temperatury i wilgotnoŚci powietrza na...

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2004: t. 4 z. 2a (11) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s. 137–156 www.imuz.edu.pl © Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, 2004

DOBOWA ZMIENNOŚĆ TEMPERATURY I WILGOTNOŚCI POWIETRZA

NA WYSOKOŚCI 2,0 I 0,5 m W SIEDLISKU WILGOTNYM W DOLINIE NOTECI

I SIEDLISKU SUCHYM W BYDGOSZCZY

Wacław ROGUSKI, Leszek ŁABĘDZKI, Wiesława KASPERSKA-WOŁOWICZ

Instytut Melioracji i Użytków Zielonych, Wielkopolsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy

Słowa kluczowe: siedlisko glebowo-wodne, temperatura powietrza, wilgotność powietrza

S t r e s z c z e n i e

W pracy przestawiono analizę dobowej zmienności temperatury i wilgotności powietrza w okre-sie wegetacyjnym w dwóch siedliskach w rejonie Bydgoszczy. Wykazano duże zróżnicowanie warto-ści, przebiegu w ciągu doby i rozkładu pionowego w przyziemnej warstwie atmosfery: temperatury, wilgotności względnej, ciśnienia pary wodnej i niedosytu wilgotności powietrza. Przyczyną tego zróżnicowania jest uwilgotnienie siedliska glebowo-wodnego oraz pokrywa roślinna. Zmienność temperatury i wilgotności powietrza w ciągu doby i ich pionowy rozkład powodują, że zależności parowania wody od średniego dobowego niedosytu wilgotności powietrza są różne w badanych sie-dliskach.

WSTĘP

Z badań IMUZ prowadzonych za pomocą standardowych stacji meteorologicz-nych w latach 1975–1995 wynika, że zróżnicowanie lokalnego klimatu w siedlisku wilgotnym okresowo przesychającym we Frydrychowie w dolinie Noteci i suchym w Bydgoszczy jest duże [KONOPKO, 1990; ROGUSKI, ŁABĘDZKI, KASPERSKA, 2000/2001; 2002; ROGUSKI, ŁABĘDZKI, KASPERSKA-WOŁOWICZ, 2004]. W okre-sie wegetacyjnym, w klatce meteorologicznej na wysokości 2,0 m, we Frydrycho-

Adres do korespondencji: prof. dr hab. W. Roguski, Wielkopolsko-Pomorski Ośrodek Badawczy IMUZ, ul. Glinki 60, 85-174 Bydgoszcz; tel. +48 (52) 375-01-07, e-mail: [email protected]

138 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 4 z. 2a (11)

wie, średnia temperatura powietrza była mniejsza niż w Bydgoszczy o 1,3oC, wil-gotność względna – większa o 9%, niedosyt wilgotności powietrza – mniejszy o 2,2 hPa, a ciśnienie pary wodnej – większe o 0,6 hPa. Wcześniejsze badania róż-nic lokalnego klimatu siedlisk dolinowych i pozadolinowych w rejonie Bydgosz-czy prowadził HOHENDORF [1970].

Celem obecnej pracy jest analiza zmienności w ciągu doby elementów mete-orologicznych na wysokości 2,0 i 0,5 m.

POŁOŻENIE I WARUNKI GLEBOWO-WODNE OBIEKTÓW BADAWCZYCH

Stacja meteorologiczna w Bydgoszczy jest położona na terenie pola doświad-czalnego Instytutu Melioracji i Użytków Zielonych (ϕ = 53o08’, λ = 18o01’, Hs = 46 m n.p.m.). Występuje tu gleba brunatna wytworzona z piasku słabo gliniastego na piasku luźnym. Woda gruntowa zalega na głębokości poniżej 200 cm od po-wierzchni. Jest to siedlisko suche. Zapas wody użytecznej dla traw w okresie wio-sennym i po dużych opadach wynosi 30 mm. Popielność gleby w poziomie 0–20 cm wynosi 98%, a porowatość ogólna – 38%. W okresie posusznym trawy zasy-chają. Pojemność cieplna gleby w warstwie 0–20 cm w warunkach polowej pojem-ności wodnej wynosi 2,05 J⋅cm–3⋅K–1, a podczas suszy letniej – 1,30 J⋅cm–3⋅K–1, natomiast w warstwie 40–50 cm – odpowiednio: 2,14 i 1,34 J⋅cm–3⋅K–1.

Stacja we Frydrychowie jest położona w dolinie górnej Noteci w rejonie Łąk Łabiszyńskich (ϕ = 53o00’, λ = 17o56’, Hs = 76 m n.p.m.). Jest to szeroka dolina bez zadrzewień, użytkowana łąkowo. Na stacji występuje gleba torfowo-murszowa (MtIIIbb) na torfie turzycowiskowym. Woda gruntowa zalega na głębokości 60– –100 cm. Siedlisko jest zasilane podsiąkowo wodą z Kanału Noteckiego oraz okre-sowo nawadniane siecią rowów. Wiosenny zapas wody łatwo dostępnej dla traw wynosi 60–80 mm, a łącznie z dopływem gruntowym – ponad 120 mm. W czasie posuch atmosferycznych woda gruntowa obniża się do głębokości 100 cm, a wil-gotność gleby do 30% objętościowych. W tym czasie płytko ukorzenione trawy mogą częściowo zasychać, a głęboko ukorzenione rośliny czerpią wodę z głęb-szych warstw torfowych. Jest to siedlisko wilgotne, okresowo przesychające. Po-jemność cieplna gleby w warstwie 0–20 cm wynosi wiosną 3,72 J⋅cm–3⋅K–1, a pod-czas suszy – 1,55 J⋅cm–3⋅K–1, natomiast w warstwie 40–50 cm – odpowiednio: 3,98 i 3,60 J⋅cm–3⋅K–1.

