Klimat

Klimat jest pojęciem uniwersalnym, określającym charakterystyczny przebieg stanów pogodowych na danym obszarze, ustalony na podstawie wieloletnich obserwacji. Klimatolodzy, badając charakterystyki klimatu oraz oceniając ich przyrodnicze i pozaprzyrodnicze uwarunkowania, analizują jednak obszary o różnym zasięgu przestrzennym, ponieważ w skali globalnej, regionalnej czy lokalnej różne czynniki decydują o cechach klimatu i pojawiających się zagrożeniach. Dlatego w klimatologii ogólne pojęcie klimatu jest uszczegóławiane w zależności od skali przestrzennej. Najczęściej stosowany przestrzenny podział klimatu obejmuje: makroklimat, mezoklimat (klimat lokalny), mikroklimat.

Makroklimat jest charakterystyczny dla dużych obszarów. Reprezentuje zespół cech klimatycznych w dużej skali przestrzennej, strefy klimatycznej, kontynentu, czasem kraju. Zmiany elementów klimatu w tej skali są powiązane głównie ze zmianami szerokości geograficznej.

Mezoklimat, określany też jako klimat lokalny, to klimat charakterystyczny dla niewielkiego regionu geograficznego, charakteryzujący się wewnętrzną jednorodnością oraz odrębnością w stosunku do warunków klimatycznych obszarów sąsiednich. Kształtuje się on pod wpływem rzeźby terenu, roślinności, podłoża czy wód powierzchniowych i obejmuje zróżnicowane jednostki geograficzne, np. dolinę rzeczną, pasmo wzgórz, kompleks leśny, dużą powierzchnię wodną, miasto itp. Czasem w obrębie mezoklimatu (klimatu lokalnego) wyróżniane są mniejsze powierzchnie nazywane topoklimatami o zróżnicowanych charakterystykach meteorologicznych, wynikających z położenia. Przykładem są np. stoki północne i południowe wzniesienia różniące się dopływem energii promieniowania słonecznego albo zbocza i dno doliny rzecznej o różnych warunkach wilgotnościowych.

Ref9He9hEScXe

Na ilustracji znajduje się w lewym górnym rogu pomarańczowo‑żółte koło oznaczające słońce. Tłem jest jasnobłękitne niebo. Dół ilustracji to powierzchnia terenu, oznaczona terenem zielonym. Od lewej strony jest to powierzchnia płaska, niska, następnie w wznosi się, osiąga wysokość połowy wysokości ilustracji, a później opada. Lewa strona ilustracji została zaznaczona listerą S - czyli południe świata, prawa strona oznaczona jest literą N - czyli północ świata. Nad całą powierzchnią terenu umieszczono pochylone strzałki biegnące w stronę ziemi. Nad strzałkami, które znajdują się nad płaskim terenem pod słońcem znajduje się liczba 100%. Na początku wzniesienia - 120%, niemal na szczycie wzniesienia od południowej strony 150%. Nad strzałkami na zboczu północnym umieszczono liczbę 60%.

Można stwierdzić, że topoklimat w hierarchii klimatologicznej makroklimat – mezoklimat – mikroklimat znajduje się pomiędzy mezo- a mikroklimatem. Należy jednak zaznaczyć, że w wielu opracowaniach z zakresu klimatologii pojęcia „mezoklimat”, „klimat lokalny” i „topoklimat” są stosowane zamiennie.

Mikroklimat odzwierciedla natomiast lokalne oddziaływania elementów środowiska na warunki atmosferyczne w skali „mikro”. Przykładem może być zróżnicowanie klimatyczne pięter leśnych pozwalające na wyróżnienie mikroklimatu koron drzew albo runa leśnego w klimacie lasu.

RI4esAz7f2Pwk

Zdjęcie przedstawia wnętrze lasu. Widoczne są drzewa liściaste, spomiędzy których przebijają smugi światła słonecznego. Powierzchnię ziemi pokrywają brązowe liście. Po prawej stronie zdjęcia umieszczono elementy ilustracyjne. Podziałkę od 0 na samym dole do 30 metrów na górnym końcu podziałki oraz obok strzałkę skierowaną ku górze, na której znajdują się oznaczenia temperatur - od 18 stopni Celsjusza na samym dole, na wysokości podziałki 0 metrów, przez 20 stopni Celsjusza na wysokości około 8 metrów i 22 stopni .Celsjusza na wysokości około 18 metrów, do 27 stopni Celsjusza na wysokości około 28 metrów.

