Rozdział 2

Ogólna cyrkulacja powietrza w Europie Środkowej


Usytuowanie Polski między morzem Bałtyckima Karpatami oraz równoleżnikowy układ pasm górskich sprzyja strefowemu przenikaniu mas powietrza. Cyrkulacja powietrza w Europie środkowej odznacza się wyjątkową zmiennością z dnia na dzień.
Przeważającym kierunkim adwekcji mas powietrza jest kierunek z zachodu na wschód. Na teren Polski napływają trzy zasadnicze masy powietrza. Dzielą się one zależnie od tego na jakim podłożu kształtowały się na kontynentalne i morskie. Najczęściej spotykaną masą jest powietrze polarne. Pochodzi ono z umiarkowanych szerokości geograficznych. Powietrze polarno morskie PPm w czasie lata powoduje ochłodzenie i wzrost wilgotności. Po wkroczeniu na ląd silnie się ogrzewa od dołu wskutek czego rozwijają się w nim ruchy konwekcyjne przekształca się w masę o równowadze chwiejnej. Towarzyszą jej burze z intensywnymi opadami deszczu. W zimie adwekcja tej masy powoduje znaczne ocieplenia. Towarzyszy jej pogoda pochmurna ze słabymi opadami deszczu lub deszczu ze śniegiem. Powietrze polarno kontynentalne PPk odznacza się małą zawartością pary wodnej i małym zachmurzeniem.
W zimie nad wyziębionym kontynentem silnie ochładza się tworząc masę o równowadze stałej. Towarzyszy jej mroźna i bezchmurna pogoda. Latem nad kontynentem mocno ogrzewa się występują w niej silne ruchy konwekcyjne. Jest masą wyjątkowo chwiejną. Opady z niej nie są duże , ponieważ zawiera niewielką ilość pary wodnej. Towarzyszy jej umiarkowane zachmurzenie chmury typu cumulus oraz wysoki poziom kondensacji. Drugą masą pod względem częstotliwości występowania jest powietrze arktyczne. Obszarem źródłowym jest obszar Grenlandi i Szpicbergenu. Powietrze to odznacza się dużą przeźroczystością i małym zapyleniem. Powietrze arktyczno morskie PAm napływa nad Europę z północnego zachodu. Początkowo jest masą suchą ale nad obszarami oceanu wzbogaca się w parę wodną.W zimie ulega ogrzaniu nad ciepłymi wodami Atlantyku. Po wkroczeniu na ląd ponownie ochładza się. Towarzyszy jej mroźna i pochmurna pogoda. W lecie jest masą chwiejną co prowadzi do rozwoju ruchów konwekcyjnych i opadów deszczu często z
burzami. Powietrze arktyczno kontynentalne PAk napływające z północnego wschodu zawiera znikome ilości
pary wodnej. W zimie jest masą bardzo mroźną o równowadze stałej. W letniej porze roku adwekcja tej masy powoduje znaczne ochłodzenia , nieraz do wystąpienia przygruntowych przymrozków.
Najrzadziej w naszej szerokości geograficznej występuje powietrze zwrotnikowe. Powietrze zwrotnikowo morskie PZm w lecie jest powietrzem ciepłym , wilgotnym i chwiejnym. Występują często burze i ulewne deszcze , w zimie w czasie napływu tej masy temperatura gwałtownie podnosi się. Powietrze zwrotnikowo kontynentalne PZk charakteryzuje się w lecie ciepłą i suchą pogodą , dużym zanieczyszczeniem powietrza. PPm ze względu na znaczne odległości od środkowej Europy dociera do Polski jako masa stara i mocno przetransportowana , natomiast PPk jest świeże. PA i PZ napływają zawsze jako masy stare , powietrze to pokonuje znaczne odległości zanim dotrze do środkowej Europy. Podczas adwekcji masy te zmieniają swoje charakterystyczne właściwości zależnie fizycznych cech podłoża. Strefami przejściowymi między poszczególnymi masami powietrza są fronty atmosferyczne.

