Scenariusze klimatyczne Polski w XXI wieku

Czy powinniśmy powoli przyzwyczajać się do zim, takich jak obecna? Czy, jak przewidują niektóre ośrodki eteorologiczne, Scenariusze klimatyczne Polski w XXI wiekunajbliższe lato, które ma należeć do najcieplejszych w historii pomiarów,  jest jedynie zapowiedzią tego, co przyniosą następne dekady?

Scenariusze zmian klimatu w XXI wieku w Polsce opracowano wykorzystując najlepsze narzędzia nowoczesnej klimatologii: – hydrodynamiczne modele systemu klimatycznego. Modele te konstruowane zgodnie ze stopniem naszego poznania i zrozumienia praw fizycznych rządzących światem, dostarczają trójwymiarowego opisu w czasie zmiennych klimatycznych. Niestety obarczone są również wieloma niepewnościami wynikającymi z niedoskonałości naszej wiedzy. I dlatego w jakichkolwiek rozważaniach na temat potencjalnych scenariuszy konieczne jest branie pod uwagę możliwe zmiany w pewnych zakresach. Stąd analizuje się wiązki projekcji, uzyskanych z różnych modeli regionalnych, sterowanych różnymi warunkami brzegowymi generowanymi przez modele ogólnej cyrkulacji.

Scenariusze zmian klimatu dla Polski są przygotowane w oparciu o symulacje przeprowadzone w projekcie UE ENSEMBLES (http://ensemblesrt3.dmi.dk), w którym powstał największy dostępny obecnie zestaw projekcji klimatu dla Europy dla 21. wieku. Wyniki projektu ENSEMBLES umożliwiają wzięcie pod uwagę różnych możliwości rozwoju systemu klimatycznego, są szeroko eksploatowane i stanowią podstawę wielu opracowań zmian klimatu w innych krajach europejskich.

Dla oceny zmian klimatu w Polsce wykorzystano wyniki 8 modeli regionalnych z warunkami brzegowymi z 4 modeli globalnych (ARPEGE, ECHAM5, BCM, HadCM3Q0). (tabl1)

Tabela 1. Symulacje wykorzystane do obliczenia projekcji klimatu dla Polski.

Projekcje zostały wykonane przy założeniu scenariusza emisji SRES A1B (Nakicenovic, Swart, 2000). Symulacje przeprowadzone przy wykorzystaniu tego scenariusza odzwierciedlają obraz średnich zmian w stosunku do scenariuszy skrajnych ( A2 i B1). Natomiast różnice wynikające z zastosowania wiązki modeli są bardzo istotne i niezbędne jest branie ich pod uwagę.

Oczekiwane zmiany klimatu w Polsce

Do analizy zmian temperatury zastosowano metodę percentyli 10. i 90. Percentyl 10. wskazuje wartości temperatury, poniżej których występuje 10% wszystkich wartości temperatury w danym okresie, natomiast percentyl 90. odcina 10% największych wartości temperatury.

Rys. 1. Różnice wartości percentyli (10., 90.) temperatury powietrza [o C], pomiędzy okresami 2021 – 2050 oraz 2071 – 2100 a okresem referencyjnym 1971 – 2000; zima.

Rys. 2. Różnice wartości percentyli (10., 90.) temperatury powietrza [o C], pomiędzy okresami 2021 – 2050 oraz 2071 – 2100 a okresem referencyjnym 1971 – 2000; lato.

Rysunek 2 wskazuje na spodziewane ocieplenie dla obu okresów i dla obu sezonów, wyraźnie większe dla ostatniego trzydziestolecia. W przypadku zimy (górny panel) zdecydowanie większych przyrostów należy oczekiwać w zakresie temperatur niskich (percentyl 10.), najsilniejszych w Polsce północno-wschodniej, do 2.5o C w pierwszym okresie i powyżej 4.5o C w drugim. Wzrosty wysokich wartości temperatury zimowej są bardziej jednorodne dla całego kraju i nieco mniejsze, około 1.5o C w latach 2021 – 2050 i około 3.5o C w okresie 2071 – 2100 w przypadku percentyla 90. W lecie (dolny panel) wzrost niskich temperatur, reprezentowanych przez percentyl 10. dochodzi do około 1o C w latach 2021 – 2050 i do około 3o C w 2071 – 2100. Większy jest wzrost temperatur wysokich, zwłaszcza w Polsce południowo-wschodniej, od 2.5o C w pierwszym badanym okresie do ponad 4.5o C pod koniec stulecia.

Rys. 3. Względne zmiany opadu [%] dla zimy, lata, wiosny i jesieni pomiędzy okresami 2021 – 2050 oraz 2071 – 2100 a okresem referencyjnym 1971 – 2000.

