Andrzej A. Marsz

W pracy omówiono zmiany średniej rocznej temperatury powietrza nad Europą w latach 1931–2020. Wyniki badań wykazują, że w latach 1987–1989 nastąpiła nad Europą nagła zmiana reżimu termicznego i w przebiegu tego elementu klimatycznego pojawiła się nieciągłość. W latach 1931–1988, mimo dużej zmienności międzyrocznej, trend temperatury był zerowy. Dodatni, statystycznie istotny, trend temperatury pojawił się po roku 1988. Całe ocieplenie Europy, które może być szacowane na ~2,3 deg, nastąpiło po roku 1988. Przyczyną wystąpienia nieciągłości w przebiegu była radykalna zmiana warunków makrocyrkulacyjnych w atlantycko-eurazjatyckim sektorze cyrkulacyjnym, która przejawia się jako zasadnicza zmiana frekwencji makrotypów cyrkulacji środkowotroposferycznej (500 hPa) według klasyfikacji Wangengejma-Girsa, powodująca równie zasadniczą zmianę struktury pogód. Zmiana warunków makrocyrkulacyjnych została wymuszona przez zmianę stanu termicznego Atlantyku Północnego – gwałtowny wzrost intensywności oceanicznego transportu ciepła na północ. Analiza wykazała, że zmienność temperatury rocznej nad Europą nastąpiła głównie pod wpływem działania procesów naturalnych, które objaśniają ~65% jej wariancji. Wymuszenie radiacyjne, będące funkcją antropogenicznego wzrostu koncentracji CO2 w atmosferze, objaśnia zaledwie 7–8% zmienności średniej rocznej temperatury nad Europą, stanowiąc w kształtowaniu jej zmian czynnik drugo- lub trzeciorzędny.

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.

W pracy omówiono zmiany usłonecznienia rzeczywistego nad Polską, zachodzące w latach 1966–2018. Zasadniczą analizę przeprowadzono dla szeregu rocznego usłonecznienia obszarowego, obliczonego z 11 stacji względnie równomiernie rozłożonych na obszarze Polski (zmienna UPLRK). Stwierdzono w przebiegu UPLRK wystąpienie nieciągłości, polegającej na skokowym wzroście tej wielkości w latach 1987–1989, a następnie pojawienia się w nim statystycznie istotnego trendu dodatniego. Zmiana przebiegu UPLRK i całkowita zmiana reżimu usłonecznienia nastąpiła w momencie zmiany „epok cyrkulacyjnych”, charakteryzowanych przez zmianę struktury frekwencji makrotypów cyrkulacji środkowotroposferycznej W, E i C według klasyfikacji Wangengejma-Girsa. Frekwencja tych makrotypów, poprzez sterowanie zmiennością cyrkulacji dolnej (polami SLP), steruje zmianami usłonecznienia. Wzrost frekwencji makrotypu W, z którym wartości UPLRK skorelowane są dodatnio, i jednoczesny spadek makrotypu E, z którym usłonecznienie skorelowane jest ujemnie, jaki nastąpił w momencie zmiany epok makrocyrkulacyjnych w latach 1987–1989, pociągnął za sobą odpowiednie zmiany zachowania się przebiegu usłonecznienia nad Polską. Zmiany frekwencji makrotypów W oraz E sterowane są przez zmiany rozkładu zasobów ciepła w poszczególnych akwenach Atlantyku Północnego. Tymi zmianami sterują zmiany cyrkulacji termohalinowej na Atlantyku Północnym (NA THC). W rezultacie obserwowane w latach 1966–2018 zmiany UPLRK odtwarzają zmiany zarówno warunków makrocyrkulacyjnych w atlantycko-europejskim sektorze cyrkulacyjnym, jak i zmiany faz NA THC. Pozwala to na twierdzenie, że zmienność UPLRK stanowi rezultat działania wewnętrznej dynamiki systemu klimatycznego, a nie stanowi, jak do tej pory się uważa, skutków antropogenicznych zmian koncentracji aerozoli w atmosferze.