Przebieg temperatury zim na obszarze Polski w latach 1720–2015

Andrzej A. Marsz,

Anna Styszyńska

Abstrakt

Course of winter temperatures in Poland in the years 1720–2015

The work discusses the air temperature course of winter periods (December–March) in Poland in the years 1720–2015. The analysis is carried out for area mean values calculated from 5 stations: Szczecin, Wrocław, Warsaw, Wilno and Lwów. The time series of the mean area winter temperature (hereinafter PLZ) consists of combined observational (140 years) and  reconstructed (156 years) data. The PLZ reconstruction is based on independent variables, i.e. the values of the maximum area of the Baltic Sea covered with ice in a given ice season and the monthly temperatures in January and March from the Central England Temperature (CET) data set. The obtained correlations between the independent variables and the PLZ  are strong, highly significant and stable. A statistical analysis shows that the course of PLZ is strongly correlated (r = 0.80, p <0.001) with the series of mean winter temperatures in Europe reconstructed by Luterbacher et al. (2006). In the analysed period of the years 1720–2015 the course of winter temperatures is non-stationary, there were periods of cooling and warming with different amplitude and duration. The variation range of PLZ falls within the limits from –6.24 (in 1929) to +3.35°C (in 1990). Winters with temperatures below 0°C account for 72% of winters in the examined period. Relatively mild winters dominated  ver Poland during the analysed period, with an average temperature ranging from –1°C to 0°C and from 0°C to 1°C, accounting for a total of 39.5% of all winters. The trend occurring in the PLZ time series is very weak (+0.0020 (±0.0012)°C·year–1; p = 0.103) and statistically insignificant, despite the fact that the highest PLZ values in the entire analysed period occur after the year 1988. The analyses show that the variability of PLZ in the entire examined period does not go beyond the limits of natural variability and the recent increase in PLZ is not unprecedented. Similarly strong temperature increases in winter temperatures were observed several times after the year 1720. The coldest winters occurred between the decades 1751–1760 and 1841–1850. The greatest variability of PLZ is observed in the twentieth century, when the coldest (1961–1970, decade mean PLZ –2.253°C) and the warmest decades (1991–2000, PLZ +0.020°C) occurred in the entire analysed period. The breakthrough in the course of PLZ, combined with the change in the thermal structure of winters, which can be identified with the end of the Little Ice Age, occurred gradually in the years 1858–1885 along with an increase in the intensity of the zone circulation. Changes in the solar constant and the frequency of volcanic eruptions did not affect the variability of winter temperatures.

Keywords: Winter temperatures, Poland, XVIII–XX centuries, temperature reconstruction, course and range of variation

Zarys treści: W pracy omówiono przebieg temperatury powietrza okresów zimowych (grudzień–marzec) w Polsce w latach 1720–2015. Analiza jest prowadzona dla wartości będących średnimi obszarowymi obliczonymi z 5 stacji: Szczecina, Wrocławia, Warszawy, Wilna i Lwowa. Szereg czasowy wartości średniej temperatury obszarowej zim (dalej PLZ) stanowią połączone dane pomiarowe (140 lat) i rekonstruowane (156 lat). Rekonstrukcja PLZ oparta jest na zmiennych niezależnych: wartościach maksymalnej powierzchni zlodzonej Bałtyku w danym sezonie lodowym oraz na wartościach temperatury miesięcznej stycznia i marca ze zbioru Central England Temperature (CET). Uzyskane zależności między zmiennymi niezależnymi a PLZ są silne, wysoce istotne i stabilne. Analiza statystyczna wykazuje, że przebieg PLZ jest silnie skorelowany (r = 0,80, p < 0,001) z szeregiem średniej temperatury zim w Europie, rekonstruowanym przez Luterbachera i in. (2006). W rozpatrywanym okresie lat 1720–2015 przebieg temperatury zim jest niestacjonarny, występowały okresy ochłodzeń i ociepleń o różnej amplitudzie i czasie trwania. Zakres zmienności PLZ mieści się w granicach od –6,24 (rok 1929) do +3,35°C (rok 1990). Zimy o temperaturze niższej od 0°C stanowią 72% zim w badanym okresie. W ciągu badanego wielolecia dominowały nad Polską zimy stosunkowo łagodne, o średniej temperaturze mieszczącej się w przedziale od –1°C do 0°C i od 0°C do 1°C, stanowiące łącznie 39,5% wszystkich zim. Występujący w szeregu czasowym PLZ trend jest bardzo słaby (+0,0020(±0,0012)°C·rok–1; p = 0,103) i statystycznie nieistotny, mimo tego, że najwyższe wartości PLZ w całym badanym okresie występują po 1988. Analizy wykazują, że zmienność PLZ w całym badanym okresie nie wykracza poza granice zmienności naturalnej, a wzrost PLZ w ostatnim okresie nie jest bezprecedensowy, podobnie silne wzrosty temperatury zim miały kilkukrotnie miejsce po roku 1720. Najchłodniejsze zimy wystąpiły między dekadami 1751–1760 a 1841–1850. Największą zmienność PLZ wykazuje w XX w., kiedy wystąpiły najchłodniejsza (1961–1970, średnia dekadowa PLZ –2,253°C) i najcieplejsza dekada (1991–2000, PLZ +0,020°C) w całym badanym okresie. Przełom w przebiegu PLZ, połączony ze zmianą struktury termicznej zim, który można utożsamiać z końcem Małej Epoki Lodowej wystąpił stopniowo w latach 1858–1885, wraz ze wzrostem natężenia cyrkulacji strefowej. Zmiany stałej słonecznej i częstości wybuchów wulkanicznych nie wywierały wpływu na zmienność temperatury zim.