METODY BADAŃ

Do opracowania wykorzystano pomiary prowadzone w okresie wegetacyjnym (IV–IX) w latach 1976–1980, w standardowych klatkach meteorologicznych na

W. Roguski, L. Łabędzki, W. Kasperska-Wołowicz: Dobowa zmienność temperatury ... 139

wysokości 2,0 i 0,5 m. Średnią dobową temperaturę i wilgotność względną powie-trza obliczano na podstawie pomiarów o godzinie 700, 1300 i 1900 czasu środkowo-europejskiego oraz odczytu z termohigrogramu o godzinie 100. Mierzono również dobową temperaturę minimalną i maksymalną powietrza. Na podstawie analizy wykresów dobowego przebiegu temperatury powietrza określono, że temperatura minimalna najczęściej występowała o godzinie 500, zaś maksymalna – o godzinie 1500. Ciśnienie pary wodnej i niedosyt wilgotności powietrza wyznaczano na pod-stawie wskazań termometru suchego i zwilżonego w trzech terminach (700, 1300, 1900). Dodatkowo określano ciśnienie pary wodnej i niedosyt wilgotności powie-trza o godz. 100 na podstawie odczytów temperatury i wilgotności względnej po-wietrza z termohigrogramu. Temperaturę gleby na głębokości 5 cm mierzono trzy razy w ciągu doby. Parowanie z wolnej powierzchni wody mierzono codziennie o godz. 700 w ewaporometrze o powierzchni 2000 cm2, umieszczonym w glebie równo z powierzchnią gruntu.

Za pomocą stacji standardowych nie można było określić wilgotności powie-trza w warunkach maksymalnej i minimalnej temperatury oraz dokładnie ocenić zmiany zawartości pary wodnej w powietrzu w ciągu doby. Do analizy zmian tego elementu w ciągu doby konieczne są ciągłe obserwacje. Do tego celu wykorzysta-no pomiary prowadzone w 2002 r. za pomocą stacji automatycznych. Analizie poddano temperaturę i wilgotność względną powietrza w okresach bezopadowych i z opadami w maju i sierpniu. Temperatura i wilgotność względna powietrza były mierzone co pięć minut, a uśredniane i rejestrowane – co godzinę. Na podstawie godzinowych odczytów temperatury i wilgotności względnej powietrza obliczano ciśnienie pary wodnej i niedosyt wilgotności powietrza. Temperaturę minimalną w ciągu doby stanowiła najmniejsza średnia godzinowa wartość, a maksymalną – największa. W podobny sposób jak temperaturę i wilgotność powietrza mierzono prędkość wiatru. Wilgotność gleby była mierzona co godzinę na głębokości 10–20 cm metodą reflektometryczną, za pomocą sondy Thetaprobe i rejestrowana w pa-mięci loggera z tą samą częstotliwością.

WYNIKI

BADANIA NA STACJACH STANDARDOWYCH

Średnia dobowa temperatura powietrza w okresie wegetacyjnym (IV–IX) róż-niła się nieznacznie na porównywanych wysokościach, ale istniały różnice między siedliskami. W dolinie Noteci temperatura była mniejsza niż w Bydgoszczy o 1,4oC na wysokości 2,0 m i o 1,5oC na wysokości 0,5 m.

Średnia temperatura maksymalna w siedlisku suchym w Bydgoszczy na wyso-kości 2,0 m była mniejsza o 0,6oC niż na wysokości 0,5 m (tab. 1), natomiast we Frydrychowie temperatury te były jednakowe (tab. 2). W Bydgoszczy temperatura


maksymalna była większa niż we Frydrychowie średnio o 0,2oC na wysokości 2,0 m i o 0,8oC na wysokości 0,5 m. Przyczyną tych różnic mogło być silne nagrzewa-nie się gleby brunatnej, które wpływało na podnoszenie temperatury powietrza w godzinach popołudniowych [ROGUSKI, KASPERSKA, 1999].

W siedlisku suchym gleba brunatna ma małą pojemność wodną i cieplną. W okresie posusznym mała wilgotność gleby powoduje zahamowanie przyrostu roślin i zmniejszenie ewapotranspiracji. Gleba w ciągu dnia nagrzewa się do tem-peratury większej niż temperatura mierzona w klatce na wysokości 2,0 m, powodu-jąc zwiększenie temperatury powietrza nad glebą. W nocy temperatura gleby szyb-ko zmniejsza się na skutek wypromieniowania i parowania, powodując obniżenie temperatury powietrza nad glebą. Te zjawiska spowodowały, że w badanym okre-sie wegetacyjnym w siedlisku suchym w godzinach południowych na wysokości 0,5 m temperatura była większa niż na wysokości 2,0 m o około 0,6oC, a w nocy o godzinie 100 – mniejsza o 0,9oC (rys. 1).

Średnia temperatura minimalna na wysokości 2,0 m była większa od minimal-nej na wysokości 0,5 m o 0,3oC w Bydgoszczy i o 0,6oC we Frydrychowie. Tempe-ratura minimalna w Bydgoszczy i Frydrychowie różniła się średnio o 2,5oC na wysokości 2,0 m i o 2,8oC na wysokości 0,5 m.