Scharakteryzowanie klimatu lokalnego danego obszaru wymaga rozpoznania i opisania jego głównych składników. Najważniejszymi elementami klimatu są średnia temperatura powietrza i sumy opadów atmosferycznych, natomiast drugorzędne znaczenie mają wiatry, zachmurzenie, ciśnienie atmosferyczne, wilgotność powietrza, występowanie burz, mgieł czy innych zjawisk pogodowych.

Elementy klimatu lokalnego mogą być określane różnymi metodami – poprzez bezpośrednie pomiary elementów meteorologicznych lub poprzez uzupełnianą pomiarami analizę struktury środowiska przyrodniczego i procesów w nim zachodzących oraz form antropopresjiantropopresjaantropopresji wpływających na cechy klimatu. W praktyce więc obie te metody się uzupełniają.

Specyficznymi cechami klimatu lokalnego charakteryzują się lasy, tereny rolnicze i łąkowe, dna dolin rzecznych i obniżeń, obszary położone w sąsiedztwie zbiorników wodnych, tereny zurbanizowane i in.

Klimat lokalny lasów

Klimat lokalny lasu zależy przede wszystkim od powierzchni kompleksu leśnego, składu gatunkowego drzew i krzewów, ich wysokości, stopnia zwarcia drzewostanu. Inne cechy ma las iglasty, inne i dodatkowo zmienne w półroczu zimowym/letnim - las liściasty.

RvFMcANZmsD9F

Dwie ilustracje obok siebie, przedstawiające zmiany ilości promieniowania słonecznego (w cal/cm²/dzień) docierającego do poszczególnych części lasu liściastego latem i zimą. Na obu ilustracjach widoczne są drzewa - na grafice odnoszącej się do lata drzewa mają zielone korony, na ilustracji dotyczącej zimy drzewa są pozbawione liści. Obie grafiki podzielone są na poziome kolorowe pasy. Z lewej strony znajduje się oś skierowana ku górze, z podziałką, na której zaznaczono różne wysokości nad poziomem gruntu, wyrażone w metrach. Po prawej stronie każdej z grafik oznaczono ilość promieniowania słonecznego. Pierwsza ilustracja po lewej ilustruje las latem. Od zera do ok. 7 i pół metra nad poziomem gruntu - ilość promieniowania słonecznego 50, do wysokości 17 i pół metra - ilość promieniowania słonecznego 100, do wysokości 19 metrów ilość promieniowania 150, do wysokości około 21 metrów ilość promieniowania 200, do wysokości około 26 metrów ilość promieniowania 400. Zimą natomiast od 0 do wysokości około 10 metrów ilość promieniowania 50, do wysokości 17 i pół metra ilość promieniowania 100, do wysokości 25 metrów ilość promieniowania 150.

Prowadzone badania i pomiary wskazują, że na terenach dużych kompleksów leśnych amplitudy dobowych wahań temperatury powietrza są niższe niż na terenie bezleśnym. Wynika to z faktu, że występują tu niższe wartości temperatury maksymalnej i wyższe minimalnej, co jest widoczne zwłaszcza latem. Wiosną i jesienią drzewostan powoduje zmniejszenie częstotliwości przymrozków. Także średnie roczne temperatury powietrza są o ok. 0,5°C niższe niż na terenach otaczających. Ochładzający wpływ lasu jest największy w okresie letnim.

