Uniwersytet Łódzki Katedra Meteorologii i Klimatologii
KLIMAT I BIOKLIMAT MIAST pod redakcją
Kazimierza Kłysika Joanny Wibig i Krzysztofa Fortuniaka
Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego Łódź 2008
RECENZENT
Maria Stopa-Boryczka
REDAKCJA TECHNICZNA I SKŁAD KOMPUTEROWY
Iwona Gajda-Pijanowska
PROJEKT OKŁADKI
Krzysztof Fortuniak
© by Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2008
Wydrukowano z dostarczonych Wydawnictwu UŁ gotowych materiałów Wykorzystano ilustracje przekazane przez Autorów w wersji oryginalnej
Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego 2008 Wydanie I. Nakład 300 egz. Drukarnia Uniwersytetu Łódzkiego 90-131 Łódź, ul. Lindleya 8
ISBN 978-83-7525-243-9
6
Spis treści
Andrzej Wyszkowski, Dawid Biernacik – Pokrywa śnieżna w Gdyni w sezonie zimowym 2005/2006 (Snow cover in Gdynia during the winter season 2005/2006) .....................................................................................................
129
Joanna Uscka-Kowalkowska – Direct solar radiation and its extinction by the atmosphere in Warsaw in the years 1960–2003 (Bezpośrednie promieniowanie słoneczne i jego ekstynkcja w atmosferze w Warszawie w latach 1960–2003) ....................................................................................................
143
Stanisław Dudek, Renata Kuśmierek, Jacek Żarski – Porównanie warunków termicznych Bydgoszczy i okolicy (Comparison of thermal conditions in Bydgoszcz and surroundings) ........................................................................
157
Elwira Żmudzka – Zmiany zachmurzenia w Warszawie w drugiej połowie XX wieku (Changes of cloudiness in Warsaw in the second half of 20th century)
165
János Unger, Noémi Kántor, Ágnes Gulyás, Tamás Gál – Thermal comfort investigation of an urban square in summer (Badania komfortu termicznego na placu miejskim w okresie letnim) .............................................................
179
Michał Marosz – Variability of the air temperature in Gdańsk in comparison with its variations over the Northern hemisphere (1851–2000). Zmienność temperatury powietrza w Gdańsku na tle zmienności temperatury powietrza na półkuli północnej (1851–2000) .................................................................
191
Małgorzata Owczarek – Zmienność warunków termicznych na Pomorzu na przykładzie fal ciepła i fal chłodu, 1951–2005 (The variability of thermal conditions on the example of warm waves and cold waves in Pomerania, 1951–2005) ....................................................................................................
199
Marek Nowosad – Próba określenia występowania termicznego „efektu niedzieli” w Lublinie (The attempt of estimation of occurrence of “the thermal Sunday Effect” in Lublin) .................................................................
209
Alexander Mahura, Sylvie Leroyer, Alexander Baklanov, Patrice Mestayer, Ulrik Smith Korsholm, Isabelle Calmet – Temporal and spatial variability of fluxes in urbanized areas (Czasowa i przestrzenna zmienność strumieni na terenach zurbanizowanych) .......................................................................
219
Krzysztof Fortuniak, Sue Grimmond, Brian Offerle, Włodzimierz Pawlak, Mariusz Siedlecki – Singularities of turbulent urban heat fluxes in Łódź (Cechy charakterystyczne turbulencyjnych strumieni ciepła w mieście na przykładzie Łodzi) .........................................................................................
233
Jolanta Godłowska – Badanie strumienia ciepła jawnego na stacji miejskiej w Krakowie-Czyżynach (Investigations on sensitive heat flux at CracowCzyżyny urban station) ..................................................................................