Słowa kluczowe: temperatura zim, Polska, XVIII–XX wiek, rekonstrukcja temperatury, przebieg i zakres zmienności
References

Atlas klimatyczny Polski, Część tabelaryczna, zeszyt 2a. Temperatura powietrza, IMGW, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa.

Balmaceda L., Kirvova N.A., Solanki S.K., 2007, Reconstruction of solar irradiance using the Group sunspot number, Advances in Space Research, 40, 986–989, DOI: 1016/j.asr.2007.02.077.

Bjerknes J., 1965, Atmosphere-ocean interaction during the ‘Little Ice Age’ [w:] WMO-IUGG Symposium on Research and Devolopment Aspects of Long-Range Forecasting, WMO-No.162, Technical Note, No. 66, Geneva, 77–88.

Bradley R.S., 1988, The explosive volcanic eruption signal in northern hemispere continental temperature records, Climatic Change, 12 (3), 221–243.

Brazdil R., Pfister C., Wanner H., von Storch H., Luterbacher J., 2005, Historical climatology in Europe – the State of the Art, Climatic Change, 70, 363–430. DOI: 1007/s10584-005-5924-1.

Brazdil R., Dobrovolny P., 2010, Historical climate in Central Europe during the last 500 years [w:] R. Przybylak, J. Majorowicz, R. Brazdil, M. Kejna (red.), The Polish climate in the European context, Springer, Dordrecht, Heidelberg, London, New York, 41–70.

Breitenmoser P., Beer J., Brönnimann S., Frank D., Steinhilber F., Wanner H., 2012, Solar and volcanic fingerprints in tree-ring chronologies over the past 2000 years, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 313–314, 127–139. DOI: 10.1016/j.palaeo.2011.10. 014.

Briffa K.R., Osborn T.J., 2002, Blowing hot and cold, Science, 295 (5563), 2227–2228, DOI: 10.1126/science.1069486.

Bryś K., Bryś T., 2010, Reconstruction of the 217-year (1791–2007) Wrocław air temperature and precipitation series, Bulletin of Geography, Physical Geography, Series 3, 121–171. DOI: http://dx.doi.org/10.2478/2332.

Crowley T.J., Zielinski G., Vinther B., Udisti R., Kreutz K., Cole-Dai J., Castellano E., 2008, Vocanism and the Little Ice Age, PAGES News, 16 (2), 22–23.

Degirmendžić J., 2003, Sezonowe zmiany przestrzennej struktury adwekcji ciepła i chłodu na powierzchni izobarycznej 850 hPa nad Polską, Czasopismo Geograficzne, 74 (1–2), 107–117.

Dobrovolny P., Brazdil R., Kotyza O., Valašek H., 2010, Extreme summer and winter temperatures in the Czech Lands after A.D. 1500 and their Central European context, Geografie, 115 (3), 266–283.

Eriksson C., Omstedt A., Overland J.E., Percival D.B., Mofjeld H.O., 2007, Characterizing the European sub-arctic winter climate since 1500 using ice, temperature, and atmospheric circulation time series, Journal of Climate, 20 (21), 5316–5334, DOI: 10.1175/2007JCLI1461.1.

Fischer E,M., Luterbacher J., Zorita E., Tett S.F.B., Casty C., Wanner H., 2007, European climate response to tropical volcanic eruptions over the last half millennium, Geophysical Research Letters, 34, L05707, DOI: 10.1029/2006GL027992.