RwFscT2UNstU9

Ilustracja przedstawia pionowe zmiany temperatury powietrza we wnętrzu lasu latem o godz. 5 i 17. Na grafice przedstawiono drzewa różnej wysokości. Po lewej stronie umieszczono skierowaną ku górze oś z podziałką, na której oznaczono wysokość nad poziomem gruntu w metrach. Po prawej stronie ilustracji umieszczono dwie kolumny - pierwsza zawiera podziałkę temperatur w stopniach Celsjusza o godzinie 5, a druga podziałkę temperatur o godzinie 17. Przez rysunek lasu przechodzą kolorowe poziome pasy zgodne z podziałkami temperatur. Odczytać można następujące wartości: Na wysokości od gruntu do ok. 4 metrów temperatura o godzinie 5 wynosi 9 stopni, a o godzinie 17 wynosi 19 i pół stopnia. Na wysokości do 10 metrów temperatura o godzinie 5 wynosi 9,3 stopni, a o godzinie 17 wynosi 21 stopni. Na wysokości do 20 metrów temperatura o godzinie 5 wynosi 9,6 stopni, a o godzinie 17 wynosi 23 stopnie. Na wysokości powyżej 20 metrów temperatura o godzinie 5 wynosi 10 stopni, a o godzinie 17 wynosi 28 stopni.

Wilgotność powietrza w lesie jest nieco większa niż na terenie otwartym. Przyczynia się do tego parowanie ściółki i transpiracja drzew oraz osłabiona wymiana powietrza we wnętrzu lasu.  

R11YZh3lZXZ2r

Ilustracja przedstawia różnice wilgotności we wnętrzu lasu między piętrami koron i runa o godzinie piątek i siedemnastej. Na grafice przedstawiono drzewa różnej wysokości. Po lewej stronie umieszczono skierowaną ku górze oś z podziałką, na której oznaczono wysokość nad poziomem gruntu w metrach. Po prawej stronie ilustracji umieszczono dwie kolumny - pierwsza określa stan o godzinie piątej rano. Dla wysokości nad poziomem gruntu do około 15 metrów wilgotność wynosi 96,5, dla wysokości nad poziomem gruntu drzew około 30 metrów wilgotność wynosi 94,5. Różnica wilgotności względnej wynosi 2%. W drugiej kolumnie zaznaczono stan o godzinie siedemnastej. Dla wysokości nad poziomem gruntu do około 15 metrów wilgotność wynosi 80, dla wysokości nad poziomem gruntu drzew około 30 metrów wilgotność wynosi 66,5. Różnica wilgotności względnej wynosi 13,5%.

Również opady atmosferyczne wzrastają w lesie o kilka procent dzięki zwiększonej turbulencji nad koronami drzew. Z kolei pokrywa śnieżna w lasach jest nieco cieńsza niż na terenach otwartych i nierównomiernie rozłożona. Na skraju lasu, szczególnie po stronie dowietrznej jest grubsza i zmniejsza się pod drzewami. Natomiast czas trwania pokrywy śnieżnej jest przeciętnie o 1 do 2 tygodni dłuższy niż na terenach sąsiednich. Las jest także barierą dla ruchu powietrza, dzięki czemu od strony zawietrznej tworzy się „cień wiatrowy”. Natomiast wewnątrz kompleksu leśnego znacząco zmniejsza się prędkość wiatru i często panuje cisza.

R11i67DA8xjJc

Ilustracja przedstawia pionowe zróżnicowanie prędkości wiatru w lesie przy prędkości wiatru poza terenem leśnym 1 m/s i 4 m/s. Na ilustracji znajdują się drzewa.Oś pionowa po lewej stronie to skierowana w górę podziałka z zaznaczonymi wysokościami nad poziomem gruntu, wyrażonymi w metrach. Linia pozioma zawiera podziałkę z zaznaczonymi wartościami prędkości wiatru w metrach na sekundę. Pomiędzy drzewami znajdują się dwie pionowe linie z kropkami, do których prowadzą od lewej krótkie poziome strzałki, oznaczające ruch powietrza. Pierwsza linia na samym dole ilustracji, na poziomej osi osadzona jest na wartości około pół metra na sekundę, następnie jest w miarę pionowa i dopiero ponad strefą wyznaczoną koronami drzew wygina się do wartości 1 metr na sekundę. Druga linia pionowa na samym dole przyjmuje wartość od półtora do dwóch metrów na sekundę, następnie jest w miarę pionowa i dopiero ponad strefą wyznaczoną koronami drzew wygina się ostro do wartości 4 metry na sekundę.

Polany leśne, zwłaszcza rozległe, charakteryzują się odmiennymi od wnętrza lasu parametrami klimatu lokalnego. Ze względu na słabe przewietrzanie tworzą się zastoiska powietrza cechujące się wysokimi temperaturami w dzień oraz niskimi w nocy, na skutek grawitacyjnego dopływu chłodnego powietrza z koron drzew.