243
K. Kłysik, J. Wibig, K. Fortuniak (red.) - Klimat i bioklimat miast Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Katedra Meteorologii i Klimatologii UŁ Łódź 2008, s. 209–218
PRÓBA OKREŚLENIA WYSTĘPOWANIA TERMICZNEGO „EFEKTU NIEDZIELI” W LUBLINIE THE ATTEMPT OF ESTIMATION OF OCCURRENCE OF “THE THERMAL SUNDAY EFFECT” IN LUBLIN Marek Nowosad Zakład Meteorologii i Klimatologii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie Al. Kraśnicka 2cd, 20-718 Lublin e-mail:
[email protected]
W pracy przeanalizowano tygodniowy przebieg temperatury powietrza w Lublinie (w Obserwatorium Meteorologicznym UMCS znajdującym się w centrum miasta) w latach 1952–2006. Stwierdzono występowanie niższej temperatury powietrza w niedzielę i w sobotę niż w robocze dni tygodnia. Zróżnicowanie to występuje w każdym z trzech terminów obserwacyjnych. Nie jest ono istotne statystycznie. WSTĘP
Termiczny efekt niedzieli (the Sunday Effect) bywa traktowany jako jedna z cech klimatu miasta. Zakłada się, że człowiek w czasie roboczych dni tygodnia emituje do atmosfery więcej zarówno ciepła sztucznego, jak też zanieczyszczeń, niż w dni wolne od pracy. W konsekwencji miejska wyspa ciepła (Urban Heat Island) może być wydatniej uwypuklana w czasie dni roboczych (O ’ H a r e 2005, s. 81). Wyniki badań nad tygodniowym cyklem przebiegu warunków atmosferycznych (opady, zanieczyszczenia powietrza) były publikowane już w 1929 r. przez Ashworth’a (za C e r v e n y , B a l l i n g 1998 oraz W i l b y , T o m l i n s o n 2000). Termin „efekt niedzieli” został użyty w latach 70-tych XX wieku przy analizie tygodniowego zróżnicowania zawartości ozonu w niektórych obszarach zurbanizowanych (G r a e d e l i in. 1977). Charakterystyka dobowego przebiegu stężenia ozonu w Nowym Jorku została przeprowadzona oddzielnie dla dni roboczych, dla soboty oraz dla niedzieli (B r u n t z i in. 1974), a następnie porównano tam przebieg tygodniowy stężenia ozonu i innych zanieczyszczeń powietrza (C l e v e l a n d i in. 1974). Wydaje się, że właśnie badaniom zawartości ozonu w troposferze poświęcono najwięcej uwagi pod kątem tygodniowego cyklu właściwości atmosfery. W 1999 roku powstała w Stanach [209]
210
M. Nowosad
Zjednoczonych grupa robocza zajmująca się tym zagadnieniem (Weekend Effect Workgroup). Badania prowadzone w Kalifornii wykazały, że koncentracja ozonu jest większa w weekendy niż w dni robocze. Tłumaczone to jest mniejszą w tym czasie emisją związków rozkładających ozon. Zagadnienia „ozonowego efektu weekendowego” są szeroko prezentowane na stronie internetowej ARB (Air Resources Board). Można tam zapoznać się m.in. z szerokim wykazem literatury na ten temat (podstrona Additional Weekend Effect References) (D o l i s l a g e r 2007). Przykłady opracowań (dostępnych w Internecie) na temat tygodniowego rytmu zanieczyszczeń atmosfery to prace dotyczące Kairu (F r o n t a s y e v a , R a m a d a n 2004), Atlanty (T a n e n b a u m 2006) czy obszarów zurbanizowanych w Indiach (D e b a j e , K a k a d u 2006). W czasopiśmie Atmospheric Environment przedstawiono wyniki badań tygodniowego przebiegu stężenia ozonu w Szwajcarii (B r ö n n i m a n n , N e u 1997), w 5 dużych miastach we Francji (P o n t , F o n t a n 2001), w Wielkiej Brytanii (J e n k i n i in. 2002), w USA w stanach Kalifornia (M a r r , H a r l e y 2002; Q i n i in. 2004) i Arizona (w Tucson (D i e m 2000) i w Maricopa County (A t k i n s o n - P a l o m b o i in. 2006). Rytm tygodniowy opadów atmosferycznych analizowali m.in. D e L i s i i in. (2001). C e r v e n y i C o a k l e y (2002) rozważali hipotezę, czy tygodniowy rytm zawartości CO2 w obserwatorium w Mauna Loa w czasie ostatniego ćwierćwiecza (przed wydaniem cytowanej publikacji) nie jest wynikiem lokalnej