Wpływ cyrkulacji atmosferycznej na ilość promieniowania słonecznego docierajacego do powierzchni ziemi w Polsce.

Abstract

Promieniowanie słoneczne jest kluczowym elementem systemu klimatycznego na ziemi i jedną z najważniejszych zmiennych w bilansie energetycznym powierzchni czynnej. Natomiast czynnikiem, który modyfikuje dopływ energii promienistej do powierzchni ziemi jest ruch (cyrkulacja) atmosfery i związane z nim zmiany ilości zawartych w atmosferze aerozoli oraz zmiany zachmurzenia (zmniejszające dopływ promieniowania do powierzchni ziemi w procesach odbicia, rozpraszania i absorpcji). Głównym celem niniejszej pracy było określenie wpływu cyrkulacji atmosferycznej na ilość całkowitego promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi w Polsce. Podstawą przeprowadzonych badań był materiał źródłowy z okresu 1986-2015, pochodzący zarówno z pomiarów naziemnych, jak i satelitarnych oraz reanaliz meteorologicznych. Całkowite promieniowanie słoneczne analizowano na podstawie danych z produktów satelitarnych CM SAF, które zweryfikowano, wykorzystując naziemne dane pomiarowe pochodzące z 17 stacji aktynometrycznych z różnych regionów Polski. W pracy opisano zmienność promieniowania słonecznego, w tym tendencje zmian oraz fluktuacje wielkości całkowitego promieniowania słonecznego nad Polską w badanym wieloleciu. Średnia roczna suma promieniowania zwiększała się średnio o 7,16 MJ·m-2 ·rok-1 , a tendencje te w poszczególnych regionach Polski były zróżnicowane. Stwierdzone wahania średnich rocznych wartości całkowitego promieniowania słonecznego wokół ich tendencji wzrostowej pozwoliły na dopasowanie do danych empirycznych statystycznie istotnego trendu sinusoidalnego, którego okres wahań wynosi w przybliżeniu 14 lat. Kilkunastoletni cykl wahań rocznych sum promieniowania słonecznego (o długości 12- 13 lat) stwierdzono także dzięki analizie falkowej. Cyrkulację atmosferyczną opisano trzema metodami, na podstawie danych pochodzących z reanaliz meteorologicznych. Wykorzystano rozkład pola ciśnienia nad Europą i północnym Atlantykiem, 72-godzinne trajektorie wsteczne określające kierunek adwekcji mas powietrza nad Polskę oraz typy cyrkulacji atmosferycznej wyznaczone za pomocą zmodyfikowanej klasyfikacji Lityńskiego. Określono zależności ilości docierającego do powierzchni ziemi całkowitego promieniowania słonecznego od pola ciśnienia na poziomie morza w sektorze europejsko-atlantyckim. Wskazano obszary, w których zmiana ciśnienia wywiera znaczący wpływ na zmiany promieniowania nad Polską. Wyznaczono średnie sumy dobowe całkowitego promieniowania słonecznego w odniesieniu do grup trajektorii charakteryzujących się pewnym podobieństwem kształtu. Przedstawiono także średnie dobowe sumy promieniowania podczas poszczególnych typów cyrkulacji, a także sumy dobowe podczas makrotypów A, 0, C oraz w dniach z adwekcją z poszczególnych kierunków. Zaprezentowano przestrzenny rozkład promieniowania nad obszarem Polski podczas poszczególnych typów cyrkulacji. W analizach zwrócono także szczególną uwagę na dni o skrajnie dużych sumach promieniowania słonecznego (powyżej percentyla 0,95). Największe dobowe sumy promieniowania słonecznego są związane z antycyklonalnymi typami cyrkulacji, najmniejsze zaś z cyklonalnymi. Największa średnia dobowa suma promieniowania słonecznego występuje podczas cyrkulacji antycyklonalnej południowozachodniej, co jest związane z silnie rozbudowanym Wyżem Azorskim. Rozkład przestrzenny dobowych sum promieniowania słonecznego nad obszarem Polski zależy także od typu cyrkulacji. W przeważającej części roku z typami cyrkulacji ze składową północną i wschodnią (N-NE-E) jest związane zmniejszanie ilości promieniowania słonecznego z północy na południe, podczas gdy napływ mas powietrza z kierunków S-SW-W sprzyja zmniejszaniu promieniowania z południa na północ. W pracy wykazano także, że rodzaj cyrkulacji (inaczej panujący układ baryczny) ma większy wpływ na kształtowanie sum dobowych całkowitego promieniowania słonecznego nad Polską niż kierunek adwekcji mas powietrza. Przedstawione w pracy wyniki badań dokumentują znaczącą rolę cyrkulacji atmosferycznej w kształtowaniu wielkości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi w Polsce.