W okresie wegetacyjnym średnia różnica między temperaturą maksymalną i minimalną w Bydgoszczy na wysokości 2,0 m wynosiła 8,3oC, a na wysokości 0,5 m – 10,6oC, zaś we Frydrychowie – odpowiednio 12,0 i 12,6oC (tab. 1, rys. 1). W okresie gorącym i bezopadowym (21–30 czerwca 1979 r.) te różnice w obydwu siedliskach były większe i wynosiły w Bydgoszczy 10,3oC na wysokości 2,0 m oraz 10,9oC na wysokości 0,5 m (rys. 2), a we Frydrychowie – odpowiednio 13,5oC i 14,6oC. W okresie dużych i codziennych opadów (1–10 lipca 1980 r.) różnice temperatury powietrza zarówno maksymalnej i minimalnej, jak i między siedli-skami, były niewielkie (rys. 3).

W okresie wegetacyjnym średnie ciśnienie pary wodnej obliczane z trzech i czterech odczytów dobowych było we Frydrychowie większe niż w Bydgoszczy odpowiednio o 1,1 i 0,7 hPa na wysokości 2,0 m oraz o 0,8 i 0,5 hPa na wysokości 0,5 m. W siedlisku wilgotnym ciśnienie obliczone na podstawie czterech odczytów było mniejsze niż na podstawie trzech odczytów, gdyż w godzinach nocnych, w warunkach spadku temperatury, często następuje tam kondensacja pary wodnej. W siedlisku suchym różnice między wielkościami ciśnienia z trzech i czterech pomiarów były niewielkie.

Ciśnienie pary wodnej w Bydgoszczy było najmniejsze w godzinach połu-dniowych, a największe w nocnych. We Frydrychowie największe było w dzień, a w nocy zmniejszało się. Amplituda ciśnienia pary wodnej w Bydgoszczy wynosi-ła średnio 0,8 hPa na wysokości 2,0 m oraz 0,3 hPa na wysokości 0,5 m, zaś we Frydrychowie odpowiednio 1,4 i 2,1 hPa (rys. 1).

W dniach gorących różnice ciśnienia pary wodnej w badanych siedliskach w ciągu doby były znacznie większe. W Bydgoszczy w nocy ciśnienie było znacz-


468

10121416182022

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

102030405060708090100

H, %

T 2,0 m T 0,5 m H 2,0 m H 0,5 m

Bydgoszcz Frydrychow o

0

2

4

6

8

10

12

14

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

0

2

4

6

8

10

12

14

e, d

, hPa

e 2,0 m e 0,5 m d 2,0 m d 0,5 m

Bydgoszcz Frydrychowo

Rys. 1. Dobowy przebieg temperatury powietrza T, wilgotności względnej powietrza H, ciśnienia pary wodnej e i niedosytu wilgotności powietrza d w Bydgoszczy i Frydrychowie na wysokości

2,0 i 0,5 m w okresie wegetacyjnym (IV–IX), wartości średnie z lat 1976–1980

Fig. 1. Daily course of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pressure deficit d in Bydgoszcz and Frydrychowo at a height of 2.0 m and 0.5 m in the growing season

(IV–IX), mean values in the years 1976–1980

nie większe niż w dzień. We Frydrychowie w nocy ciśnienie pary wodnej zmniej-szało się, zwłaszcza na wysokości 0,5 m, gdyż następowała kondensacja pary wod-nej (o godzinie 100 temperatura obniżała się poniżej temperatury punktu rosy obli-czonej o godzinie 1900) (rys. 2). W dniach wilgotnych ciśnienie pary wodnej w Bydgoszczy prawie nie zmieniało się w ciągu doby, w nocy następował niewiel-ki spadek na wysokości 0,5 m, natomiast we Frydrychowie w nocy ciśnienie zmniejszało się o 2,3 hPa (rys. 3).


10121416182022242628

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

102030405060708090100

H, %

T 2,0 m T 0,5 m H 2,0 m H 0,5 m


02468

101214161820

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

02468101214161820

e, d

, hPa

e 2,0 m e 0,5 m d 2,0 m d 0,5 m



2,0 i 0,5 m, średnie wartości w okresie bez opadów (21–30 czerwca 1979 r., P = 0 mm).

Fig. 2. Daily course of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pressure deficit d in Bydgoszcz and Frydrychowo at a height of 2.0 m and 0.5 m, mean values for the period

without precipitation (21–30 June 1979, P = 0 mm)

Wilgotność względna powietrza w Bydgoszczy była mniejsza niż w dolinie Noteci. Średnia wilgotność względna powietrza z czterech obserwacji w okresie wegetacyjnym w Bydgoszczy była mniejsza niż w dolinie Noteci o 11% na wyso-kości 2,0 m i 10% na wysokości 0,5 m. Różnice między siedliskami wilgotności obliczanej na podstawie trzech pomiarów były mniejsze (8–9%). Wilgotność obli-czana na podstawie czterech pomiarów była większa niż obliczana na podstawie


468

10121416182022

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

102030405060708090100

H, %

T 2,0 m T 0,5 m H 2,0 m H 0,5 m


02468

1012141618

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

024681012141618

e, d

, hPa

e 2,0 m e 0,5 m d 2,0 m d 0,5 m



2,0 i 0,5 m, średnie wartości w okresie z opadami (1–10 lipca 1980 r., P = 109 mm).

Fig. 3. Daily course of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pressure deficit d in Bydgoszcz and Frydrychowo at a height of 2.0 m and 0.5 m, mean values for the period

with precipitation (1–10 July 1980, P = 109 mm)

trzech pomiarów o 2–5% w obydwu siedliskach. Różnice wilgotności między go-dzinami południowymi i nocnymi wynosiły średnio 28% w obydwu siedliskach. W dniach gorących różnice przekraczały 40% (rys. 2).

