Zmiany klimatyczne w Puszczy Zielonka od 1848 roku

INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS Nr 2/2011, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddziaá w Krakowie, s. 193–203

Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

Antoni T. Miler, Bernard OkoĔski

ZMIANY KLIMATYCZNE W PUSZCZY ZIELONKA

OD 1848 ROKU

____________

CLIMATICAL CHANGES IN THE ZIELONKA FOREST

SINCE 1848 YEAR

Streszczenie

Jednym z najistotniejszych problemów we wspóáczesnej klimatologii jest zagadnienie ocieplania klimatu. ChociaĪ nie udowodnione po za wszelką wątpli-woĞü, wiele czynników Ğwiadczy o zmianie klimatu w przeciągu ostatniego krót-kiego okresu czasu. Prezentowane w literaturze przedmiotu stanowiska są bardzo róĪnorodne – od skrajnych poglądów,przewidujących katastrofalne skutki do w wielu regionach Ğwiata do oceny, Īe „problem zmian klimatu zostaá wyolbrzy-miony ponad wszelkie proporcje”.

Puszcza Zielonka poáoĪona jest w Ğrodkowej czĊĞci dorzecza Warty, w centralnej czĊĞci Wielkopolski. Krajobraz jest typu máodoglacjalnego. Dominu-jącą formą terenu Puszczy są wysoczyzny páaskie i faliste. Wierzchnie warstwy skalne stanowią gáównie piaski i Īwiry. Dominującym gatunkiem drzewiastym jest sosna oraz dąb. PrzewaĪające siedliska to: bór mieszany ĞwieĪy, bór ĞwieĪy, bór wilgotny oraz ols.Klimat w Puszczy Zielonka wykazuje stosunkowo duĪą stacjo-narnoĞü. Opady atmosferyczne w latach 1848-2008 nie wykazują istotnych staty-stycznie zmian na poziomie istotnoĞci Į=0,05. Zarówno dla poszczególnych mie-siĊcy I–XII, jak i póároczy zimowych, letnich, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych zmiany nie są istotne statystycznie. WystĊpują jednak wyraĨne okresowoĞci sum rocznych opadów atmosferycznych, dominują okresowoĞci 10,0- 7,0- i 6,7-letnie. WartoĞci prawdopodobieĔstwa wraz z wyĪszymi dla sum rocznych opadów atmosferycznych mają krótkie – do 3 lat, sekwencje zbliĪonych wartoĞci. Temperatury powietrza w ww. okresie wykazują dodatnie, statystycznie istotne (dla Į=0,05), trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia. Nato-miast dla pozostaáych miesiĊcy stosowne trendy nie są istotne statystycznie. Tren-dy czasowe Ğrednich temperatur powietrza dla póároczy zimowych, okresów wege-tacyjnych i lat hydrologicznych są dodatnie i istotne statystycznie na poziomie istotnoĞci jw. Natomiast dla póároczy letnich trend jest nieistotny statystycznie. Podobnie jak opady atmosferyczne, Ğrednie roczne temperatury powietrza

wyka-zują wyraĨne kilkuletnie okresowoĞci – dominują cykle 7,6- 5,7- i 5,5-letnie. War-toĞci prawdopodobieĔstwa wraz z wyĪszymi dla Ğrednich rocznych temperatur powietrza, podobnie jak opady atmosferyczne, mają krótkie – do 3 lat, sekwencje zbliĪonych wartoĞci.

Sáowa kluczowe: Puszcza Zielonka, zmiany klimatyczne, zmiennoĞü temperatur

powietrza, zmiennoĞü opadów atmosferycznych

Summary

One of the most significant problems in contemporary climatology of cli-mate warming. Although not confirmed beyond any doubt, still numerous factors indicate climate change within the recent, relatively short period of time. Opinions presented in literature on the subject vary considerably – from extreme positions, forecasting disastrous effects in many regions worldwide to the claim that "the problem of climate change has been exaggerated against all proportions".

