Vol. XXXV-XXXVI 2004-2005, s. 133-151 ISBN 83-88549-51-0 ISSN 0071-6715
K a ta rzy n a Piotrowicz, R a fa ł B ą k o w s k i M arek K o zło w ski
ENERGIA WIATRU
W WYBRANYCH SYTUACJACH SYNOPTYCZNYCH W POŁUDNIOWO-WSCHODNIEJ POLSCE
W c e lu o k re ś le n ia praw idłow ości w p rz e s trz e n n y m i sezonow ym zró żn ico w an iu w a ru n k ó w a n e m o lo g ic z n y c h w p o łu d n io w o -w sc h o d n ie j P o lsce p o słu ż o n o się ob liczo n y m i w a rto ś c i en erg ii w ia tru , zaró w n o ś re d n ic h jeg o p ręd k o ści, j a k i en erg ii, ja k ą m iały poryw y w ia tru . W yko rzy stan o w ty m celu p o m iary z 15 s ta c ji sy n o p ty czn y ch zlokalizow anych w p o łu d n io w o-w schodniej P olsce z la t 2 0 0 0 - 2 0 0 4 . S zczególną u w ag ę zw rócono n a w ia try o w yjątkow o dużej energii. W sk azan o regiony szczególnie n a ra ż o n e n a pojaw ienie się h u ra g a n o w y c h w iatró w o raz sy tu a c je sy n o p ty czn e, k tó re p rzyczyniają się do ic h w y stęp o w an ia. O m ów iono ró w n ież s k u tk i, ja k ie p o w o d u ją w ia try o dużej sile.
S łow a kluczow e: w iatr, e n e rg ia w ia tru , poryw y w ia tru , p o łu d n io w o -w sch o d n ia P o lsk a Key w o rd s: w in d , w in d energy, w in d g u s t, s o u th - e a s te r n P o lan d
WSTĘP
W edług R a p o rtu Św iatow ej O rganizacji M eteorologicznej n a liście żywio
łów, k tó re spow odow ały najw iększe s tra ty m a te ria ln e w E u ro p ie w o s ta t
n ic h d ziesięciu la ta c h , siln e w ia try zajm ow ały d ru g ie m iejsce, z a ra z po powodziach ( C o r n f o r d 2002). Z daniem niektórych klim atologów w o sta t
n ic h la ta c h n a d n a sz y m k o n ty n e n te m w z ra s ta często ść p o jaw ia n ia się w iatrów o d użych p ręd k o ściach ( K n i p p e r t z i in. 2000; L e c k e b u s c h , U l b r i c h 2004; U l b r i c h i in. 2001). Przyczynę u p a tr u je się w e w zro
ście te m p e ra tu ry p o w ietrza n a Ziemi. W Polsce w z ro st te m p e ra tu ry p o w ietrza, szczególnie w ok resie zim ow ym , j e s t potw ierd zon y w y nik am i b a d a ń m .in.: J . D e g i r m e n d z i c i a i in. (2004), K. K o ż u c h o w s k i e - g o i E. Ż m u d z k i e j (2001), H. L o r e n c (2000, 2001) o raz J . T r e p i ń s k i e j (2000).
S c e n a riu s z e z m ia n k lim a tu op racow yw ane s ą n a p o d sta w ie m odeli k lim aty czn y ch , w k tó ry c h u w zg lęd n ia się o b serw ow any j u ż w w ielu re g io n a c h k u li ziem sk iej w z ro s t te m p e r a tu r y p o w ietrza. Z o b liczeń
G.C. L e c k e b u s c h a i U. U l b r i c h a (2004) w y nik a, że w ciąg u n a j
bliższych k ilk u d ziesięciu la t w zro śn ie liczba siln y ch w iatró w w E u ro p ie Środkow ej o około 20% . P rę d k o ść w iatró w będzie te ż w z ra sta ć . H u ra g a now e w ia try m o g ą być n a w e t silniejsze o 7 -1 0 % od ty ch , k tó re jesz c ze n ie d a w n o w y stę p o w a ły n a d n a s z y m k o n ty n e n te m ( L e c k e b u s c h , U l b r i c h 2004). A u to rzy z a strze g a ją , że j e s t to tylko s c e n a riu s z , a nie prognoza, niem niej je d n a k potw ierdzeniem ich sym ulacji k om p u tero w y ch s ą j u ż o becnie, co raz częściej i sto su n k o w o re g u la rn ie , p ojaw iające się w ic h u ry n a d E u ro p ą , szczególnie w zach od niej części E u ro p y , w Irla n dii, W ielkiej B rytan ii, F ra n cji, D anii, N iem czech i k ra ja c h B e n e lu k su . Do w yjątkow ych należały m .in. trzy gwałtow ne b u rze n a d E u ro p ą w g ru d n iu 1999 r. ( U l b r i c h i in. 2001). P rę d k o ść w ia tru w D anii, N iem czech i F ra n cji przekro czy ła w ów czas 51 m - s -1 (184 k m - h -1). W Polsce w ia tr osiągnął najw iększą p rędk o ść podczas pierwszej z serii grudniow ych burz.
Na H elu zan o to w an o 4 g ru d n ia 1999 r. 4 3 m - s -1 (154,8 k m - h -1). W w y
n ik u w ic h u r g ru d n io w y ch łączn ie śm ierć pon iosło 130 osób, a s tr a ty m a te ria ln e o siągnęły 13 m ld e u ro ( U l b r i c h i in. 2001). To w ła śn ie p o d c z as ty c h w ic h u r u sz k o d z e n iu uległ m .in. kościół N otre D am e w P a ryżu. H u ra g a n o w e w ia try w y stąp iły te ż w listo p ad zie 2 0 0 4 r. i sty c z n iu 2 0 0 5 r. M iały on e tra g icz n e s k u tk i w w ielu re g io n a c h w E u ro p ie. M e
teorolodzy s k a n d y n a w sc y ocenili, że sty cznio w a w ic h u ra b y ła n ajw ię k szą, j a k a w y stą p iła w rejo n ie środkow ego B a łty k u od 4 0 lat. U szkodze
n ia sieci elektrycznej spow odow ały b r a k p r ą d u w kilku s e t ty sią c a c h dom ów w W ielkiej B ry tan ii, S k a n d y n a w ii, n a Litwie, w E sto n ii i n a Łotwie. Tylko n a Litwie, bez elektryczności b y ła p o n a d połow a tego k raju . W Szwecji z p o w o d u silnego w ia tru m u s ia n o w yłączyć elektrow nię a to m ow ą. W Polsce, w ty m czasie, w ia tr n ie był a ż t a k silny. Nie spow o
dow ał d u ż y c h szkód. Z n aczn ie g ro źniejsza b y ła w ic h u ra w listo p adzie 2 0 0 4 r., k tórej s k u tk i z o sta ły p rze d staw io n e w n in iejszy m o p raco w an iu .
W yniki sy m u la c ji p rzep ro w ad zo n y ch przez G.C. L e c k e b u s c h a i U. U l b r i c h a (2004) u k a z u ją b e z p o śre d n ią przyczynę p o jaw ia n ia się siln y ch zim ow ych w ic h u r n a d E u ro p ą . W edług ich obliczeń, głębokie niże z n a d O c e a n u A tlantyckiego, k tó re p rze c h o d z ą n a d E u ro p ą Północ
n ą n a w sc h ó d , z m ie n ia ją tr a s ę sw oich w ędrów ek. Z im ą, co raz częściej b ę d ą o b serw o w ane dalej n a p o łu d n iu n aszego k o n ty n e n tu . T ak ie niże atm o sfery czn e, w k tó ry c h o b serw u je się d u ż y g ra d ie n t c iśn ie n ia a tm o s ferycznego in ic ju ją b a rd z o siln e w iatry. R ów nież z b a d a ń K. K ł y s i k a (1993) w y n ik a, że często ść w y stę p o w a n ia szczególnie głębokich niżów (z c iśn ie n ie m poniżej 9 9 0 hPa) w rejonie północnego A tla n ty k u i pó łn o c
nej E u ro p y , w la ta c h 1 9 0 0 -1 9 9 0 w ykazyw ała te n d e n c ję w zrostow ą. T e n p otw ierdzon y przez a u to r a w ieloletni tre n d j e s t w y n ikiem w z ro s tu a k tyw ności głębokich niżów , szczególnie w je s ie n i i zim ie ( K ł y s i k 1993).
Czy z a te m rzeczyw iście w E u ro p ie Środkow ej, w ty m rów nież w Polsce, w zw iązku ze w z ro ste m częstości p o jaw ia n ia się g łębokich niżów a tm o s ferycznych n a d E u ro p ą oraz z m ia n ą tra s y ich w ędrów ek, bard ziej n a p o łu d n ie , grozi n a m n ieb ezpieczeń stw o zw iązan e z w y stęp o w an iem sil
n y c h w iatrów ?
