W Katedrze Klimatologii, na drugim piętrze sosnowieckiej „Żylety”, powieszony został kiedyś plakat z wybranymi polskimi przysłowiami, odnoszącymi się do pogody. Czy są godne zaufania? Okazuje się, że z ich sprawdzalnością bywa różnie. Autor plakatu wskazał jednak to, które zasługuje na szczególną uwagę: „Na świętego Hieronima jest deszcz albo go ni ma”. O ciężkim losie synoptyków i znaczeniu układów wysokiego ciśnienia atmosferycznego dla kształtowania się pogody opowie dr Zuzanna Bielec-Bąkowska, adiunkt w Katedrze Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi.

Odpowiedzialne wróżenie

Dr Zuzanna Bielec-Bąkowska wyjaśnia, jak dokonuje się pomiarów aktynometrycznych w ogródku meteorologicznym Wydziału Nauk o Ziemi UŚ

Jaka będzie tegoroczna zima? Większość klimatologów wymiga się od tak postawionego pytania. Przekonamy się już wkrótce, jaka ona będzie – odpowiada od razu dr Bielec- Bąkowska. – Pamiętajmy, że często stosowane są wygodne określenia, np.: tegoroczna zima będzie mroźna. Ale czy to oznacza temperaturę minus 10 °C utrzymującą się przez kilka tygodni, czy raczej minus 20 °C lub minus 30 °C przez tydzień? Można o tym mówić dopiero w kontekście badań i porównań z innymi zimami – dodaje klimatolog.

Okazuje się, że przyzwoitą sprawdzalnością charakteryzują się prognozy pogody obejmujące czas około tygodnia. Pozostałe są już obarczone dużym błędem, tym większym, im dłuższego okresu dotyczą. Wiąże się to z ogromną ilością różnorodnych informacji wprowadzanych do modeli meteorologicznych i klimatologicznych. Dane pochodzą z dużych obszarów (obejmujących kontynenty i oceany) i dotyczą zarówno licznych elementów meteorologicznych, jak i tego, co związane jest z powierzchnią Ziemi. Otrzymane z modeli wyniki interpretowane są następnie przez naukowców i synoptyków oraz stają się podstawą krótkoterminowych i sezonowych prognoz pogody.

Najważniejszym problemem w prognozach meteorologicznych jest dopływ energii do danego obszaru na Ziemi. Zależy on przede wszystkim od szerokości geograficznej oraz cyrkulacji atmosferycznej. Znaczna część energii zostaje również czasowo uwięziona w wodach i oceanach, a także w gruncie czy w lodowcach i lądolodach. Pozostała część bierze udział w procesach pogodotwórczych i głównie dzięki cyrkulacji oceanicznej oraz atmosferycznej dociera nawet do bardzo odległych obszarów. Określenie ilości pochłoniętej lub oddanej przez podłoże energii oraz czasu jej uwolnienia jest niezwykle trudne, szczególnie jeżeli jest ona transportowana tzw. pętlą oceaniczną wokół całego świata. W przypadku Europy jednym z czynników decydujących o pogodzie i klimacie kontynentu jest właśnie cyrkulacja oceaniczna na północnym Atlantyku. Prądy morskie w tej części oceanu niosą olbrzymie ilości energii ku zachodnim i północnym wybrzeżom Europy. Z tego powodu każde osłabienie lub wzmocnienie cyrkulacji oceanicznej oznacza duże zmiany pogody w Europie.

Jeśli zatem próbowalibyśmy przygotować prognozę pogody dla Katowic, musielibyśmy zacząć od położenia miasta w danym rejonie Ziemi, ponieważ wiąże się to z ilością dopływającego promieniowania słonecznego. Należy uwzględnić również wspomnianą wcześniej cyrkulację atmosferyczną (w tym bardzo ważne przechodzenie frontów atmosferycznych), a także oddalenie od wybrzeży (klimat we wnętrzu kontynentów jest zawsze bardziej surowy niż w pobliżu mórz i oceanów) oraz takie elementy środowiska, jak ukształtowanie powierzchni, wysokość nad poziomem morza, szatę roślinną czy rodzaj zabudowy w obszarach zurbanizowanych.