Rozkład przestrzenny względnych zmian opadu (rys.3) wskazuje na zwiększenie opadu zimowego dochodzące do około 15% w części północnej kraju w latach 2021 – 2050 i do ponad 20% w części wschodniej w latach 2071 – 2100. W lecie oczekiwane jest zmniejszenie opadu pod koniec stulecia, największe na południowym wschodzie. Opady wiosenne w pierwszym okresie nieznacznie maleją w zachodniej części kraju, natomiast w drugim okresie zauważalny jest ich około 10% wzrost w całej Polsce. Dla jesieni tendencje są najsłabsze, jedynie można spodziewać się niewielkiego spadku w północnych regionach kraju.

Przebiegi uśrednionych wartości temperatury powietrza oraz opadu w Polsce w lecie i zimie dla całego okresu 1971 – 2100 w środkowej Polsce (rejon Łodzi) przedstawiono na rys 4. Szare obszary ilustrują zakres zmienności obu zmiennych dla ośmiu rozważanych symulacji i wskazują na skalę niepewności obliczonych scenariuszy. W lecie ta zmienność jest większa w przypadku opadu. Tendencja temperatury jest wyraźnie rosnąca. Dla opadu tendencje nie są wyraźne, jakkolwiek można zauważyć zmniejszenie opadu latem i niewielki wzrost zimą.

Rys. 4. Temperatura powietrza (lewy panel) i opad (prawy panel) uśrednione w Polsce w lecie i zimie

Rysunek 5 ilustruje najdłuższe czasy trwania okresów upalnych (temp. Max> 25oC) i mroźnych ((temp. min < 0o C) w roku, natomiast rysunek 6 pokazuje liczbę dni w roku z temperaturą odpowiednio powyżej i poniżej przyjętych progów. Wykresy przedstawiają tendencje obserwowane w latach 1951 – 2010 oraz symulowane do końca wieku 21. Modele wskazują na wydłużenie okresów upalnych a skrócenie okresów mroźnych. Zwraca uwagę fakt, że w okresie referencyjnym 1971 – 2000 występuje ponad dwa razy więcej dni mroźnych z temperaturą minimalną poniżej 0o C, niż dni upalnych , natomiast pod koniec stulecia ta tendencja się odwraca, więcej mamy dni letnich w roku i okresy te są coraz dłuższe.

Rys. 5. Najdłuższy okres z temperaturą minimalną mniejszą od 0o C (lewy panel) oraz z temperaturą maksymalną wyższą od 25o C (prawy panel) dla Polski środkowej. Wykresy dla okresu 1951 – 2010 są na podstawie danych obserwowanych (EOBS), dalsze lata stanowią scenariusze.

Rys. 6. Liczba dni w roku z temperaturą minimalną mniejszą od 0o C (lewy panel) oraz z temperaturą maksymalną wyższą od 25o C (prawy panel) dla Polski środkowej. Wykresy dla okresu 1951 – 2010 są na podstawie danych obserwowanych (EOBS), dalsze lata stanowią scenariusze.

Rysunki 7. i 8. ilustrują długości i początki okresów wegetacyjnych dla dwóch kryteriów T > 5o C oraz T > 10o C. Bardzo dobrze widoczne jest zarówno stopniowe wydłużenie okresu wegetacyjnego dla obu kryteriów w ciągu 21. stulecia, jak i wcześniejszy początek tych okresów.

Rys. 7. Długość okresu wegetacyjnego dla kryterium T>5o C (lewy panel) i T>10o C (prawy panel), dla Polski środkowej. Wykresy dla okresu 1951 – 2010 są na podstawie danych obserwowanych (EOBS), dalsze lata stanowią scenariusze.

Rys. 8. Pierwszy dzień okresu wegetacyjnego dla kryterium T>5o C (lewy panel) i T>10o C (prawy panel), dla Polski środkowej. Wykresy dla okresu 1951 – 2010 są na podstawie danych obserwowanych (EOBS), dalsze lata stanowią scenariusze.

W konsekwencji wzrostu temperatury wyraźnie widoczny (rys. 9.) jest spadek długości okresu grzewczego (wyrażanego liczbą stopniodni), charakteryzującego zapotrzebowanie na ogrzewanie pomieszczeń.

Rys. 9. Stopniodni dla kryterium T<17o C (lewy panel) i T<20o C (prawy panel), dla Polski środkowej. Wykresy dla okresu 1951 – 2010 są na podstawie danych obserwowanych (EOBS), dalsze lata stanowią scenariusze.

Porównanie zmian przestrzennych wybranych charakterystyk zilustrowano jako mapy różnic pomiędzy wartościami dla okresu referencyjnego (1971- 2000) i okresie 2041 – 2070.

