GRANT zamawiany KBN NR PBZ-KBN-108/P04/2004 (2005-2007) - zadanie II. 1: Badania terenowe klimatyczne na Spitsbergenie
Kierownik: dr hab. R. Przybylak, prof. UMK,
wykonawcy z Zakładu Klimatologii UMK: dr A. Araźny, dr M. Kejna

         Badania meteorologiczne na Kaffiöyrze rozpoczęto w 1975 r. Od samego początku miały one charakter topoklimatyczny. Poszczególne punkty pomiarowe  założono w charakterystycznych dla Ziemi Oskara II geoekosystemach: na obszarach niezlodowaconych na plaży morskiej, tundrze oraz morenie, a na obszarach zlodowaconych u czoła lodowca oraz na polu firnowym. Badania prowadzono na lodowcach Aavatsmarka, Waldemara oraz Elizy. Wyniki dotychczasowych badań zostały zaprezentowane w licznych artykułach zamieszczonych w Acta Universitatis Nicolai Copernici, Problemach Klimatologii Polarnych oraz wydawnictwach Sympozjów Polarnych i innych.

Projekt zakłada kontynuowanie w  znacznie rozszerzonym zakresie, w stosunku do ubiegłych lat,  pomiarów i obserwacji meteorologicznych: 

1)  Przebieg warunków pogodowych w sezonach letnich 2005 i 2006 na tle zmian form cyrkulacji atmosferycznej w rejonie Spitsbergenu.

2)  Zróżnicowanie topoklimatyczne Kaffiöyry w charakterystycznych dla tego obszaru geoekosystemach.

3)  Termika warstwy czynnej i zmiany głębokości stropu wieloletniej zmarzliny na tle warunków pogodowych.

4)  Warunki meteorologiczne na Lodowcu Waldemara.

Grant KBN Nr 2 P04E 012 28 (2005-2008) - Bezpośrednie promieniowanie słoneczne w Polsce w latach 1960 - 2003
Kierownik projektu: dr Joanna Uscka-Kowalkowska

Bezpośrednie promieniowanie słoneczne przechodzące przez atmosferę ziemską podlega osłabieniu czyli ekstynkcji. Osłabienie to zachodzi nieselektywnie na skutek rozpraszania na molekułach powietrza i aerozolach oraz selektywnie poprzez absorpcję poszczególnych długości fal przez różne składowe atmosfery (głównie poprzez ozon, parę wodną, tlen i dwutlenek węgla). Ilość dopływającej do powierzchni Ziemi energii słonecznej zależy zarówno od naturalnych składników atmosfery jak i tych dostarczonych do niej w wyniku działalności człowieka. Ponieważ energia słoneczna jest głównym źródłem warunkującym procesy zachodzące w atmosferze, zmiany w jej dopływie do powierzchni Ziemi w istotny sposób wpływają na zmiany klimatu, a tym samym na całe środowisko naturalne w którym żyje człowiek. 

Głównym problemem badawczym rozważanym w tym projekcie są zmiany w dopływie bezpośredniego promieniowania słonecznego w różnych regionach Polski i próba wyjaśnienia ich przyczyn, które mogą być pochodzenia naturalnego i antropogenicznego. Spośród naturalnych przyczyn można wymienić zawartość pary wodnej i pyłu, która jest związana m.in. z rodzajem napływających mas powietrza, natomiast przyczyny antropogeniczne, to zmiana składu chemicznego powietrza wywołana przez różne rodzaje działalności człowieka. 

Główny materiał badawczy na którym zostanie oparte opracowanie stanowią wyniki pomiarów bezpośredniego promieniowania słonecznego dla wybranych stacji aktynometrycznych leżących na terenie Polski. Stacje te działają pod merytoryczną opieką Zespołu Aktynometrii, będącego podjednostką Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie. Badania bezpośredniego promieniowania słonecznego z użyciem aktynometru Linke-Feussnera, przyrządu obecnie standardowo używanego do tego typu pomiarów, rozpoczęto w Polsce w 1957 roku (Bogdańska i in. 2002). Od tamtego czasu rozwijano również intensywnie sieć pomiarową. Tak więc większość danych o bezpośrednim promieniowaniu słonecznym, zarówno w całym spektrum jak i w poszczególnych jego przedziałach, pochodzi z lat późniejszych. Wziąwszy pod uwagę rozwój liczebny polskiej sieci aktynometrycznej jak również metodykę pomiarów, do opracowania zostaną wzięte dane aktynometryczne dla lat 1960–2003. Dodatkowo uzupełnieniem będą dane pochodzące z własnych pomiarów aktynometrycznych prowadzonych w strefie podmiejskiej Torunia (Papowo Toruńskie) w okresie 1999–2003. Wymienione powyżej dane aktynometryczne zostaną skorelowane z informacją o stanie zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Szczególne miejsce zajmie tu problem związku wielkości ekstynkcji atmosferycznej z wielkością emisji pyłów do atmosfery.