Gao C.C., Robock A., Ammann C., 2008, Volcanic forcing of climate over the past 1500 years: An improved ice core-based index for climate models, Journal of Geophysical Research – Atmospheres, 113, DOI:10.1029/2008JD010239.

Graft H.-F., Kirchner I., Robock A., Schult I., 1993, Pinatubo eruption winter climate effects: model versus observations, Climate Dynamics, 9 (2), 81–93.

Groisman P.Ya., 1992, Possible regional climate consequences of the Pinatubo eruption: A empirical approach, Gerophysical Research Letters, 19 (15), 1603–1606. DOI: 10.1029/92GL01474.

Hildreth W., Fierstein J., 2012, The Novarupta-Katmai eruption of 1912 – largest eruption of the twentieth century; centennial perspectives, US Geological Survey Professional Paper 1791 (https://pubs.usgs.gov/pp/1791/ dostęp:?).

Hurrell J.W., 1995, Decadal trends in the North Atlantic Oscillation and relationship to regional temperature and precipitation, Science, 296 (5224), 676–679.

Jevrejeva S., 2001, Severity of winter seasons in the northern Baltic Sea between 1529 and 1990: reconstruction and analysis, Climate Research, 17 (1), 55–62.

Jones P.D., Jonsson T., Wheeler D., 1997, Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and south-west Iceland, International Journal of Climatology, 17 (13), 1433–1450.

Karl T.R., Trenberth K.E., 2003, Modern global climate change, Science, 302 (5651); 1719–1723. DOI: 10.1126/science.1090228.

Keigwin L.D., 1996, The Little Ice Age and Medieval Warm Period in the Sargasso Sea, Science, 274 (5292), 1504–1507, DOI: 10.1126/science.274.5292.1504.

Koslowski G., Glaser R., 1995, Reconstruction of the winter severity index since 1701 in the western Baltic, Climatic Change, 31 (1), 79–98.

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 (2), 175–191.

Kożuchowski K. (red.), 1990, Materiały do poznania historii klimatu w okresie obserwacji instrumentalnych, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź.

Kożuchowski K., 1994, Tendencje i wahania okresowe zlodzenia Bałtyku (1720–1992), Rozprawy i Studia Uniwersytetu Szczecińskiego, 152, 159–169.

Kożuchowski K. (red.), 2000, Pory roku w Polsce; sezonowe zmiany w środowisku a wieloletnie tendencje klimatyczne, Zakład Dynamiki Środowiska i Bioklimatologii Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź.

Kożuchowski K., 2003, Cyrkulacyjne czynniki klimatu Polski, Czasopismo Geograficzne, 74 (1–2), 93–105.

Kożuchowski K., 2004, Cyrkulacja atmosferyczna nad Polską i jej wpływ na warunki klimatyczne [w:] K. Kozuchowski (red.), Skala, uwarunkowania i perspektywy współczesnych zmian klimatycznych w Polsce, Wydawnictwo „Biblioteka”, Łódź, 69–87.

Kożuchowski K., 2011, Klimat Polski. Nowe spojrzenie, PWN, Warszawa.

Kożuchowski K., Żmudzka E., 2003, 100-year series of areally averaged temperatures and precipitation totals in Poland, Acta Universitatis Wratislaviensis, No. 2542, Studia Geograficzne, 75, 116–122.

Krivova N.A., Balmaceda L., Solanki S.K., 2007, Reconstruction of solar total irradiance since 1700 from the surface magnetic flux, Astronomy & Astrophysics, 467, 335–346. DOI: 10.1051/0004-6361:20066725.

Lamb H.H., 1964, Climatic changes and variations in the atmospheric and ocean circulations, Geologische Rudschau, 54, 486–504.

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.

Lorenc H., 2000, Studia nad 220-letnią (1779–1998) serią temperatury powietrza w Warszawie oraz ocena jej wiekowej tendencji, Materiały Badawcze, Seria: Meteorologia, 31, IMGW, Warszawa.

Luterbacher J., Dietrich D., Xoplaki E., Grosejan M., Wanner H. 2004, European seasonal and annual temperature variability, trends and extremes since 1500, Science, 303 (5663), 1499–1503.

Luterbacher J., Dietrich D., Xoplaki E., Grosejan M., Wanner H. 2006, European Seasonal Temperature Reconstructions. IGBP PAGES/World Data Center for Paleoclimatology, Data Contribution Series # 2006-060. NOAA/NCDC Paleoclimatology Program, Boulder CO, USA.

Luterbacher J., Schmutz C., Gyalistras G., Xoplaki E., Wanner H., 1999, Reconstruction of monthly NAO and EU indices back to AD 1675, Geophysical Research Letters, 26 (17), 2745–2748.