Średni w okresie wegetacyjnym niedosyt wilgotności powietrza z trzech po-miarów na wysokości 2,0 m (osiągający największą wartość) w stosunku do niedo-sytu z czterech pomiarów na wysokości 0,5 m (osiągającego najmniejszą wartość)


był większy o 21% w siedlisku suchym w Bydgoszczy, a w siedlisku wilgotnym we Frydrychowie o 25%. Niedosyt obliczany na podstawie trzech pomiarów dziennych w siedlisku suchym w Bydgoszczy był większy średnio o 2,4 hPa niż we Frydrychowie na obydwu wysokościach. Niedosyt obliczany na podstawie czterech obserwacji na wysokości 2,0 m w Bydgoszczy był większy średnio o 2,3 hPa niż we Frydrychowie, a na wysokości 0,5 m – o 2,1 hPa. W Bydgoszczy wartości nie-dosytu z czterech pomiarów były mniejsze niż z trzech średnio o 15%, a we Fry-drychowie – o 21% (tab. 1, 2). Jest to różnica istotna w przypadku obliczania za-leżności parowania od niedosytu wilgotności powietrza.

W dniach gorących i suchych różnice niedosytu między siedliskami były bar-dzo duże (rys. 2), a w dniach wilgotnych z opadami – małe (rys. 3).

Niedosyt wilgotności powietrza w istotny sposób kształtuje parowanie wody w siedlisku [KONOPKO, 1990; ROGUSKI, ŁABĘDZKI, KASPERSKA, 2002]. Średnia w badanym okresie wegetacyjnym suma parowania wody z ewaporometru wynio-sła 440 mm w Bydgoszczy i 323 mm we Frydrychowie. Dla obydwu siedlisk wy-znaczono zależności parowania wody od średniego niedosytu wilgotności powie-trza obliczanego na podstawie trzech i czterech pomiarów (tab. 3).

Tabela 3. Współczynnik b zależności parowania wody Ew od średniego z trzech i czterech obserwacji niedosytu wilgotności powietrza d w siedlisku suchym w Bydgoszczy i wilgotnym we Frydrychowie na wysokości 2,0 m i 0,5 m

Table 3. Coefficient b of the regression of water evaporation Ew on vapour pressure deficit d from 3 and 4 observations in dry site in Bydgoszcz and wet site in Frydrychowo at a height of 2.0 m and 0.5 m

Współczynnik b na wysokości Coefficient b at a height of 2,0 m 0,5 m 2,0 m 0,5 m

Postać zależności Relationship

w Bydgoszczy in Bydgoszcz w Frydrychowie in Frydrychowo Ew = bd3n Ew = bd4n Ew = bd3

0,65n Ew = bd4

0,65n

0,339 0,401 0,672 0,750

0,354 0,429 0,692 0,785

0,376 0,477 0,645 0,754

0,401 0,504 0,674 0,782

Oznaczenia: Ew – parowanie wody w ewaporometrze, mm; d3 – niedosyt wilgotności powietrza z trzech terminów (o godz. 7, 13, 19), hPa; d4 – niedosyt wilgotności powietrza z czterech terminów (o godz. 1, 7, 13, 19), hPa; n – liczba dni w okresie. Explanations; Ew – water evaporation, mm; d3 – vapour pressure deficit from three terms (at 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.), hPa; d4 – vapour pressure deficit from four terms (at 1 a.m., 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.), hPa; n – number of days in the period.

W przypadku zależności prostoliniowej dla Bydgoszczy otrzymano mniejsze wartości współczynnika regresji b niż dla Frydrychowa. W zależności wykładni-czej różnice wartości współczynnika b w obydwu siedliskach były niewielkie w przypadku niedosytu obliczanego na podstawie czterech odczytów.


W Bydgoszczy w analizowanych latach temperatura gleby brunatnej, okresowo bardzo suchej, na głębokości 5 cm była o 2,0oC większa od średniej w okresie we-getacyjnym dobowej temperatury powietrza na wysokości 2,0 m. W okresie od 21 do 30 czerwca 1979 r., kiedy była słoneczna i gorąca pogoda, różnica temperatury gleby i powietrza wynosiła średnio 2,3oC. Duża była także różnica temperatury tej gleby w godzinach rannych i południowych – średnio w okresie wegetacyjnym wynosiła 4,7oC, a w dniach gorących (21–30 czerwca 1979 r.) – 5,4oC. Powierzch-niowa warstwa gleby w godzinach południowych była cieplejsza niż na głębokości 5 cm. Oddając ciepło ogrzewała powietrze nad powierzchnią gruntu do temperatu-ry większej niż na wysokości 2,0 m.

Gleba torfowo-murszowa we Frydrychowie ma duży zapas wody i jest pokryta bujną roślinnością trawiastą, która osłania ją i transpiruje duże ilości pary wodnej, powodując obniżenie jej temperatury. W analizowanym okresie wegetacyjnym średnia temperatura utworu murszowego na głębokości 5 cm była równa średniej dobowej temperaturze powietrza na wysokości 2,0 m, a w okresie gorącym (w czerwcu 1979 r.) temperatura gleby była o 0,3oC mniejsza od temperatury po-wietrza. Różnica temperatury mierzonej rano i w południe wynosiła w tej glebie średnio 1,6oC, a w okresie gorącym i bezopadowym – 2,0oC. Dzięki takiemu roz-kładowi temperatury, gleba torfowo-murszowa nie nagrzewała się mocno w czasie dni słonecznych.