Stan optyczny atmosfery warunkujący ekstynkcję bezpośredniego promieniowania słonecznego zostanie wyrażony za pomocą różnych parametrów. Należy do nich wskaźnik zmętnienia Linkego (Linke 1922, 1929), współczynnik zmętnienia Ångströma (Ångström 1929, 1930) oraz współczynnik przezroczystości atmosfery (Siwkow 1968).

Uzyskane w projekcie wyniki dotyczące ekstynkcji bezpośredniego promieniowania słonecznego mogą być praktycznie wykorzystane w monitoringu zanieczyszczenia powietrza, a także w innych dziedzinach w których konieczna jest znajomość ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi wprost od tarczy słonecznej

Grant KBN nr   2 P04E 012 26 (2005-2007) - Zmiany temperatury powietrza na Antarktydzie w XX wieku
Wykonawca: dr Marek Kejna

Rosnąca koncentracja gazów cieplarnianych w atmosferze prowadzi w konsekwencji do wzrostu temperatury powietrza na kuli ziemskiej. Reakcja regionów polarnych na rosnący efekt cieplarniany nie jest do końca poznana. Na podstawie scenariuszy opartych na podwojeniu zawartości CO2 w atmosferze oceania się, że na Antarktydzie wzrost temperatury w XXI wieku wyniesie 3°C w sezonie letnim oraz 4-5°C zimą (III Report IPCC, 2001). Najnowsze badania jednak tego nie potwierdzają, na Antarktydzie w latach 1958-1999 ocieplenie wyniosło 1,2°C/100 lat (Jacka i Budd 1998). Świadczy to o naszej niedostatecznej wiedzy o funkcjonowaniu systemu klimatycznego regionów polarnych, a w szczególności słabo poznanej Antarktydy. Trudność prognozowania zmian klimatu na Antarktydzie wynika ze złożoności interakcji jakie zachodzą pomiędzy atmosferą, oceanem a kriosferą. Ponadto w stratosferze od połowy lat 80-tych XX w. zaznacza się istotne ochłodzenie związane z ubytkiem ozonu nad Antarktydą (Farman i in. 1985). Zmiany klimatu na Antarktydzie mogą doprowadzić do zaburzeń w funkcjonowaniu globalnego systemu klimatycznego. 

Na podstawie wielu opracowań można stwierdzić, iż trend temperatury powietrza na Antarktydzie wykazuje znaczne zróżnicowanie przestrzenne. Statystycznie istotny (na poziomie (0,05) znaczny wzrost temperatury (ok. 0,6^oC/10 lat) występuje jedynie w rejonie Półwyspu Antarktycznego. Niewielkie ochłodzenie zanotowano natomiast we wnętrzu kontynentu oraz na wybrzeżu w indyjskim sektorze Antarktydy Wschodniej. W ostatnich 2 dekadach XX wieku nastąpiły zmiany, a nawet odwrócenie trendu temperatury powietrza (Kejna, w druku). Na Półwyspie Antarktycznym wzrost temperatury uległ osłabieniu, a na Antarktydzie Wschodniej rozpoczęło się znaczne ochłodzenie. Główną przyczyną tych zmian jest oddziaływanie wielkoskalowych zjawisk oceaniczno-atmosferycznych, takich jak Oscylacje Południowe z fazami La Niña i El Niño (ENSO). Na półkuli południowej przemieszczające się subtropikalne kliny wysokiego ciśnienia oddziaływują na wokółantarktyczną bruzdę niskiego ciśnienia wywołując półroczną oscylację ciśnienia (SAO), zmianie ulega temperatura powierzchni oceanu, zasięg lodów morskich, nasilenie wiatrów międzystrefowych.

Zmiany w systemie klimatycznym Antarktydy sygnalizują różnorodne wskaźniki cyrkulacji. Różnice pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym w wysokich i umiarkowanych szerokościach półkuli południowej opisywane przez indeks strefowej cyrkulacji AAO (Antarctic Oscillation) mogą wyjaśnić zmiany jakie zachodzą w reżimie klimatycznym Antarktydy (Gong, Wang 1998). Przemieszczenia klinów wysokiego na Pacyfiku ciśnienia opisuje również indeks TPI (Transpolar Index) – Carleton 1990. Ponadto sprawę komplikują ACW (Antarctic Circumpolar Wave), które przemieszczają się wokół Antarktydy (White, Peterson 1996) przynosząc periodyczne zmiany w temperaturze wody morskiej i powietrza.

Podstawowymi celami projektu jest:

A/ Określenie zmienności temperatury powietrza na Antarktydzie w XX wieku, tj. w okresie pomiarów instrumentalnych.

B/ Wyjaśnienie związków jakie zachodzą między zmianami cyrkulacji atmosferycznej w rejonie Antarktydy a temperaturą powietrza na tym kontynencie.

C/ Opracowanie scenariuszy możliwych zmian klimatu Antarktydy w XXI wieku na podstawie trendów wskaźników cyrkulacji atmosferycznej.