Luterbacher J., Xoplaki E., Küttel M., Zorita E., Gonzales-Rouco J.F., Jones P.D., Stössel M., Rutishauser T., Wanner H., Wibig J., Przybylak R., 2010, Climate change in Poland in the past centuries and its relationship to European climate: Evidence from reconstructions and coupled climate models [w:] R. Przybylak, J. Majorowicz, R. Brazdil, M. Kejna (red.), The Polish climate in the European context, Springer, Dordrecht, Heidelberg, London, New York, 3–39.

Luterbacher J., Pfister C., 2005, The year without a summer, Nature Geoscience, 8, 246–248. DOI: 10.38/ngeo2404.

Manley G., 1974, Central England temperatures: montly means 1659 to 1973, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 100, 389–405.

Mann M.E., Bradley R.S., Hughes M.K., 1998, Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries, Nature, 392, 779–787, DOI:10.1038/33859.

Mann M. E., Zhang Z., Rutherford S., Bradley R.S., Hughes M.K., Shindell D., Ammann C., Faluvegi G., Ni F., 2009, Global signatures and dynamical origins of the Little Ice Age and Medieval Climate Anomaly, Science, 326 (5957), 1256–1260.

Marsz A.A., 2004, O momencie i procesach prowadzących do końca Małej Epoki Lodowej, Prace Geograficzne, IGiPZ PAN, 200, 249–263.

Marsz A.A., 2006, W sprawie niektórych interpretacji skutków działania Oscylacji Północnego Atlantyku (NAO), Czasopismo Geograficzne, 77 (3), 220–225.

Marsz A., 2008, W sprawie genezy Oscylacji Północnoatlantyckiej, Przegląd Geofizyczny, 53 (1), 3–26.

Marsz A., Styszyńska A., 2005, Cyrkulacyjne uwarunkowania ekstremalnego zlodzenia Bałtyku [w:] E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak i J. Szkutnicki (red.), Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne, Wydawnictwo IMGW, Warszawa, 429–440.

Niedźwiedź T., 2004, Rekonstrukcja warunków termicznych lata w Tatrach od 1550 roku, Prace Geograficzne, 197, 57–88.

Niedźwiedź T., Glaser R., Hansson D., Helama S., Klimenko V., Łupikasza E., Małarzewski Ł., Nordli Ø., Przybylak R., Reman D., Solomina O., 2015, The historical time frame (Past 1000 Years) [w:] The BACC II. Second assessment of climate change for the Baltic Sea basin, Regional Climate Studies, 51–65. DOI 10.1007/978-3-319-16006-1_3.

Obrębska-Starklowa B., 1997a, Dylematy związane z badaniami klimatu małego glacjału w skali globalnej [w:] J. Trepińska (red.), Wahania klimatu w Krakowie (1792–1995), Instytut Geografii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, 191–198.

Obrębska-Starklowa B., 1997b, Współczesne poglądy na zmiany klimatyczne w Europie w okresie schyłku małego glacjału [w:] J. Trepińska (red.), Wahania klimatu w Krakowie (1792–1995), Instytut Geografii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, 163–190.

Omstedt A., Chen D., 2001, Influence of atmospheric circulation to the maximum ice extent in the Baltic Sea, Journal of Geophysical Research, 106, C3, 4493–4500.

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.

Osborn T.J., Jones P.D., 2014, The CRUTEM4 land-surface air temperature dataset: construction, previous versions and dissemination via Google Earth, Earth System Science Data, 6, 61–68, DOI: 10.5194/essd-6-61-2014.

Parker D., Horton B., 2005, Uncertainties in central England temperature 1878–2003 and some improvements to the maximum and minimum series, International Journal of Climatology, 25, 1173–1188. DOI: 10.1002/joc.1190.

Przybylak R., 2006, Zmiany klimatu Polski w ostatnich stuleciach [w:] M. Gutry-Korycka, A. Kędziora, L. Starkel i L. Ryszkowski (red.), Długookresowe przemiany krajobrazu Polski w wyniku zmian klimatu i użytkowania ziemi, Komitet Narodowy IGBP i Zakład Badań Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN, Poznań, 29–47.

Przybylak R., 2008, Zmiany klimatu Polski i Europy w ostatnich stuleciach, Kosmos, 57 (3–4), 195–208.

Przybylak R., 2016, Poland’s climate in the last millennium [w:] Oxford Research Encyclopedia, Climate Science, Oxford University Press USA, 36 pp. DOI: 10.1093/acrefore/9780190228620.013.2.