W o p rac o w an ia ch klim atologicznych, a n a liz u ją c w a ru n k i anem olo- giczne b a d a n e g o o b sz a ru , w y k o rzy stu je się najczęściej p o m ia ry p rę d k o ści i k ie r u n k u w ia tru . P o d staw ę o p rac o w an ia sta n o w ią w ów czas k ie ru n - k ow o-prędkościow e róże w iatrów . W p rz y p a d k u a n aliz e k stre m a ln y c h zjaw isk anem ologicznych m o żn a dodatkow o w ykorzystać chwilowe, a z a ra z e m n ag łe w zro sty p rę d k o śc i w ia tru , czyli tzw. poryw y w ia tru . Poryw w ia tru to n ag ły w z ro st jeg o p ręd k o śc i o co n a jm n ie j 5 m - s -1 p o n a d ś re d n ią p rę d k o ść w ia tru z o k re s u 10-m inutow ego i trw ają cy n ie dłużej n iż 2 m in u ty ( N i e d ź w i e d ź 2003).
W n in iejszy m o p raco w an iu , w celu o k reśle n ia praw idłow ości w p rze strz e n n y m i sezonow ym zróżnicow aniu w aru n k ó w anem ologicznych w po łudniow o-w schodniej Polsce, au to rzy przeliczyli p ręd k o ść w ia tru n a e n e r gię. P rz ed sta w io n a w te n sp o só b c h a ra k te ry s ty k a s to s u n k ó w an e m o lo gicznych, w lep szy m s to p n iu o k re ś la p o te n c ja ln e n ieb ezp ieczeń stw o z n isz c ze ń zw iązan ych z sy tu a c ja m i syn op tyczn ym i w a ru n k u ją c y m i w y
ją tk o w o siln e w iatry , a z drugiej stro n y — d a je m o żliwość o sz ac o w an ia e w en tu aln eg o w y k o rz y sta n ia w a ru n k ó w anem ologicznych w południow ej Polsce d la p o trzeb energ etycznych. D odatkow o d o k o n a n o p o ró w n a n ia energii ś re d n ic h p rę d k o śc i w ia tru n a s ta c ja c h p o m iarow y ch i energii, j a k ą n io są ze s o b ą poryw y w ia tru , zaró w no w p rzeb ieg u rocznym , j a k i w p rz y p a d k a c h z d a rz e ń o w yjątkow ej sile. W o p ra c o w a n iu szczególną u w ag ę zw rócono n a w yjątkow o siln e w ia try (o dużej energii), p rz e d s ta w iając szczegółowe sy tu a c je sy no pty czne w a ru n k u ją c e e k stre m a ln e p rę d k o ści w ia tru . W sk azan o regiony w p o łud nio w o-w scho d niej Polsce szcze
gólnie n a ra ż o n e n a pojaw ian ie się w iatrów o dużej energii. P rzed staw io no ró w n ież s k u tk i w y stę p o w a n ia w iatró w o dużej sile.
MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE I METODY OPRACOWANIA
Do an alizy w y k o rzy stan o co godzinne p o m ia ry p ręd k o śc i w ia tru ( m - s -1), te m p e ra tu ry p o w ietrza (oC) i c iśn ie n ia atm osferycznego (hPa) z 15. stacji sy n o p ty czn y ch położonych w p o łu dn iow o-w sch o dniej Polsce z la t 2 0 0 0 - 2 0 0 4 (tab. 1).
E n e rg ia w ia tru to en e rg ia k in e ty c z n a m a s y pow ietrza, k tó ra ro śn ie z trz e cią p o tęg ą jego p ręd k o ści. Z ró w n a ń na:
— energię k in ety czn ą: E = m - v2 - 2 -1
— ró w n a n ia g a z u d oskonałego: p - V - T 1 = c o n s t
T a b e l a 1 — T a b l e 1 Ś re d n ia ro c z n a w a rto ś ć en erg ii ś r e d n ic h p rę d k o śc i i en erg ii poryw ów w ia tru
w la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4
A verage y e a r-o ld v a lu e o f en erg y o f av erag e w in d s p e e d s a n d w in d g u s t en erg y in 2 0 0 0 - 2 0 0 4
Stacja S tation
Szerokość geograficzna
Latitude
Długość geograficzna
Longitude
Wysokość [m n.p.m.]
A ltitude [m a.s.l.]
Energia średnich prędkości w iatru
[kWh - m -2]
Energy of average w ind speeds
[kWh - m -2]
E nergia porywów w iatru [kWh - m -2]
W ind g u st energy [kWh - m -2]
Bielsko-Biała 49"48' 19"00' 398 584,8 1008,1
Częstochowa 50"49' 19"06' 293 185,6 288,9
H ala
Gąsienicowa 49" 15' 20"00' 1520 541,1 2348,7
Kasprowy
Wierch 49" 14' 19"59' 1991 2713,0 7274,1
Katowice 50" 14' 19"02' 284 241,5 323,7
Kielce 50"49' 20"42' 260 332,7 344,9
Kraków 50"05' 19"48' 237 428,3 264,1
Krosno 49"41' 21"45' 282 478,6 608,9
Lesko 49"28' 2 2 2 1 ' 420 267,3 581,9
Nowy Sącz 49"37' 20"42' 295 123,7 288,2
Racibórz 50"03' 18"12' 205 503,9 304,9
Rzeszów 50"06' 22"03' 200 686,1 796,0
Sandom ierz 50"42' 21"43' 217 356,2 219,7
Tarnów 50"02' 20"59' 209 85,9 295,8
Zakopane 49" 18' 19"57' 844 55,9 267,3
— w zo ru n a m asę: m = p - V
— o raz w zo ru n a objętość: V = P - v - t gdzie:
E — energia, V — objętość, t — czas, m — m a s a , p — ciśnienie, p — g ęsto ść, v — p ręd k o ść ,
T — te m p e ra tu ra w K,
P — pole po w ierzch n i poprzecznej do k ie r u n k u w ia tru ,
o trzym u jem y ró w n a n ie n a en ergię k in ety c zn ą (E) p o w ietrza p rzepły w ają
cego przez p ro sto p a d łą do k ie ru n k u r u c h u pow ierzchnię (P), w czasie (t):
E = P0 • T0 ' P ■ V P i 2• Po • T
W ró w n a n iu ty m p0, p 0, T0, to odpow iednio: gęsto ść, c iśn ien ie i te m p e r a tu r a p o w ietrza w p ew n y ch w a r u n k a c h w zorcow ych.
Z defin iu jm y n a tę ż e n ie p o la energii kinetycznej w ia tru , ja k o ilość energii kinetycznej pow ietrza przepływającego przez je d n o s tk ę pow ierzchni p ro sto p a d łe j do k ie r u n k u w ia tru w je d n o s tc e c z asu . W tedy, dzieląc pow yższe ró w n a n ie przez Pt, otrzy m am y w zór n a n a tę ż e n ie p o la energii (S), zależnej w p ro s t od trz e c h w ielkości m ierzo n y ch n a s ta c ja c h sy n o p tycznych:
— p — c iś n ie n ia n a poziom ie sta c ji (hPa),
— T — te m p e ra tu ry p o w ietrza w yrażonej w sk a li Kelvina,
— o raz v — p rę d k o śc i w ia tru (m - s -1).
S = Po • To • P• ^ 2 Po • T
Do obliczeń użyto n a s tę p u ją c y c h w ielkości w zorcow ych p0 = 1,2928 k g -m -3, p 0 = 1 0 1 3 ,2 5 h P a, T0 = 0 oC = 2 7 3 ,1 5 K (R ules of... 1996).
U w zględniając w ielkości w zorcow e i to, że te m p e ra tu ra p o d a w a n a j e s t w oC, oraz dzieląc przez 1000 (zam ian a W n a kW) otrzym ujem y w zór n a S. (natężen ie energii w i-ty m m o m en cie obserw acji) w p o s ta c i roboczej, w k tórej w y n ik j e s t w kW - m -2 (p — c iśn ie n ie n a poziom ie sta c ji w h P a, v — p rę d k o ść w m - s -1, T — te m p e r a tu r a p o w ietrza w oC):
3
Pi• Vi S. = 0 ,0 0 0 1 7 4 2 5 5 -
273,15
+
T■
Do dyspozycji były cogodzinne p o m iary sy n o pty czn e, toteż powyższy w zór p rz e d sta w ia w p ro s t energię w kW h - m -2. P oniew aż dalej w o p ra co w an iu d o k o n yw an o s u m o w a n ia po o b se rw ac ja ch godzinnych:
s= I s,,
dlatego p o d końcow ym pojęciem energii w ia tru (S ) należy ro zum ieć energię p rzep ły w ająca przez m 2 pow ierzchn i w całym o k resie s u m o w a nia.
W pro cesie obliczeniow ym w y k o rzy stan o p ro g ra m k o m p u tero w y P ro
M et© M arK oSoft, p ra c u ją c y n a b azie d a n y c h sy n o p ty c z n y c h o p artej n a F ire b ird SQ L Server, p ozw alający w p ro sty sp o só b w y k onać p o trz e b n e obliczen ia i p rze d staw ić j e w sp o só b graficzny o raz d o k o n a ć k o rek ty b łę d n y c h d a n y c h .