Klimat lokalny terenów rolniczych, łąk i pastwisk

Klimat lokalny terenów rolniczych charakteryzuje się bardzo dobrym przewietrzaniem, zwłaszcza na terenach równinnych, co jest związane z brakiem znaczących przeszkód dla ruchu powietrza. Może być ono nieznacznie ograniczone w okresie dojrzewania zbóż. Pozostałe parametry klimatu, zwłaszcza kierunek i prędkość wiatru oraz wysokość opadów zależą od warunków regionalnych. Amplitudy dobowych wahań temperatury powietrza są wyższe niż na terenie leśnym. Wynika to z faktu, że występują tu wyższe wartości temperatury maksymalnej i niższe minimalnej. Także średnie roczne temperatury powietrza są nieco wyższe niż na terenach leśnych. Istnieje tu ryzyko występowania przyziemnych inwersji temperatury oraz przymrozków radiacyjnych, zwłaszcza na obszarach piaszczystych. Dopływ promieniowania słonecznego jest praktycznie nieograniczony. Wilgotność zmienna, uzależniona od wysokości opadów i pojemności wodnej gleb. Mała, sezonowo zmienna produkcja tlenu na obszarach uprawy rolnej nieprzekraczająca 5 t/ha/rok, w granicach łąk i pastwisk wyższa (5‑15 t/ha/rok). W powietrzu mogą być obecne alergeny oraz zanieczyszczenia chemiczne i bakteryjne.

Klimat lokalny den dolin i obniżeń

Dna dolin rzecznych i obniżenia terenowe charakteryzują się zwiększoną wilgotnością podłoża, co wpływa na cechy klimatu lokalnego. Wpływ ten objawia się m.in. obniżeniem temperatury powietrza w porze wiosenno‑letniej, wzrostem jesienią i zmniejszeniem jej amplitudy dobowej. Wilgotność powietrza może okresowo wzrastać do 80‑100%, co jest uwarunkowane wielkością ewapotranspiracjiewapotranspiracjaewapotranspiracji i parowaniem z wód otwartych. Zwiększa to częstość występowania mgieł, zwłaszcza w miesiącach wiosennych i jesiennych.

Tereny rozległych dolin są na ogół dobrze przewietrzane, mogą jednak powodować częściową zmianę kierunku i prędkości wiatru w stosunku do jego cech regionalnych. Natomiast w wąskich, głębokich dolinach pojawiają się okresowo zastoiska powietrza i związane z nimi przymrozki radiacyjno‑adwekcyjne. Produkcja tlenu jest sezonowo zmienna, sięga w zależności od pokrywy roślinnej od 5 do 10 t/ha/rok.

RaZlEm19G7Mi8

Grafika przedstawia dolinę w kształcie litery U pomiędzy dwoma stokami górskimi. Pośrodku doliny pionowo znajduje się podziałka z temperaturami w stopniach Celsjusza. Od lewej i prawej strony ilustracji ze szczytów stoków prowadzą niebieskie strzałki wzdłuż linii stoków w dół. Na samej górze strzałka opisana jest jako spływ chłodnego powietrza po pochyłości zbocza. Wzdłuż lewego zbocza rosną drzewa, strzałki przechodzą nad ich linią. Ta zalesiona część opisana jest jako ciepła strefa na zboczu. W dwóch trzecich długości prawego zbocza znajduje się kępa drzew określona jako drzewa tamujące spływ chłodnego powietrza.. W trójkątnej przestrzeni wyznaczonej ścianą kępy drzew a pochyłością zbocza znajduje się miejsce oznaczone jako kieszeń mrozowa. Na samym dnie doliny jest przestrzeń określona jako zastoisko mrozowe na dnie doliny lub kotliny. Jest tu najchłodniej - od ponad minus 4 stopni do nieco ponad minus 2 stopnie. Powyżej tej przestrzeni znajduje się wysoki pas wyższej temperatury - od minus 2 stopni do do 4 stopni i znów do niższej temperatury ok. pół stopnia. W tej ciepłej strefie od dna doliny prowadzą pionowo w górę czerwone strzałki. Powyżej tej strefy znajduje się strefa nieco niższej temperatury - od około pół stopnia do ponad minus 2.

