Anna Styszyńska

Non-stationary of the air temperature course over Europe – change of the thermal regime in Europe in 1987–1989 and its causes

The study discusses changes in the average annual air temperature over Europe in the years 1931–2020. The results of the research show that in 1987–1989, there was a sudden change in the thermal regime over Europe and a discontinuity appeared in the course of this climatic element. In the years 1931–1988, despite the high inter-annual variability, the temperature trend was zero. A positive, statistically significant, temperature trend appeared after 1988. The entire warming in Europe, which can be estimated at ~2.3 deg, occurred after 1988. The discontinuity in the course was caused by an abrupt change in macro-circulation conditions in the Atlantic-Eurasian circulation sector, which manifests itself as a fundamental change in the frequency of the macrotypes of the mid-tropospheric circulation (500 hPa) according to the Wangengejm-Girs classification, causing an equally fundamental change in the weather structure. The change in macro-circulation conditions was forced by a change in the thermal state of the North Atlantic – a sharp increase in the intensity of oceanic heat transport to the north. The analysis showed that the annual variability of temperature over Europe was mainly influenced by natural processes, the variability of which explains ~65% of its variance. Radiative forcing, which is a function of anthropogenic increase in CO2 concentration in the atmosphere, explains only 7–8% of the variability of the average annual temperature over Europe, being a secondary or tertiary factor in shaping its changes.

Keywords: Europe, annual temperature, regime change, warming, macro-circulation conditions, N Atlantic

Zarys treści: 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.

Changes in sunshine duration in Poland and their causes (1966–2018)

The study discusses changes in the sunshine duration in Poland, occurring in the years 1966–2018. The main analysis was carried out on a series of annual area sunshine duration, calculated from 11 stations, distributed relatively evenly throughout the area of Poland (variable UPLRK). A discontinuity was found in the course of UPLRK, consisting a quantum leap of this value in the years 1987–1989, and then the appearance of a statistically significant positive trend in the course of UPLRK. A change in the course of UPLRK and the total change in the sunshine duration regime occurred at the moment of change in ‘circulation epochs’, characterized by a change in the frequency structure of the mid-tropospheric circulation of macro-types W, E and C according to the Wangengejm-Girs classification. The frequency of these macro-types, by controlling the variability of the lower circulation (SLP fields), controls changes in sunshine duration. An increase in the frequency of the W macro-type, with which the UPLRK values are positively correlated, and a simultaneous decrease in the frequency of the E macro-type, with which sunshine duration is negatively correlated, which occurred at the time of change of macro-circulation epochs in 1987–1989, resulted in corresponding changes in the behavior of the sunshine duration process in Poland. Changes in the frequencies of the W and E macro-types are controlled by changes in the distribution of heat resources in particular waters of the North Atlantic. These changes are controlled by changes in the North Atlantic Thermohaline Circulation (NA THC). As a result, the changes in the UPLRK observed in the years 1966–2018 reconstruct changes in both the macro-circulation conditions in the Atlantic-European circulation sector and changes in the NA THC phases. This allows for a conclusion that the variability of UPLRK is a result of the internal dynamics of the climate system, and not, as it has been believed so far, the effects of anthropogenic changes in the concentration of aerosols in the atmosphere.

Keywords: sunshine duration, Poland, macro-circulation processes, thermohaline circulation, North Atlantic

Zarys treści: 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.