The Zielonka Forest is situated in mid-part of the Warta river basin, in the central part of the Wielkopolska region. The natural landscape is of postglacial type (Würm glaciation) with morainic plateaus – plain or rolling, gravel and san-dy soils as the main features. Pine and oak are the dominant tree species in forest stands. The predominant habitats are: fresh mixed coniferous forest, fresh conifer-ous forest, moist coniferconifer-ous forest and alder. Transitional climate of Puszcza Zie-lonka is distinguished by relatively significant nonstationality expressed e.g. by parameters of temperature and precipitation dynamics. For the period from 1848 to 2008 year, the directional changes of precipitation time series were not indi-cated at 0,05 level of significance. The trends are statistically insignificant for each month of the year, half-year, vegetation and hydrologic year periods. How-ever the periodicity of annual precipitation was indicated. Dominating periods are 10,

7 and 6,7 year. The probability of annual precipitation is characterized by short-time series of similar values. The mean temperature short-time series for the investigated periods expressed statistically significant positive trend changes for March, May, November and December (at the 0,05 level). The trends for mean temperature time series of winter half-year, vegetation, hydrologic year periods were statistically significant, but for summer half-year insignificant at the 0,05 significance level. Annual precipitation likewise temperature time series is characterized by a perio-dicity. The dominating cycles are 7,6, 5,7 and 5,5-year. The probability values for precipitation manifested similar regularity as the probability for the temperature (shorter than 3- year sequence of similar values).

Key words: the Puszcza Zielonka Forest, climatical changes, variability of air

temperature, variability of precipitation

WSTĉP

Zasadniczo na stan i zmiennoĞü stosunków wodnych w ekosystemach wpáywają czynniki meteorologiczne, gáównie opady atmosferyczne i temperatu-ry powietrza. Warunkiem koniecznym trwaáoĞci lasów jest staáy przyrost

bioma-sy, a ten zaleĪy od iloĞci wytranspirowanej wody. Zatem o kondycji drzewosta-nów, wynikającej ze stosunków wodnych, bĊdą decydowaáy warunki pluwialno-termiczne [Miler 2008]. Puszcza Zielonka wraz z Wielkopolskim Parkiem Naro-dowym stanowi trudne do przecenienia zaplecze rekreacyjno-wypoczynkowe aglomeracji poznaĔskiej [Kasprzak 1996].

Puszczą Zielonka nazywa siĊ stosunkowo zwarty obszar leĞny poáoĪony okoáo 6 km na póánocny-wschód od granic miasta Poznania. Powierzchnia tego kompleksu leĞnego szacowana jest na okoáo 15 tys. hektarów. Z uwagi na wyso-kie walory przyrodniczy od 1993 roku znaczna czĊĞü puszczy weszáa w skáad Parku Krajobrazowego Puszcza Zielonka, który obejmuje ochroną blisko 12 tys. ha gruntów [Rozporządzenie… 2004]. Wedáug regionalizacji przyrodniczo-leĞnej Puszcza Zielonka znajduje siĊ w obrĊbie III krainy Wielkopolsko-Pomorskiej, 7 dzielnicy Niziny Wielkopolsko-Kujawskiej, mezoregionie 7b Pojezierza Wielkopolskiego [Trampler i in. 1990]. Pod wzglĊdem klimatycznym obszar Puszczy naleĪy do Regionu ĝrodkowowielkopolskiego [WoĞ 1994]. Kra-jobraz naturalny uksztaátowany zostaá w wyniku dziaáania ostatniego okresu lodowcowego tj. poznaĔskiego stadiaáu zlodowacenia baátyckiego. Warunki glebowe na terenie Puszczy są bardzo urozmaicone. WystĊpuje tu caáy szereg gleb o róĪnym pochodzeniu. PrzewaĪają gleby rdzawe (54%) i brunatne (34%), a tylko nieznaczne powierzchnie zajmują gleby páowe (3%) i bielicowe (3%). Lasy Puszczy Zielonka reprezentują charakterystyczne cechy szaty geobotanicz-nej okrĊgu PoznaĔsko-GnieĨnieĔskiego Krainy Wielkopolsko-Kujawskiej [Ka-sprzak 1996].

