Wskaźniki klimatyczne - kontynentalizm i oceanizm

strona w budowie

Wskaźniki kontynentalizmu (Continentality Index)

Wskaźniki oceanizmu (Oceanicity index)

  • wskaźnik oceanizmu Kernera
  • wskaźnik oceanizmu Marsza


Wskaźnik kontynentalizmu termicznego Zenkera
(Anna Styszyńska - wszelkie prawa autorskie zastrzeżone)

Najstarsza próba ilościowego wyrażenia kontynentalizmu została podjęta przez berlińskiego nauczyciela, fotografa, przyrodnika i badacza małżoraczków, dr Wilhelma Zenkera (1829-1899). W 1888 roku opublikował on pracę „Die Vertheilung der Wärme auf der Erdoberfläche” (Rozkład ciepła na powierzchni Ziemi) wydaną przez Verlag von Julius Springer w Berlinie (98 stron), za którą uzyskał nagrodę Akademie des Sciences w Paryżu. W części czwartej (Klimatologischer Theil), w rozdziale 13 (Das Festland. Die Continentalitat – Kontynent. Kontynentalizm) tej pracy, omawiając kwestie kontynentalizmu Zenker napisał: „powietrze, które unosi się nad kontynentem, przybiera cechy kontynentalne – staje się suche i przy zmieniającym się nasłonecznieniu wykazuje duże wahania temperatury. Gdy powietrze pozostaje nad oceanami, przybiera zupełnie odwrotne cechy – wilgotność i temperatura wykazują niewielkie różnice między zimą i latem. W przypadku powietrza między tymi dwiema skrajnościami można by określić procentowo, jak bardzo ma ono takie lub inne cechy charakterystyczne (kontynentalne, oceaniczne)”.
Pod koniec XIX wieku pomiary wilgotności powietrza nie były rozpowszechnione, co oznaczało, że do wyznaczenia stopnia kontynentalizmu można było wykorzystać jedynie pomiary temperatury powietrza. Zenker przyjął, że: „stopień, w jakim zmienia się temperatura (zakładając, że wszystko inne pozostaje stałe) jest bezpośrednio zależny od różnicy promieniowania słonecznego między latem i zimą, a różnice te są funkcjami szerokości geograficznej. Teoretycznie aby uzyskać bezpośrednio porównywalne wartości, zakres zmian temperatury (A – amplituda roczna) należy podzielić przez sinus szerokości geograficznej (φ)”. Zenker analizując mapę rozkładu rocznej amplitudy temperatury powietrza na kuli ziemskiej, dostępną w Atlas der Meteorologie Juliusa Hanna (wydany przez Gotha w 1887 roku) stwierdził, że na kontynencie istnieją tylko dwa obszary, których klimat jest nieskażony skutkami ubocznymi. Jednym z takich obszarów są okolice Jakucka i Wierchojańska na Syberii, leżące w pobliżu szerokości 65°N, gdzie roczna amplituda temperatury dochodzi do 65°C, drugim – Sahara w Afryce Północnej, gdzie amplituda temperatury wynosi nieco ponad 20°C na szerokości 18-25°N. Z tego powodu, zdaniem Zenkera, nie wolno dzielić amplitudy temperatury przez sinus szerokości geograficznej, ale przez funkcję, która rośnie szybciej niż sinus od 0° do 90°. Za taką funkcję uznał rzeczywistą szerokość geograficzną (w stopniach), co pozwala dodatkowo na znaczne uproszczenie obliczeń amplitudy względnej: n = (A/φ). Zgodnie z tą zasadą, na podstawie ówcześnie dostępnych danych, Zenker przygotował mapę rozkładu na świecie izolinii amplitudy względnej wyrażonej w procentach  (n = (A/φ) • 100). Po analizie ich przebiegu nad lądami i oceanami doszedł do wniosku, że wartości amplitud względnych nad oceanami (głównie na półkuli północnej, gdyż rozkład temperatury nad oceanami na półkuli południowej był wtedy słabo rozpoznany) stanowią około 1/6 wartości amplitudy względnej w rejonach centralnych kontynentu (na Syberii). Chcąc zatem ustalić standard kontynentalizmu należy połączyć wartości amplitudy względnej określone dla lądu i morza. W tym celu należy posłużyć się równaniem: K + (100 – K)/6 = n. Po przekształceniu uzyskuje się równanie: K = 6/5 · n – 20, a ponieważ n wyraża się w procentach, to wzór na wskaźnik kontynentalizmu (K) przyjmuje postać:  K (%) = 1,2 · 100 · A/φ – 20.
W niektórych podręcznikach można znaleźć nieco inne zapisy tego wzoru, nie zmieniające jednak jego sensu liczbowego. Na przykład Wincenty Okołowicz (1906-1979) w Klimatologii ogólnej” (1969) podaje zapis: K = 6/5 · 100 · A/φ – 20, a Joachim Bluthgen (1912-1973) w pracy „Allgemeine Klimageographie” (1966): K = 600/5 · A/φ – 20.