W o p rac o w an iu p o rów nyw ano energię w ia tru śred n ieg o z en erg ią porywów. T a k obliczona en erg ia poryw ów j e s t w ielkością o trz y m an ą przy założeniu, że poryw trw a c a łą godzinę. N iestety, w p o m ia ra c h syno pty cz
n y c h n ie m a żadn ej in form acji o czasie trw a n ia poryw u, a j e s t o n n a p ew no k ró tsz y n iż godzina. D latego w a rto ść rzeczyw ista energii p o ry wów, z p o w od u b r a k u d a n y c h o czasie jego trw a n ia , j e s t niem ożliw a do d o k ład nego obliczenia. M ożem y j ą je d y n ie oszacow ać, z a k ła d a ją c śre d n i c z as poryw ów p rzy p a d a ją c y n a je d n ą godzinę. I ta k , jeżeli założym y, że poryw y trw a ją przez 6 m in u t w ciąg u godziny, to o trz y m an e w a rto ś ci należy podzielić przez 10, a je ś li przyjm iem y 10 m in u t n a godzinę, to n ależy je podzielić przez 6 itd. Ze w zględu n a to, że oszaco w anie c z a s u trw a n ia poryw ów m oże być su b ie k ty w n e , w o p rac o w an iu w a rto śc i e n e r gii poryw ów s ą obliczan e bez jeg o uw zględnien ia. N iezależnie od tego, w yniki m o g ą w n ieść o rie n ta c y jn ą in fo rm ację o w ielkości energii p o ry w ów w y ra ż o n ą w kW h - m -2.
W o p ra c o w a n iu obliczono energię w ia tru w całym z a k re sie jego p ręd k o śc i, czyli tzw. energię b ru tto , a ta k ż e energię poryw ów w ia tru . W przeciw ieństw ie do w ykorzystyw anej przez H. L o r e n c (1992, 1996) m eto d y o p rac o w an ia d a n y c h , n ie ogran iczan o się do o b liczan ia energii w ia tru w w y zn aczo n y ch p rze d z ia ła ch p ręd k o ści, czyli tzw. energii u ż y tecznej w ia tru . A u to rk a , w ce lu oceny z a so b ó w energii w ia tru w Polsce do e w e n tu aln e g o w y k o rz y sta n ia d la p o trz e b energety ki, o k reśliła regio
ny, w k tó ry c h b u d o w a n ie elektrow n i w iatrow ych byłoby op łacaln e. D la tego, energię obliczono jed y n ie d la p ręd k o śc i w ia tru w p rzedziale p o m ię
dzy 4 a 16 m - s -1. Przy m ały c h p rę d k o śc ia c h w ia tru b u d o w a n ie elek
tro w ni w iatro w y ch j e s t n ieo p ła ca ln e , a przy z b y t d u ży ch p rę d k o śc ia c h dochodzi do u sz k o d z e ń lu b zn isz c ze n ia u rzą d z e ń .
ŚREDNIE WARTOŚCI ENERGII WIATRU W POŁUDNIOWO-WSCHODNIEJ POLSCE
P ręd k o ść, j a k i en e rg ia w ia tru n a d d a n y m o b szarem , zależą głów ne od lo k a ln y c h w a ru n k ó w fizjograficznych. H u ra g a n o w e w ia try n a lądzie najczęściej w y s tę p u ją w zd łu ż w ybrzeży m o rs k ic h o raz w g ó rach , k tó re s ą często p o m ijan e w a n a liz a c h z uw agi b a rd z o m a łą liczbę p u n k tó w pom iarow ych przy d u ży m zró żn ico w an iu w a ru n k ó w anem ologicznych.
W iatry o m ałych prędkościach, lu b długotrw ałe cisze atm osferyczne, często w y s tę p u ją w śró d g ó rsk ic h k o tlin ac h .
W polskiej lite ra tu rz e klim atologicznej d la p o z n a n ia s tr u k tu r y i z a sobów en erg ety czn y ch w ia tru w sk a li całego k ra ju najw ięcej w niosły b a d a n ia H. L o r e n c (1991, 1992, 1996). Z d a n iem a u to rk i szczególnie za-
so b n e w en ergię w ia tru s ą w Polsce: Pobrzeże S łow ińskie — od Ś w ino
u jś c ia po R edę (1250 kW h - m -2- ro k -1); szczególnie p a s w yb rzeża m ię
dzy Ł ebą a H elem o raz Ś w in o u jściem a R ew alem (powyżej 1500 k W h - - m -2- ro k -1), S u w alszczy zn a (powyżej 1500 kW h - m -2- ro k -1), śro d k o w a W ielkopolska, p raw ie całe M azow sze, B eskid Ś lą sk i i B esk id Żywiec
ki, z w y jątk iem k o tlin śró d g ó rsk ic h , oraz Pogórze D ynow skie (powyżej 1250 kW h - m -2- ro k -1). N ajm niej uprzyw ilejow anym i p o d w zględem z a so b ów energii w ia tru s ą w yżynne regiony Polski i p o łu d n io w a część Niziny Ś ląsk iej, czyli p rze w aż a ją c a część o b s z a ru objętego nin iejszy m o p raco w an iem . H. L o r e n c (1991, 1992, 1996) n ie u w zg lędn iła w a n a lizach o b szarów powyżej 3 5 0 m n .p .m ., gdyż z w ielu w zględów n ie n a d a ją się o ne do lokalizacji elektrow ni w iatrow y ch lu b j e s t to ta m n ie op łacaln e. Najwyżej położonym i sta c ja m i m eteorologicznym i, z k tó ry c h a u to r k a w y k o rz y sta ła po m iary, były Lesko (420 m n.p .m .) i B ielsko
-B iała (398 m n .p .m .).
P od su m o w u jąc w yniki b a d a ń H. L o r e n c (1996) n a d zaso b am i e n e r
gii użytecznej w ia tru w Polsce należy stw ierdzić, że an alizo w an y w n i
n iejszym o p rac o w an iu obszar, re p re z e n to w a n y przez 15 sta c ji m ete o ro logicznych, leży p o za stre fą w ybitnie k o rz y stn ą ( L o r e n c 1996). J e d y n ie p o łu d n io w o -w sc h o d n ia część Polski, re p re z e n to w a n a przez sta c je m e te orologiczne w K ielcach, S a n d o m ie rz u , Rzeszowie, K rośnie i L esk u , z n a j
d u je się w strefie k o rzy stn ej. P o n a d połow a o b s z a ru b a d a ń a u to ró w z o s ta ła z aliczo n a przez H. L o r e n c (1996) do stref: n iek o rzy stn ej, w y
b itn ie n iek o rzy stn ej i o b szaró w w yłączonych z analizy (region górski).
W n in iejszy m o p ra c o w a n iu w y k o rzy stan o ta k ż e p o m ia ry ze sta c ji w y so kog ó rsk ich i położonych w k o tlin a c h śró d g ó rsk ich . Z n ajo m ość sk ali ob ciążeń w ia tre m w ta k ic h reg io n a ch m a d u ż e zn a cz e n ie p rak ty c zn e .
Ś re d n ią ro c z n ą s u m ę w a rto ść energii ś re d n ic h p ręd k o śc i w ia tru o raz energii poryw ów w ia tru n a poszczególnych s ta c ja c h z la t 2 0 0 0 - 2 0 0 4 p rze d staw io n o w tab e li 1.
N ajw iększą energię w ia tr osiągał n a K asprow ym W ierch u (odpowied
nio 2 7 1 3 ,0 i 72 7 4 ,1 kW h - m -2). P o n a d trz y k ro tn ie m n iejsze w a rto śc i energii w ia tru w ystępow ały w B ielsku-B iałej i Rzeszowie. Ś re d n ia ro c z n a s u m a en e rg ia w ia tru , w p rz y p a d k u ś re d n ic h jego p ręd k o śc i b ą d ź p o ry wów, przek ro czy ła 5 0 0 kW h - m -2 ta k ż e n a s ta c ja c h w Rzeszowie, R aci
b o rz u i n a H ali G ąsienicow ej. Z decydow anie n a jm n ie jsz ą energię m iał w ia tr w b a d a n y m ok resie w Z a k o p a n e m (55,9 o raz 2 6 7 ,3 kW h - m -2) o raz T arn o w ie i w Nowym S ą c z u (tab. 1).
P o ró w n u jąc energię w ia tru obliczoną ze ś re d n ic h jego p ręd k o śc i z w arto ściam i, k tó re u z y sk an o uw zględniając porywy, stw ierdzono zdecy
d o w a n ą przew agę energii ty c h d ru g ic h , n a s ta c ja c h położonych p o n a d 2 8 0 m n .p .m .: n a K asprow ym W ierchu , H ali G ąsienicow ej, w Z a k o p a
n e m , L esk u , B ielsku-B iałej, K rośnie, C zęstochow ie, Nowym S ą c z u i K a
tow icach, j a k ró w n ież n a s ta c ja c h w T arnow ie i S a n d o m ie rz u , ch o ciaż położone s ą on e n a niższy ch w y so k o śc ia c h (tab. 1). N a p o zo stały ch s ta c ja c h w iększe w a rto śc i o sią g a en e rg ia w iatró w zw iązan y ch ze ś re d nim i jeg o p rę d k o śc ia m i n iż poryw am i (tab. 1).