emisji antropogenicznej. Zagadnienia tygodniowego rytmu temperatury powietrza nie doczekały się aż tylu publikacji, co zagadnienia tygodniowego rytmu stężenia wybranych zanieczyszczeń powietrza. Zauważono np., że maksymalna temperatura powietrza w Melbourne w okresie zimowym pokazywała systematyczny spadek od poniedziałku do soboty (S i m m o n d s , K a v a l 1986). Dalsze badania tygodniowego rytmu temperatur ekstremalnych w tym mieście wykazały, że w dni robocze występują wyższe temperatury niż w weekendy (S i m m o n d s , K e a y 1997). F u j i b e (1987) zauważył, że temperatura w centrum Tokio jest niższa w weekendy o około 0,2° w dzień i o około 0,1° nocą niż w dni robocze. Badacz ten rozpatrywał rytm dobowy temperatury powietrza w 212 miastach w Japonii zwracając uwagę na liczbę ludności w tych miastach (F u j i b e 1988a), a także odległość od centrum miasta, w którym zaznacza się jeszcze w czasie dnia niedzielne obniżenie temperatury the cool island (F u j i b e 1988b). Analizowano obrazy satelitarne z 726 tygodni (z lat 1979–1992) pod kątem tygodniowego przebiegu anomalii termicznych. Zauważono wyższe temperatury w dni robocze niż w weekendy. Zależności te określono z istotnością statystyczną 5 oraz 10% (w zależności od zastosowanego testu) dla półkuli północnej. Natomiast zróżnicowanie tygodniowego przebiegu temperatury powietrza
Próba określenia występowania termicznego „efektu niedzieli” ...
211
na półkuli południowej nie było statystycznie istotne na jakimkolwiek akceptowalnym poziomie (G o r d o n 1994). W końcu XX wieku przedstawiono hipotezę, że termiczny wpływ oddziaływania zanieczyszczeń na sztormy w północno-zachodniej części Atlantyku może kierować tygodniowymi cyklami klimatycznymi w tym obszarze (C e r v e n y , B a l l i n g 1998). D e F o r s t e r i S o l o m o n (2003) analizowali tygodniowy cykl dobowej amplitudy temperatury powietrza w wielu stacjach położonych w Stanach Zjednoczonych, Meksyku, Japonii i Chinach. Uznali, że w szeregu z nich występuje znaczący (significant) efekt weekendu. Jednak były stacje (szczególnie na amerykańskim Środkowym Zachodzie), gdzie amplituda dobowa powietrza w weekend była mniejsza niż w środku tygodnia. T e s o u r o i in. (2005) analizowali tygodniowy cykl przebiegu temperatury powietrza w okresie 1958–2001 na podstawie wyników reanalizy NCAR– NCEP dla obszaru od 90°E do 90°W i od 10,5°N do 88,5°N. Dla większości tego obszaru minimum tego cyklu przypadło w weekend, natomiast wystąpienie minimum w środku tygodnia dotyczyło obszarów pokrytych lodem bądź śniegiem. W tygodniowym przebiegu temperatury powietrza w okresie zimowym w Wielkiej Brytanii (1961–1990) zauważono natomiast maksimum w weekend i minimum w środku tygodnia (W i l b y , T o m l i s o n 2000). C o a k l e y (2000), analizując codzienne wartości maksymalnej temperatury powietrza na lotnisku w San Francisco zauważył, że najcieplejszy dzień tygodnia występuje z większym prawdopodobieństwem w niedzielę lub w sobotę, niż w środku tygodnia. CEL PRACY, MATERIAŁ I METODA
Celem niniejszego opracowania jest określenie zróżnicowania tygodniowego przebiegu temperatury powietrza w centrum Lublina. W pracy wykorzystane zostały wyniki terminowych pomiarów temperatury powietrza w Obserwatorium Meteorologicznym UMCS w Lublinie położonym na skwerze w centrum miasta (fot. 1). Pomiary w Obserwatorium UMCS wykonywane są od października 1951 roku, prawie przez cały okres w godzinach 7, 13 i 21 wg średniego słonecznego czasu lokalnego (5.30, 11.30 i 19.30 UTC). W 1971 roku obserwacje wieczorne wykonywano „podwójnie” – o 17.30 i o 19.30 UTC, natomiast tylko w 1972 roku nie wykonywano obserwacji o godz. o 19.30 UTC (temperaturę z tej godziny obliczano z wykorzystaniem termogramów).