W miarę wzrostu liczby obserwacji meteorologicznych na świecie (w tym na oceanach oraz w głębi kontynentu) zaczęto poprawiać wzór Zenkera. Między innymi niemiecki geograf Hans Schrepfer (1897-1945) w 1925 roku, w pracy „Die Kontinentalität des deutschen Klimas” (Petermanns Geographische Mitteilungen, 71, s. 49-51), stwierdziwszy, że wartości amplitud względnych nad oceanami stanowią mniejszy odsetek amplitud z głębi kontynentu (które wraz z wydłużeniem okresu obserwacji branym pod uwagę wzrosły), zmodyfikował wzór Zenkera (K + (100 – K) / 6 = n) używając proporcji 1/8 zamiast 1/6: K + (100 – K) / 8 = n. Schrepfer przypisał wartość K = 0% (klimat morski) Torshavn na Wyspach Owczych i K = 100% (klimat kontynentalny) Wierchojańsku na Syberii. W rezultacie zamiast postaci wzoru Zenkera: K = 600/5 • A/φ – 20 zaproponował: K (%) = 800/7 · A/φ – 14.
Późniejsze badania innych autorów wykazały ograniczone zastosowanie proponowanych wzorów. Między innymi niemiecki geograf Hans Bohnstedt (1907-1966) w pracy „Die thermische Kontinentalität des Klimas von Nordeuropa” (Meteorologische Zeitschrift, Vol. 49, Heft 2, s. 49-62, 1932) wykazał, że wzór ten działa dobrze w Europie i ogólnie w szerokościach umiarkowanych, gorzej w szerokościach tropikalnych i staje się bezużyteczny w pobliżu równika, gdzie wartości K dążą do nieskończoności.

Wskaźnik kontynentalizmu termicznego Gorczyńskiego (Anna Styszyńska - wszelkie prawa autorskie zastrzeżone)