A n alizu jąc p rzeb ieg ro czn y ś re d n ic h m ie się c z n y ch s u m w a rto śc i energii w ia tru z w ra c a u w ag ę n a w sz y stk ic h s ta c ja c h w y ra ź n a sezo n o w ość (ryc. 1). N ajw iększe w a rto śc i energii w ia tru w ystępow ały w p ó łro czu ch łodn y m , od p a ź d z ie rn ik a do m a rc a . Z decydow anie m n ie jsz ą e n e r gią c h a ra k te ry z u ją się w ia try w iejące w ciepłej połowie ro k u . M iesiącem , w k tó ry m en e rg ia w ia tru b y ła n a jm n ie js z a był sie rp ie ń , rzadziej lipiec, sie rp ie ń , czerw iec lu b w rz e sie ń (ryc. 1).
W arto ść en erg ii w ia tr u z w ią z a n a z p o ry w am i m a zd ecy d o w an ie najw iększy u d z ia ł w pó łroczu zim ow ym . Szczególnie j e s t to w idoczne n a ry cin a ch , n a k tó ry c h p rze d staw io n o energię w ia tru w B ie lsk u Białej, n a H ali G ąsienicow ej i n a K asprow ym W ierchu. Z uw agi n a s u m y ś re d n ic h m iesięczn y ch w a rto śc i n a ty c h sta c ja c h , p rze k ra cz a ją c e 150 kW h - m -2, ko n ieczn e było z a sto so w a n ie inn ej sk a li n a trz e c h o s ta tn ic h w y k re sa c h (ryc. 1).
WIATRY O BARDZO D U ŻEJ ENERGII
W POŁUDNIOWO-WSCHODNIEJ POLSCE W LATACH 2 0 0 0 - 2 0 0 4 Szczególnie n ieb ezpieczne d la życia i gospodarczej d ziałaln o ści człow ieka s ą p rzy p a d k i w y stę p o w a n ia w iatró w o b a rd z o dużej energii. W w ięk szo
ści ich w y stą p ie n ie j e s t m ożliw e do przew idzenia. B iu ra Prognoz M ete
orologicznych o strzeg ają poprzez śro d k i m asow ego p rz e k a z u o n a d c ią g a ją c y c h w ic h u ra c h .
P ręd k o ść w ia tru , a ty m sa m y m jego energia, w pływ ają n a w a rto ść c iśn ie n ia dynam iczn eg o w ia tru , przyczyniającego się do tzw. o b ciążen ia w ia tre m w szelk ich k o n s tru k c ji w zn o szący ch się n a d p o w ierzch nię g r u n tu . B u d y n k i, k om iny, a szczególnie w ysokie m a s z ty rad iow e i telew izyj
ne, a n te n y telefonii kom órk o w ych o raz linie en ergety czn e w in n y być b u d o w a n e z u w zg lędn ien iem m ożliw ości w yn ik ający ch z dużego p raw d o p o d o b ie ń stw a p o jaw ien ia się w iatró w o znaczn ej p ręd k o śc i. J a k s tw ie r
d za H. L o r e n c (1996), d la p ro je k tan tó w i inżynierów w ażn e s ą in fo rm a cje o spodziew anej p ręd k o śc i w ia tru , t a k ab y ograniczyć ryzyko zw iązane z a w a rią lu b zn iszczen iem k o n s tru k c ji o raz o p rz e s trz e n n y m zró żnico w a n iu o b ciążeniem w iatrem .
A n alizu jąc e k s tre m a ln e p rzy p a d k i w iatró w o dużej energii, k tó re w y stąp iły w la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4 w y k o rzystano, p o d o b n ie j a k w p o p rze d
n im rozdziale, zarów no energię ś re d n ic h pręd k o ści, j a k i energię w iatrów w y n ik a ją c ą z ich porywów. K om pleksow e p o z n a n ie czaso w o -p rzestrzen - nego ro z k ła d u energii w ia tru w południow o -w scho dn iej Polsce n a p o d staw ie d a n y c h z o k re s u pięcioletniego, p rzy n ajm n iej częściow o pozwoli u z u p e łn ić w iedzę o w a r u n k a c h anem olo giczn ych w ty m rejonie k ra ju .
W połu dn io w o -w sch o dn iej Polsce w la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4 w ia tr o m a k sym alnej energii poryw ów w ystąpił n a K asprow ym W ierch u 11 p a ź d z ie r
n ik a 2 0 0 0 r. O bliczona w a rto ść w y no siła a ż 4 2 5 ,2 kW h - m -2, przy ś re d niej energii w ia tru w ty m d n iu rów nej 7 1 ,5 kW h - m -2. R ekord, w p rzy
p a d k u śred n iej energii w ia tru , rów nież należy do K asprow ego W ierchu . 2 9 sty c z n ia 2 0 0 2 r. ś re d n ia en e rg ia w ia tru w y n o siła 8 3 ,9 kW h- m -2, przy energii poryw ów tylko o p o n a d 16 kW h - m -2 m niejszej od m a k s im u m z 11 p a ź d z ie rn ik a 2 0 0 0 r. (408,9 kW h - m -2). W arto po d k reślić, że z d a n ie m H. L o r e n c (1996) u k ła d p a s m g ó rsk ic h w okół sta c ji n a K asp ro w ym W ierch u pow oduje z a b u rz e n ia aero d y n am iczn e w sw obodnym p rze
pływie m a s pow ietrza. Z n ie k sz ta łc e n iu u leg a ją zarów no p ręd k o śc i, j a k i k ie ru n k i w ia tru . Z d a n ie m a u to rk i, o b serw u je się pew nego ro d z a ju „in
w e rsję ” w iatro w ą n a w ysokości K asprow ego W ie rch u ( L o r e n c 1996).
Z tego w y nika, że p rze d staw io n e e k s tre m a ln e w a rto śc i energii w ia tru , obliczone n a p o d sta w ie d a n y c h z W ysokogórskiego O b se rw a to riu m n a K asprow ym W ierchu, w p rzy p ad k u sąsied n ich szczytów ta trz a ń sk ic h m ogą o sią g n ą ć jesz c ze w iększe w arto ści.
W an alizo w an y m pięcioleciu n a K asprow ym W ierch u w iatry o w y jąt
kowo dużej energii (po nad 2 7 0 kW h - m -2 — w p rz y p a d k u energii p o ry w ów i p o n a d 55 kW h - m -2 — w p rz y p a d k u energii ś re d n ic h porywów) pojaw iały się n ajczęściej w 2 0 0 2 r.: trzy raz y w sty c z n iu (2, 2 7 i 29), 2 8 p a ź d z ie rn ik a (tab. 2) o raz 15 i 16 listo p a d a . Z d a n y c h z tej stacji w y n ik a, że p rz y p a d e k h u ra g a n o w y c h w iatró w w y stę p u ją c y c h w Polsce w listo p ad zie 2 0 0 4 r. n ie n ależał do w yjątkow ych, choć z a n o to w a n a p rę d k o ść w ia tru z 18 n a 19 lis to p a d a d och o d ziła n a K asprow ym W ier
c h u do 140 k m - h -1 (38,9 m - s -1).
S k u tk ie m w y stę p o w a n ia w iatró w o t a k dużej sile m o gą być w y pad ki śm ie rte ln e w śró d tu ry s tó w p rzebyw ający ch w ty m czasie w T a tra c h . Człowiek często n ie j e s t w s ta n ie u trz y m a ć się, a ty m bard ziej p o r u szać, p o d c z as n a p ie rają c eg o n a niego w ia tru , k tó ry dodatkow o u tr u d n ia oddychanie. H u rag an o w e w iatry, w y stęp u jące najczęściej w o kresie zim o
w ym , przy czy niają się do u tr a ty ciep ła w organizm ie. Z w iększają s k ło n n o ść do o d m rożeń. W yw iew ając w y s tę p u ją c ą w tej porze ro k u pokryw ę śn ie ż n ą przy czyn iają się do z a sy p y w a n ia szlaków , tw o rze n ia się z a sp i naw isów śn ieżny ch . Silny w ia tr pow oduje h a ła s , k tó ry m oże przyczynić się rów nież do w yw o łan ia law in śnieżn y ch .