BADANIA NA STACJACH AUTOMATYCZNYCH

W okresie wegetacyjnym (IV–IX) 2002 r. były bardzo zmienne opady i wysoka temperatura powietrza (tab. 4, 5). Kwiecień, czerwiec i sierpień, według klasyfika-cji na podstawie rozkładu prawdopodobieństwa opadu, były suche (p = 20–25%), maj i wrzesień – mokre (p = 86–89%), a lipiec – przeciętny. W pierwszej dekadzie maja i w drugiej połowie sierpnia nie było opadów atmosferycznych i panowała wysoka temperatura powietrza. Średnia temperatura powietrza w okresie wegeta-cyjnym była wysoka i osiągnęła w Bydgoszczy 16,8oC, a we Frydrychowie – 15,1oC (średnia wieloletnia w Bydgoszczy wynosi 14,8oC, a we Frydrychowie – 13,5oC). Kwiecień, czerwiec, lipiec i wrzesień, według klasyfikacji na podstawie rozkładu prawdopodobieństwa temperatury, były ciepłe (p = 80%), a maj i sierpień – gorące (p = 99%).

Taki przebieg warunków meteorologicznych spowodował na glebie lekkiej w Bydgoszczy przesuszenie poziomu darniowego w pierwszej dekadzie maja, trze-ciej dekadzie czerwca i trzeciej dekadzie sierpnia. W tym okresie wilgotność gleby na głębokości 10–20 cm spadła do poziomu wilgotności trudno dostępnej i niedo-stępnej dla traw. W maju i czerwcu rośliny częściowo zasychały, a w sierpniu cał-kowicie zaschły. W dolinie Noteci, we Frydrychowie, na glebie torfowo-murszo-wej, wilgotność nie zmniejszała się tak znacznie.


Tabela 4. Średnie miesięczne wartości elementów meteorologicznych i wilgotność gleby w Bydgosz-czy w 2002 r.

Table 4. Mean monthly values of meteorological elements and soil moisture in Bydgoszcz in 2002

Miesiąc Month

P mm

T oC

Tgl oC

H %

e hPa

d hPa

e1

hPa d1

hPa W

cm3⋅cm–3

IV 19,6 9,1 8,8 70 8,1 4,0 8,3 3,4 0,14 V 90,8 17,6 15,7 69 13,2 7,8 13,7 6,4 0,71 VI 33,4 18,0 18,1 69 13,8 7,6 14,1 6,5 0,93 VII 72,4 20,2 19,7 72 16,6 8,1 17,1 6,7 0,66 VIII 37,4 21,5 20,5 69 17,0 9,5 17,8 7,9 0,56 IX 64,8 14,3 16,1 77 12,4 4,8 12,7 4,1 0,57

IV–IX 318,4 16,8 16,5 71 13,5 7,0 13,9 5,8 0,80 Oznaczenia: P – opad atmosferyczny, T – temperatura powietrza, Tgl – temperatura gleby, H – wilgotność względ-na powietrza, e – ciśnienie pary wodnej, d – niedosyt wilgotności powietrza, e1, d1 – ciśnienie pary wodnej i niedosyt obliczane na podstawie średniej w dekadzie temperatury i wilgotności względnej powietrza, W – wil-gotność gleby. Explanations: P – precipitation, T – mean air temperature, Tgl – soil temperature, H – air humidity, e – vapour pressure, d – vapour pressure deficit, e1, d1 – vapour pressure and vapour pressure deficit calculated on the base of ten-day mean air temperature and air humidity, W – soil moisture.

Tabela 5. Średnie miesięczne wartości elementów meteorologicznych i wilgotność gleby we Frydry-chowie w 2002 r.

Table 5. Mean monthly values of meteorological elements and soil moisture in Frydrychowo in the year 2002

Miesiąc Month

P mm

T oC

Tgl oC

H %

e hPa

d hPa

e1

hPa d1

hPa W

cm3⋅cm–3

IV 16,4 8,0 7,7 76 8,1 3,0 8,2 2,5 – V 71,4 15,7 14,3 78 13,6 5,0 13,8 4,1 0,45 VI 43,0 16,6 16,4 76 14,1 5,5 14,4 4,4 0,45 VII 56,8 18,7 18,4 80 17,0 5,3 17,2 4,3 0,41 VIII 22,0 19,3 17,7 80 17,5 5,8 17,0 4,4 0,40 IX 47,6 12,6 14,3 84 12,4 3,0 12,2 2,4 0,40

IV–IX 257,2 15,1 14,8 79 13,8 4,6 14,0 3,7 0,44 Oznaczenia jak w tabeli 4. Explanations as in table 4.

W okresie wegetacyjnym 2002 r., w siedlisku wilgotnym w dolinie Noteci,

średnia temperatura powietrza na wysokości 2,0 m była mniejsza niż w Bydgosz-czy średnio o 1,7oC. Mniejsza była również temperatura gleby. Wilgotność względna powietrza była większa niż w Bydgoszczy o 8%, ciśnienie pary wodnej większe o 0,3 hPa, a niedosyt wilgotności powietrza mniejszy o 2,4 hPa. Ciśnienie pary wodnej obliczone w okresach dekadowych na podstawie średniej w dekadzie


temperatury i wilgotności względnej było na obydwu stacjach jednakowe (13,9 hPa), a niedosyt obliczany w podobny sposób był mniejszy o 2,1 hPa we Frydry-chowie.

W okresie suchym i gorącym (1–10 maja) średnie różnice w przebiegu tempe-ratury, ciśnienia pary wodnej, wilgotności względnej i niedosytu wilgotności po-wietrza w ciągu doby między dwoma badanymi siedliskami były duże. Średnia w pierwszej dekadzie maja różnica między temperaturą maksymalną i minimalną w siedlisku suchym wyniosła 14,3oC, a w siedlisku wilgotnym – 15,0oC. W dolinie Noteci maksymalna temperatura była mniejsza niż w Bydgoszczy o 1,9oC, a mini-malna – o 2,6oC, ciśnienie pary wodnej było większe o 0,6 hPa, a niedosyt wilgot-ności powietrza – mniejszy o 4,0 hPa (rys. 4). Różnice te w okresie z opadami (11– –21 maja) były znacznie mniejsze (rys. 5).