Częstotliwości mas powietrza nad Polska
miesiąc PPm PPk PA PZ inne
1 46 35 13 0 6
2 40 41 11 2 6
3 28 60 11 0 1
4 30 42 21 1 6
5 41 34 18 0 7
6 55 34 5 0 6
7 65 33 0 0 2
8 61 35 1 0 3
9 57 27 9 1 6
10 42 41 11 0 6
11 36 46 9 0 9
12 53 34 8 1 4
rok 46 39 10 0 5


Główne fronty charakteryzujące się tylko sezonowymi zmianami położenia noszą nazwę stacjonarnych. Wyróżnia się trzy podstawowe fronty stacjonarne : arktyczny , polarny i zwrotnikowy. W lecie fronty te przesuwają się w stronę bieguna północnego , a w zimie spływają w stronę równika (półkula pónocna). Ruchy te spowodowane są zmianami temperatury w poszczególnych porach roku. Masy powietrza niezależnie od pór roku dążą do małych zmian temperatury wobec czego muszą się przesuwać. Na froncie polarnym podczas całego roku powstają niże baryczne kształtujące pogodę w Europie.
Niże powstają seriami w postaci tz. rodzin niżów. Zgodnie z kierunkiem strumienia sterującego , ośrodki te poruszją się z zachodu na wschód z odchyleniem na północ. Często niże nad Polską są w stadium wypełniania ( zanikania niżu ) co powoduje zwiększanie szerokości pasm zachmurzenia i zmniejszenia natężenia , ilości opadu oraz tendencji barycznej. W zimie wskutek większych gradientów temperatury na półkuli północnej niże są aktywniejsze niż latem. Najczęściej niże
pojawiają się w listopadzie i lutym , są to okresy wzmożonej aktywności frontogenetycznej i cyklogenetycznej. W okresie tym niże są szczególnie aktywne i głębokie, poruszają się szybciej niż normalnie. Przynoszą znaczne zmiany temperatury , zachmurzenia , ciśnienia , kierunku i siły wiatru. Towarzyszą im częste wichury , szczególnie gdy cyklony są w stadium pogłębiania się. Przed niżem zalega często powietrze kontynentalne silnie wychłodzone zimą i gorące latem. W czasie zbliżania sie pierwszego frontu (ciepłego) związanego z niżem , ciśnienie systematycznie spada , rośnie zachmurzenie i siła wiatru. Temperatura w zimie podnosi się tz. maskowanie się frontu , zaś w lecie lekko opada. Po przejściu frontu ciepłego zmienia się masa powietrza na Pm stare. Przedfrontowy kierunek wiatru ( południowy lub południowo wschodni ) zmienia się na południowo zachodni. PPm stare zalegające w wycinku ciepłym ( obszar między frontem ciepłym a chłodnym ) przynosi zimą odwilże i słabe opady mżawki lub słabego śniegu , latem ochłodzenie , słabe opady z chmur warstwowo niskich. W
strefie tej ciśnienie jest stałe lub lekko obniża się. Występują przejaśnienia związane z klinem wysokiego ciśnienia.
W miarę zbliżania się kolejnej zatoki niskiego cinienia z frontem chłodnym prędkość wiątru gwałtownie zwrasta i zmienia swój kierunek na północno zachodni. Po przejściu tego frontu ciśnienie zaczyna szybko rosnąć występują przelotne opady burzowe z chmur pochodzenia konwekcejnego. Temperatura niezależnie od pory roku spada o kilka stopni. Za frontem chłodnym zalega PPm jest ono mocno chwiejne i wilgotne. Strefy te charakteryzują się liniami niestałości ( szkwały ). Towarzyszy im zwiększenie porwistości wiatru oraz opady ulewnego deszczu. W strefie tej rozwijają się kliny
wysokiego cisnienia co powoduje znaczne poprawienie pogody. Powyższy schemat odnosi się do niżu w stadium do wypełniania ( okludowania ). Po rozpoczęciu się stadium wypełniania , front chłodny szybciej poruszjący się dogania ciepły i wypycha on ciepłe powietrze do góry. Taki front nosi nazwę zakludowanego. W zależności od zmian temperatury wyróżnia
się front okluzi ciepłej gdy powietrze zafrontowe jest cieplejsze niż przedfrontowe. W przypadku odwrotnej sytuacji front nosi nazwe okluzi chłodnej. Przejściowy klimat Polski wynika ze znacznej częstotliwości występowania frontów. Podczas 225 dni fronty pojawiają się na terytorium Polski. Najczęściej przemieszczają się fronty chłodne 126 dni w roku następnie fronty okluzji 95 dni z czego 49 ma charakter frontu chłodnego a 46 frontu ciepłego. Tylko podczas 65 dni pojawiają się fronty ciepłe podczas gdy stacjonarne 16 dni rocznie. Połowa frontów nasuwa się z zachodu a 25% z północnego zachodu.