T a b e l a 2 — T a b l e 2 E n e rg ia w ia tru w w y b ra n y c h d n ia c h z siln y m w ia tre m w południow o-w schodniej
P olsce w la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4
E n e rg y o f w in d o n c h o s e n d a y s w ith stro n g w in d in s o u th - e a s te r n P o lan d in th e p erio d 2 0 0 0 - 2 0 0 4
S ta c ja S ta tio n
E n e rg ia ś re d n ic h p ręd k o ści w ia tru [kWh - m -2]
E n erg y of average w in d sp e e d s [kWh - m -2]
E n e rg ia poryw ów w ia tru [kWh - m -2]
W ind g u s t energy [kWh - m -2]
2 sty c z n ia 20 0 2 ro k
C zęstochow a 11,4 4 0 ,5
K asprow y W ierch 6 1 ,8 2 7 3 ,8
Kielce 13,4 48,1
K raków 19,5 3 5 ,0
K rosno 13,4 3 4 ,0
Nowy Sącz 7 ,8 4 3 ,5
R acibórz 25 ,8 57 ,7
S an d o m ierz 14,7 29 ,0
27 sty c z n ia 2 0 0 2 ro k u
K asprow y W ierch 58,9 302,2
K atow ice 7,9 3 0 ,5
K rosno 9,2 27 ,0
Lesko 7 ,5 4 4 ,7
Rzeszów 21 ,8 28 ,5
28 sty c z n ia 2 0 0 2 ro k u
K raków 14,7 32 ,0
29 sty c z n ia 2 0 0 2 ro k u
K asprow y W ierch 83 ,9 4 0 8 ,9
Kielce 9 ,8 24 ,8
K raków 15,7 15,1
S an d o m ierz 10,6 3 0 ,4
T arnów 1,6 18,4
7 m a r c a 20 0 2 ro k u
K atow ice 9 ,0 36 ,2
Kielce 15,1 51,1
K raków 28 ,5 63,2
K rosno 13,3 36 ,2
Lesko 7 ,4 4 6 ,6
Nowy Sącz 11,0 47 ,9
R acibórz 18,6 37 ,2
Rzeszów 22 ,6 63 ,4
S an d o m ierz 11,6 3 5 ,5
T arnów 1,3 12,9
Z ak o p an e 2,4 29,2
28 p a ź d z ie rn ik a 20 0 2 ro k
C zęstochow a 8 ,0 63 ,5
K asprow y W ierch 3 ,5 3 6 0 ,8
K atow ice 6 ,7 45 ,2
T a b e l a 2 c d . — T a b l e 2 c o n t .
1 2 3
Kielce 11,0 67,3
K raków 35,1 7 8 ,8 3
K rosno 12,4 64 ,5
Lesko 10,2 70,1
Nowy S ącz 10,9 66,2
Rzeszów 3 5 ,5 149,5
S an d o m ierz 8,9 12,2
T arnów 1,4 32,1
Z a k o p an e 2,2 3,1
18 lis to p a d a 2 0 0 4 ro k u
K atow ice 6 ,0 15,3
Kielce 10,3 2 6 ,4
K raków 16,8 2 7 ,4
Nowy S ącz 5,2 12,5
19 lis to p a d a 2 0 0 4 ro k u
C zęstochow a 6,2 25 ,3
K rosno 15,8 51,3
Lesko 8,2 4 0 ,8
Nowy S ącz 5,9 27 ,3
R acibórz 21 ,9 55 ,0
S an d o m ierz 8,9 3 0 ,6
T arnów 1,5 17,7
23 lis to p a d a 2 0 0 4 ro k u
C zęstochow a 6 ,7 28 ,9
K raków 18,0 14,4
R acibórz 16,3 3 5 ,6
2 4 lis to p a d a 2 0 0 4 ro k u
C zęstochow a 10,0 2 3 ,8
Nowy S ącz 7,1 3 2 ,8
R acibórz 20 ,2 2 8 ,5
S an d o m ierz 10,6 2 4 ,4
T arnów 1,8 9 ,0
D ru g ą, po K asprow ym W ierchu , s ta c ją m eteo ro log iczną uw zględnio
n ą w n in iejszy m o p rac o w an iu , n a której w y stąp ił w yjątkow o silny w ia tr było B ielsko-B iała. E n e rg ia w ia tru b y ła ta m je d n a k zdecydow anie n iższ a n iż n a K asprow ym W ierchu. 15 lis to p a d a 2 0 0 2 r. w y n o siła 3 0 ,7 kW h •
• m -2 — w p rz y p a d k u ś re d n ic h p rę d k o śc i i 170,5 kW h • m -2 — w p rzy
p a d k u po ry w ów w ia tr u , i n ieco w ięcej 16 lis to p a d a ; o d p o w ied n io 3 3 ,0 kW h • m -2 i 1 77,4 kW h • m -2. D a ty te z o stały j u ż w ym ienione przy an alizie e k s tre m a ln y c h energii w ia tru n a K asprow ym W ierch u . W arto w ięc zwrócić uw ag ę n a w ielkość o b sz aru , k tó ry naw iedziły w ty ch d n iac h siln e w iatry. 15 i 16 lis to p a d a w ia tr o w yjątkow o dużej energii w ystę-
pow ał w T a tra c h (Kasprow y W ierch, H a la G ąsienicow a), n a P o d h a lu (Zakopane) i w B eskidzie Ś lą sk im (Bielsko-Biała). Przyczyną t a k silnego w ia tru w ty m regionie były zja w isk a fenow e. W y stę p u ją c a w ty m czasie s y tu a c ja sy n o p ty c z n a (ryc. 2) pow odow ała n ap ły w m a s po w ietrza z p o łudniow ego z a c h o d u , k tó re po p rze k ro c ze n iu b a rie ry górskiej, z su w a ją c się po s to k a c h n a północ, zw iększały sw oją energię. T ak ie siln e p o d m u ch y w ia tru h a ln e g o przy czyn iają się do w z ro stu te m p e ra tu ry p o w ietrza i s p a d k u jego w ilgotności. W chłodnej połowie ro k u p o w o d u ją n ag łe to p n ie n ie pokryw y śn ieżn ej, przyczyniają się do lo k aln y c h p o d to p ień , czy n a w e t powodzi. S iln e w ia try h a ln e s ą rów n ież n ie k o rz y stn e d la sa m o p o c z u c ia człow ieka, szczególnie m eteo ro p ató w , do k tó ry c h zalicza się praw ie 60% lu d n o śc i. P o w odują m .in . obniżenie sp ra w n o śc i p sy c h o fizycznej, przy czy n iają się do d u ż y c h n a p ię ć nerw ow ych, n a s ile n ia o b ja w ów cho robow ych (kardiologicznych, psy ch iczn y ch , reu m aty czn y ch ).
Nie tylko w ia tr h a ln y p rzyczynia się do w y stę p o w a n ia n a K a sp ro w ym W ie rch u i w B ielsku-B iałej w iatró w o dużej energii. W sty c z n iu 2 0 0 2 r. b a rd z o silne w iatry pojaw iły się w południow o-w schodniej Polsce dw uk ro tnie: 2 o raz od 2 7 do 2 9 stycznia. Sw oim zasięgiem objęły znacz-
R y c. 2 . S y t u a c j a s y n o p ty c z n a 1 5 .1 1 .2 0 0 2 r., w i a tr fe n o w y w p ó łn o c n e j c z ę ś c i K a r p a t Fig. 2 . S y n o p tic s i t u a t i o n o n 1 5 .1 1 .2 0 0 2 , fo e h n in t h e n o r t h e r n C a r p a t h i a n s
n y obszar. W iatry o b a rd z o dużej energii w ystępow ały w tedy n a 5 0 -6 0 % an alizo w a n y ch sta c ji (tab. 2).
2 8 p a ź d z ie rn ik a 2 0 0 2 r. pogodę n a d p o łu d n io w o -w sc h o d n ią P o lsk ą kształto w ał głęboki o śro d e k niskiego c iśn ie n ia z c e n tru m n a d B ałtykiem (ryc. 3). T ak i u k ła d c iśn ie n ia w a ru n k o w a ł adw ekcję m a s y po w ietrza 0 zn acznej chw iejności z p ółnocnego z a c h o d u . W y stęp u jący w ty m d n iu w ia tr osiągał rek o rd o w ą energię m .in. n a w ielu s ta c ja c h położonych w c e n tra c h d u ży ch m ia s t C zęstochow ie, K atow icach, K ielcach, K rak o wie, K rośnie, Nowym S ą c z u , Rzeszowie i T arn ow ie (tab. 2). N a w sz y st
k ic h w ym ien io ny ch s ta c ja c h w y stąp iły najw yższe w a rto śc i energii p o ryw ów w ia tr u w cały m a n a lizo w a n y m pięcioleciu. Aż w d w u n a s tu , z p ię tn a s tu an alizo w a n y ch stacji, z a n o to w an o rekordow o siln e w iatry.
M niejszą en ergię m iały je d y n ie n a H ali G ąsienicow ej, w B ielsku-B iałej 1 R aciborzu. W ystąpien ie ta k siln y ch w iatró w w o b sz a ra c h zu rb a n izo w a n y c h po w oduje o g ro m ne szkody gospodarcze.
P o d o b n a s y tu a c ja m eteorologiczna j a k 2 8 p a ź d z ie rn ik a 2 0 0 2 r. m ia ła m iejsce w p o łud n iow o -w sch od niej Polsce 7 m a r c a 2 0 0 2 r. (tab. 2).