W opracowaniu przewidziano następujące etapy badawcze:

Grant zamawiany nr PBZ-KBN-086/PO4/2003 - Ekstremalne  zdarzenia meteorologiczne i hydrologiczne w  Polsce (ocena zdarzeń oraz prognozowanie ich skutków dla środowiska życia człowieka)
Zakład Klimatologii IG UMK realizuje zadanie 4.1. "Porównanie wskaźników zjawisk ekstremalnych dla obszarów Polski i innych regionów Europy i świata dla wypracowania odpowiednich scenariuszy przewidywań:.

Grant KBN nr 3 P04E 057 22  (2002-2005) - Klimat Arktyki w XIX i na początku XX wieku 
Kierownik: dr hab. Rajmund Przybylak, prof. UMK
wykonawca: mgr Zsuzsanna Vizi

W Arktyce, podobnie jak i w innych obszarach na kuli ziemskiej, nie jest możliwe zbadanie naturalnej zmienności klimatu w oparciu o istniejące serie obserwacyjne ze stacji meteorologicznych. Cel ten jednak w pewnym stopniu można osiągnąć korzystając z krótkich (1-3-letnich), ale licznych serii obserwacyjnych, które zostały wykonane tutaj głównie w czasie ekspedycji morskich poszukujących tzw. Przejścia Północno-Zachodniego. Do tej pory dane te tylko w bardzo niewielkim stopniu zostały opracowane i w związku z tym nasza wiedza o klimacie Arktyki w okresie XIX i początku XX w. jest niewystarczająca.  Dlatego też zdecydowaliśmy się napisać ten projekt, aby tę istniejącą lukę choć w pewnym stopniu wypełnić. Przede wszystkim, wykonując ten projekt chcielibyśmy zrealizować 4 główne cele:

1)  Zebrać jak największą ilość danych meteorologicznych dla obszaru Arktyki z okresu XIX i początku XX wieku dostępnych w różnych źródłach zarówno publikowanych, jak i niepublikowanych oraz stworzyć, nie istniejącą do tej pory, komputerową bazę danych,

2)  Przeprowadzić kontrolę jakości zebranych źródłowych danych meteorologicznych korzystając ze współczesnych metod stosowanych w klimatologii oraz sprawdzić poprawność obliczeń, publikowanych w różnych źródłach, średnich miesięcznych i rocznych charakterystyk różnych elementów meteorologicznych,

3)  Szczegółowo zbadać klimat Arktyki (głównie w jej sektorze amerykańskim) w XIX i na początku XX wieku i jego zakres zmienności,

4)  Porównać współczesny klimat Arktyki z tym, który panował w XIX i na początku XX wieku w celu określenia kierunku i wielkości jego zmian.

Realizacja tego projektu powinna pomóc odpowiedzieć na pytanie dotyczące wielkości wpływu czynników antropogenicznych na klimat Arktyki. Lepsze poznanie „pracy” Arktycznego Systemu Klimatycznego, który silnie wpływa, jak powszechnie wiadomo, na zachowanie się globalnego systemu klimatycznego leży w kręgu zainteresowań przedstawicieli wielu pokrewnych dyscyplin naukowych.

Publikacje zrealizowane w ramach projektu

Grant KBN Nr 3 P04E 045 25   (2003-2005) -  Zmienność bioklimatu Arktyki Norweskiej w okresie 1971-2000
grant promotorski - kierownik: dr hab. Rajmund Przybylak, prof. UMK
wykonawca: mgr Andrzej Araźny

Głównym celem projektu jest zbadanie i ustalenie prawidłowości rządzących oddziaływaniem czynników atmosferycznych na ustrój człowieka oraz poznanie zróżnicowania przestrzennego bioklimatu w Arktyce Norweskiej. Wykonując ten projekt chcemy zrealizować sześć ważniejszych zadań badawczych: 

1)  określić zmienność podstawowych elementów meteorologicznych (temperatura powietrza, prędkość wiatru, opady atmosferyczne, zachmurzenie, wilgotność względna, ciśnienie atmosferyczne) w Arktyce Norweskiej,

2)  określić zmienność wybranych kompleksowych wskaźników bioklimatycznych (temperatura ochładzania wiatrem, wielkość ochładzająca powietrza, ochładzająca siła wiatru,  przewidywana izolacyjność odzieży, dopuszczalny czas przebywania i in.) w Arktyce Norweskiej,

3)  określić zmienność wieloletnią elementów meteorologicznych i wskaźników bioklimatycznych w Arktyce Norweskiej,

4)  przedstawić rozkład przestrzenny zróżnicowania zmian wskaźników bioklimatycznych.  Wykorzystamy do tego celu dane meteorologiczne z sześciu stacji położonych na Svalbardzie (Ny-Ålesund, Svalbard Lufthavn, Hornsund, Hopen, Bjørnøya) i na Jan Mayen,

5)  ustalić wpływ cyrkulacji atmosferycznej na przebieg wskaźników bioklimatycznych używając do analizy katalog T. Niedźwiedzia (2002) dla Spitsbergenu oraz indeksy Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO) i Oscylacji Arktycznej (AO) na kształtowanie warunków bioklimatycznych w Arktyce Norweskiej,