212
M. Nowosad
Fot. 1. Ogródek meteorologiczny w Obserwatorium UMCS na Placu Litewskim w Lublinie (fot. Marek Nowosad 1996) Fot. 1. The meteorological site of the Maria Curie Skłodowska University Meteorological Observatory on Litewski Square in Lublin
Średnią temperaturę powietrza (1952–2006) określono dla poszczególnych dni tygodnia. Dotyczy to zarówno wartości średniej dobowej, jak też poszczególnych terminów obserwacyjnych. Poszukiwano też tygodniowego rytmu temperatury powietrza w poszczególnych porach roku. Ponadto obliczenia średniej temperatury powietrza w poszczególnych dniach tygodnia wykonane zostały, obok całego analizowanego okresu 1952– 2006, dla trzech podokresów: 1952–1972 (kiedy w Polsce obowiązywał sześciodniowy tydzień pracy) 1973–2000 (był to czas stopniowego wprowadzania wolnych sobót) 2001–2006 (pięciodniowy tydzień pracy w Polsce obowiązuje od 1 maja 2001 roku). WYNIKI
Średnia temperatura powietrza w Lublinie (1952–2006) wynosi 8,23°C. Średnia ta dla dni roboczych3 jest nieco większa (8,25°C). Najmniejsze wartości osiąga natomiast dla niedzieli (8,17°C) oraz soboty (8,18°C) (rys. 1). Do określenia istotności statystycznej dwóch średnich (średniej temperatury dni roboczych i średniej temperatury weekendu) zastosowano metodę opisaną m. in. przez S o b c z y k a (1982, s. 113–115). Jako hipotezę zerową H0 przy3
Przy opisie wyników terminem dni robocze nazywane są dni od poniedziałku do piątku włącznie, mimo, że przez znaczną część analizowanego okresu dniem roboczym była też sobota.
Próba określenia występowania termicznego „efektu niedzieli” ...
213
jęto, że średnia temperatura w dni robocze jest równa średniej temperaturze w weekend. Jako hipotezę alternatywną H1 przyjęto, że wymienione średnie temperatury różnią się. Aby odrzucić hipotezę zerową na poziomie istotności α = 0,05 wartość bezwzględna zalecanej przez Sobczyka statystyki u4 powinna być większa od 1,96, zaś na poziomie istotności α = 0,10 – większa od 1,64. Obliczona statystyka u wyniosła tylko 0,52, co nie upoważnia do odrzucenia hipotezy (nawet na poziomie istotności α = 0,10), że analizowane dwie średnie są równe. (°C) 8,3
8,2
8,1
8,0 poniedziałek Monday
wtorek Tuesday
środa Wednesday
czwartek Thursday
piątek Friday
sobota Saturday
niedziela Sunday
Rys. 1. Średnia temperatura powietrza w Lublinie (1952–2006) w kolejnych dniach tygodnia Fig. 1. The mean air temperature in Lublin (1952–2006) during the weekdays
Obliczono także oddzielnie średnie dla poszczególnych terminów obserwacyjnych (tab. 1). Najniższa wartość średniej temperatury powietrza w czasie obserwacji porannej wystąpiła dla soboty (6,06°C) oraz niedzieli (6,10°C), gdy w dni robocze notowano średnio 6,16°C. W czasie obserwacji południowej najniższą średnią temperaturą cechowała się niedziela (10,71°C), środa i sobota (po 10,75°C). Średnia dla poniedziałku, wtorku, czwartku i piątku wyniosła 10,84°C. W czasie obserwacji wieczornej najniższa średnia temperatura charakteryzowała niedzielę (7,94°C), sobotę (7,95°C) i środę (7,96°C), zaś dla czwartku, poniedziałku i czwartku przekraczała 8,00°C. 4
Statystyka u jest ilorazem różnicy analizowanych dwóch średnich przez wyrażenie
σ 12 n1
+
σ 22 n2
, gdzie
σ
oznacza odchylenie standardowe, zaś
n
liczebność zbioru (próby).
214
M. Nowosad
Analizowano istotność statystyczną różnicy średniej temperatury dni roboczych i średniej temperatury weekendu. Wartości statystyki u wyniosły 0,56 dla porannego terminu obserwacyjnego, 0,57 dla południowego i 0,46 dla wieczornego. Nie upoważnia to do odrzucenia hipotezy zerowej H0 (nawet na poziomie 10%, bo u