R ów nież w ty m d n iu P o lsk a z n a jd o w ała się p o d w pływ em głębokiego
R y c. 3 . S y tu a c ja s y n o p ty c z n a 2 8 .1 0 .2 0 0 2 r., g łę b o k i n iż n a d p ó łn o c n ą E u r o p ą F ig. 3 . S y n o p tic s i t u a t i o n o n 2 8 .1 0 .2 0 0 2 , d e e p lo w o v e r n o r t h e r n E u r o p e
n iż u z n a d B ałty k u , przy czym n a p ły w a ją c a ch w ie jn a i w ilg o tn a m a s a po w ietrza m ia ła ty m ra z e m bard ziej w y ra ź n ą sk ła d o w ą z a c h o d n ią .
J a k w y n ik a z p rze d staw io n y c h w arto ści, ro k 2 0 0 2 n ależał do w y ją t
kow ych p o d w zględem energii w ia tru . K ilkak rotnie w cią g u tego ro k u , pojaw iały się n a d p o łu d n io w o -w sc h o d n ią częścią Polski w yjątkow o siln e w iatry. W cały m a n alizo w an y m pięcioleciu m o ż n a jesz c ze w sk a z a ć n a in n e p rzy p ad k i, m .in . 2 4 - 2 5 g ru d n ia 200 1 r., 6, 13, 14 i 21 g ru d n ia 2 0 0 3 r. czy w s p o m in a n ą j u ż w ic h u rę z lis to p a d a 2 0 0 4 r. We w sz y stk ic h w y m ieniony ch d n ia c h pogodę k ształto w ał głęboki niż, p o w o du jący a d w ekcję m a s p o w ietrza z północy lu b z a c h o d u , albo s y tu a c ja sy n o ptycz
n a sp rz y ja ją c a p o w sta w a n iu w ia tru halnego. W ty m pierw szym p rzy p a d k u siln e w ia try objęły cały, lu b p raw ie cały reg io n p o łu d n io w o -w sch o d niej Polski, w d ru g im — pojaw iały się je d y n ie w T a tra c h , n a P o d h a lu i B eskidzie Ś ląsk im .
Pięcioletni o k re s b a d a ń j e s t zb y t k ró tk i, a b y w y su w ać w n io sk i o d n o ś n ie w z ra sta ją c e j często ści p o jaw ia n ia się w iatró w o dużej energii.
W arto je d n a k zwrócić uw agę, że po rek o rd o w y m 2 0 0 2 r., zaledw ie po dw óch la ta c h w y stąpiły w Polsce ponow nie h u ra g a n o w e w iatry, k tó re objęły cały k raj ( U n t o n - P y z i o ł e k 2005). W listo padzie 2 0 0 4 r. siln e w ia try pojaw iły się d w u k ro tn ie: 1 8 - 1 9 o raz 2 3 - 2 4 lis to p a d a (tab. 2).
Przyczyniły się do śm ierci sie d m iu osób, a sied em in n y c h zo stało ciężko ra n n y c h . N ajw iększe s tr a ty m a te ria ln e były w p ółnocnej części Polski, choć ró w n ież w K rakow ie poryw isty w iatr, któ rego en e rg ia w y no siła 18 lis to p a d a 2 7 ,4 kW h • m -2, po łam ał liczne drzew a, uszko d ził tra k c ję tra m w a jo w ą p o w o d u jąc w strz y m a n ie r u c h u w c e n tru m m ia s ta n a p o n a d 2 ,5 godziny. Szczególnie n iebezp ieczne były p o ry w an e p rzez w ia tr sp a d a ją c e gzym sy, rek lam y , b la c h y z elew acji i dachów . Z e rw a n a sieć e le k try c z n a sp o w o d o w ała k ilk u g o d z in n ą p rzerw ę w d o sta w ie p r ą d u w n ie k tó ry c h re jo n a c h m ia s ta . N a d ro g ac h w ylotow ych siln e p o d m u c h y w ia tru spy ch ały z drogi sam ochody. N a wiele sam o ch o d ó w wywróciły się drzew a lu b sp a d ły pojedyncze k o n a ry u s z k a d z a ją c je . W n iek tó ry ch reg io n a ch Polski nie u s u n ię to jesz c ze w sz y stk ic h szkód, gdy po czterech d n ia c h pon o w n ie w y stąp ił siln y w iatr.
P rzed staw io n e p rzy p a d k i w iatró w o dużej energii ogran iczały się jed y n ie do chłodnej połowy ro k u , od p aź d zie rn ik a do m a rc a . Z przebiegu ś re d n ic h m iesięczn y ch w a rto śc i energii (ryc. 1) m oże w y nik ać, że w cie
płej połowie r o k u n ie w ystępow ały e k s tre m a ln ie siln e w iatry. N iestety, n a p o d sta w ie d o stę p n y c h d a n y c h m eteorologicznych, tru d n o j e s t o k re ślić n ie tylko energię, ale i p rę d k o ść w iatró w zw iązan y ch z letn im i burzam i.
B urze, p o d c z as k tó ry c h w y s tę p u ją siln e poryw y w ia tru a c z ase m trą b y powietrzne, s ą zjaw iskiem lokalnym . W la ta c h 1 9 6 1 -1 9 9 5 n a żadnej polskiej sta c ji m eteorologicznej n ie o d n o to w an o w y stą p ie n ia trą b y po-
w ietrznej ( L o r e n c 1996). G dyby je d n a k pojaw iła się o n a w pobliżu p u n k t u pom iarow ego, z p e w n o śc ią przy rząd y m eteorologiczne uległyby zn iszczen iu . Z e b ra n e przez H. L o r e n c (1996) m a te ria ły o raz p u b lik a cje klim atologiczne ( B u d z i s z e w s k a 1960, 1961; G u m i ń s k i 1936;
M a l i c k i 1963; M i c h a l c z e w s k i 1953; M o r a w s k a 1959, 1961;
P a r c z e w s k i , K l u ź n i a k 1959; R a f a ł o w s k i 1958; S a l a m o n i k 1960, 1961) pozw alają, ch o ćb y częściow o, p rzeanalizow ać w y stępo w anie w Polsce trą b pow ietrznych.
S z a c o w a n a p rzez klim atologów p rę d k o ść w ia tru w w irze trą b y p o w ietrznej w yn o si od 50 do 150 m - s -1 (1 8 0 -5 4 0 k m • h -1). P rzeciętnie w Polsce w ciągu je d n e g o r o k u m oże pojaw ić się około 4 trą b pow ietrz
n y c h ( L o r e n c 1996). Z d a n ie m H. L o r e n c (1996), najczęściej zjaw i
sk o to w ystępow ało w la ta c h 1 9 7 9 -1 9 8 8 w w yżynnej części k r a ju oraz w M ałopolsce.
W la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 3 n a te re n ie całego k ra ju 11 razy w ystąpiło zjaw isko trą b pow ietrznych. T rą b y pow ietrzne najczęściej w ystępow ały w strefie aktyw nego fro n tu chłodnego, w ob szarze strefy zb ieżno ści w ia tru lu b w tó rn eg o fro n tu chłodnego, ale ta k ż e w tedy, gdy P o lsk a z n a jd o w ała się ob szarze rozległych u k ład ó w w ysokiego c iśn ie n ia ( B ą k o w s k i , B i e - l e c - B ą k o w s k a 20 0 5; ryc. 4). Z jaw isko to, z racji niezw ykłej d y n a m i
ki rozw oju, j e s t w z a sa d z ie n ieprognozow alne.
R y c. 4 . S y tu a c ja s y n o p ty c z n a 0 9 .0 6 .2 0 0 3 r., t r ą b a p o w ie tr z n a n a d p o łu d n io w ą P o ls k ą F ig. 4 . S y n o p tic s i t u a t i o n o n 0 9 .0 6 .2 0 0 3 , l a n d s p o u t in s o u t h e r n P o la n d
PODSUMOWANIE I WNIOSKI
W polskiej litera tu rz e klim atologicznej sto su n k o w o rzadk o p o ru sz a n y j e s t p ro b le m w y stę p o w a n ia w iatró w o dużej energii. W n ajb liższy ch la ta c h w E u ro p ie Środkow ej m ożem y spodziew ać się w z ro stu częstości po jaw ia
n ia się w iatró w o dużej p ręd k o ści. N a p o d sta w ie je d y n ie pięcioletniej serii p o m iaró w m eteorologicznych tru d n o j e s t w y su w ać dalek o id ące w n io sk i o te n d e n c ji w y stę p o w a n ia w iatró w o dużej energii. Niem niej je d n a k , tylko w la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4 , ta k ic h e k s tre m a ln y c h p rzy p ad k ó w
było k ilk a n a ście .