Jednym z częściej stosowanych wskaźników kontynentalizmu termicznego klimatu, jest wskaźnik opracowany przez Władysława Gorczyńskiego (1879-1953). Pierwsza wersja tego wskaźnika została przedstawiona w 1918 roku w pracy „O wyznaczaniu stopnia kontynentalizmu według amplitud temperatury” (Sprawozdanie z posiedzeń Towarzystwa Naukowego Warszawskiego, Rocznik XI, z. 4, s. 500-547, 1918). Podstawą do jego wyznaczenia były świeżo wykreślone przez Gorczyńskiego mapy miesięcznych rozkładów temperatury na świecie, opublikowane w pracy „Nowe izotermy Polski, Europy i kuli ziemskiej” (Pamiętnik Fizjograficzny, tom XXV, s. I-VIII + 1-286 + 11 tablic, 1918). Dane do konstrukcji tych map pochodziły dla Europy z lat 1851-1900, dla pozostałych obszarów z różnych okresów, dla których znane były wyniki obserwacji.
Na podstawie tych map, dla każdego miesiąca, dla kolejnych równoleżników co 5° szerokości geograficznej Gorczyński wyznaczył 36 wartości temperatury odczytanych na przecięciach równoleżników z południkami w odstępie co 10 stopni. Następnie dla każdego równoleżnika obliczył amplitudy roczne (zamieszczone w tabeli 1 w pracy „O wyznaczaniu stopnia kontynentalizmu …”). Wykorzystując wnioski wynikające z pracy W. Pogorzelskiego („Badania teoretyczne ilości ciepła, otrzymywanych na kuli ziemskiej,  z uwzględnieniem strat promieniowania w atmosferze, Prace Towarzystwa Naukowego Warszawskiego, 15, s. 1-100, 1916) Gorczyński założył, że chcąc uwzględnić zmiany temperatury wynikające z różnic szerokości geograficznej, należy wartość amplitudy rocznej temperatury (A) podzielić przez sinus szerokości geograficznej (φ). Na podstawie wartości A/sinφ uzyskanych dla szerokości 30°S – 65°S, wynoszących dla tej strefy przeciętnie 12, uznał, że dla przestrzeni wodnych amplituda temperatury winna wynosić na danej szerokości Awoda = 12 · sinφ.
Dalej chcąc określić ilościowy wpływ mas kontynentalnych na wzrost amplitudy temperatury należy najpierw od amplitudy dla lądu (A) odjąć amplitudę dla wody (Awoda = 12 • sinφ), wtedy wskaźnik kontynentalizmu termicznego można przedstawić jako iloraz K = c · ((A – 12 · sinφ) / sinφ)), gdzie c – współczynnik proporcjonalności wyznaczony z warunku, że stopień kontynentalizmu termicznego dla miejscowości o najwyższej obserwowanej amplitudzie wynosi 100%. W tym celu Gorczyński przyjął Wierchojańsk (φ = 67°33’N), w którym wtedy średnia amplituda temperatury (z ówcześnie znanych 21 lat obserwacji) wynosiła 65,9°C (styczeń -50,5°C, lipiec 15,4°C). Przy przyjęciu tych danych wartość współczynnika proporcjonalności wynosi: c = (k · sinφ) / (A – 12 · sinφ) = (100 · 0,924) / (65,9 – 12 · 0,924) = 1,686 = ~1,7. Ostateczny wzór na wskaźnik kontynentalizmu termicznego w funkcji amplitudy temperatury i szerokości geograficznej przyjmuje postać: K(%)  = 1,7 · ((A – 12 · sinφ) / sinφ)) = 1,7 · (A / sinφ) – 20,4 .
Wzoru nie daje się stosować na równiku lub bardzo blisko niego (wartości K dążą do nieskończoności). Aby wyeliminować tę niedogodność Gorczyński zaproponował przyjęcie dla całej strefy 5°N – 5°S jednej wartości amplitudy = 2 i jednej wartości sinφ = 0,1. We francuskim streszczeniu omawianej pracy („O wyznaczaniu stopnia kontynentalizmu według amplitud temperatury”, 1918) znajdują się mapy pokazujące rozkład kontynentalizmu na świecie, w Europie i Polsce:

Rozkład kontynentalizmu na świecie wg Gorczyńskiego z pracy „O wyznaczaniu stopnia kontynentalizmu według amplitud temperatury” (1918)

Rozkład kontynentalizmu w Europie i Polsce wg Gorczyńskiego z pracy „O wyznaczaniu stopnia kontynentalizmu według amplitud temperatury” (1918)

Zdaniem Gorczyńskiego wartości kontynentalizmu na morzach utrzymują się blisko 0 (za wyjątkiem wód przyległych do niektórych wybrzeży, np. Azji Wschodniej). Na lądzie wartość kontynentalizmu jest zróżnicowana. Można wyróżnić trzy typy określające stopień wpływu kontynentu na wielkość temperatury:
1. typ przejściowo-morski – K = 0 do 33%, 2. typ lądowy (kontynentalny) – K = 34 do 66%, 3. typ skrajnie kontynentalny – K = 67 do 100%, z możliwością dokonania dalszego podziału (np. wyróżniając np. 50 i 85%). Rozkład geograficzny stopnia kontynentalizmu według tych trzech głównych typów, wraz z dwoma podtypami znajduje się na mapie zamieszczonej w pracy Gorczyńskiego „Sur quelques traits caractéristiques du climat de la Pologne parmi les climats européens” (O niektórych cechach charakterystycznych klimatu ziem polskich na tle klimatów Europy, Przegląd Geograficzny, tom 1, zeszyt 1-2, s. 18-50, 1918):