Najmniej zmiennym w ciągu doby elementem było ciśnienie pary wodnej. Większe zmiany tego elementu zanotowano w siedlisku dolinowym we Frydry-chowie, szczególnie w okresie bezopadowym (1–10 maja), kiedy średnia różnica ciśnienia między najmniejszą (o godz. 500) i największą (o godz. 1000) wartością godzinową w ciągu doby wyniosła 4,6 hPa. W godzinach południowych obserwo-wano niewielki spadek ciśnienia pary wodnej, a przed wieczorem – jego wzrost. W godzinach nocnych do rana notowano jego spadek. Te zmiany należy tłumaczyć dużą transpiracją roślin w wilgotnym siedlisku łąkowym w godzinach południo-wych, zaś w godzinach nocnych zmniejszeniem temperatury, które mogło powo-dować kondensację pary wodnej w postaci rosy i mgły. Do zróżnicowania ciśnienia pary wodnej w badanych siedliskach przyczyniał się dodatkowo wiatr, którego prędkość w tej dekadzie na wysokości 2,0 m wynosiła 0,8 m⋅s–1 w Bydgoszczy i 1,8 m⋅s–1 we Frydrychowie.

Wilgotność gleby w końcu omawianej dekady w Bydgoszczy zmniejszyła się do poziomu odpowiadającego wilgotności trudno dostępnej dla roślin, a we Fry-drychowie utrzymywała się na poziomie odpowiadającym granicy wody łatwo dostępnej dla roślin.

W bezopadowej trzeciej dekadzie sierpnia średnia dobowa temperatura we Frydrychowie była mniejsza niż w Bydgoszczy o 3,0oC, wilgotność względna większa o 14%, ciśnienie pary wodnej większe o 0,7 hPa, a niedosyt wilgotności powietrza mniejszy o 4,8 hPa.

Ciśnienie pary wodnej w tej dekadzie we Frydrychowie było zmienne w ciągu doby – najmniejsze rano o wschodzie słońca i duże w dzień od godziny 1000 do 1800. Tymczasem w Bydgoszczy zmiany ciśnienia w ciągu doby były niewielkie. Najmniejsze ciśnienie pary wodnej w tym siedlisku było w godzinach od 1300 do 1800 na skutek małej ewapotranspiracji i odpływu ogrzanego powietrza do wyż-szych warstw atmosfery. Niedosyt wilgotności powietrza w Bydgoszczy szybko zwiększał się w ciągu dnia – średnio od 1,7 hPa o godzinie 500 do 25,8 hPa o go-dzinie 1400. We Frydrychowie niedosyt zwiększał się od 0,2 hPa o godzinie 600 do 18,9 hPa o godzinie 1600 (rys. 6).


8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

H, %

T H


02468

1012141618202224

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

024681012141618202224

e, d

, hPa

e d


Rys. 4. Średnie godzinowe wartości temperatury powietrza T, wilgotności względnej powietrza H,

ciśnienia pary wodnej e i niedosytu wilgotności powietrza d w okresie suchym (1–10 maja 2002 r.) w Bydgoszczy i Frydrychowie

Fig. 4. Mean hourly values of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pressure deficit d in the dry period (1–10 May 2002) in Bydgoszcz and Frydrychowo


8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

H, %

T H


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

e, d

, hPa

e d



ciśnienia pary wodnej e i niedosytu wilgotności powietrza d w okresie z opadami (11–21 maja 2002 r.) w Bydgoszczy i Frydrychowie

Fig. 5. Mean hourly values of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pres-sure deficit d in the period with precipitation (11–21 May 2002) in Bydgoszcz and Frydrychowo


8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

H, %

T H


02468

101214161820222426

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

02468101214161820222426

e, d

, hPa

e d



ciśnienia pary wodnej e i niedosytu wilgotności powietrza d w okresie suchym (21–31 sierpnia 2002 r.) w Bydgoszczy i Frydrychowie

Fig. 6. Mean hourly values of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pres-sure deficit d in the dry period (21–31 August 2002) in Bydgoszcz and Frydrychowo


8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

T, o C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

H, %

T H


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Godzina Hour

e, d

, hPa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

e, d

, hPa

e d



ciśnienia pary wodnej e i niedosytu wilgotności powietrza d w okresie z opadami (1–10 sierpnia 2002 r.) w Bydgoszczy i Frydrychowie

Fig. 7. Mean hourly values of air temperature T, air humidity H, vapour pressure e and vapour pres-sure deficit d in the period with precipitation (1–10 August 2002) in Bydgoszcz and Frydrychowo


Wilgotność gleby w trzeciej dekadzie sierpnia zmniejszyła się w Bydgoszczy do poziomu niedostępnego dla roślin (pF = 4,2), powodując całkowite zaschnięcie traw. W tym czasie we Frydrychowie wilgotność w poziomie darniowym była zbliżona do poziomu wilgotności krytycznej dla traw (pF = 2,7). Rośliny były nadal zielone, mimo spękanej powierzchniowej warstwy gleby. Trawy korzystały z wilgoci zgromadzonej w głębszych warstwach torfowych i nie zaobserwowano wyraźnych objawów więdnięcia i zasychania liści.