W y k o rz y stan a m e to d a o b liczan ia energii w ia tru zarów n o ś re d n ic h p ręd k o ści, j a k rów n ież poryw ów w ia tru , o k a z ała się p rz y d a tn a w celu o k reśle n ia praw idłow ości w p rz e strz e n n y m i sezonow ym zró żn ico w an iu w a ru n k ó w anem o lo giczn y ch w p o łudniow o -w scho dn iej Polsce. P rz e d s ta w ione e k s tre m a ln e w a rto śc i energii w ia tru pozw alają o rien tacy jn ie o sz a cow ać s k u tk i, ja k ie m oże pow odow ać ta k i w iatr. W celu o k re śle n ia m ożliw ości w y k o rz y sta n ia zaso b ó w w ia tru d la p o trz e b energ ety czn y ch znacznie lep sza j e s t m eto d a z a sto so w a n a przez H. L o r e n c (1991, 1992,
1996).
E n e rg ia w ia tru , i to zarów no ś re d n ic h jego p ręd k o śc i, j a k i p o ry wów, zależy od lo k aln y c h w a ru n k ó w . S iln e w ia try częściej w y s tę p u ją n a o b sz a ra c h g ó rsk ich n iż w o słoniętych, śró d g ó rsk ic h k o tlin ac h . Choć w n i
n iejszym o p rac o w an iu w y k o rzy stan o d a n e z 15 sta c ji m eteorologicznych to tru d n o j e s t szczegółowo określić p rz e s trz e n n e zróżnicow anie w a r u n ków anem ologicznych. D u ż a część o b s z a ru b a d a ń , k tó ra j e s t po ło żo na powyżej 4 0 0 m n .p .m . i zró żn ico w an a topograficznie, j e s t re p re z e n to w a n a je d y n ie przez sta c je w Z a k o p a n em , n a H ali G ąsienicow ej i K a sp ro w ym W ierch u . Te trzy sta c je n ie s ą re p re z e n ta ty w n e d la ta k dużego o b sz a ru . Dwie pierw sze położone s ą w kotlinie, n a to m ia s t n a K a sp ro w ym W ie rch u z a z n a c z a się tzw. „inw ersja w iatrow a" ( L o r e n c 1996).
W la ta c h 2 0 0 0 - 2 0 0 4 w połud nio w o-w scho d niej części Polski n a j
w ięk szą energię m iał w ia tr w y stę p u ją c y n a K asprow ym W ierch u. Z decy
d ow anie m n ie jsz ą en e rg ią ch a ra k te ry z o w a ły się w ia try w iejące w Biel
sk u -B iałej, Rzeszowie, L esk u , K ro śnie i R aciborzu. N ajm n iejszą en erg ią m iały w ia try w T arno w ie i Nowym S ą c z u o raz sto su n k o w o m a łą w Z a k o p a n e m . S pow odow ane j e s t to w a ru n k a m i orograficznym i. M iasta te położone s ą w k o tlin a c h śró d g ó rsk ic h , k tó re o sło n ięte s ą przed silnym i w ia tra m i p rzez p a s m a g ó rskie o p rzeb ieg u w s c h ó d -z a c h ó d .
N a o b s z a ra c h położonych powyżej 2 8 0 m n .p .m ., rep re z en to w a n y c h przez sta c je n a K asprow ym W ierch u , H ali G ąsienicow ej, w Z a k o p a n em , L esk u, B ielsku-B iałej, K rośnie, C zęstochow ie, Nowym S ą c z u i K atow i
ca ch , w yraźn ie z a z n a c z a się przew ag a energii zw iązanej z poryw am i.
T a k ą praw idłow ość stw ierdzono te ż n a sta c ji w T arnow ie i S a n d o m ie rzu , co w in n o być u w zg lęd n ian e m .in . w p la n o w a n iu p rze strz e n n y m . N a p o zo sta ły ch s ta c ja c h ś re d n ie p ięcioletnie w a rto śc i energii w ia tru s ą z n a c z n ie w iększe w p rz y p a d k u ś re d n ic h jego p ręd k o ści, n ie z a ś w p rz y p a d k u porywów.
S tw ierdzono w y ra ź n ą sezonow ość rocznego p rzeb ieg u ś re d n ic h m ie
sięczn y ch w a rto śc i energii w ia tru n a w sz y stk ic h an alizo w a n y ch s ta cjach. Z n a c zn ie w ię k szą en e rg ią c h a ra k te ry z u ją się w ia try w y stę p u ją c e w chłodnej połowie ro k u (p aźd ziern ik -m arzec) n iż w ciepłej (kw iecień
-w rze sień ). M iesiącem , w k tó ry m e n e rg ia w ia tru j e s t n a jm n ie js z a j e s t sierp ień .
P rzypad ki w yjątkow o siln y ch w iatrów , k tó ry c h s k u tk ie m były b ard zo d u ż e szkody w go sp o d arce, i k tó re spow odow ały w y p ad k i śm ie rte ln e , w ystępow ały najczęściej w 2 0 0 2 i 2 0 0 4 ro k u : w sty c z n iu , p aź d zie rn ik u , listo p ad zie i g ru d n iu . T ru d n o j e s t całkow icie zabezpieczyć się przez ew e n tu aln y m pojaw ieniem się h u ra g a n o w y c h w iatrów , choć ich pojaw ie
n ie m o ż n a często przew idzieć. J u ż n a poziom ie p ro jek to w an ia b u d y n k ó w i ró żn y ch k o n s tru k c ji b u d o w la n y c h m o ż n a uw zględnić ob ciążenie d y n a m iczn e w iatrem .
W iatry o b a rd z o dużej energii pojaw iające się w połu d niow o -w scho d
niej Polsce, zw iązane s ą z szybko p rzem ieszczającym i się z z a c h o d u n a w sc h ó d , najczęściej przez o b sz a r B ałty k u , głębokim i o śro d k a m i niżow y
m i lu b z p o jaw ien iem się zjaw isk fenow ych. W pierw szym p rz y p a d k u , w ia try o dużej energii o b e jm u ją zwykle sw ym zasięg iem cały an alizo w a
n y o b sz a r b a d a ń , w d ru g im — o g ran iczają się do o b s z a ru T a tr, P o d h a la i B e sk id u Śląskiego. Szczególnie g ro źna j e s t w te d y energia poryw ów w ia tru .
W iatry o dużej energii m ogą pojaw iać się nie tylko w chłodnej połowie ro k u . B ra k d a n y c h m eteorologicznych u n iem o żliw ia a n alizę energii j a k ą n io są ze so b ą trą b y pow ietrzn e, k tó ry c h w ystęp o w an ie w p ołudniow o- w s c h o d n ie j Polsce n ależy do n a jc z ę stsz y c h w k ra ju .
U n iw e rsy te t Ja g ie llo ń s k i
I n s ty tu t G eografii i G o sp o d ark i P rzestrzen n ej Z a k ła d K lim atologii
u l. G ro n o stajo w a 7, 3 0 -3 8 7 K raków e-m ail: k .p io tro w icz@ ip h ils.u j.ed u .p l
IMiGW, O ddział w K rakow ie Z a k ła d Prognoz M eteorologicznych u l. P. Borow ego 14, 3 0 -2 1 5 K raków
e-m ail: rafal_bakow ski@ im gw .pl; m arek_kozlow ski@ im gw .pl
LITERATURA
B ą k o w s k i R., B i e l e c - B ą k o w s k a Z ., 2 0 0 5 , A n a liz a w y b r a n y c h p r z y p a d k ó w w y s tą p ie n ia g ro ź n y c h z ja w i s k a tm o s fe r y c z n y c h w Polsce w o sta tn ic h la ta ch , III K onfe
re n c ja „ E k stre m a ln e Z jaw isk a H ydrologiczne i M eteorologiczne", W arszaw a, w d ru k u . B u d z i s z e w s k a E ., 1 9 6 0 , M e te o ro lo g ic zn e w a r u n k i w y s t ą p i e n i a h u r a g a n u w d n .
2 0 .0 5 .1 9 6 0 r., G a z e ta O b s e rw a to ra PIHM 13, 9.
B u d z i s z e w s k a E ., 1961, H u ra g a n w okolicy S o c h a c ze w a , G a z e ta O b se rw a to ra PIHM 14, 10.
C o r n f o r d S.G ., 2 0 0 2 , H u m a n a n d econom ic im p a c ts o f w e a th e r e v e n ts in 2 0 0 1 , WMO B u lletin 51.
D e g i r m e n d z i ć J . , K o ż u c h o w s k i K., Z m u d z k a E ., 2 0 0 4 , C h a n g es o f a ir te m p e rature a n d p recip ita tio n in P oland in th e p e rio d 1 9 5 1 -2 0 0 0 a n d th eir rela tio n sh ip to atm o sp h eric circulation, In te rn a tio n a l J o u r n a l o f C lim atology 24.
G u m i ń s k i R., 1936, T rą b a p o w ie trza p o d L ublinem w d n iu 2 0 lipca 1931 r., W iadom o
śc i M eteorologiczne i H ydrologiczne 16, 7 - 9 .
K ł y s i k K., 1 9 9 3 , R o la s iln y c h w y ż ó w i g łę b o k ic h n iż ó w w k s z ta łt o w a n iu w a r u n k ó w te r m ic z n y c h o k r e s u z im o w e g o w E u ro p ie Ś r o d k o w e j [w:] M a te ria ły k o n fe r e n c y jn e
„W spółczesne b a d a n ia klim atologiczne", red . B. K raw czyk, K. Błażejczyk, IGiPZ PAN, W arszaw a, 2 3 .