Wyże baryczne rozwijają się po przejściu frontu chłodnego są w znacznym stopniu ośrodkam stacjonarnymi przemieszczają się wolno z zachodu z odchyleniem w kierunku południa. Spływają w strone głównego wyżu zwrotnikowego. Towarzyszy im powietrze o równowadze stałej przeważnie kontynentalne , słoneczna pogoda ze słabym wiatrem. Zimą powietrze w wyżach jest mocno wychłodzone a latem upalne z zachmurzeniem małym i umiarkowanym typu cumulus. Zdarzają się wyże w których ponuje pogoda pochmurna , mglista lecz opady praktycznie nie występują. Pogodę w Polsce kształtują coroczne ośrodki baryczne: Wyż Azorski rozbuduwujący się silnie w okresie lata sięga swym klinem nawet po Polske. Latem przynosi dość ciepłą i lecz wilgotną pogodę natomiast zimą towarzyszy mu temperatura dodatnia wiatry z sektora zachodniego.
Niż Islandzki jest silnie rozbudowany zimą , kiedy są największe różnice temperatury między lądem a morzem. Niż ten przemieszczając się na wschód nasuwa za sobą powietrze wilgotne i ciepłe zimą a latem wywołuje adwekcje chłodu. Podczas dominacji Niżu islandzkiego występują silne wiatry , opady , oraz szerokie pasma chmur. Zimą w centralnej części Azji obserwuje się obszar podwyższonego ciśnienia sięgający czasami do Europy. Sytuacja ta powoduje adwekcje ze wschodu i południowego wschodu mroźnego i suchego powietrza. Wyż ten blokuje ruch Niżu islandzkiego. W obszarze objętym tym wyżem panuje słoneczna pogoda , wieją słabe wiatry , występuje duża amplituda temperatury. Niekiedy dochodzi nad Skandynawią do rozwinięcia się wyżu. Sięga swym klinem na obszar Polski wobec czego napływa powietrze PAk z północnego wschodu. W tym czsie obserwuje się rekordowe spadki temperatury niekiedy poniżej - 30 i obserwuje się bardzo wysokie ciśnienie.
W jesieni często ma się doczynienia ze zgniłym wyżem zalegającym w centrum Europy. Między niżem północnoatlantyckim a azjatyckim w wyższych warstwach atmosfery nad wyżem znajduje się obszr dywergencji powietrza , napływa tam wilgotne i ciepłe powietrze. Opadając zachowuje swoje właściwości dlatego w wyżu tym panuje pogoda pochmurna , występują gęste mgły , słabe wiatry , mogą wystąpić równiż słabe opady.