W przypadku liczby dni w roku z temperaturą minimalną mniejszą od -10o C (dni mroźne) i -20o C (b. mroźne) wyraźnie zaznacza się zmniejszenie liczby takich dni (rys. 10). Zmiany mają układ południkowy z większą liczbą dni w regionie północno-wschodnim oraz w górach. Także dni bardzo mroźne częściej występować będą w regionach północno-wschodniej Polski. Na pozostałej części kraju (z wyjątkiem gór) takie temperatury będą występować sporadycznie.

Rys. 10. Różnica liczby dni z temperaturą minimalną mniejszą od -10o C (rys. lewy) i -20o C (rys. prawy) pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070.

Natomiast liczby dni bardzo gorących (z temperaturą maksymalną przewyższającą 25o C) ma układ równoleżnikowy (rys. 11) i wzrasta ku południowi. Na południu i wschodzie liczba takich dni jest większa o ok. 21 dni, a największa na południowym wschodzie ok. 27 dni.

Rys. 11. Różnica liczby dni z temperaturą maksymalną większą od 25oC pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070

Rozkład liczby dni z aktywnym wzrostem roślin (T>10o C) nie ma wyraźnej prawidłowości i ulega wydłużeniu szczególnie w Lubuskim, Wielkopolsce, na Kujawach i Pomorzu, a także lokalnie w Polsce południowo-wschodniej (rys.12).

Rys. 12. Różnica długości (liczba dni) okresu aktywnego wzrostu roślin (T>10o C) pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070

Rozkład zmian w długości okresu z liczbą stopniodni jest zróżnicowany regionalnie, liczba stopniodni ulega zmniejszeniu w kierunku północno-wschodnim gdzie różnice są najwyższe (rys. 13.).

Rys. 13. Różnica liczby stopniodni dla progu 17oC pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070

W sumach rocznych opadów zróżnicowanie przestrzenne nie ulega zmianie w stosunku do obecnego. W przypadku okresów mokrych (najdłuższych okresów z opadem >1mm/dobę) brak jest wyraźnej tendencji zmian wewnątrz kraju. Widoczne jest natomiast wydłużenie okresów bezopadowych (najdłuższych okresów z opadem <1 mm/dobę). Warto zwrócić uwagę na strefę wzdłuż wschodniej granicy kraju, w której okresy z opadem skracają się (rys.14.) a okresy bezopadowe są coraz dłuższe.

Rys. 14. Różnice długości (liczba dni) okresów mokrych (lewy) i suchych (prawy) pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070

W przypadku opadów intensywnych (>10 mm/dobę) należy liczyć się ze wzrostem ich częstotliwości we wschodniej Polsce (rys. 15.). Liczba dni z opadami ulewnymi (>20mm/dobę) zwiększa się natomiast w Polsce południowej, zwłaszcza w regionie Bieszczadów a zmniejsza w Polsce środkowej, szczególnie w jej części zachodniej.

Rys. 15. Różnica długości (liczba dni) okresów z dużymi opadami dobowymi (>10 mm, lewy) i (>20 mm, prawy) pomiędzy okresem 1971 – 2000 i 2041 – 2070

Wyniki analizy scenariuszy klimatycznych wykazują, że:

• temperatura wykazuje wyraźną tendencję wzrostową na obszarze całego kraju, większe ocieplenie jest spodziewane pod koniec stulecia, przyrosty temperatury są zróżnicowane regionalnie i sezonowo, najsilniejsze wzrosty temperatury w ostatnim trzydziestoleciu XXI wieku powyżej 4.5oC w zakresach temperatur niskich są widoczne zimą w regionie północno-wschodnim kraju oraz latem w przypadku temperatur wysokich w Polsce południowo-wschodniej;
• wzrost temperatury jest prawidłowo odzwierciedlony w przebiegu wszystkich wskaźników klimatycznych opartych na tej zmiennej, np. wyraźna jest tendencja wydłużenia termicznego okresu wegetacyjnego, zauważa się jego wcześniejszy początek, maleje liczba dni z temperaturą minimalną mniejszą od 0o C a rośnie liczba dni z temperaturą maksymalną wyższą od 25o C, oczywiście przebiegi indeksów są uwarunkowane regionalnie, co bardzo dobrze oddają modele;
• w przypadku opadu tendencje są mniej wyraźne, symulacje wskazują na pewne zwiększenie opadów zimowych i zmniejszenie opadów letnich pod koniec stulecia;
• Charakterystyki temperatury takie jak np. liczba dni odzwierciedlają wzrostowe tendencje zmiany temperatury. Charakterystyki opadowe wykazują wydłużenie okresów bezopadowych, wzrost sumy opadów maksymalnych oraz skrócenie okresu zalegania pokrywy śnieżnej. (tab. 2).

Tabela 2. Zmiany wybranych charakterystyk klimatu do końca wieku

Oprac. Na podstawie ekspertyzy projektu KLIMADA