RIc4laiMfsDRd

Zdjęcie przedstawia niewielkie obniżenie w rozległym zboczu górskim. W obniżeniu tym widocznych jest kilka domów pokrytych szarym dachem. Teren ten pokryty jest szronem, natomiast przestrzeń wokół obniżenia porasta zielona trawa bez śladu mrozu.

Tereny bagienne porośnięte roślinnością wilgociolubną (np. szuwarami, turzycami), zajmujące podmokłe części dolin i obniżeń terenowych, charakteryzują się zbliżonymi cechami klimatu lokalnego. Wysoka wilgotność powietrza (80‑100%) związana ze stałym podtopieniem podłoża, wysoką ewapotranspiracją i parowaniem z wód otwartych utrzymuje się przez wiele miesięcy w roku i jest przyczyną zwiększonej częstości występowania mgieł. Produkcja tlenu jest uzależniona od pokrywy roślinnej. Na obszarach porośniętych niską roślinnością jest niska, ok. 5 t/ha/rok, wyraźnie wzrasta na obszarach z szuwarami i turzycami, gdzie sięga 5‑10 t/ha/rok.

R18scJUwNLlUh

Zdjęcie ukazuje teren bagienny niknący w szarej mgle. Z przodu widoczna jest woda, następnie brzeg porośnięty suchymi pniami drzew. W tle znajduje się linia lasu, ponad którą widnieje szare niebo.

Klimat lokalny miasta

Miasta są obszarem, gdzie naturalne procesy przyrodnicze, także klimatotwórcze, uległy znaczącej deformacji. Na obszarze miast wykształcił się specyficzny klimat lokalny charakteryzujący się nie tylko zanieczyszczeniem powietrza, przyczyniającym się do powstawania smogu, ale przede wszystkim zmianą niemal wszystkich cech klimatu w stosunku do terenów otaczających. O jego cechach decyduje m.in. przestrzenny układ zabudowy i infrastruktury, uszczelnienie powierzchni gruntu, ograniczenie terenów zieleni do niewielkich obszarów parków i skwerów.

R8bdgQZH2HDq7

Zdjęcie przedstawia duże miasto topiące się w ciemnej mgle. Jest to warstwa smogu. Widoczne są wysokie wieżowce i mnóstwo mniejszych budynków. Ponad linią smogu, dość równo kończącą się na pewnej, dużej wysokości, widoczne jest w oddali ośnieżone pasmo górskie, nad którym niebo jest czyste.

Zanieczyszczenie powietrza w mieście i nad miastem ogranicza z jednej strony dopływ promieniowania słonecznego, z drugiej zaś wypromieniowywanie ciepła. Powierzchnie budynków i ulic intensywne pochłaniają ciepło. Źródła przemysłowe, komunalne i transport emitują ciepło sztuczne, powstające w wyniku procesów spalania. Procesy te wpływają na bilans cieplny i przyczyniają się do wzrostu średniej rocznej temperatury powietrza nawet o 0,5 do 1,0°C w stosunku do terenów otaczających. Latem różnice temperatur mogą sięgać nawet kilkunastu stopni. Nad miastem tworzy się miejska wyspa ciepła i powstaje zjawisko „bryzy miejskiej”.

R11j5aSV5Z4Jv

Ilustracja schematycznie przedstawia sposób powstawania „bryzy miejskiej”. Na środku znajdują się zabudowania miejskie, które otoczone są terenami zielonymi. Na terenie miasta powietrze jest cieplejsze i suchsze. Powoduje to prądy konwekcyjne i powstawanie nad obszarem miejskim ośrodka niskiego ciśnienia. Na ilustracji proces ten oznaczono dwoma strzałkami. Biegną one z lewej i prawej strony z terenów podmiejskich w kierunku miasta. Na początku mają barwę niebieską i są zorientowane w poziomie. Nad miastem kierują się ku górze i przybierają czerwoną barwę, co oznacza wznoszenie się ogrzanego powietrza. Następnie wznoszące się ciepłe powietrze formuje chmury, z których nad lądem powstają opady. Proces ten oznaczony został dwiema strzałkami, które biorą swój początek nad miastem (są poziome i mają kolor czerwony, oznaczający nagrzane powietrze) i następnie kierują się w stronę obszarów pozamiejskich (są pionowe i zmieniają barwę na niebieską, oznaczającą chłodne powietrze). Po prawej stronie nad strzałką naniesiono powstałe chmury, a małymi niebieskimi kreskami zaznaczono opady deszczu występujące na skutek skraplania i ochładzania się powietrza z terenów miejskich. Nad lądem powietrze jest chłodniejsze i wilgotne, a jego ciśnienie jest wyższe. Powoduje to powstanie wiatru zwanego „bryzą miejską” na skutek różnicy ciśnień. Wiatr wieje z terenów podmiejskich w kierunku miasta (oznaczony turkusową strzałką w lewym górnym rogu obrazka) i cykl się powtarza.