Pogoda cyklonalna utrzymuje się podczas 45 % dni w roku , zimą 55 % natomiast w ciepłej porze roku 38 %. Zwrost czętotliwości niżów odpowiada większemu oddziaływaniu oceanu na elementy meteorologiczne w Europie. W zimie zwrasta oceaniczność klimatu : mniejsze amplitudy , duże zachmurzenie , większa ilość godzin z opadem , temperatura jest wyższa niż na tych samych szerokościach nad centralną i wschodnią Azją. W lecie dominuje pogoda wyżowa 44% , klimat bardziej
kontynentalny : duże wahania dobowe temperatur , słabsze wiatry. Średnio pogoda wyżowa panuje 42% dni wciągu roku natomiast 13% stanowi pogodę nieokreśloną. Ośrodki baryczne przemieszczają się z niewielką składową , mimo tego powietrze jest mocno mieszane między szerokościani wysokimi a niskimi. Kierunek wiatru w układach barycznych powoduje
wtargnięcie ciepłego powietrza daleko na północ ( wschodnia część niżu , zachodnia wyżu ). Inwazje chłodnego powietrza w kierunku równika występują w wschodniej części wyżu i zachoniej niżu. Sytucja w praktyce jeszcze się zwiększa podczas wspomnianych spływów antycyklonów w kierunku południowym oraz ruchu cyklonów w strone wysokich szerokości geograficznych. Jak wiadomo w umiarkowanych szerokościach dominuje cyrkulacja zachodnia. W Europie dochodzi
często do zmian cyrkulacji. Z napływem z północy powietrza wiążą się pierwsze późno jesienne ataki zimy. W raz z adwekcją powietrza PA następuje po paru godzinach po zmianie cyrkulacji znaczne ochłodzenie. Sytuacja ta gwarantuje opady śniegu przy niskich temperaturach zamiecie i zawieje snieżne. Jeszcze groźniejsze ataki zimy obserwuje się gdy nad zachodnią Europą i Atlantykiem zalega stacjonarny wyż , wtedy zgodnie z regółą strumienia sterującego ( izohipsy na mapach topografi barycznej pokrywają się z kierunkiem izobar dolnych ) niż zalegajęcy w północnej Europie przemieszcza się zgodnie z wskazówkami zegara na południe. Przynosząc ostre ochłodzenia nawet w wycinku ciepłym.
Cyrkulacja południowa występuje podczs ciepłych zim i okresów wiosennych. Wiatry południowe powodują adwekcje ciepła oraz wilgoci znad Morza Śródziemnego. Przynoszą znaczne ocieplenia , opady , silne wiatry. W górach dochodzi w tym czasie do wiatru Halnego.
Crkulacja wschodnia przynosi powietrze kontynentalne o małej zawartości pary wodnej , napływ
powierza z tego kierunku jest dość częsty.
Powietrze w ośrodkach barycznych porusza się pod wpływem siły gradientu ciśnienia. Zostaje ono wprawione w ruch w kierunku największego spadku ciśnienia. Po uzyskaniu pewnej prędkości zaczyna działać na nie dwie siły : Coriolisa oraz siła odśrodkowa. Wobec czego wiatr odchyla się o kąt 90o od lini normalnej do izobary , kierunek jego jest styczny do izobary. Powyższa sytuacja zachodzi na poziomie powyżej 1km , powyżej tz. warstwy tarciowej. Wiatr ten nosi nazwe gradientowego. Jest tym silniejszy im mniejsza jest odległość między izobarami i większa jest gęstość powietrza. W warstwie tarciowej na powietrze działa jeszcze jedna siła zwięzana z tarciem powietrza o podłoże. Najmniejsza siła tarcia panuje nad morzem , zaś nad lądem ulega znacznemu zwrostowi , przez nierówność terenu. Średnia prędkość wiatru na wysokości 10m nad powierzchnią gruntu wynosi 0.4*Vg ( wiatru gradientowego ) , zaś nad możem 0.7*Vg. W rzeczywistości prędkość wiatru waha się w granicach od 0 do Vg. Tarcie przyziemne odbija się równiż na kierunku wiatru. Wiatr gradientowy ma kierunek styczny do izobary natomiast przyziemny odchyla się od gradientowego nad morzem około 75o i nad lądem około
50o . Tak że wiat r w warstwie przyziemnej na obszarze niżu wieje przeciwnie do ruchu wskazówek zegara z odchyleniem od izobary o kąt 40o do wewnątrz obszaru obniżonego ciśnienia. W wyżach powietrze krąży zgodnie z ruchem wskazówek zegara odchylając się o ten sam kąt co w niżu lecz nie do środka lecz na zewnątrz. Kąt ten tak jak prędkość wiatru znacznie różni się od wartości standardowej.