– Wystarczy niewielka zmiana w warunkach środowiska geograficznego i już mamy różnicę rzędu 1 czy 2 °C. Bardzo łatwo to zauważyć, jadąc na przykład z Sosnowca do Krakowa. Niższa temperatura odczuwana jest na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej – mówi dr Bielec-Bąkowska.

Te i wiele innych uwarunkowań musi być uwzględnione w trakcie przygotowywania prognozy pogody. W tym celu synoptycy wykorzystują różnorodne dane, korzystając m.in. ze wspomnianych wyników modeli meteorologicznych, zdjęć satelitarnych i radarowych, sondaży aerologicznych, systemu detekcji wyładowań atmosferycznych czy też obserwacji i pomiarów meteorologicznych. Jednak w pracy synoptyka sama wiedza nie wystarczy. Trzeba mieć duże doświadczenie zawodowe, które zdobywa się przez wiele lat. Jest to również zawód bardzo odpowiedzialny. Z prognoz pogody korzysta bowiem nie tylko przeciętny Kowalski, ale przede wszystkim lotnictwo, wojsko, drogowcy czy służby ratownicze. Synoptycy mogą także ponieść konsekwencje swoich błędów w prognozowaniu. – Jest to więc „wróżenie”, pod którym synoptyk podpisuje się własnym nazwiskiem i za które odpowiada – tłumaczy klimatolog.

Centra działania atmosfery

Wśród krótko- i długoterminowych prognoz pogody bardzo ważne są te związane z występowaniem ekstremalnych zdarzeń klimatycznych. Pojawianie się takich zdarzeń oraz ich związek z cyrkulacją atmosferyczną należą najważniejszych zagadnień współczesnej klimatologii, dobrze wpisując się w badania zmian klimatu.

Tym właśnie zagadnieniom od zawsze poświęcone były badania dr Zuzanny Bielec- Bąkowskiej. W ostatnich latach szczególną uwagę poświęciła, jak mówi, nieco zapomnianym przez klimatologów wyżom. W przeciwieństwie do bardzo dynamicznych układów niskiego ciśnienia, z którymi związana jest większość gwałtownych zdarzeń meteorologicznych, wyże są układami bardziej stacjonarnymi i zwykle przynoszącymi stabilną i słoneczną pogodę. Charakteryzują się także znaczną długotrwałością, a skutki ich występowania mogą być równie poważne, jak te związane z przechodzeniem nad danym obszarem głębokich niżów. Do najważniejszych skutków możemy zaliczyć występowanie fal upałów (z temperaturą powietrza przez długi czas przekraczającą nawet 40 °C) i towarzyszących im susz. W zimie długotrwałe wyże przynoszą fale mrozów. Mimo to aż do połowy XX wieku zdecydowana większość badań dotycząca układów barycznych poświęcona była niżom. Dopiero wraz z rozwojem lotnictwa oraz odkryciem prądów strumieniowych nastąpił wyraźny wzrost liczby prac badawczych dotyczących układów wysokiego ciśnienia. Studia te w większości poświęcone były regionalnej charakterystyce najważniejszych wyżów, zaliczanych do tzw. centrów działania atmosfery, oraz układom blokującym. Te ostatnie należą do bardzo istotnych elementów cyrkulacji atmosferycznej, silnie modyfikujących przepływ powietrza nad rozpatrywanym obszarem. – W naszych szerokościach geograficznych dominuje cyrkulacja zachodnia, zgodnie z którą powinny do nas napływać wilgotne masy powietrza z zachodu. W ciepłej połowie roku towarzyszy im ochłodzenie, zimą ocieplenie i zwykle odwilż. Jeśli natomiast nad Europą rozbuduje się silny układ wysokiego ciśnienia, przepływ zachodni zostanie zahamowany i zastąpiony cyrkulacją o składowej południowej. Oznacza to, że do danego obszaru mogą napływać masy ciepłego powietrza zwrotnikowego albo masy chłodnego powietrza z Arktyki – tłumaczy dr Zuzanna Bielec-Bąkowska.