Zanieczyszczenia powietrza stają się jądrami kondensacji, co wpływa na zwiększenie zachmurzenia, częstości występowania mgieł i wysokości opadów na terenie miasta. Mniejsza jest także liczba dni pogodnych. Znaczna część wody opadowej dostarczanej do terenu miasta nie zasila jednak retencji gruntowej, ale szybko odpływa siecią kanalizacyjną. Wilgotność powietrza jest więc niższa niż na terenach otaczających miasto, co jest wynikiem obniżonego parowania.

Przestrzenny układ zabudowy i ulic modyfikuje cyrkulację powietrza i stanowi częściową barierę dla jego przepływu. Zmianie, niekiedy zasadniczej, ulegają kierunki wiatru, zaś jego prędkość ulega znacznemu obniżeniu, co niekorzystnie wpływa na przewietrzanie miasta. Niekiedy od strony zawietrznej zabudowy tworzy się „cień wiatrowy”.

RgA18fKJNRXh5

Dwie róże wiatrów – pierwsza dla stacji meteorologicznej Kampinoski Park Narodowy – Granica, a druga dla stacji Warszawa‑Ursynów. Róże wiatrów mają kształt okręgów, w których dodatkowo poprowadzono przez środek po osiem linii prostych będących ich średnicami. Linie położone są względem siebie w równych odstępach co dwadzieścia dwa i pół stopnia. Na obwodzie przy każdej z linii wykonano oznaczenie kierunku wiania wiatru według stron świata. Dzięki wyznaczeniu szesnastu punktów na okręgu, róże wiatrów wskazują nie tylko główne kierunki – północ (N), południe (S), wschód (E), zachód (W) – ale także kierunki pośrednie, według wzoru: północ (oznaczona literą N) , północny północny wschód (oznaczony literami NNE), północny wschód (NE), wschodni północny wschód (ENE), wschód (E) i tak dalej. W środku zaznaczono turkusowym polem kierunki wiejących wiatrów dla danej stacji. Dla stacji meteorologicznej Kampinoski Park Narodowy - Granica przeważającymi kierunkami są silne wiatry zachodnie i wschodnie o średnim nasileniu, natomiast dla stacji Warszawa‑Ursynów dominuje kierunek zachodni i (ze względu na oddziaływanie miejskiej architektury zmieniającej kierunek wiatru), zachodni północny zachodni oraz południowo południowo‑wschodni.

RnxoYl0l6LJ2K

Grafika ilustruje wpływ zabudowań na przepływ powietrza. Przedstawiono dwa budynki, stojące w pewnej odległości od siebie. Przy samych ścianach budynków widoczne są strzałki przedstawiające ruch kolisty powietrza. Budynki wraz z kolistymi strzałkami odgrodzone są od pozostałej przestrzeni linią przerywaną, mającą formę półkola. Z lewej strony ilustracji znajdują się proste strzałki skierowane w prawo. Następnie, trafiając na obszar zakreślony linią przerywaną przy ścianie pierwszego budynku strzałki wznoszą się, omijają półkole od góry, następnie opadają wzdłuż drugiej ściany i na powrót dążą do wyrównania poziomego. Następnie trafiają na obszar przy lewej ścianie drugiego budynku, co powoduje, iż ponownie wznoszą się, omijając półkole zakreślające obszar przy budynku. Po ominięciu budynku znów dążą do wyrównania poziomego swojego kierunku.

Słownik