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.
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.