Przebieg izokontynentali rozdzielających główne typy i podtypy kontynentalizmu wg Gorczyńskiego
- mapa z pracy „Sur quelques traits caractéristiques du climat de la Pologne parmi les climats européens” (1918)

W 1920 roku Gorczyński opublikował pracę "Sur le Calcul du Degré du Continenetalisme et Son Application dans la Climatologie" (Geografiska Annaler, Vol. 2, Issue 4, s.324-331). Zauważył w niej, że istnieje zauważalna różnica między wartościami amplitudy (A) dla dwóch półkul: półkula południowa wykazuje między 30°S – 50°S znacznie mniejsze amplitudy niż półkula północna. Jeśli zatem ktoś chciałby wziąć specjalną formułę wskaźnika kontynentalizmu dla półkuli południowej, to przyjęcie zamiast A = 12·sinφ wartości: Awoda = 9 · sinφ dałoby lepszą zgodność z obserwacjami.

   Amplituda (A)...    60°S...    50°S...    40°S...    30°S...    20°S...    10°S...
A = 12·sinφ 10,4 9,2 7,7 6,6 4,1 2,1
A = 9·sinφ   7,8 6,9 5,9 5,0 3,1 1,6
Obserwacje 10,5 5,9 5,1 5,4 4,3 1,7


Przy przyjęciu tych danych i wartości dla Wierchojańska (φ = 67°33’N, A = 65,9°C (styczeń -50,5°C, lipiec 15,4°C) wartość współczynnika proporcjonalności wynosi: c = (k · sinφ) / (A – 9 · sinφ) = (100 · 0,924) / (65,9 – 9 · 0,924) = 1,604 = ~1,6. Ostateczny wzór na wskaźnik kontynentalizmu termicznego dla półkuli południowej w funkcji amplitudy temperatury i szerokości geograficznej przyjmuje postać: K(%)  = 1,6 · ((A – 9 · sinφ) / sinφ)) = 1,6 · (A / sinφ) – 14,4.

Kilka lat później Oskar Vilhelm Johansson (1878-1956) profesor meteorologii na Uniwersytecie w Helsinkach (Finlandia) w dwóch pracach: trudno dostępnej "Über die Asymmetrie der Meteorologische Schwankungen" (Societas Scientiarum Fennica Communications in Mathematical Physics, Vol. 3, Helsingfors, s. 1-134, 1926) oraz "Die Hauptcharakteristika des jahrlichen Temperaturganges" (Gerlands Beitrage zur Geophysik , Bd. 33: s. 406-428, 1931) przyjmując, podobnie jak Schrepfer, dwie skrajne stacje: najbardziej oceaniczną Torshavn na Wyspach Owczych (φ = 62°N, roczna amplituda temperatury A = 7,6°C), której przypisał 0% kontynentalizmu i najbardziej kontynentalną - Wierchojańsk na Syberii (φ = 67°30'N, roczna amplituda temperatury A = 65,6°C), której przypisał 100% kontynentalizmu podał formułę określającą stopień kontynentalizmu (degree of continentality): K(%)  = 1,6 · (A / sinφ) – 14. Jest to zapis tożsamy z formułą Gorczyńskiego dla obliczania kontynentalizmu na półkuli południowej. Zdaniem Okołowicza (Klimatologia ogólna, 1969) Johansson nie znał formuły Gorczyńskiego.

Bardzo podobną formułę przedstawił fiński meteorolog Niilo Raunio. W zbiorze poświęconym 70-leciu Oskara V. Johanssona, w pracy "The Effect of Local Factors on the Meteorological Observations at Torshavn." (Geophysica, 3, 173-179, 1948) podał swój wzór stopnia kontynentalizmu: K(%)  = 1,57 · (A / sinφ) – 11,7. Materiałem wyjściowym do jego obliczeń były dane z Thorshavn z okresu 1872-1920. W świetle tych danych amplituda roczna temperatury w Torshavn wynosiła 6,6°C.

 

 

.

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u