K n i p p e r t z P., U l b r i c h U., S p e t h P., 2 0 0 0 , C h a n g in g c y c lo n e s a n d s u r fa c e w in d s p e e d s o ver th e N o rth A tla n tic a n d E u ro p e in a tr a n s ie n t GHG exp erim en t, C lim ate R e s e a rc h 15.
K o ż u c h o w s k i K., Z m u d z k a E ., 2 0 0 1 , O cieplenie w Polsce: s k a la i ro z k ła d se z o n o w y z m ia n te m p e ra tu ry p o w ie tr z a w drugiej p o ło w ie X X w ie k u , P rzegl. Geofiz. 1 -2 . L e c k e b u s c h G .C ., U l b r i c h U ., 2 0 0 4 , O n th e r e la tio n s h ip b e tw e e n c y c lo n e s a n d
e x tre m e w in d s to r m e v e n ts o v e r E u ro p e u n d e r clim a te c h a n g e , G lobal a n d P la n e ta ry C h a n g e 44.
L o r e n c H., 1991, Próba oceny z a s o b ó w energii w ia tru w Polsce, Przegląd Geofizyczny 3.
L o r e n c H., 1992, Z a so b y w ia tru w Polsce, M ateriały B adaw cze IMGW, Ser. M eteorologia 18, W a rszaw a.
L o r e n c H., 1996, S tr u k tu ra i z a s o b y en erg e ty c zn e w ia tru w Polsce, M ateriały B adaw cze IMGW, S er. M eteorologia 2 5 , W arszaw a.
L o r e n c H ., 2 0 0 0 , S tu d i a n a d 2 2 0 - le tn ią (1 7 7 9 - 1 9 9 8 ) s e r ią te m p e r a tu r y p o w ie t r z a w W a r sza w ie o ra z o c e n a j e j w ie k o w y c h ten d en c ji, M a te ria ły B ad aw cze IMGW, Ser.
M eteorologia 3 1 , W arszaw a.
L o r e n c H ., 2 0 0 1 , T e n d e n c je z m ia n k lim a tu P o lsk i [w:] F u n k c jo n o w a n ie g e o s y s te m ó w w zró żn ic o w a n y c h w a r u n k a c h m o rfo k lim a ty c zn y c h — m onitoring, ochrona, ed u ka cja , red . A. K arczew ski, Z. Z w oliński, P o zn ań .
M a l i c k i J . , 1963, H u ra g a n o w e w ia try w lesie koło Stro n n a , G a z e ta O b se rw a to ra PIHM 16, 1.
M i c h a l c z e w s k i J . , 1953, J a k p o w s ta ł n a d P o lsk ą h u ra g a n w d n iu 3 .0 9 .1 9 5 3 r., G a
z e ta O b s e rw a to ra PIHM 6, 11.
M o r a w s k a M., 1959, H u ragan w Polsce w d n iu 15 i 16 m a ja 1 9 5 8 r., B iu lety n PIHM 4.
M o r a w s k a M., 1961, H u ra g a n n a d P o lsk ą w d n iu 13 lipca 1961 roku, G a z e ta O b s e r w a to ra PIHM 14, 10.
N i e d ź w i e d ź T. (red.), 2 0 0 3 , S ło w n ik m eteo ro lo g iczn y, PTG, IMGW, W arszaw a.
P a r c z e w s k i W. , K l u ź n i a k S, 1 9 5 9 , T r ą b a p o w ie tr z n a w w o je w ó d z tw ie s z c z e c iń s k im w d n iu 2 5 sie rp n ia 1 9 5 6 roku, Przegl. Geofiz. 3 - 4 .
R a f a ł o w s k i S ., 1958, T rą b y w R a w ie M azow ieckiej i w N o w y m M ieście (m aju 1 9 5 8 r.), G a z e ta O b s e rw a to ra PIHM 11, 6.
R u les o f th e air a n d air traffic services, 1996, Procedures f o r A ir N avigation S ervices, I n te r n a tio n a l Civil A viation O rg a n is a tio n (ICAO).
S a l a m o n i k S., 1960, H u ra g a n w d n iu 2 0 m a ja 1960 r., G azeta O b se rw a to ra PIHM 13, 10.
S a l a m o n i k S., 1961, S k u tk i h u ra g a n o w y c h w iatrów w d n iu 2 7 cze rw c a 1961 r., G aze
t a O b s e rw a to ra PIHM 14, 10.
T r e p i ń s k a J . , 2 0 0 0 , A n o m a lie, cykle, tr e n d y te rm iczn e w klim atologii n a p r z y k ła d z ie flu k tu a c ji term iczn ych w Europie Ś ro d ko w ej w X IX i X X w ieku , A cta U n iv e rsita tis Nicolai
C o p ern ici, G eo g rafia 3 1 , 106.
U l b r i c h U., F i n k A .H ., K l a w a M. , P i n t o J .G ., 2 0 0 1 , T h ree e x tr e m e s to r m s o ver E urope in D ecem b er 1999, W e a th e r 56.
U n t o n - P y z i o ł e k A., 2 0 0 5 , S iln y w ia tr w Polsce w listo p a d zie 2 0 0 4 r., G a z e ta O b s e r
w a to r a IMGW 1.
K a ta r z y n a Piotrowicz, R a fa ł B ą k o w s k i, M a rek K o zło w sk i
TH E ENERGY O F WIND IN CHOSEN SYNOPTIC SITUATIONS IN SOUTH-EASTERN POLAND
S u m m a r y
T h e o b ject o f th is w o rk is th e e n erg y of w in d , b o th th e e n e rg y o f av erag e w in d sp e e d a n d th e e n erg y of w in d g u s ts . M e a s u re m e n ts ta k e n in th e y e a rs 2 0 0 0 - 2 0 0 4 in 15 sy n o p tic s ta tio n s lo cated in s o u th - e a s te r n P o lan d w ere u s e d . Specific a tte n tio n w a s p a id to w in d s w ith ex cep tio n ally h ig h energy. R egions esp ecially liable to stro n g w in d o c c u rre n c e w ere in d ic a te d , a s w ell a s sy n o p tic s itu a tio n s t h a t c o n trib u te to th e a p p e a ra n c e o f s u c h w in d s.
T h e effects p ro d u c e d b y s tro n g w in d s w ere d is c u s s e d a s well.
In th e y e a rs 2 0 0 0 - 2 0 0 4 in s o u th - e a s te r n P o lan d th e w in d o n K asprow y W ierch h a d th e h ig h e s t energy. S ignificantly low er e n erg y w a s c h a ra c te ris tic o f th e w in d s blow ing in B ielsko-B iała, Rzeszów , Lesko, K rosno a n d R acibórz. T h e w in d s w ith th e low est energ y w e re th e o n e s in T a rn ó w , N owy S ą c z a n d Z a k o p a n e . T h is is c a u s e d b y o ro g ra p h ic co n d itio n s. T h e above m e n tio n e d cities a re lo c a te d in in te rm o n ta n e valleys. In th e s ta tio n s s itu a te d above 2 8 0 m a .s.l. (on K asprow y W ierch, H a la G ąsienicow a, in Z a k o p a n e , Lesko, B ielsko-B iała, K rosno, C zęstochow a, Nowy S ącz a n d in Katowice), th e p re d o m in a n c e of e n erg y re la te d to w in d g u s ts is stro n g ly m a rk e d . T h is p a tte r n h a s also b e e n n o ticed in th e sy n o p tic s ta tio n in T arnów , w h ic h s h o u ld b e ta k e n in to a c c o u n t in , a m o n g o th e rs, to w n a n d c o u n try p la n n in g . In th e re m a in in g s ta tio n s th e av erag e five y e a rs-o ld w in d energ y v a lu e s a re c o n sid e ra b ly h ig h e r in th e c a s e o f th e a v e ra g e s of its s p e e d n o t g u s ts .
W h e n an aly z in g th e y e a r-o ld c o u rs e o f av erag e m o n th ly w in d e n erg y v a lu e s , a d is tin c t s e a s o n a l p a tte r n c a n b e s e e n in a ll o f th e e x a m in ed s ta tio n s . T h e w in d s a p p e a rin g in th e cool h a lf o f th e y e a r (O cto b er-M arch ) a re c h a ra c te riz e d b y c o n sid e ra b ly h ig h e r en erg y t h a n th e o n e s blow ing in th e w a rm h a lf (A pril-S eptem ber). A u g u s t p roved to b e th e m o n th in w h ic h th e e n erg y o f w in d w a s low est. C a s e s o f ex cep tio n ally stro n g w in d s o cc u rre d m o s t often in th e y e a rs 2 0 0 2 a n d 2 0 0 4 : in J a n u a r y , O ctober, N ovem ber a n d D ecem ber.
Fig. 1. A verage m o n th ly v a lu e s o f energ y o f average w in d s p e e d s (1) a n d w in d g u s t energy (2) in 2 0 0 0 -2 0 0 4