Zagadnienie ocieplania klimatu jest we wspóáczesnej klimatologii ujmo-wane ambiwalentnie. Prezentoujmo-wane w literaturze przedmiotu stanowiska są bardzo róĪnorodne – od skrajnych poglądów, przewidujących katastrofalne skutki w wielu regionach Ğwiata do oceny, Īe „problem zmian klimatu zostaá wyolbrzymiony ponad wszelkie proporcje” [Klemes 1993; Kundzewicz 2008, IPCC 2007]. Podstawowe elementy klimatu – temperatura powietrza i opad at-mosferyczny ulegają naturalnym zmianom w czasie (cyklicznoĞci) oraz zmia-nom antropogenicznym (trendy) [Boryczka 1993; Petit i in. 1999; WoĞ 1994; A.T. Miler, M. Miler 2005].

Celem pracy jest ocena zmian opadów atmosferycznych i temperatur po-wietrza wystĊpujących na terenie Puszczy Zielonka w ostatnim 160-letnim okre-sie, tj. od 1848 roku. (Od tego roku prowadzone są w Poznaniu systematyczne instrumentalne pomiary meteorologiczne.)

MATERIAàY I METODY

Opady atmosferyczne i temperatury powietrza w Puszczy Zielonka w la-tach 1986–2008 przedstawiono na podstawie bezpoĞrednich wyników obserwa-cji prowadzonych na staobserwa-cji Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu,

zlokali-zowanej w miejscowoĞci Zielonka (Wyniki … ). Stacja ta poáoĪona w centralnej czĊĞci Puszczy Zielonka funkcjonuje od 1986 roku. WartoĞci dla lat 1848-1985 ww. parametrów meteorologicznych obliczono na podstawie prostoliniowych związków regresyjnych, wyznaczonych dla jednoczesnego okresu pomiarów (tj. 1986-2008) na stacjach w Zielonce i stacji IMGW w Poznaniu. NaleĪy zazna-czyü, iĪ przedstawione opady atmosferyczne i temperatury powietrza w Puszczy Zielonka, mające charakter pomiarów poĞrednich, w latach 1848-1985 wynikają z istotnych statystycznie zaleĪnoĞci korelacyjnych pomiĊdzy odpowiednimi wynikami pomiarów na stacjach Zielonka i PoznaĔ.

Ciąg chronologiczny – szereg czasowy F(t) dla danego parametru (np. sum opadów atmosferycznych lub Ğrednich temperatur powietrza dla lat hydrologicz-nych) moĪna opisaü nastĊpująco:

¦

A – tendencja zmian (trend),

t – czas,

Bi, Ci – amplitudy harmonicznych,

Ti – okresy harmonicznych.

Periodogram P(i) definiuje siĊ nastĊpująco: 2 ) ( ) (_{i B}2 _C2 N P _i  _i ˜ (2 gdzie: N – liczebnoĞü obserwacji.

FunkcjĊ P(i) wykorzystano w niniejszej pracy dla oszacowywania okreso-woĞci rocznych sum opadów atmosferycznych i Ğrednich rocznych temperatur powietrza.

PrawdopodobieĔstwo rocznych sum opadów atmosferycznych oraz Ğrednich rocznych temperatur powietrza wraz z wyĪszymi obliczano nastĊpująco:

 uszeregowano wartoĞci (np. opadów) od najwiĊkszej do najmniejszej przypisując im kolejne liczby porządkowe i = 1, 2, …, N (gdzie N oznacza li-czebnoĞü serii),

 prawdopodobieĔstwo okreĞlano z prostej zaleĪnoĞci 1

 N

i

WYNIKI I DYSKUSJA

Opady atmosferyczne. Na rysunku 1 przedstawiono chronologiczne

przebiegi sum miesiĊcznych opadów atmosferycznych dla kolejnych miesiĊcy I-XII, dla okresu 1848-2008. Trendy dla wszystkich miesiĊcy nie są istotne statystycznie na zwyczajowo przyjmowanym poziomie istotnoĞci Į=0,05.