Przyczyną podtrzymującą ruch powietrza jak to było wcześniej wspomniane jest różnica temperatur , a co za tym idzie różnica ciśnień. Gdyby wiatr wiał zgodnie z kierunkim gradientu ciśnienia szybko by wyrównał różnice ciśnień i ruch przestałby istnieć. Jednak wiatr powyżej warstwy tarciowej krąży koliście wokół ośrodków barycznych przez co sytuacje takie mogą istniec przez dłuższy okres czasu , powietrze słabo wyrónuje ciśnienia panujące w środku i na peryferiach barycznych. Tuż przy ziemi wiatr skręca uzyskując pewną dośrodkową w niżach odśrodkową w wyżach składową prędkości. W obszrach tych może nastąpić lepsze mieszanie powietrza , jednak prędkość wiatru jest tam zazwyczaj mniejsza
niż w wyższych warstwach i ciśnienie nie może szybko wyrównać się. Jest to jedna z przyczyn umożliwiająca długotrwałe rozwijanie się ośrodków barycznych np. niektóre wyże mogą istnieć przez kilka tygodni. Niże są mniej żywotne od pojawienia się go do wypełnienia mija przeważnie tydzień. W późniejszym stadium rozwoju cyklony i antycyklony stają się leniwe poruszają się wolno i przynoszą małe zmiany elementów meteorologicznych. Niemały wpływ na klimat Europy wywiera ciepły prąd morski "północnoatlantycki". Powoduje anomalie cipła w szerokościach umiarkowanych i wysokich. Szczeólnie zauważalny jest na wyspach Brytyjskich oraz Skandynawi , gdzie temperatura w zimie jest nawet dodatnia. Często panuje tam mglista i deszczowa pogoda. Prąd północnoatlantycki również w Polsce oddziaływuje na pogodę W zimie
wiatry zachodnie przynoszą znad ciepłego oceanu odwilże temperatura gwałtownie podnosi się niekiedy do 10o . Golsztrom podwyższa temperaturę wód oceanu , zwiększa w okresie zimowym różnice temperatur między lądem a morzem powodując wznożoną aktywność frontogenetyczną.
W atmosferze znajdującej się w stanie równowagi hydrostatycznej w miare wzrostu tempetatury zwiększa się odległość między powierzchniami izobarycznymi ( liniami o jednakowym ciśnieniu w przestrzeni ). Z faktu tego wynika związek między pionową zmianą wiatru gradientowego i poziomym gradientem temperatury. Na dużych wysokościach około 3km w Europie wiatr termiczny przez który rozumie się wektor będące różnicą między wektorami wiatru w górnej i dolnej warstwie powietrza ma kierunek zachodni styczny do izotermy. Mają one z reguły kierunek równoleżnikowy powietrze chłodne
znajduje się na północy zaś ciepłe na południu. Jeśli kierunek wiatru gradientowego na wysokości 1km jest przeciwny do wiatru termicznego , to prędkość wiatru z wysokością będzie maleć do osiągnięcia zerowej prędkości , poczym nastąpi zmiana kierunku o 180o i prędkość zacznie rosnąć. Gdy kierunek jest zgodny to prędkość wiatru rośnie ze wzrostem wysokości aby ociągnąć pewną "stałą" wartość. Dlatego w niżach w części północnej wraz ze wzrostem wysokości prędkość wiatru maleje , zmienia kierunek na przeciwny zaś w południowej rośnie. We wschodniej i zachodniej części niżu jak i wyżu istotnym zmianom ulega kierunek , jednak nie większy od 45 stopni. W wyżach sytuacja jest odwrotna w
południowej części maleje a w północnej rośnie. Kierunek i siła wiatru termicznego regulują główną cyrkulacją powietrza w Europie.