W okresach z opadami (11–21 maja i 1–10 sierpnia) przebieg temperatury w ciągu doby był podobny jak w okresach posuchy atmosferycznej, ale mniejsza była jej zmienność. Mniejsze były zarówno amplitudy temperatury jak i różnice wartości badanych elementów między siedliskami. Ciśnienie pary wodnej w ciągu doby w Bydgoszczy było na ogół wyrównane, we Frydrychowie było w dzień większe niż w Bydgoszczy, a w nocy mniejsze. Również mniejsze były różnice niedosytu wilgotności powietrza (rys. 5 i 7).

PODSUMOWANIE

W pracy przestawiono analizę zmienności temperatury i wilgotności powietrza w okresie wegetacyjnym w dwóch siedliskach w rejonie Bydgoszczy. Wykazano duże zróżnicowanie wartości i przebiegu w ciągu doby oraz rozkładu pionowego w przyziemnej warstwie atmosfery: temperatury, wilgotności względnej, ciśnienia pary wodnej i niedosytu wilgotności powietrza.

Gleba brunatna w siedlisku suchym położonym w Bydgoszczy ma małą po-jemność wodną i cieplną. W lecie często występują okresy suszy glebowej, powo-dującej ograniczenie rozwoju, a nawet zasychanie roślin. Sucha gleba z niską ro-ślinnością nagrzewa się w dzień do temperatury większej od temperatury powietrza na wysokości 2,0 m, powodując zwiększenie maksymalnej temperatury powietrza na wysokości 0,5 m średnio o 0,6oC w stosunku do temperatury na wysokości 2,0 m.

Gleba torfowo-murszowa w siedlisku wilgotnym okresowo przesychającym położonym w dolinie Noteci we Frydrychowie ma dużą pojemność wodną i ciepl-ną. Rozwija się na niej bujna roślinność łąkowa, nawet w okresie posuch atmosfe-rycznych. W takim siedlisku ewapotranspiracja jest duża, co powoduje, że tempe-ratura powietrza jest mniejsza niż w siedlisku suchym (średnio o 1,5oC), a tempera-tura maksymalna w dzień na wysokości 0,5 m i 2,0 m jest wyrównana. Amplituda dobowej temperatury maksymalnej i minimalnej w siedlisku wilgotnym na wyso-kości 2,0 m wynosi 12,0oC i jest większa niż w siedlisku suchym o 2,3oC.

Niedosyt wilgotności powietrza na wysokości 2,0 m obliczany na podstawie czterech terminów w ciągu doby jest mniejszy od obliczanego na podstawie trzech terminów o 16% w Bydgoszczy oraz o 21% we Frydrychowie. Podobnie niedosyt obliczany na podstawie 24 obserwacji w ciągu doby był o 21% mniejszy w oby-


dwu siedliskach od obliczanego na podstawie trzech obserwacji [ROGUSKI, ŁA-BĘDZKI, KASPERSKA, 2000/2001]. Ciśnienie pary wodnej w nocy było mniejsze niż w dzień. Obliczane średnie dobowe wartości ciśnienia pary wodnej i niedosytu wilgotności powietrza z trzech terminów, o godzinie 700, 1300, 1900, nie odpowiada-ją w pełni średnim rzeczywistym wartościom, zwłaszcza w siedliskach wilgotnych. Konieczne jest uwzględnienie dodatkowo pomiarów o godzinie 100 w nocy, na co zwracały uwagę LORENC i SUWALSKA-BOGUCKA [1995], bądź stosowanie pomia-rów ciągłych za pomocą stacji automatycznych.

Zróżnicowany przebieg temperatury i wilgotności powietrza w ciągu doby i pionowy rozkład tych wielkości w przyziemnej warstwie atmosfery powodują, że zależności parowania wody od średniego dobowego niedosytu wilgotności powie-trza są różne w badanych siedliskach.

LITERATURA

HOHENDORF E., 1970. Redukcja niedosytów wilgotności powietrza z wysoczyzny do doliny w rejonie Kanału Bydgoskiego. Wiad. IMUZ t. 9 z. 1 s. 49–74.

KONOPKO S., 1990. Wpływ zmiany warunków wodnych na niektóre elementy mikroklimatu na przyk-ładzie dwóch siedlisk w dolinie Noteci. Falenty: IMUZ pr. dokt. maszyn. ss. 50.

LORENC H., SUWALSKA-BOGUCKA M., 1995. Metody obliczania średniej dobowej temperatury i wil-gotności względnej powietrza. Mater. Bad. IMGW. Ser. Meteorologia 24 ss. 42.

ROGUSKI W., KASPERSKA W., 1999. Termika gleb w różnych siedliskach łąkowych w rejonie By-dgoszczy na podstawie pomiarów z lat 1973–1992. Wiad. IMUZ t. 20 z. 2 s. 141–158.

ROGUSKI W., ŁABĘDZKI L., KASPERSKA W., 2002. Analiza wybranych wzorów do obliczania parowa-nia wskaźnikowego na potrzeby nawadniania użytków zielonych. Woda Środ. Obsz. Wiej. t. 2. z. 1(4) s. 197–209.

ROGUSKI W., ŁABĘDZKI L., KASPERSKA W., 2000/2001. Analiza niedosytu wilgotności powietrza obliczanego z pomiarów ciągłych oraz terminowych w oparciu o wyniki stacji automatycznych w rejonie Bydgoszczy. Ann. UMCS t. 15/16 36 Sec. B s. 293–298.

ROGUSKI W., ŁABĘDZKI L., KASPERSKA-WOŁOWICZ W. 2004. Pionowy układ temperatury w przy-ziemnej warstwie atmosfery w siedliskach łąkowych w rejonie Bydgoszczy. Acta Agrophysica 104 vol. 3 (1) s. 143–152.