PI PII PIII PIV PV PVI PVII PVIII PIX PX PXI PXII 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 x - Lata Years -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 O p ad Precipitation [m m ] PI = 17,1 + 0,026 * x PII = 22,4 + 0,010 * x PIII = 9,9 + 0,033 * x PIV = 49,9 - 0,020 * x PV = -30,2 + 0,077 * x PVI = 136,2 - 0,080 * x PVII = -66,0 + 0,090 * x PVIII = 81,7 - 0,020 *x PIX = 27,9 + 0,016 *x PX = 13,8 + 0,026 * x PXI = -10,3 + 0,067 * x PXII = -31,4 +0,092 * x

Rysunek 1. Sumy miesiĊczne opadów atmosferycznych dla stacji Zielonka w okresie 1848 – 2008 (1932 miesiące)

Figure 1. Total monthly precipitation in gauge station Zielonka for period 1848-2008 (1932 months)

Po zgrupowaniu wyników sum miesiĊcznych opadów atmosferycznych na okresy: póároczy zimowych (Pz), letnich (Pl), okresów wegetacyjnych (Pw) i lat hydrologicznych (Pr) obliczono stosowne regresje liniowe. Podobnie jak dla poszczególnych miesiĊcy, równieĪ w wydzielonych okresach trendy czasowe nie są istotne statystycznie na poziomie istotnoĞci Į=0,05 (rys. 2).

Rysunek 3 przedstawia periodogram dla sum rocznych opadów atmosfe-rycznych dla badanej stacji, dla lat hydrologicznych 1848-2008. Dominujące są okresowoĞci 10,0- 7,0- i 6,7-letnie.

Pz = 49,0 + 0,080 * x Pl = 163,2 + 0,049 * x Pw = 213,2 + 0,044 * x Pr = 212,2 + 0,084 * x Zima Winter Lato Summer Wegetacja Vegetation Rok hydrologiczny Hydrological year 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 x - Lata Years 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Op ad Precip itatio n [mm]

Rysunek 2. Sumy opadów atmosferycznych w okresie zimowym, letnim, wegetacyjnym oraz w roku hydrologicznym dla stacji Zielonka w okresie 1848–2008 (161 lat) Figure 2. Total monthly precipitation in winter, summer and vegetation seasons and

in hydrological year in gauge station Zielonka in period 1848-2008 (161 years)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Okres [lata] Period [years]

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 Warto Ğc i (Va lue ) pe riodogra m u

Rysunek 3. Periodograf dla sum rocznych opadów atmosferycznych Figure 3. Period-graph for total yearly precipitation

Temperatury powietrza. Rysunek 4 przedstawia chronologiczne

przebie-gi Ğrednich miesiĊcznych temperatur powietrza dla kolejnych miesiĊcy I-XII w okresie 1848-2008. WystĊpujące dodatnie trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia są statystycznie istotne, natomiast dla pozostaáych miesiĊcy stosowne trendy nie są istotne statystycznie – na poziomie istotnoĞci Į=0,05.

Podobnie jak dla opadów atmosferycznych, po zgrupowaniu wyników Ğrednich miesiĊcznych temperatur powietrza na okresy: póároczy zimowych (Tz), letnich (Tl), okresów wegetacyjnych (Tw) i lat hydrologicznych (Tr) obli-czono stosowne regresje liniowe. Trendy czasowe dla wszystkich Ğrednich tem-peratur Tz, Tl, Tw, Tr są dodatnie. Istotne statystycznie są dla Tz, Tw i Tr, lecz nie są istotne dla Tl na poziomie istotnoĞci Į=0,05 (rys. 5).