Brak całościowych i zarazem porównawczych badań klimatologicznych dotyczących występowania układów wysokiego ciśnienia nad Europą oraz pojawiające się ostatnio twierdzenia o wzroście częstości występowania zdarzeń ekstremalnych skłoniły dr Bielec- Bąkowską do podjęcia badań poświęconych właśnie tym zagadnieniom. Podstawę przeprowadzonych badań stanowiły średnie dobowe wartości ciśnienia na poziomie morza określone dla punktów gridowych (węzłowych) w siatce o rozdzielczości przestrzennej 2,5° x 2,5°. W badaniach wykorzystano także wartości charakteryzujące pole ciśnienia w wyższej troposferze oraz liczne mapy synoptyczne, a okres badawczy obejmował lata 1951–2010.

Regiony antycyklonalne w sektorze euroatlantyckim (1951–2010)

Pierwsze pytanie, na które należało znaleźć odpowiedź, dotyczyło sposobu wyznaczenia silnych i bardzo silnych wyżów. Ostatecznie przyjęto kryterium umożliwiające porównanie makroskalowych cech cyrkulacji nad całym sektorem euroatlantyckim. Założono, że w przypadku silnych wyżów wartość ciśnienia atmosferycznego w centrum układu musi być równa lub wyższa niż 1030 hPa, w bardzo silnych wyżach natomiast równa lub wyższa niż 1035 hPa. Analizując roczny przebieg liczby dni, w których ciśnienie było równe lub przekraczało przyjęte wartości progowe, po raz pierwszy udało się wydzielić regiony antycyklonalne dla całego sektora euroatlantyckiego. W ramach wydzielonych regionów dr Bielec-Bąkowska określiła roczną i wieloletnią zmienność występowania tych układów, sprawdzając, czy rzeczywiście ich liczba wzrosła w porównaniu z poprzednimi latami. Okazało się, że w rozpatrywanym obszarze występuje dość istotne zróżnicowanie regionalne. W niektórych regionach silne wyże występują rzadziej, w innych natomiast, np. południowych, zarówno silne, jak i bardzo silne wyże występują coraz częściej. Jest to ważna informacja nie tylko dla naukowców i mieszkańców poszczególnych regionów, ale w szczególności dla osób podejmujących decyzje o działaniach adaptacyjnych związanych ze zmianami klimatu. Oznacza to bowiem odpowiednio spadek lub wzrost częstości występowania fal upałów lub fal mrozów w wybranych obszarach Europy.

Najbardziej pracochłonnym etapem prowadzonych badań było wyznaczenie i opisanie każdego z ponad 8400 silnych układów wysokiego ciśnienia, jakie wystąpiły w badanym okresie. – Każdy układ trzeba było śledzić dzień po dniu, wyznaczać wartości ciśnienia w centrum układu i jego położenie, wprowadzać je do specjalnie przygotowanego programu, by w efekcie móc zobaczyć ich przebieg na przestrzeni wybranych sześćdziesięciu lat. Sama charakterystyka zajęła kilka miesięcy. Była to żmudna praca. – mówi klimatolog. Tak przygotowane dane pozwoliły bliżej poznać jeden ze słabiej opisywanych aspektów występowania wyżów: czas ich trwania. Jest to niezwykle istotne w kontekście wspomnianych fal upałów czy mrozów. Okazało się, że silne wyże z reguły trwają krótko, 50 proc. układów barycznych utrzymuje się na danym obszarze od jednego do trzech dni. Im natomiast silniejszy wyż, tym długość jego trwania będzie większa.

– Najdłuższy wyśledzony przeze mnie układ utrzymywał się 51 dni i wystąpił nad Grenlandią w styczniu 1966 roku. Przygotowany wcześniej zbiór danych pozwolił także, po raz pierwszy w tak dużej skali przestrzennej, prześledzić obszary występowania silnych układów wysokiego ciśnienia i określić ich zmienność w ciągu roku – wyjaśnia adiunkt.

Chociaż prace nad projektem zostały już zakończone, zgromadzone materiały pozwalają poszukiwać dalszych cech charakteryzujących występowanie silnych wyżów. W przyszłości dr Bielec-Bąkowska być może zajmie się wyznaczeniem tras przemieszczania się owych układów oraz ich trwałości i zasięgu.