Wacław ROGUSKI, Leszek ŁABĘDZKI, Wiesława KASPERSKA-WOŁOWICZ

DAILY VARIABILITY OF AIR TEMPERATURE AND HUMIDITY AT A HEIGHT OF 2.0 m AND 0.5 m

IN THE WET SITE OF THE NOTEĆ RIVER VALLEY AND THE DRY SITE IN BYDGOSZCZ

Key words: air humidity, air temperature, soil-water site

S u m m a r y

The paper presents analyses of the variability of air temperature and humidity in the growing season at two sites in the Bydgoszcz region. The values, daily course and vertical distribution of air temperature, relative humidity, vapour pressure and vapour pressure deficit were different in the near ground layer of atmosphere. The moisture of soil-water site and plant cover are the reasons of this variability. Daily variability of air temperature and humidity and their vertical distribution are respon-sible for different relationships between evapotranspiration and vapour pressure deficit in the studied sites.

Recenzenci: prof. dr hab. Tomasz Brandyk doc. dr hab. Jan Szajda

Praca wpłynęła do Redakcji 16.01.2004 r.

Tabela 1. Średnie miesięczne wartości elementów meteorologicznych z trzech (o godz. 7, 13, 19) i czterech (o godz. 1, 7, 13, 19) obserwacji dobowych na stacji standardowej w Bydgoszczy na wysokości 2,0 m i 0,5 m w okresie wegetacyjnym w latach 1976–1980

Table 1. Mean monthly values of meteorological elements from three (at 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.) and four (at 1 a.m., 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.) daily obser-vations at the Bydgoszcz standard meteorological station in the growing season in the years 1976–1980

T, oC H, % e, hPa d, hPa średnia mean średnia średnia z obserwacji o godzinie mean from observations at hour

Miesiąc Month

Wysokość Height

m max min mean 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 IV 2,0 11,6 2,4 7,0 64 68 6,6 6,4 4,3 3,6

0,5 11,9 2,2 6,8 66 70 6,8 6,8 4,1 4,3

V 2,0 18,2 7,2 13,1 56 60 8,9 9,0 8,3 7,0 0,5 18,9 6,9 12,9 58 62 9,4 9,3 8,1 6,8

VI 2,0 22,8 11,9 17,9 57 62 12,1 12,5 10,6 8,8 0,5 23,6 11,7 17,6 61 66 12,9 12,9 10,0 8,4

VII 2,0 21,9 12,6 17,4 67 71 13,7 13,8 7,9 6,6 0,5 22,3 11,7 17,3 68 72 14,0 13,9 7,7 6,3

VIII 2,0 21,9 12,4 17,2 69 73 14,1 14,2 7,1 6,0 0,5 22,7 12,2 17,0 71 76 14,5 14,4 6,9 5,4

IX 2,0 17,3 8,8 12,9 75 78 11,5 11,5 4,4 3,7 0,5 17,7 8,6 12,7 77 80 11,8 11,7 4,1 3,4

IV–IX 2,0 18,9 9,2 14,2 65 69 11,2 11,3 7,1 6,0 0,5 19,5 8,9 14,1 67 71 11,6 11,5 6,8 5,6

Oznaczenia: T – temperatura powietrza średnia z czterech obserwacji, H – wilgotność względna powietrza, e – ciśnienie pary wodnej, d – niedosyt wilgotności powietrza. Explanations: T – air temperature, mean from four observations, H – air humidity, e – vapour pressure, d – vapour pressure deficit.

Tabela 2. Średnie miesięczne wartości elementów meteorologicznych z trzech (o godz. 7, 13, 19) i czterech (o godz. 1, 7, 13, 19) obserwacji dobowych na stacji standardowej we Frydrychowie w okresie wegetacyjnym w latach 1976–1980

Table 2. Mean monthly values of meteorological elements from three (at 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.) and four (at 1 a.m., 7 a.m., 1 p.m., 7 p.m.) daily obser-vations at the Frydrychowo standard meteorological station in the growing season in the years 1976–1980

T, oC H, % e, hPa d, hPa średnia mean średnia średnia z obserwacji o godzinie mean from observations at hour

Miesiąc Month

Wysokość Height

m max min mean 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 7, 13, 19 1, 7, 13, 19 IV 2,0 11,7 –0,4 5,5 75 80 7,4 7,1 2,8 2,3

0,5 11,7 –0,8 5,5 73 77 7,4 7,3 2,7 2,2

V 2,0 17,8 4,1 11,4 67 73 10,0 9,7 5,6 4,5 0,5 18,0 3,2 11,2 70 75 10,3 9,9 5,3 4,2

VI 2,0 22,6 9,0 16,0 69 75 13,8 13,4 7,2 5,7 0,5 22,6 8,4 15,6 71 76 14,2 13,8 6,9 5,7

VII 2,0 21,6 10,8 16,1 78 82 15,1 14,8 5,2 4,1 0,5 21,5 10,0 15,7 79 82 15,1 14,7 4,9 3,9

VIII 2,0 21,6 9,9 15,6 78 83 14,8 14,5 4,8 3,8 0,5 21,5 9,2 15,3 80 84 15,1 14,6 4,3 3,4

IX 2,0 17,2 6,9 11,7 86 88 12,5 12,2 2,5 2,1 0,5 17,0 6,4 11,5 86 88 12,5 12,1 2,4 2,0

IV–IX 2,0 18,7 6,7 12,8 75 80 12,3 12,0 4,7 3,7 0,5 18,7 6,1 12,6 76 81 12,4 12,0 4,4 3,5

Oznaczenia jak w tabeli 1. Explanations as in table 1.

temperatury i wilgotnoŚci powietrza na...

Documents