Rysunek 6 przedstawia periodogram dla Ğrednich rocznych temperatur powietrza dla badanej stacji, dla lat hydrologicznych 1848-2008. Dominujące są okresowoĞci 7,6- 5,7- i 5,5-letnie. TI TII TIII TIV TV TVI TVII TVIII TIX TX TXI TXII 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 x - Lata Years -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura Temperature [ 0C ] TI = -19,1 + 0,123*x TII = -7,5 + 0,043*x TIII = -13,2 + 0,155*x TIV = -3,6 + 0,150*x TV= -3,8 + 0,221*x TVI = 18,0 - 0,020*x TVII = 12,3 + 0,94*x TVIII = 10,0 + 0,132*x TIX = 15,7 - 0,040*x TX = 7,1 + 0,016*x TXI = -16,3 + 0,245*x TXII = -21,1 + 0,197*x

Rysunek 4. ĝrednie miesiĊczne temperatury powietrza dla stacji Zielonka w okresie 1848–2008 (1932 miesiące)

Figure 4. Mean monthly air temperature in gauge station Zielonka for period 1848-2008 (1932 months)

Tz = -13,1 + 0,238 * x Tl = 9,9 + 0,143 * x Tw = 8,0 + 0,175 * x Tr = -1,8 + 0,271 * x Zima Winter Lato Summer Wegetacja Vegetation Rok hydrologiczny Hydrological year 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 x - Lata Years -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura Temperature [ 0C]

Rysunek 5. ĝrednie temperatury powietrza atmosferycznego w okresie zimowym, letnim, wegetacyjnym oraz w roku hydrologicznym dla stacji Zielonka

w okresie 1848–2008 (161 lat)

Figure 5. Mean air temperature in winter, summer and vegetation seasons and in hydrological year in gauge station Zielonka in period 1848-2008 (161 years)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Okres [lata] Period [years]

0 2 4 6 8 10 Warto Ğc i (Va lue ) pe riodogra m u

Rysunek 6. Periodogram dla Ğrednich rocznych temperatur powietrza (w latach hydrologicznych)

PrawdopodobieĔstwa opadów atmosferycznych i temperatur powie-trza. Na rysunkach 7 i 8 przedstawiono wartoĞci prawdopodobieĔstwa wraz z wyĪszymi – funkcji bĊdących dopeánieniem dystrybuant (1- dystrybuanta), odpowiednio dla sum rocznych opadów atmosferycznych i Ğrednich rocznych temperatur powietrza. Sekwencje lat podobnych (o zbliĪonych wartoĞciach prawdopodobieĔstwa) nie przekraczają 3 letnich cykli.

Opad atmosferyczny P = 1,4129 - 0,0767 * R 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 R - Rok hydrologiczny 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 P - Prawdopodobie Ĕ stwo

Rysunek 7. PrawdopodobieĔstwo sum rocznych opadów atmosferycznych Figure 7. Probability of total yearly precipitation

Temperatura powietrza P = 3,2584 - 0,2318 * R 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 R - Rok hydrologiczny 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 P Pr a w dopodobi eĔ stw o

Rysunek 8. PrawdopodobieĔstwo Ğrednich rocznych temperatur powietrza Figure 8. Probability of mean yearly air temperature

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Klimat w Puszczy Zielonka wykazuje stosunkowo duĪą stacjonarnoĞü. Opady atmosferyczne w latach 1848-2008 nie wykazują istotnych statystycznie zmian na poziomie istotnoĞci Į=0,05. Zarówno dla poszczególnych miesiĊcy I–XII, jak i póároczy zimowych, letnich, okresów wegetacyjnych i lat hydrolo-gicznych zmiany nie są istotne statystycznie. WystĊpują jednak wyraĨne okresowoĞci sum rocznych opadów atmosferycznych, dominują okresowoĞci 10,0- 7,0- i 6,7-letnie. WartoĞci prawdopodobieĔstwa wraz z wyĪszymi dla sum rocznych opadów atmosferycznych mają krótkie – do 3 lat, sekwencje zbliĪo-nych wartoĞci.

