-40, DOI: 10.1016/j.qaint.2007.07.001
• [30] Miętus M., Filipiak J., 2002, Wpływ termiki powierzchniowej warstwy wody północnego Atlantyku na wielkoskalową cyrkulację atmosferyczną w rejonie Atlantyku i Europy oraz warunki termiczne w Polsce w XX wieku, IMGW, Materiały Badawcze. Seria Meteorologia, 35, 68 s.
• [31] Moniak J., 1927, Wahania temperatury na obszarze północnego Atlantyku w latach 1910-1919, Kosmos. Seria B, 52 (3-4), 915-1051.
• [32] Moniak J., 1930, O wpływie prądu Golfowego i lodów na klimat Europy, Kosmos. Seria B, 55 (2-3), 127-164.
• [33] Ossó A., Sutton R., Shaffrey L., Dong B., 2020, Development, Amplification, and decay of Atlantic/European summer weather patterns linked to spring North Atlantic Sea surface temperatures, Journal of Climate, 33 (14), 5939-5951, DOI: 10.1175/JCLI-D-19-0613.1
• [34] Perry A.H., Walker J.M., 1982, System ocean - atmosfera, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 266 s.
• [35] Ratcliffe R.A.S., 1973, Recent work on sea-surface temperature anomalies related to long-range forecasting, Weather, 28 (3), 106-117.
• [36] Ratcliffe R.A.S., Murray R., 1970, New lag associations between North Atlantic Sea temperature and European pressure applied to long-range weather forecasting, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 96 (408), 226-246, DOI: 10.1002/qj.49709640806
• [37] Rodwell M.J., Folland C.K., 2002, Atlantic air-sea interaction and seasonal predictability, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 128 (583), 1413-1443, DOI: 10.1002/qj.200212858302
• [38] Ronca R.E., Battisti D.S., 1997, Anomalous sea surface temperatures and local air-sea energy exchange on intraannual timescales in the northeastern subtropical Pacific, Journal of Climate, 10 (1), 102-117.
• [39] Rukovodstvo po mesyachnym prognozam pogody, Glavnoe Upravlenie Gidrometeorologicheskoj Służby pri Sovete Ministrow SSSR, Gidrometoizdat, Leningrad, 364 s.
• [40] Sadowski M., 1983, Klimatologiczne przesłanki prognozy suszy glebowej, Przegląd Geofizyczny, 38 (2), 151-163 Sadowski M., 1990, Relationship between elements of climate in Poland and sea surface temperaturę in the North Atlantic Ocean, [w:] Climatic change in the historical and the instrumental periods, R. Brazdil (red.), Masaryk University, Brno, 231-236.
• [41] Sadowski M., Strauch A., 1988, Związek elementów klimatu Polski z temperaturą wody w Atlantyku Północnym, Wiadomości IMGW, 1-2, 75-92.
• [42] 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: 10.1175/1520-0442-16.10.1601
• [43] Styszyńska A., 2005, Przyczyny i mechanizmy współczesnego (1982-2002) ocieplenia atlantyckiej Arktyki, Wydawnictwo Uczelniane AM w Gdyni, Gdynia, 109 s.
• [44] Styszyńska A., 2011a, Stan termiczny wód powierzchniowych Bałtyku a temperatura powietrza w Polsce, Prace i Studia Geograficzne, 47, 159-167.
• [45] Styszyńska A., 2011b, Wpływ zmian temperatury powierzchniowej mórz Barentsa, Norweskiego i Grenlandzkiego na trend rocznej temperatury powietrza na Spitsbergenie, Problemy Klimatologii Polarnej, 21, 115-131.
• [46] Tory K.J., Dare R.A., 2015, Sea surface temperature thresholds for tropical cyclone formation, Journal of Climate, 28 (20), 8171-8183, DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00637.1
• [47] Ugryumov A.I., 1981, Teplovoj rezhim okeana I dolgosrochnye prognozy pogody, Gidrmeteoizdat, Leningrad, 174 s.
• [48] Wu R., Kinter III J.L., 2009, Analysis of the relationship of U.S. droughts with SST and soil moisture: distinguishing the time scale of droughts, Journal of Climate, 22 (17), 4520-4538, DOI: 10.1175/2009JCLI12841.1

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).