Przybylak R., Filipiak J., Oliński P., 2014, Obserwacje meteorologiczne Gottfrieda Reygera w Gdańsku w latach 1722–1769 i ich przydatność do badań zmian klimatu, Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 23 (4), 360–375.

Przybylak R., Majorowicz J., Wójcik G., 2001, Zmiany temperatury powietrza i opadów atmosferycznych w Polsce w okresie XVI–XX wieku, Prace i Studia Geograficzne, 29, 79–92.

Przybylak R., Majorowicz J., Wójcik G., Zielski A., Chorążyczewski W., Marciniak K., Nowosad W., Oliński P., Syta K., 2005, Temperature changes in Poland from the 16th to the 20th Centuries, International Journal of Climatology, 25, 773–791, DOI: 10.1002/joc.1149.

Przybylak R., Pospieszyńska A., Wyszyński P., Nowakowski M., 2014, Air temperature changes in Żagań (Poland) in the period from 1781 to 1792, International Journal of Climatology, 34, 2408–2426, DOI: 10.1002/joc.3847.

Przybylak R., Wójcik G., Marciniak K., 2003, Wpływ Oscylacji Północnoatalantyckiej i Arktycznej na warunki termiczne chłodnej pory roku w Polsce w XVI–XX wiekach, Przegląd Geofizyczny, 48 (1–2), 61–74.

Przybylak R., Wójcik G., Marciniak K., Chorążyczewski W., Nowosad W., Oliński P., Syta K., 2004, Zmienność warunków termiczno-opadowych w Polsce w okresie 1501–1840 w świetle danych historycznych, Przegląd Geograficzny, 76 (1), 5–31.

Ribes J.C., Nesme-Ribes E., 1993, The solar sunspot cycle in the Maunder minimum AD 1645 to AD 1715, Astronomy and Astrophysics, 276, 549–563.

Robock A., 2000, Volcanic eruptions and climate, Reviews of Geophysics, 32 (2), 191–219 (199RG000054).

Robock A., 2001, Volcanic eruption, Tambora [w:] T. Munn (red.), Encyclopedia of global environmental change, John Willey & Sons, London, 737–738.

Robock A., Mao J., 1992, Winter warming from large volcanic eruptions, Geophysical Research Letters, 19 (24), 2405–2408.

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, 1–20.

Seinä A., Palosuo E., 1996, The classification of the maximum annual extent of ice cover in the Baltic Sea 1720–1995, Meri, 27 – Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, No 27, 79–91.

van der Schrier G., Barkmeijer J., 2005, Bjerknes’ hypotesis on the coldness during AD 1790–1820 revisited, Climate Dynamics, 24, 355–371, DOI 10.1007/s00382-004-0506-x.

van der Schrier G., Weber S.L., 2010, The Gulf Stream and Atlantic sea-surface temperatures in AD 1790–1825, International Journal of Climatology, 30, 1747–1763. DOI: 10.1002/joc.2027.

Steinhilber F., Beer J., 2011, Solar activity – the past 1200 years, PAGES news, 19 (1), 5–6.

Styszyńska A., 2010, Zlodzenie Bałtyku a temperatura w Polsce [w:] E. Bednorz (red.), Klimat Polski na tle klimatu Europy. Warunki termiczne i opadowe, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 95–105.

Svensmark H., Friis-Christensen E., 1997, Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage – a missing link in solar-climate relationshipss, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 59 (11), 1225–1232.

Swingedouw D., Mignot J., Ortega P., Khodri M., Menegoz M., Cassou C., Hanquiez V., 2017, Impact of explosive volcanic eruptions on the main climate variability modes, Global and Planetary Change, 150, 24–45. http://dx.doi.org/10.1016/j.gloplacha. 2017.01.006.

Tarand A., Nordli P.Ø., 2001, The Tallinn temperature series reconstructed back half a millennium by use of proxy data, Climatic Change, 48 (1), 189–199.

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, 319–341.

Varenholt F., Lüning S., 2012, Die kalte Sone. Warum die Klimatastophe nicht stattfindet, Hoffmann und Campe Verlag, Hamburg.

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.

Waple A., Mann M., Bradley R., 2002, Long-term patterns of solar irradiance forcing in model experiments  and proxy based surface temperature reconstructions, Climate Dynamics, 18 (7), 563–578.

Xoplaki E., Luterbacher J., Paeth H., Dietrich D., Steiner N., Grosejan M., Wanner H., 2005, European spring and autumun temperature variability and change of extremes over the last half millennium, Geophysical Research Letters, 32, L15713. doi: 10.1029/2005GL023424. 

Czasopismo ukazuje się w sposób ciągły on-line

Pierwotną wersją czasopisma jest wersja elektroniczna publikowana w internecie