Temperatury powietrza w ww. okresie wykazują dodatnie, statystycznie istotne (dla Į=0,05), trendy czasowe dla marca, maja, listopada i grudnia. Na-tomiast dla pozostaáych miesiĊcy stosowne trendy nie są istotne statystycznie. Trendy czasowe Ğrednich temperatur powietrza dla póároczy zimowych, okresów wegetacyjnych i lat hydrologicznych są dodatnie i istotne statystycznie na po-ziomie istotnoĞci jw. Natomiast dla póároczy letnich trend jest nieistotny staty-stycznie. Podobnie jak opady atmosferyczne, Ğrednie roczne temperatury powie-trza wykazują wyraĨne kilkuletnie okresowoĞci – dominują cykle 7,6- 5,7- i 5,5-letnie. WartoĞci prawdopodobieĔstwa wraz z wyĪszymi dla Ğrednich rocz-nych temperatur powietrza, podobnie jak opady atmosferyczne, mają krótkie – do 3 lat, sekwencje zbliĪonych wartoĞci.

BIBLIOGRAFIA

Boryczka J. Naturalne i antropogeniczne zmiany klimatu Ziemi w XVII-XXI wieku. Wydawnictwo UW Wydziaá Geografii i Studiów Regionalnych, Warszawa, 1993.

IPCC – The Intergovernmental Panel of Climate Change, 2007.

Kasprzak K. Park Krajobrazowy „Puszcza Zielonka”, Kronika Wielkopolski nr 3 (82), 1996. Klemes V. Design implications of climate change. Proc. Conf. On Climate Change and Water

Resources Management, BallentineT., Stakhiv E., U.S. Army Institute for Water Re-sources, Fort Belvior, USA, 1993.

Kundzewicz Z. Scenariusze zmian klimatu i ich prawdopodobieĔstwa w Ğwietle najnowszych badan naukowych. Konferencja: Wyzwania polityki klimatycznej, poáączona z posiedze-niem sejmowej Komisji OSZNiL, Warszawa, 21.10.2008 (Maszynopis).

Miler A.T., Miler M. Trendy i okresowoĞci zmian temperatury oraz opadów dla Poznania w la-tach 1848-2000. Zeszyty Naukowe Wydziaáu Budownictwa i InĪynierii ĝrodowiska Poli-techniki KoszaliĔskiej, InĪynieria ĝrodowiska. Nr 22, s.: 945-956, 2005.

Miler A.T. Las i woda – wybrane zagadnienia. Studia i Materiaáy Centrum Edukacji Przyrodni-czo-LeĞnej Rogów. (ISSN 1509-1414) R.10. Zesz. 2(18), 22-31, 2008.

Petit J.R., Jouzel J. Climate and atmospheric history of the past 420 000 years from the Vostok ice core in Antarctica. Nature 399 (June), Nature Publishing Group, USA, 1999.

Rozporządzenie Wojewody PoznaĔskiego nr 10/04 z dnia 26 stycznia 2004r. zmieniające rozpo-rządzenie Wojewody PoznaĔskiego w sprawie utworzenia Parku Krajobrazowego Puszcza Zielonka. Dz. Urz. Woj. Wlkp. nr 14, poz. 415.

Trampler T., Kliczkowska A., Dmyterko E., SierpiĔska A. Regionalizacja przyrodniczo-leĞna na podstawach ekologiczno-fizjograficznych. PWRiL, Warszawa, 1990.

WoĞ A. Klimat Niziny Wielkopolskiej. Wydawnictwo UAM, PoznaĔ, 1994.

Wyniki obserwacji meteorologicznych na stacji w Zielonce. Katedra InĪynierii LeĞnej UP w Poznaniu (Maszynopisy).

Prof. dr hab. inĪ. Antoni T. Miler Dr inĪ. Bernard OkoĔski Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Katedra InĪynierii LeĞnej 60-623 PoznaĔ, ul. Mazowiecka 41 tel. 61 848 73 66, e-mail: miler@up.poznan.pl tel. 61 846 61 13 e-mail: okonski@up.poznan.pl Recenzent: Prof. dr hab. Stanisáaw Krzanowski